CN102341602B - 带有可变倾斜角的轴向离心压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮发动机离心或轴向-离心压缩机的动轮，包括底座(2)，在前缘(8)和后缘(9)之间延伸的多个叶片(3)通过叶片根部(6)固定在该底座上，所述后缘沿所述压缩机(1)旋转方向在叶片(3)根部(6)处相对于在其根部穿过基座的子午面而倾斜一个角度α，其特征在于，后缘(9)在叶片(3)顶部(7)的倾角β小于在叶片根部处的倾角α。

Description

带有可变倾斜角的轴向离心压缩机

技术领域

本发明的领域为涡轮机领域，特别是包括了至少一个离心或混合(轴向-离心)压缩级的涡轮压缩机领域。

背景技术

航空涡轮发动机，尤其是直升机用涡轮发动机，一般都包括离心或混合式压缩机作为燃气发生器的压缩级。这些压缩机都是由带有大体轴向进气口和径向出口的动轮或叶轮构成，叶片固定在钟形底座上，该底座用作空气流动的导向部件，并将气流从进入方向引向排出方向。于是，气流在该底座和压缩机壳体之间循环；气流被叶轮各个叶片进行压缩和推动。

叶片顶部是自由的，并位于封闭空气管道的壳体--或盖—的对面。后缘在现有技术中为直线形，可以相对于穿过叶片根部的叶轮的子午面而倾斜。与该子午面构成的角度的术语为倾斜角，或称后缘的倾角，并构成了描述离心叶轮叶片的其中一个相关几何参数。

在离心叶轮后缘处选择大倾角(例如，大约20°)是一种降低叶片根部应力的已知手段，特别是在离心力作用下叶片弯曲会引起这些应力。为此，需要设计高性能的压缩机，特别是应能：

在同等转速时，降低叶片的厚度，从而降低底座壳体的厚度，进而大大降低转子质量和惯性；

或者，在叶轮同等质量和惯性时，提高旋转速度。

例如，人们已知美国专利文件US 5730582描述了一种涡轮机压缩机的离心 叶轮。在这种叶轮中，其带有在圆筒中刻制的螺线形状，倾角沿后缘一直为恒定的。

对于直线形后缘，选择大倾角的结果就是，相对于该子午面，叶片顶部的倾斜角度与叶根的倾斜角度相同。在叶片和盖之间出现偶然接触的情况下，如果后缘沿叶轮旋转方向倾斜时，叶片顶部会出现金属自动咬合(auto-engage)，其风险是造成性能大大下降。

另外，人们已知美国专利文件US 4819884介绍了一种通风装置，其包括一种叶轮，在这种叶轮中，倾角从叶片根部向其顶部持续增加，而且，在这种叶轮中，叶片顶部固定在一个圆盘上，从而避免了叶片在该通风装置壳体内咬合的风险。

发明内容

本发明的目的是克服这些缺陷，提供一种离心或混合轴向-离心压缩机，这种压缩机没有现有技术中的某些缺陷，而且，特别是，该压缩机的后缘在其根部带有大倾角，不会在叶片与盖接触时出现叶片顶部自动咬合的现象。

为此，本发明的目标是一种涡轮机离心或混合轴向-离心压缩机的动轮，其包括底座，在前缘和后缘之间延伸的多个叶片通过其根部被固定在该底座上，所述后缘沿所述压缩机旋转方向在叶片根部相对于在其根部穿过叶片的子午面而倾斜一个角度，其特征在于，后缘在叶片顶部的倾角β小于叶根处的倾角α。

因为顶部倾角较小，后缘和叶片顶部形成的转角相对于壳体呈更切向，因此，在出现偶然接触情况下时，不太能够穿过壳体。

优选地，后缘在叶片顶部处的倾角β接近零，或甚至就是零。甚至更优选地，后缘在叶片顶部处的倾角β为负值。这些布局提供了更大的保证，即后缘顶部的转角在出现偶然接触情况下不会穿入壳体内。

在一个具体实施例中，后缘的曲率在所述后缘的根部和顶部之间是恒定的。为此，后缘的形状为圆弧形。

另一个实施例中，后缘的曲率在所述后缘的根部和顶部之间为持续可变化的。

另外，本发明还涉及一种涡轮机，其包括了具有上述其中一种特性的压缩机。最后，该发明涉及一种装有这种涡轮机的飞机。

附图说明

参照所附示意图，通过完全说明性和非限定性示例给出的本发明实施例的如下详细解释性说明，可以更好地理解本发明，本发明的其他目的、细节、特性和优点会更清楚地显现出来，附图如下：

图1为根据本发明实施例的离心压缩机叶轮的透视图；

图2为根据现有技术的离心压缩机叶片后缘的正面图；以及

图3为根据本发明实施例的离心压缩机叶片后缘的正面图。

具体实施方式

参照图1，可以看到包括钟形底座2的离心压缩机1，在所述底座上，固定有均匀分布在底座2外周的压缩机叶片3。底座2的端部在其上部，位于构成压缩机轮毂4的圆筒内，所述上部与需要压缩空气的入口平面相对应，而底座的另一端在其下部，位于相对于所述压缩机旋转轴线径向方向的圆盘5内。叶片3在其根部6由底座2固定；这些叶片的顶部7是自由的并可在压缩机壳体(图中未示)内旋转。沿气流流动方向，叶片在位于轮毂4处的前缘8和位于圆盘5处的后缘9之间延伸。

现在参照图2，可以看到根据现有技术的压缩机叶片3的后缘9。该后缘在其根部沿旋转方向相对于穿过根部的子午面而倾斜一个角度α。该后缘9成直线形，也就是说，该后缘9从根部到顶部整个高度上倾斜程度相同，等于叶片根 部的倾斜值α。

相反，在图3中，后缘9的形状沿其高度是可以改变的。其在叶片3根部6处沿旋转方向倾斜一个角度α，在现有技术中定义为倾斜角，但是，该角度沿后缘在向上方向上逐渐变小，从而在叶片3顶部7处达到值β，该值小于α。该值β可以是零或甚至是负值，也就是说，叶片顶部然后沿与叶轮旋转的相反方向倾斜。

因此，本发明在于在后缘9处选择叶根6处的较大倾角α，然后，在叶片3上应用一个曲率，从而找出叶片顶部较小、甚至为零或负值的倾角。在叶根6处应用较大倾角α可降低根部的弯曲应力，而顶部7处的较小倾角β则减低了在后缘9处叶片顶部7和压缩机壳体之间意外接触情况下叶片3在壳体内的自动咬合(auto-engagement)的风险。

后缘9处这种轮廓的形成基于点加工方法(point machining method)，这种方法允许3维叶片几何形状；相反，以前使用的侧铣加工(flank machining)在叶片轮廓设计上采用了直纹曲面(也就是说，由大量直线组成)，限制了这种可能性。

很显然，对该轮廓几何形状的这种改动并没有受到空气动力的严重影响。根据本发明的叶片3的使用甚至令人惊奇的是，由于沿后缘9高度上倾角缩小，反而提高了压缩机的性能。

通过对实际叶片的计算，验证结果表明，采用本发明后，可同时降低叶片的应力和叶片顶部的自动咬合性。

因此，本发明节省了质量和惯性，或者，在采用相同质量和相同惯性情况下，可提高旋转速度，且在叶片3和壳体之间出现接触时不会降低性能。

关于在叶片根部6和顶部7之间的后缘处9调整叶片3的曲率，预计会有多种不同形式。例如，该曲率可以是恒定的，后缘形状为圆弧形，或者为连续变化的。叶片根部和顶部之间的曲率根据其对压缩机气动力性能的影响而选定。

虽然上面结合具体实施例介绍了本发明，但很显然，本发明无论如何并非仅限于此实施方式，其包含了属于本发明范围内的所述所有技术上相同的实施手段和这些手段的结合形式。

Claims (8)

1.一种用于涡轮机离心或混合轴向-离心压缩机的动轮，包括底座(2)，在前缘(8)和后缘(9)之间延伸的多个叶片(3)通过叶片根部(6)固定在该底座上，所述后缘沿所述压缩机(1)旋转方向在叶片(3)根部(6)处相对于在其根部穿过叶片的子午面而倾斜一个角度α，其特征在于，后缘(9)在叶片(3)顶部(7)的倾角β小于在叶片根部处的倾角α。

2.根据权利要求1所述的动轮，其特征在于，后缘(9)在叶片顶部的倾角β接近零，或者甚至就是零。

3.根据权利要求1所述的动轮，其特征在于，后缘(9)在叶片顶部的倾角β为负值。

4.根据权利要求1到3其中一项所述的动轮，其特征在于，后缘(9)的曲率在所述后缘根部(6)和顶部(7)之间为恒定的。

5.根据权利要求1到3其中一项所述的动轮，其特征在于，后缘(9)的曲率在所述后缘根部(6)和顶部(7)之间为持续变化的。

6.一种包括了根据权利要求1到5其中一项所述的动轮的压缩机。

7.一种包括了根据权利要求6所述的压缩机的涡轮机。

8.一种装备有前面权利要求所述涡轮机的飞机。