具有反向旋转转子的轴流式涡轮发动机的压缩机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种安装有传动装置的轴流式涡轮发动机。更确切地说，本发明涉及这一种包括风扇、压缩机和行星轮系的涡轮喷气发动机。
【背景技术】
[0002]为了调节风扇的旋转速度，涡轮喷气发动机设置有行星轮系。其允许低压压缩机的转子从风扇中分离，从而消除了技术约束。相对于压缩机转子，风扇的旋转速度减小，这是有利于涡轮发动机具有高稀释率，结合较大风扇和减小直径的压缩机。该技术对于高速压缩机是有用的，其旋转速度大于1000rpm或者甚至15000rpm。
[0003]行星减速齿轮的存在还允许转子叶片的某些排进行反向旋转，即，在相反的方向转动。这使得压缩机的压缩速率增加。
[0004]专利文献US2010/0326050 Al公开了一种轴流式涡轮发动机，其从上游至下游依次具有风扇、低压压缩机、高压压缩机、连结至压缩机和风扇的涡轮机。行星减速齿轮将风扇连接至低压压缩机的内部转子，由于减小率，这些单元以不同的速度在相反的方向上转动。然而，这样的涡轮发动机是特别复杂的。它具有许多相对于彼此运动的界面，需要相同数量的密封接合件或轴承以便限制磨损。这种布置是笨重的，生产精度难以满足。这种配置需要在某些运动部件之间增加轴承或滚子轴承。
【发明内容】
[0005]技术问题
[0006]本发明的目的在于解决现有技术所造成的问题中的至少一个。本发明的目的还在于提高具有经由行星减速齿轮连结至压缩机的风扇的涡轮发动机的效率。更明确地，本发明的目的在于优化压缩机的压缩率和紧凑性。
[0007]技术方案
[0008]本发明的目的也是一种诸如涡轮喷气发动机的轴流式涡轮机发动机，其包括:风扇；压缩机，其安装有具有至少两个环形排的转子叶片的转子，其中，两排是反向旋转的；行星减速齿轮，其将风扇连接至压缩机转子并且连接反向旋转的排，其不同之处在于，其还包括布置在两排转子叶片之间的环形排的定子叶片，以便将两排转子叶片之间的流变直。
[0009]根据本发明的一有利的实施例，定子叶片的排布置在可以是两个连续排的两个反向旋转的转子叶片的排的下游。
[0010]根据本发明的一有利实施例，行星减速齿轮包括外部行星轮、内部行星轮，以及固定至涡轮发动机的定子的行星架，两个反向旋转的排中的一个固定至外部行星轮，并且两个反向旋转的排中的另一个固定至内部行星轮。
[0011]根据本发明的一有利实施例，每个转子叶片经由其内部端部连接至转子，其中，定子叶片的排可以是第一排，压缩机还包括第二排的定子叶片，叶片的反向旋转的排布置在第一定子排与第二定子排之间。
[0012]根据本发明的一有利实施例，行星减速齿轮包括具有固定至涡轮发动机的定子的上游部分的行星架，优选地，行星减速压齿轮位于压缩机转子的叶片内侧。
[0013]根据本发明的一有利实施例，在上游的两个反向旋转的叶片的排具有的叶片在径向上比下游的大。
[0014]根据本发明的一有利实施例，行星减速齿轮配置成使得离压缩机最远的上游的转子叶片的排是转动更慢的。
[0015]根据本发明的一有利实施例，轴向地布置成在离风扇最近的反向旋转的排，相对于风扇以及两个反向旋转的排中的另一个的旋转速度，以中间速度转动。
[0016]根据本发明的一有利实施例，转子包括叶片盘和叶片鼓，盘支撑一排叶片，并且鼓支撑至少两排叶片，盘和鼓的每个支撑反向旋转的叶片排的其中一个，优选地，盘布置在鼓的上游。
[0017]根据本发明的一有利实施例，环形排的定子叶片布置在其间的两排转子叶片是由鼓支撑的至少两排叶片。
[0018]根据本发明的一有利实施例，压缩机包括若干排的叶片，在其端部的上游排和下游排是定子叶片的排，其中，压缩机可以是低压压缩机。
[0019]根据本发明的一有利实施例，压缩机包括至少三排转子叶片，其中至少两排固定至彼此。
[0020]根据本发明的一有利实施例，涡轮发动机包括用于风扇的固定壳体，其中至少一排、优选至少两排的壳体臂穿过涡轮发动机的一次流，压缩机布置在壳体臂的排中的一个的下游或者布置在两排壳体臂之间。
[0021]根据本发明的一有利实施例，行星减速齿轮包括外部行星轮，两个反向旋转的排的其中一个固定至外部行星轮上，以及内部行星轮，两个反向旋转的排的另一个以及一些例子中的风扇固定至内部行星轮上。
[0022]根据本发明的一有利实施例，行星减速齿轮是具有第一外部行星轮的第一减速齿轮，涡轮发动机还包括具有第二外部行星轮的第二行星减速齿轮；风扇固定至第二外部行星轮，两个反向旋转的叶片排的其中一个固定至第一外部行星轮。
[0023]根据本发明的一有利实施例，行星减速齿轮的每个包括内部行星轮和行星架，该行星架固定至涡轮发动机的定子，并且内部行星轮结合或固定至彼此。
[0024]根据本发明的一有利实施例，涡轮发动机包括风扇与涡轮发动机的行星减速齿轮(一个或多个)之间的减速齿轮，该减速齿轮被配置，以便减小风扇相对于压缩机转子的旋转速度。
[0025]根据本发明的一有利实施例，壳体臂在流的方向上的长度大于其垂直于流的高度。
[0026]根据本发明的一有利实施例，涡轮发动机包括在转子叶片的内部端部的径向水平处的密封件。
[0027]根据本发明的一有利实施例，压缩机的每个叶片排包括20个叶片以上，优选50个叶片以上，更优选100个叶片以上。
[0028]根据本发明的一有利实施例，压缩机的每个叶片包括向内弯曲的表面。
[0029]根据本发明的一有利实施例，每个或至少一个行星减速齿轮包括两个内部行星轮或两个外部行星轮。
[0030]根据本发明的一有利实施例，涡轮发动机包括级联的(in cascade)至少三个行星轮系，诸如，至少三个行星减速齿轮。
[0031]根据本发明的一有利实施例，压缩机包括至少六个叶片排，其中至少三个是定子叶片排并且至少三个是转子叶片排。
[0032]根据本发明的一有利实施例，两个反向旋转排和两个定子叶片排形成一连串的四个连续排。
[0033]根据本发明的一有利实施例，涡轮发动机包括经由传动轴驱动压缩机的涡轮机。
[0034]根据本发明的一有利实施例，行星减速齿轮的每个元件具有相对于涡轮发动机的定子固定的旋转轴线。
[0035]提供的优点
[0036]本发明允许在具有反向旋转叶片排的压缩机中湍流的限制，这提高了效率。混合式结构保持简单，这是由于本发明得益于用于附接转子叶片排的减速齿轮的外部行星轮的存在。因此，与下游排相比，该排叶片转动更慢，并且提高了流压缩的累进。
[0037]所提出的架构是简单的，轴承和密封接合件的数量是有限的。这种配置形成具有两个反向旋转叶片排和定子叶片排的混合压缩机，这允许省略一个定子叶片排。本解决方案优化了紧凑性、质量，以及可靠性。压缩机是较短的，涡轮发动机的阻力减小。
【附图说明】
[0038]图1示出了根据本发明的轴流式涡轮发动机。
[0039]图2描述了根据本发明的第一实施例的轴流式涡轮发动机的上游部分。
[0040]图3示出了根据本发明的第二实施例的轴流式涡轮发动机的上游部分。
【具体实施方式】
[0041]在以下的描述中，术语“内部的”或“内部”以及“外部的”或“外部”是指相对于轴流式涡轮发动机的旋转轴线的位置。
[0042]图1是轴流式涡轮发动机的简化形式。此处，其是涵道风扇式涡轮喷气发动机，但也可以是涡浆发动机。涡轮喷气发动机2包括称为低压压缩机4的第一压缩水平、称为高压压缩机6的第二压缩水平、燃烧室8，以及一个或多个涡轮机水平10。在操作中，经由中心轴传输至转子12的涡轮机10的机械动力经由至少一个传动轴以运动的方式启动两个压缩机4和6。相对于涡轮机，传动装置11可以增加或减小压缩机的旋转速度。可替代地，涡轮机的不同级的每个也可以经由中心轴连结至压缩机级，在某些例子中是经由传动装置11连结至压缩机级。压缩机包括与定子叶片排相关联的若干排转子叶片。因此，转子关于其旋转轴线14的旋转允许产生空气流并且逐渐地压缩直到燃烧室8的入口。
[0043]通常指定为风扇16的入口鼓风机联接到转子12并产生空气流，该空气流分成穿过涡轮发动机的上述不同水平的一次流18以及沿机器穿过环形管道(部分示出)以便随后与离开涡轮机的一次流18再结合的二次流20。二次流20由于其的加速主要由风扇产生反推力。一次流18和二次流20是环形流并且由涡轮发动机的壳体来引导。
[0044]图2是如图1所示的轴流式涡轮发动机2的上游部分的剖视图。示出了低压压缩机4、风扇16，以及传动装置11。转子12包括转子叶片(22;24;26)的若干环形排，在该例子中是三个。
[0045]低压压缩机4包括若干调直器，在该例子中是三个，每个调直器包括定子叶片(28 ;30 ;32)的环形排。调直器固定到涡轮发动机2的定子36上，调直器与风扇16或与转子叶片(22 ;24 ;26)排相关联，以使空气流变直，从而将流的速度转换成压力。定子叶片(28 ;30 ;32)从外部壳体基本上径向地延伸，并且经由轴或焊接可固定至外部壳体；其也可以固定至内部护罩。定子叶片的径向高度大于其的轴向长度，这些尺寸被确定在一次流18的流动方向上。
[0046]每个叶片具有成堆的弧形轮廓。其每个都具有正面和比正面更广阔的背面。定子叶片(28;30;32)中的每个具有前缘和相对于流比前缘倾斜更小的后缘。转子叶片(22;24 ;26)具有相反的布置。因此，每个定子叶片(28 ;30 ;32)通过将流的周向分量转换成轴向分量使流变直。转子叶片(22 ;24 ;26)经由其内部端部固定，其外部端部是自由且可满足压缩机壳体的壁的内面。诸如耐磨层的动态接合与叶片的外部端部协作。
[0047]涡轮发动机2的定子36包括风扇固定壳体37，其具有布置在低压压缩机4上游的壳体臂38。壳体37允许风扇36连接至机舱。涡轮机发动机2还具有布置在低压压缩机4下游的其它壳体臂40。每组臂(38;40)形成环形排，并且每个臂穿过一次流18。臂(38;40)基本上是轴向细长的并且至少是定子叶片(28 ;30 ;32)的两倍长，优选至少是定子叶片(28 ;30 ;32)的四倍的轴向长度。
[0048]压缩机4从上游到下游依次包括定子叶片的上游排28、两个连续排的转子叶片(22 ;24)、定子叶片排30、转子叶片排26，以及随后的定子叶片的下游排32。应当注意的是，四个叶片排(24 ；30 ；26 ；32)形成交替的转子/定子叶片式样，但可能的是，该式样可以在五个、六个、七个、八个或更多的叶片排上延伸。此外，两个连续的转子叶片排(22 ；24)和/或两个转子叶片排(22 ；24)最远上游是反向旋转的并且以相反的方向转动。转子叶片的第一排22或上游排22布置在盘42上。转子叶片的第二排24和第三排26由具有大致管状部分的鼓44连接在一起。以这种方式，这两排(24