包含端壁挡板的涡轮制造技术

技术编号:23395759 阅读:20 留言:0更新日期:2020-02-22 08:54
一种涡轮转子,包括:涡轮,涡轮包括:涡轮部件,其限定弧形流路表面(40,70,76);从流路表面(40,70,76)延伸的一组轴流式涡轮翼型件(46,64),涡轮翼型件(46,64)在它们之间限定空间(60,93);在空间(60,93)中,从流路面(40,70,76)延伸的多个挡板(146,164,264),每个挡板具有在前缘和后缘之间延伸的相对的凹侧和凸侧,其中挡板(146,164,264)具有非零曲面和恒定厚度,轴向地位于相邻涡轮翼型件(46,64)的前缘附近,并且其中挡板(146,164,264)的翼弦尺寸和挡板(146,164,264)的翼展尺寸中的至少一个小于涡轮翼型件(46,64)的相应尺寸。

Turbine with end wall baffles

【技术实现步骤摘要】
包含端壁挡板的涡轮
本专利技术一般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
燃气涡轮发动机以串联流动连通包括压缩机,燃烧器和涡轮。涡轮机械地连接到压缩机,并且三个部件限定涡轮机械核心。核心能够以已知的方式操作,以产生热的加压燃烧气体流,从而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的旋转盘,称为涡轮叶片。通常,这种类型的涡轮还包括与旋转翼型件交替的固定翼型件,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。在发动机运转期间,入射燃烧气体的停滞点的轨迹沿着涡轮中的每个翼型件的前缘延伸,并且沿着每个翼型件的压力侧和吸力侧、以及沿着共同界定每个流动通道的四个侧面的每个径向外端壁和内端壁,形成相应的边界层。在边界层中,燃烧气体的局部速度从沿着端壁和翼型件表面的零变化到边界层终止的燃烧气体中的无约束速度。涡轮压力损失的一个常见来源是,当行进中的燃烧气体在端壁和叶片前缘的连接处附近分裂时所产生的马蹄涡流的形成。静压沿着从上游到达叶片前缘的流线而增加。由于自由流速度高于端壁边界层内的速度,所以静压在自由流区域比在端壁附近增加得更多。结果,在叶片前缘和端壁的连接处的边界层中产生垂直于端壁的压力梯度。该翼展方向的压力梯度引起涡流卷起并产生一对反向旋转的马蹄涡流,其在端壁附近的每个翼型件的相对侧向下游行进。两个涡流沿每个翼型件的相对的压力侧和吸力侧向后行进,并且由于沿着其的不同的压力和速度分布而不同地表现。压力侧和吸力侧涡流的相互作用发生在翼型件的中翼弦区域附近,并且产生总的压力损失和涡轮效率的相应降低。这些涡流也会产生湍流并增加端壁的不希望的加热。由于在涡轮转子叶片和它们整体的根部平台的连接点处、以及在喷嘴定子叶片和它们的外带和内带的连接点处形成马蹄涡流,所以产生了涡轮效率的相应损失、以及相应的端壁部件附加加热。因此,仍然需要一种改进的涡轮级用于减少马蹄涡流影响。
技术实现思路
这种需要由涡轮来解决,该涡轮在叶片和/或轮叶排中结合了前缘端壁挡板,以破坏朝向相邻翼型件的马蹄涡流的运动。根据本文描述的技术的一个方面,一种涡轮装置,包括:涡轮,该涡轮包括:涡轮部件,限定弧形流路表面;从流路表面延伸的一组轴流式涡轮翼型件,涡轮翼型件在其间限定空间;多个挡板,多个挡板在涡轮翼型件(46,64)之间的空间中,从流路表面延伸,每个挡板具有在前缘和后缘之间延伸的相对的凹侧和凸侧,其中挡板具有非零曲面和恒定厚度,轴向地定位在相邻涡轮翼型件的前缘附近,并且其中挡板的翼弦尺寸和挡板的翼展尺寸中的至少一个小于涡轮翼型件的相应尺寸。附图说明本专利技术可以通过参考结合附图的以下描述被最好地理解,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挡板的涡轮;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中所示的挡板的侧视图;图6是图3中所示的挡板的放大端视图;图7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8是沿图7中的线7-7取得的视图;图9是图7中所示的定子轮叶的侧视图;图10是图7中所示的挡板的侧视图;和图11是适于包含在图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和固定核心壳体12,固定核心壳体12围绕轴线11同心地并且沿着轴线11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”是指与轴向和径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的相对上游的位置,术语“向后”或“后”是指穿过或围绕部件的气流的相对下游的位置。该流动的方向由图1中的箭头“F”表示。1。这些方向术语仅用于方便描述,并且不需要由此描述的结构的特定取向。发动机10具有以串联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,和低压涡轮或“LPT”24。在操作中,来自压缩机18的加压空气在燃烧器20中与燃料混合并被点燃,从而产生燃烧气体。高压涡轮22从这些气体中提取一些功,高压涡轮22经由外轴26驱动压缩机18。然后燃烧气体流入低压涡轮24,低压涡轮24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2-6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,但是应当理解,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,其中流体流动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之间延伸的环形流路表面40。一组涡轮叶片46从流路表面40延伸。涡轮叶片46构成用于本专利技术的目的的“涡轮翼型件”。每个涡轮叶片46从流路表面40处的根部48延伸到尖端50,并且包括在前缘56和后缘58处接合到凸形吸力侧54的凹形压力侧52。相邻的涡轮叶片46在他们之间限定空间60。涡轮叶片46在流路表面40的外围周围被均匀地间隔开。相邻的涡轮叶片46之间的平均周向间隔“s”(参见图2)被定义为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。如图4中最佳所示,每个涡轮叶片46具有翼展(或翼展尺寸)“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,其翼展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处的翼展S1。每个涡轮叶片46具有翼弦(或翼弦尺寸)“C1”(图3),其被定义为连接前缘56和后缘的假想直线的长度。根据涡轮叶片46的具体设计,其翼弦C1在沿翼展S1的不同位置处可以是不同的。出于本专利技术的目的,相关测量是根部48(即,邻近流路表面40)处的翼弦C1。每个涡轮叶片46具有厚度“T1”,其定义为压力侧52与吸力侧54之间的距离(参见图3)。涡轮叶片46的“厚度比”定义为厚度T1的最大值除以翼弦长度,表示为百分比。一排挡板146(图2)从流路表面40延伸。一个挡板设置在涡轮叶片46之间的每个空间60中。每个挡板146从流路表面40处的根部148延伸到尖端150,并且包括在前缘156和后缘158处接本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种涡轮装置,其特征在于,包括:/n涡轮,所述涡轮包括:/n涡轮部件,所述涡轮部件限定弧形流路表面(40,70,76);/n一组轴流式涡轮翼型件(46,64),所述一组轴流式涡轮翼型件从所述流路表面(40,70,76)延伸,所述涡轮翼型件(46,64)在它们之间限定空间(60,93);和/n多个挡板(146,164,264),所述多个挡板(146,164,264)在所述涡轮翼型件(46,64)之间的所述空间(60,93)中,从所述流路表面(40,70,76)延伸,每个挡板具有在前缘和后缘之间延伸的相对的凹侧和凸侧,其中所述挡板(146,164,264)具有非零曲面和恒定厚度,轴向地位于相邻的涡轮翼型件(46,64)的所述前缘附近,并且其中所述挡板(146,164,264)的翼弦尺寸和所述挡板(146,164,264)的翼展尺寸中的至少一个小于所述涡轮翼型件(46,64)的相应尺寸。/n

【技术特征摘要】
20180808 EP 18425066.01.一种涡轮装置,其特征在于,包括:
涡轮,所述涡轮包括:
涡轮部件,所述涡轮部件限定弧形流路表面(40,70,76);
一组轴流式涡轮翼型件(46,64),所述一组轴流式涡轮翼型件从所述流路表面(40,70,76)延伸,所述涡轮翼型件(46,64)在它们之间限定空间(60,93);和
多个挡板(146,164,264),所述多个挡板(146,164,264)在所述涡轮翼型件(46,64)之间的所述空间(60,93)中,从所述流路表面(40,70,76)延伸,每个挡板具有在前缘和后缘之间延伸的相对的凹侧和凸侧,其中所述挡板(146,164,264)具有非零曲面和恒定厚度,轴向地位于相邻的涡轮翼型件(46,64)的所述前缘附近,并且其中所述挡板(146,164,264)的翼弦尺寸和所述挡板(146,164,264)的翼展尺寸中的至少一个小于所述涡轮翼型件(46,64)的相应尺寸。


2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,每个所述挡板(146,164,264)的所述前缘切向地定位在两个相邻的涡轮翼型件(46,64)之间的距离的25%至75%的范围内。


3.如权利要求1所述的装置,其特征在于,每个所述挡板(146,164,264)的所述前缘切向地定位在两个相邻的涡轮翼型件(46,64)之间的距离的40%至60%的范围内。


4.如权利要求1所述的装置,其特征在于,每个所述挡板(146,164,264)的所述前缘相对于相邻的一个涡轮翼型件(...

【专利技术属性】
技术研发人员:杰弗里·唐纳德·克莱门茨保罗·哈德利·维特莱尔·D·戴利艾斯彼·拉斯托姆·瓦迪亚弗朗西斯科·贝尔蒂尼马泰奥·乔瓦尼菲利普·鲁贝希尼安德里亚·阿尔诺内
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

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