CN108779682A - 包括具有沿周向方向伸长的形状的空气抽取开口的用于航空器涡轮机压缩机的整流器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于航空器涡轮机压缩机的整流器(1)，该整流器包括内套圈(24)、外套圈(26)和固定到内套圈和外套圈的定子叶片(28)，该整流器还包括凸缘(34)，该凸缘固定到外套圈(26)的下游端部并且被设计成固定到压缩机外壳(36)，该凸缘设置有布置成沿周向方向(52)彼此相距一定距离的空气抽取开口(50)。根据本发明，空气抽取开口(50)中的至少一个具有沿周向方向(52)伸长的形状。

Description

包括具有沿周向方向伸长的形状的空气抽取开口的用于航空 器涡轮机压缩机的整流器

技术领域

本发明涉及一种航空器涡轮机，优选地为涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机类型。

更具体地，本发明涉及涡轮机的压缩机定子，该压缩机定子包括内套圈、外套圈和固定到两个套圈的定子机叶。

背景技术

涡轮机配备有由可动轮和固定轮交替制成的压缩机，固定轮通常被称为“整流器”。除了定子机叶和两个套圈之外，每个整流器包括与外套圈的下游端部成一体的凸缘，该凸缘用于固定在涡轮机的压缩机外壳上。

通常，凸缘由沿整流器的周向方向彼此间隔开的空气放泄孔口横穿。因此，小部分空气流可以穿过整流器和下游紧临的可动轮之间的轴向间隙从穿过压缩机的主流路逸出。然后，所获取的空气流可以通过凸缘的放泄孔口流通，然后与涡轮机的用于通风和/或空气供应的其他元件结合，以确保涡轮发动机的正常运行。

因此，配备有圆形放泄孔口的凸缘与外壳体成为一体，外壳体本身固定到定子机叶的头部。举例来说，为了保持定子机叶从外壳体径向向内延伸，外壳体通常包括多个彼此周向间隔开的开口，并且形成为贯通的，即每个开口都形成在通常是金属的套圈的厚度中。每个孔容纳定子机叶中的一个定子机叶的头部，该头部通过在所述孔中制成并且围绕机叶的头部连续地延伸的焊料固定到外壳体。可以在定子机叶的根部和整流器的内套圈之间提供类似的附接。

另一种可能的设计在于将每个整流器扇段制造(例如通过失蜡铸造)成一体件。

无论选择何种设计，都存在机叶头部的后缘过早出现裂缝的风险。对定子机叶的寿命有害的这种现象的解释在于机叶头部的后缘处存在非常高的静态/动态负载，这转化为太弱的动态裕量，使得裂缝更有可能出现。

为了克服这个缺点，已经提出加厚外壳体以便限制操作期间的变形，从而减小施加到机叶头部的后缘的应力。然而，这种解决方案在成本和质量方面极为不利。

还提出使机叶变厚，但这不可避免地导致通过机叶的空气流的扰动，结果对涡轮机的整体性能产生负面影响。

在文献FR2945331中，还提出了将容纳机叶头部的每个孔与贯通外套圈形成的机械减载槽相关联。槽具有例如U形或V形的一般形状，类似于马蹄形，这允许其解除动态裕量并因此延迟裂缝的出现。在该解决方案中，在外壳体在操作期间的变形期间，重载区域在减载槽的端部处偏移，即远离后缘，即使在在很大程度上能够支撑该负载的外壳体内也是如此。然而，这些机械减载槽的存在产生对穿过整流器的主流的空气动力学干扰。

仍然需要优化压缩机整流器的设计，以便限制主流路上的空气动力学干扰，同时降低定子机叶的头部上出现裂缝的风险。

发明内容

为了至少部分地满足这种需要，本发明的主题是一种用于航空器涡轮机压缩机的整流器，所述整流器包括内套圈、外套圈和与内套圈和外套圈一体的定子机叶，所述定子还包括凸缘，该凸缘与外壳体的下游端部成一体并且用于固定在压缩机外壳上，所述凸缘设置有沿整流器的周向方向彼此间隔开的空气放泄孔。根据本发明，空气放泄孔口中的至少一个是周向长圆形(étirée)的。

本发明有利地提供了与至少一个空气放泄孔口相关联的定子机叶的机械减载的附加功能。实际上，由于其周向延伸的形状，放泄孔口使得能够对位于与所述孔口径向相对位置的机叶头部的后缘进行充分减载。另外，由于这些放泄孔口位于主流路外侧的凸缘上，并且不再如现有技术中那样位于限定主流路的外壳体上，因此主流不受这些机械减载装置的出现的干扰。

此外，使用现有孔口可简化和加快制造过程。在这方面，要说明的是通过用周向长圆形孔口替换一个或多个现有圆形孔口，可以保持相同的开口面积并因此保持相同的放泄速率。另外，利用本发明，完全可以保持放泄孔口的现有径向位置，有助于形成通过放泄孔口的令人满意的空气流。如下面将详细描述的，放泄孔口面向机械负载最大的机叶径向向外放置。

此外，本发明提供了单独或组合使用的以下附加特征中的至少一个。

所述至少一个放泄孔口具有长圆形形状或大致矩形的形状。

所述至少一个放泄孔口具有周向尺寸Dc和径向尺寸Dr，并且尺寸Dc和Dr之间的比值在1.5到4之间。

凸缘配备有周向长圆形的放泄孔口以及圆形的放泄孔口。替代性地，所有孔口都可以是周向长圆形的，而移除所有圆形的孔口。

本发明还涉及一种用于航空器涡轮机压缩机的整流器扇段，所述整流器扇段包括内套圈扇段，外套圈扇段以及与内套圈扇段和外套圈扇段一体的定子机叶，所述整流器还包括凸缘扇段，凸缘扇段固定到外壳体扇段的下游端部并且用于附接到压缩机外壳，所述凸缘扇段设置有至少一个空气放泄孔口。根据本发明，所述空气放泄孔口沿整流器扇段的周向方向居中地设置在凸缘扇段上并具有沿周向长圆形的形状。这使得能够机载地减载定子扇段的中心机叶，该中心机叶是静态/动态负载最大的一个机叶。在这种情况下，凸缘扇段可以可选地配备有至少一个其他的圆形形状或沿周向长圆形的空气放泄孔口。

另外两个负载最大的机叶是布置在整流器扇段的周向端部的机叶。因此，本发明还涉及一种用于航空器涡轮机压缩机的整流器扇段，所述整流器扇段包括内套圈扇段、外套圈扇段以及与内套圈扇段和外套圈扇段一体的定子机叶，所述整流器还包括凸缘扇段，该凸缘扇段与外套圈扇段的下游端部成一体并用于固定在压缩机外壳上。根据本发明，所述凸缘扇段具有第一周向端部和与第一周向端部相对的第二周向端部，所述第一端部具有空气放泄孔口的第一部分，所述第二端部具有另一空气放泄孔口的第二部分，第一孔口部分和第二孔口部分各自沿整流器扇段的周向方向向外开口，并且孔口的第一部分和第二部分的周向尺寸Dc₁、Dc₂的总和大于第一部分和第二部分中的每一个的径向尺寸。因此，当两个整流器扇段端对端地布置时，在它们的接合部处形成周向长圆形的放泄孔口，这使得能够减载彼此相对布置的两个端部机叶。

可选地，所述凸缘扇段还配备有沿周向居中地布置并且具有沿周向长圆形形状的空气放泄孔口，以便减载整流器扇段的中心机叶。替代性地或同时地，可以在设置在所述扇段的端部处的孔口的所述第一部分和所述第二部分之间穿过凸缘扇段制造一个或多个圆形空气放泄孔口。

本发明还涉及一种组件，该组件包括分别具有上述设计的第一整流器扇段和第二整流器扇段，第一整流器扇段和第二整流器扇段端对端地布置，使得第一整流器扇段的第二周向端部与第二整流器扇段的第一周向端部并置，并且使得由第一整流器扇段的第二孔口部分和第二整流器扇段的第一孔口部分共同形成的所述空气放泄孔口具有沿周向长圆形的形状。如上所述，这使得能够机械地减载在两个整流器扇段之间的接合部处彼此面对地布置的两个端部机叶。

该组件优选地被设计成使得所述放泄孔口相对于一对端部后缘沿周向居中，所述一对端部后缘由一方面的第一整流器扇段的第二周向端部处的定子机叶的后缘以及另一方面的第二整流器扇段的第一周向端部处的定子机叶的后缘形成。当同一扇段的端部处的两个后缘相对于该扇段的正中面没有对称地布置时，为了达到这种布置，孔口的第一部分和第二部分优选地具有不同的周向尺寸Dc₁、Dc₂。替代性地，这些尺寸Dc₁和Dc₂可以相同，而不脱离本发明的范围。

最后，本发明的主题是一种航空器涡轮机，该航空器涡轮机包括压缩机，该压缩机配备有至少一个这样的整流器、或至少一个这样的整流器扇段、或至少一个这样的两个整流器扇段的组。

在下文详细的非限制性描述中，本发明的其他优点和特征将变得显而易见。

附图说明

将参考附图进行该描述，在附图中：

-图1示出了根据本发明的航空器涡轮机的纵向剖视图；

-图2示出了装配前图中所示的涡轮机的高压压缩机的局部纵向剖视图；

-图3是用于形成前图中所示的高压压缩机的整流器的一部分的整流器扇段的透视图，该扇段是第一优选实施例的形式；

-图4是前图中所示的整流器扇段的局部正视图；

-图5是类似于图3的视图，其中整流器扇段是第二优选实施例的形式；

-图6示出了如图5所示类型的端对端布置的两个整流器扇段的组；

-图7示出了前图中所示的两个整流器扇段之间的接合部的放大后视图；以及

-图8是类似于图3的视图，其中整流器扇段是第三优选实施例的形式。

具体实施方式

首先参考图1，示出了其上集成有本发明的航空器涡轮机100。该航空器涡轮机为双流双体式涡轮喷气发动机。然而，该航空器涡轮机可以是另一种类型的涡轮机，例如涡轮螺旋桨发动机，并不脱离本发明的范围。

涡轮机1具有纵向轴线3，其各种部件围绕该纵向轴线延伸。该涡轮机沿穿过所述涡轮机的气流的主要方向从上游到下游包括风扇2、低压压缩机4、高压压缩机6、燃烧室8、高压涡轮10和低压涡轮12。这些元件限定了由主流14'横穿的主流路14，而围绕主流路的次级流路16由风扇壳体18部分地限定并且由次级空气流16'横穿。

图2示出了高压压缩机6的一部分，特别是其由根据本发明的整流器1以及承载转子机叶22的可动轮20形成的第三级。可动轮20相对于通过整流器的主流14'的主流动方向7位于整流器1下游。

整流器1包括内套圈24和外套圈26，两者都以轴线3为中心。在这方面，应注意术语“内侧”和“外侧”应以常规方式即相对于轴线3来考虑。整流器还包括周向分布并固定到套圈24、26的定子机叶28、28'、28”。通常，每个机叶叶片具有拱腹面和拱背面以及上游的前缘和下游的后缘。

更具体地，每个机叶28、28'、28”的根部与内套圈24是一体的，而头部与外套圈26是一体的。每个机叶优选地是通过铸造(例如失蜡铸造)获得的单件。

内套圈24内部带有耐磨涂层30，该耐磨涂层与和可动轮20刚性地且旋转地连接的擦拭器32接合。擦拭器32和耐磨涂层30一起以常规方式形成迷宫式密封。

整流器1还包括用于将其附接到压缩机外壳36的凸缘34。凸缘34与外套圈26的下游端部成一体，例如与所述套圈制成一体件。凸缘34在其径向外端部具有板38，该板用于通过螺栓42将其固定到固定至压缩机壳体36的板40。螺栓42因此穿过贯通板38、40制成的固定孔，该固定孔基本上横向定向。凸缘34的中心部分相对于涡轮机的轴向方向和径向方向以倾斜的方式定向。凸缘还配备有沿整流器1的周向方向52彼此间隔开的空气放泄孔口50。在此，放泄孔口50通至由外壳体26、压缩机壳体36和凸缘34限定的环形腔56。应注意，与外套圈26不同，凸缘34不参与主流路14的限定。

在操作中，少量(faible)空气流58在穿过整流器和下游紧临的可动轮之间的轴向间隙59的同时从主流路14逸出。然后，所获取的气流可以流通通过凸缘的放泄孔口50，然后与涡轮机的用于通风和/或空气供应的其他元件结合，以确保涡轮机的正常运行。

如下面将详细描述的，本发明的一个特点在于在周向方向52上的全部或部分放泄孔口50的长圆形(étirée)形状。

图3和图4示出了根据本发明的第一优选实施例的整流器扇段1a。该扇段1a用于形成整流器1的角形部分或周向部分。换句话说，整流器1旨在由目前描述的类型的若干扇段1a的端对端(bout-à-bout)组件形成，并且每个扇段优选地通过铸造(例如失蜡铸造)制成一体件。

扇段1a包括内套圈扇段24a和外套圈扇段26a，内套圈扇段和外套圈扇段两者都以轴线3为中心。扇段还包括周向分布并固定到套圈24a，26a的定子机叶28、28'、28”，例如，提供了五至二十个这样的机叶。

整流器扇段1a还包括用于将整流器扇段固定到压缩机外壳的凸缘扇段34a。凸缘扇段34a固定到外套圈扇段26a的下游端部，凸缘扇段在其径向外端部处具有紧固板扇段38a。尽管未示出，板扇段38a用于将整流器扇段1a用螺栓固定在压缩机外壳上。

凸缘扇段34的中心部分配备有空气放泄孔口50，例如沿整流器1的周向方向52彼此间隔开的三个孔口。

位于整流器扇段1a的端部附近的两个孔口50例如是传统的圆形形状。另一方面，沿周向方向52在凸缘扇段上居中的放泄孔口50具有沿着该周向方向的长圆形形状。通过长圆形形状，可以理解，空气放泄孔口50具有的周向尺寸Dc大于其径向尺寸。例如，尺寸Dc和Dr之间的比值可以在1.5到4之间，以便呈长圆形形状，或者呈具有圆角的大致矩形形状。

中心放泄孔口50更精确地相对于扇段1a的中心机叶(附图标记为28')的后缘60居中。换句话说，该孔口50沿着周向在后缘60的任一侧延伸半尺寸Dc/2。对于后缘，应理解为后缘的在与外套圈26a的接合部处位于机叶叶片的顶部处的部分。

这种布置使得能够令人满意地对该中心叶片28'进行减载，该中心叶片是在操作期间机械负载最大的一个叶片。这种对机叶28'进行减载的方式是有利的，因为它使得能够通过在沿周向长圆形的单个孔口50中替换两个或更多个圆形放泄孔口来保持相同的空气放泄截面。还有利的是，它不会干扰流路14中的主流14'的流动，并且可以相对于现有的孔口保持孔口50的径向定位。

根据图5所示的第二实施例，凸缘扇段1a包括第一周向端部70₁以及在周向方向52上与第一端部相对的第二周向端部70₂。第一端部70₁包括空气放泄孔口的第一部分50₁，第二端部70₂具有另一放泄孔口的第二部分50₂。这两个部分50₁、50₂各自沿周向方向52向外开口。这两个部分分别具有周向尺寸Dc₁、Dc₂，周向尺寸Dc₁、Dc₂的总和大于这两个部分中的每一个的径向尺寸Dr。应注意，周向尺寸Dc₁和Dc₂之和与尺寸Dr之间的比值优选地在1.5到4之间。

在当前情况下，两个周向尺寸Dc₁、Dc₂不同，第二周向尺寸大于第一周向尺寸。

在此，整流器扇段1a还可以包括两个圆形空气放泄孔口50。

图6示出了与第一整流器扇段1a和第二整流器扇段(附图标记为1b并且具有与第一扇段1a的设计相同或相似的设计)端对端地布置的组件对应的组件72。在这方面，应注意，相对的端部70₁、70₂是并置的，也称为相邻的，但它们优选地不直接彼此固定。实际上，两个扇段1a、1b的附接在同一壳体上实现，这允许获得这些相对的端部之间的间接附接。

一旦组装，就在两个扇段1a、1b之间的接合部处形成周向长圆形形式的空气放泄孔口50。该孔口50由第一扇段1a的第二部分50₂和第二扇段1b的第一部分50₁共同形成，这两个部分具有互补的形状。于是，孔口50具有与周向尺寸Dc₁、Dc₂的总和对应的周向尺寸Dc以及径向尺寸Dr。

组件72被设计成使得重新组合的空气放泄孔口50相对于一对端部后缘68在周向方向52上居中。如图7所示，该对端部后缘一方面使用位于第一整流器扇段1a的第二周向端部70₂处的定子机叶28”的后缘68形成，其次使用位于第二扇段1b的第一周向端部70₁处的定子机叶28”的后缘68形成。

因此，与这对后缘68径向相对定位的放泄孔口50沿着两个基本相同的周向尺寸Dc'在该对端部后缘的两侧周向延伸。这使得能够令人满意地对两个端部机叶28”进行减载，这两个端部机叶的机械负载也是非常大的。

最后，图8中所示的整流器扇段1a对应于将第一实施例和第二实施例组合的第三实施例。因此，该整流器扇段包括周向长圆形的中心空气放泄孔口50，该整流器扇段添加有形成在第一端部70₁上的空气放泄孔口的第一部分50₁，以及设置在第二端部70₂上的另一空气放泄孔口的第二部分50₂。在该第三实施例中，部分50₁、50₂可以具有相同或不同的周向长度。

当然，本领域技术人员可以对刚刚仅作为非限制性示例描述的本发明进行各种修改。

Claims (10)

1.一种用于航空器涡轮机压缩机的整流器(1)，所述整流器包括内套圈(24)、外套圈(26)以及刚性连接到所述内套圈和所述外套圈的定子机叶(28、28'、28”)，所述整流器还包括凸缘(34)，所述凸缘刚性连接到所述外套圈(26)的下游端部并用于附接到压缩机壳体(36)，所述凸缘设置有沿所述整流器的周向方向(52)彼此间隔开的空气进入孔口(50)，

其特征在于，所述空气进入孔口(50)中的至少一个空气进入孔口具有沿所述周向方向(52)伸长的形状。

2.根据前一项权利要求所述的整流器，其特征在于，所述至少一个进入孔口(50)具有长圆形形状或大致矩形的形状。

3.根据前述权利要求中任一项所述的整流器，其特征在于，所述至少一个进入孔口(50)具有周向尺寸Dc和径向尺寸Dr，并且尺寸Dc和Dr之间的比值在1.5到4之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的整流器，其特征在于，所述凸缘(34)设置有沿所述周向方向(52)呈长圆形的进入孔口(50)以及圆形的进入孔口(50)。

5.一种用于航空器涡轮机压缩机的整流器扇段(1a)，所述整流器扇段具有内套圈扇段(24a)、外套圈扇段(26a)以及刚性连接到所述内套圈扇段和所述外套圈扇段的定子机叶(28、28'、28”)，所述整流器扇段还包括凸缘扇段(34a)，所述凸缘扇段刚性连接到所述外套圈扇段(26a)的下游端部并用于附接到压缩机外壳(36)，所述凸缘扇段(34a)设置有至少一个空气进入孔口(50)，

其特征在于，所述空气进入孔口(50)沿所述整流器扇段的周向方向(52)居中地设置在所述凸缘扇段(34a)上并且具有沿所述周向方向呈长圆形的形状。

6.根据前一项权利要求所述的整流器扇段，其特征在于，所述凸缘扇段(34a)还配备有至少一个其他圆形的空气进入孔口(50)。

7.一种用于航空器涡轮机压缩机的整流器扇段(1a)，所述整流器扇段具有内套圈扇段(24a)、外套圈扇段(26a)以及刚性连接到所述内套圈扇段和所述外套圈扇段的定子机叶(28、28'、28”)，所述整流器扇段还包括凸缘扇段(34a)，所述凸缘扇段刚性连接到所述外套圈扇段(26a)的下游端部并用于附接到压缩机外壳(36)，

其特征在于，所述凸缘扇段具有第一周向端部(70₁)和与所述第一端部相对的第二周向端部(70₂)，所述第一端部具有空气进入孔口的第一部分(50₁)，所述第二端部具有另一空气进入孔口的第二部分(50₁)，第一孔口部分和第二孔口部分(50₁、50₂)各自沿所述整流器扇段的周向方向(52)向外开口，并且所述孔口的第一部分和第二部分(50₁、50₂)的周向尺寸Dc₁、Dc₂的总和大于所述第一部分和所述第二部分中的每一个的径向尺寸Dr。

8.根据前一项权利要求所述的整流器扇段，其特征在于，所述凸缘扇段(34a)还配备有沿所述周向方向(52)居中地布置并且沿所述周向方向具有长圆形形状的空气进入孔口(50)，或者，所述凸缘扇段(34a)还配备有一个或多个圆形的空气放泄孔口(50)。

9.一种组件(72)，包括分别为根据权利要求7和8中任一项所述的第一整流器扇段(1a)和第二整流器扇段(1b)，所述第一整流器扇段和所述第二整流器扇段(1a、1b)以端对端的方式布置，使得所述第一整流器扇段(1a)的第二周向端部(70₂)与所述第二整流器扇段(1b)的第一周向端部(70₁)并置，并且由所述第一整流器扇段的第二孔口部分(50₂)和所述第二整流器扇段的第一孔口部分(50₁)共同形成的所述空气进入孔口(50)沿所述周向方向(52)具有长圆形形状，所述组件(72)优选地被设计成使得所述进入孔口(50)相对于一对端部后缘(38)在所述周向方向上居中，所述一对端部后缘(38)由一方面的位于所述第一整流器扇段(1a)的第二周向端部(70₂)处的定子机叶(28”)的后缘(68)以及另一方面的位于所述第二整流器扇段(1b)的第一周向端部(70₁)处的定子机叶(28”)的后缘(68)形成。

10.一种航空器涡轮机(100)，包括压缩机(6)，所述压缩机配备有至少一个根据权利要求1至4中任一项所述的整流器(1)、或至少一个根据权利要求5至6中任一项所述的整流器扇段(1a)、或至少一个根据权利要求7和8中任一项所述的整流器扇段(1a)、或至少一个根据权利要求9所述的组件(72)。