包含分流器的涡轮翼型件布置制造技术

一种涡轮机械设备(10)，包括涡轮(22)，涡轮(22)包括：涡轮部件(36)，其限定至少一个弧形流动路径表面(40)；轴流式涡轮翼型件(46)的阵列，其从流动路径表面延伸，涡轮翼型件在其间限定空间；以及在涡轮翼型件之间的空间中，从至少一个流动路径表面延伸的多个分流器翼型件(146)，每个分流器翼型件具有在前缘和后缘之间延伸的相对的压力侧和吸力侧，其中分流器翼型件的厚度比小于涡轮翼型件的厚度比。

Turbine airfoil arrangement with diverter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含分流器的涡轮翼型件布置
本专利技术大体涉及燃气涡轮发动机中的涡轮，更具体地，涉及这种涡轮的转子和定子翼型件。
技术介绍
燃气涡轮发动机包括串行流动连通的压缩机，燃烧器和涡轮。涡轮机械地联接到压缩机，并且三个部件限定涡轮机械核心。该核心可以以已知的方式操作以产生热的加压燃烧气体流，以操作发动机以及执行有用的工作，例如提供推进推力或机械功。一种常见类型的涡轮是具有一个或多个级的轴流式涡轮，每个级包括具有一排轴流式翼型件(称为涡轮叶片)的旋转盘。通常，这种类型的涡轮还包括与旋转翼型件交替的静止翼型件，称为涡轮轮叶。涡轮轮叶通常在其内端和外端由弧形端壁结构界定。期望通过使给定叶片或轮叶排中使用的涡轮翼型件的总数最小化来减轻重量，改善转子性能并简化制造，从而减小所谓的“坚固性(solidity)”的参数。翼型件坚固性降低的一个问题是它会导致翼型件周围的二次流动增加，导致空气动力学性能损失。
技术实现思路
该问题通过涡轮解决，该涡轮在其叶片和/或轮叶排中包括分流器，以局部地增加高的二次流动区域中的坚固性。根据本文描述的技术的一个方面，一种涡轮机械设备包括涡轮，该涡轮包括：涡轮部件，其限定弧形流动路径表面；从流动路径表面延伸的轴流式涡轮翼型件的阵列，涡轮翼型件在其间限定空间；和在涡轮翼型件之间的空间中，从流动路径表面延伸的多个分流器翼型件，每个分流器翼型件具有在前缘和后缘之间延伸的相对的压力侧和吸力侧，其中，分流器翼型件的厚度比小于涡轮翼型件的厚度比。根据本文描述的技术的另一方面，一种涡轮设备包括：涡轮转子级，其包括能够围绕中心线轴线旋转的盘以及轴流式涡轮叶片的阵列，该盘限定转子流动路径表面，轴流式涡轮叶片的阵列从转子流动路径表面向外延伸，涡轮叶片在它们之间限定空间；涡轮喷嘴级，其包括限定定子流动路径表面的至少一个壁，以及远离定子流动路径表面延伸的轴流式涡轮轮叶的阵列，涡轮轮叶在其间限定空间；并且其中至少一个转子级或喷嘴级包括从其流动路径表面中的至少一个延伸的分流器翼型件的阵列，分流器翼型件设置在相应级的涡轮叶片或涡轮轮叶之间的空间中，其中分流器翼型件的厚度比小于相应的涡轮叶片或涡轮轮叶的厚度比。附图说明通过参考以下结合附图的描述可以最好地理解本专利技术，其中：图1是燃气涡轮发动机的横截面示意图，该燃气涡轮发动机包括具有分流器的涡轮；图2是适于包含在图1的发动机中的涡轮转子的一部分的正视图；图3是图2的转子的俯视图；图4是图2中所示的涡轮叶片的侧视图；图5是图2中所示的分流器叶片的侧视图；图6是适于包含在图1的发动机中的涡轮喷嘴组件的一部分的正视图；图7是沿图6中的线7-7截取的视图；图8是图6中所示的定子轮叶的侧视图；图9是图6中所示的分流器轮叶的侧视图；和图10是适合包含在图1的发动机中的替代涡轮喷嘴组件的一部分的正视图。具体实施方式参考附图，其中相同的附图标记在各个视图中表示相同的元件，图1描绘了示例性燃气涡轮发动机10。虽然所示的示例是高旁通涡轮风扇发动机，但是本专利技术的原理也适用于其他类型的发动机，例如低旁通涡轮风扇，涡轮喷气发动机，涡轮螺旋桨发动机等。发动机10具有纵向中心线或轴线11和静止核心壳体12，静止核心壳体12围绕轴线11同心地且同轴地设置。应注意，如本文所用，术语“轴向”和“纵向”均指平行于中心线轴线11的方向，而“径向”指的是垂直于轴向方向的方向，并且“切向”或“周向”是指与轴向方向和切向方向相互垂直的方向。如本文所用，术语“向前”或“前”是指穿过或围绕部件的气流中相对上游的位置，术语“向后”或“后”是指穿过或围绕部件的气流中相对下游的位置。该流动的方向由图1中的箭头“F”表示。这些方向术语仅用于描述的方便，并且不需要由此描述的结构的特定取向。发动机10具有以串行流动关系布置的风扇14，增压器16，压缩机18，燃烧器20，高压涡轮或“HPT”22，以及低压涡轮或“LPT”24。在操作中，来自压缩机18的加压空气与燃烧器20中的燃料混合并被点燃，从而产生燃烧气体。通过高压涡轮22从这些气体中提取一些功，其经由外轴26驱动压缩机18。然后燃烧气体流入低压涡轮24，其经由内轴28驱动风扇14和增压器16。内轴28和外轴26可旋转地安装在轴承30中，轴承30本身安装在风扇框架32和涡轮后框架34中。图2-5示出了适合包含在HPT22或LPT24中的示例性涡轮转子36的一部分。虽然将使用HPT22作为示例来描述本专利技术的概念，但是应该理解，这些概念适用于燃气涡轮发动机中的任何涡轮。如本文所用，术语“涡轮”是指涡轮机械元件，其中流体流的动能被转换成旋转运动。转子36包括盘38，盘38包括在前端42和后端44之间延伸的环形流动路径表面40。涡轮叶片46的阵列从流动路径表面40延伸。为了本专利技术的目的，涡轮叶片46构成“涡轮翼型件”。每个涡轮叶片46从流动路径表面40处的根部48延伸到尖端50，并且包括在前缘56和后缘58处连结到凸形吸力侧54的凹形压力侧52。相邻的涡轮叶片46在它们之间限定空间60。涡轮叶片46围绕流动路径表面40的周边均匀地间隔开。相邻涡轮叶片46之间的平均周向间距“s”(参见图2)定义为s＝2πr/Z，其中“r”是涡轮叶片46的指定半径(例如在根部48处)并且“Z”是涡轮叶片46的数量。称为“坚固性”的无量纲参数定义为c/s，其中“c”等于叶片弦长，下面将详细描述。在所示的示例中，涡轮叶片46的间距可以显著大于现有技术中预期的间距，导致叶片坚固性显著小于现有技术中预期的。如图4中最佳所示，每个涡轮叶片46具有跨度(或跨度尺寸)“S1”，其定义为从根部48到尖端50的径向距离。根据涡轮叶片46的具体设计，其跨度S1可以在不同的轴向位置处不同。出于参考目的，相关测量是前缘56处的跨度S1。每个涡轮叶片46具有弦长(或弦长尺寸)“C1”(图3)，其被定义为连接前缘56和后缘58的假想直线的长度。取决于涡轮叶片46的具体设计，其弦长C1可以在沿跨度S1的不同位置处不同。出于本专利技术的目的，相关测量是根部48(即与流动路径表面40相邻)处的弦长C1。每个涡轮叶片46具有厚度“T1”，其定义为压力侧52和吸力侧54(参见图3)之间的距离。涡轮叶片46的“厚度比”定义为厚度T1的最大值除以弦长，表示为百分比。分流器叶片146的阵列(图2)从流动路径表面40延伸。为了本专利技术的目的，分流器叶片构成“分流器翼型件”。一个或多个分流器叶片146可设置在涡轮叶片46之间的每个空间60中。在周向方向上，一个或多个分流器叶片146可以在两个相邻的涡轮叶片46之间均匀或不均匀地间隔开。每个分流器叶片146从流动路径表面40处的根部148延伸到尖端150，并且包括在前缘156和后缘158处连结到凸形吸力侧154的凹形压力侧152。在图2所示的示例中，分流器叶片146定位成使得它们的后缘158处于与涡轮叶片46的后缘58大致相同的轴向位置；然而，可以改变分流器叶片46的轴向位置以适应特定的应用。如图5中最佳所示，每个分流器叶片146具有跨度(或跨度尺寸)“S2”，其定义为从根部148到尖端150的径向距离。根据分流器叶片146的具体设计，其跨度S2在不同的轴向位置可以是不同的。出于参考目的，相关测量是前缘156处的跨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮机械设备，其特征在于，包括：涡轮，包括：涡轮部件，所述涡轮部件限定弧形流动路径表面；轴流式涡轮翼型件的阵列，所述涡轮翼型件从所述流动路径表面延伸，所述涡轮翼型件在其间限定空间；和多个分流器翼型件，所述多个分流器翼型件从所述流动路径表面延伸，在所述涡轮翼型件之间的所述空间中，每个分流器翼型件具有在前缘和后缘之间延伸的相对的压力侧和吸力侧，其中所述分流器翼型件的厚度比小于所述涡轮翼型件的厚度比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.09 EP 17425027.41.一种涡轮机械设备，其特征在于，包括：涡轮，包括：涡轮部件，所述涡轮部件限定弧形流动路径表面；轴流式涡轮翼型件的阵列，所述涡轮翼型件从所述流动路径表面延伸，所述涡轮翼型件在其间限定空间；和多个分流器翼型件，所述多个分流器翼型件从所述流动路径表面延伸，在所述涡轮翼型件之间的所述空间中，每个分流器翼型件具有在前缘和后缘之间延伸的相对的压力侧和吸力侧，其中所述分流器翼型件的厚度比小于所述涡轮翼型件的厚度比。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述涡轮翼型件包括金属合金，并且所述分流器翼型件包括非金属耐高温材料。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，其中所述分流器翼型件包括陶瓷基质复合材料。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，其中所述分流器翼型件的所述厚度比小于约5％。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，其中所述分流器翼型件的所述厚度比约为2％。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，其中所述分流器翼型件的弦长尺寸和所述分流器翼型件的跨度尺寸中的至少一个小于所述涡轮翼型件的相应尺寸。7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，其中所述分流器翼型件的所述跨度尺寸是所述涡轮翼型件的所述跨度尺寸的50％或更小。8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，其中与所述流动路径表面相邻的所述分流器翼型件的所述弦长尺寸是与所述流动路径表面相邻的所述涡轮翼型件的所述弦长尺寸的50％或更小。9.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，进一步包括：燃烧器，所述燃烧器设置在所述涡轮的上游，与所述涡轮流体流动连通；压缩机，所述压缩机设置在所述燃烧器的上游，与所述燃烧器流体流动连通；并且其中所述涡轮与所述压缩机以机械驱动关系连接。10.一种涡轮设备，其特征在于，包括：涡轮转子级，所述涡轮转子级包括能够绕着中心线轴线旋转的盘和轴流式涡轮叶片的阵列，所述盘限定转子流动路径表面，所述涡轮叶片从所述转子流动路径表面向外延伸，所述涡轮叶片在其间限定空间；涡轮喷嘴级，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·唐纳德·克莱门茨，马亨德兰·马诺哈兰，弗朗西斯科·贝尔蒂尼，艾斯彼·拉斯托姆·瓦迪亚，拉维坎特·文卡塔·瓦文查，加内什·赛斯哈德利，保罗·哈德利·维特，
申请(专利权)人：通用电气公司，通用电气阿维奥有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US