叶轮机械和航空发动机的制作方法

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种叶轮机械和航空发动机。

背景技术：

发动机具有用于通过气体的叶轮机械，例如用于对气体做功的压气机和接受气体做功的涡轮等，工作时，为了防止转子叶片和设在叶片外围的壳体碰磨，在转子的叶尖，即叶片叶顶的端面和壳体内壁之间有一定的间隙，此间隙即叶尖间隙。叶轮机械的转子叶片叶尖与机匣之间的间隙大小较大程度的影响发动机性能，间隙过大，将导致叶尖间隙泄漏流动，产生叶尖间隙泄漏涡伴有流动损失，对发动机整体性能不利。间隙过小，容易发生压气机转子和壳体内壁之间的碰磨，造成叶片叶尖或者壳体磨损，给后期维修带来很大困难。严重时将导致转子叶片断裂，甚至可能危及航空安全。因此，如何在叶片与壳体内壁之间存在叶尖间隙时减小叶尖与壳体内壁之间的气体的间隙泄露，是一个需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种叶轮机械，该叶轮机械能减少气体通过叶轮机械时气体在叶轮机械周向上的间隙泄露。

本发明公开一种叶轮机械，具有进气侧和出气侧，包括：

转子，包括转轴和设于所述转轴上的叶片；

壳体，在所述叶片的径向外侧围绕所述转子；

周向防漏气结构，包括设于所述壳体内壁上且位于所述叶片的叶尖与所述壳体的内壁之间的叶尖间隙内的多个密封齿，所述密封齿沿所述进气侧到所述出气侧的方向延伸。

在一些实施例中，

所述叶轮机械为压气机，所述密封齿位于所述壳体内壁上的根部到远离所述壳体内壁的自由端的延伸方向顺着所述压气机转子工作时的旋转方向倾斜；或

所述叶轮机械为涡轮，所述密封齿位于所述壳体内壁上的根部到远离所述壳体内壁的自由端的延伸方向逆着所述涡轮转子工作时的旋转方向倾斜。

在一些实施例中，所述叶轮机械包括设于所述壳体内壁上的耐磨层，所述耐磨层包括所述周向防漏气结构。

在一些实施例中，沿所述叶轮机械的轴向，所述密封齿的两端部分别位于所述叶片的叶尖的两端部的外侧。

本发明第二方面公开一种航空发动机，包括所述的叶轮机械。

基于本发明提供的叶轮机械，通过壳体内壁上设置从进气侧到出气侧方向延伸的多个密封齿，密封齿与密封齿之间形成齿槽，从而在气体通过叶轮机械的叶片，叶片的高压侧压力较大的气体通过叶尖间隙沿周向向叶片的低压侧泄露时，压力较大的气体会进入相邻密封齿的齿槽内，在齿槽附近形成较高气体压力区域，从而阻碍叶片高压侧气体向叶片低压侧的流动，减少叶轮机械的气体的周向泄露。

应用本发明实施例的航空发动机也具有相应的有益效果。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的叶轮机械的结构示意图；

图2为图1所示的叶轮机械的h部局部放大结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1和图2所示，本实施例的叶轮机械具有进气侧和出气侧，叶轮机械包括转子、壳体1和周向防漏气结构3。

转子包括转轴和设于转轴上的叶片2。壳体1在叶片2的径向外侧围绕转子。在图1所示的实施例中，多个叶片2均匀地分布在转轴上，壳体1为圆形框架。

进气侧和出气侧位于叶轮机械的轴向的两端，气体从叶轮机械的进气侧流入叶轮机械，与叶轮机械的叶片相互作用，然后从叶轮机械的出气侧流出。气体与叶片的相互作用可以是叶片对气体的做功，例如压气机的叶片压缩空气，或者可以是气体对叶片做功，例如气体对涡轮的叶片做功，使涡轮转动对外做功。

周向防漏气结构3包括设于壳体1内壁上且位于叶片2的叶尖与壳体1的内壁之间的叶尖间隙内的多个密封齿31，密封齿31沿进气侧到出气侧的方向延伸。密封齿31位于壳体1的内壁上，即密封齿31可以直接位于壳体1的内壁表面上，也可以通过其他中间介质连接到壳体1的内壁表面上。壳体如图1和图2所示，密封齿31沿着进气侧到出气侧的方向延伸，密封齿31的延伸方向可以平行于叶轮机械的轴向，也可以与叶轮机械的轴向相交不垂直。

气体在与叶片相互作用时，叶片的两侧面相邻的气体会存在压力差，即叶片的两侧面会分为与压力较高的气体相邻的高压侧21和与压力较低的气体相邻的低压侧22。例如，如图1所示，对于压气机而言，沿着叶片旋转方向(如图1中的y箭头所示的方向)，叶片的下游侧即叶片压缩气体的压力面所在侧为高压侧21，叶片的上游侧所在侧为低压侧22，位于高压侧21的气体会沿周向从叶尖间隙向低压侧22泄露(如图1中的x箭头所示的方向，对于压气机，x箭头与y箭头的方向相反)。如图1所示，本实施例的叶轮机械，通过壳体1内壁上设置从进气侧到出气侧方向延伸的多个密封齿31，相邻密封齿31之间形成齿槽，从而在气体通过叶轮机械的叶片时，叶片的高压侧21压力较大的气体通过叶尖间隙沿周向向叶片的低压侧22泄露时，压力较大的气体会进入相邻密封齿的齿槽内，在齿槽附近形成较高气体压力区域，从而阻碍叶片高压侧21气体向叶片低压侧22的流动，从而减少叶轮机械的气体的周向泄露。

在一些实施例中，如图1和图2所示，叶轮机械为压气机。密封齿31位于壳体1内壁上的根部到远离壳体1内壁的自由端的延伸方向顺着压气机转子工作时的旋转方向倾斜，即密封齿31的齿根到齿尖的延伸方向相对于叶轮机械的径向向转子的旋转方向的下游方向倾斜，也即当某一叶片2正对该密封齿31时，密封齿31的齿根到齿尖的延伸方向向该叶片2的高压侧21倾斜(此时气体从高压侧21向低压侧流动的方向即x箭头的方向与转子旋转方向即y箭头方向相反)。如图2所示，该设置可以使齿槽的开口可以向叶片2的高压侧21倾斜，当高压侧21的较高压力的气体向叶片的低压侧泄露时，气体会如图2所示的z箭头所示流入齿槽中，进入齿槽中后，会沿着齿槽壁回流，由于密封齿31向高压侧21倾斜，从而气体会向高压侧21所在方向回流，减少了高压侧21气体向低压侧22方向的泄露，回流的气体同时还会阻止其他高压侧21向低压侧22流动的气体的流动，进一步减少叶轮机械的气体的周向泄露。

在一些实施例中，叶轮机械为涡轮，密封齿31位于壳体1内壁上的根部到远离壳体1内壁的自由端的延伸方向逆着涡轮转子工作时的旋转方向倾斜。即密封齿31的齿根到齿尖的延伸方向相对于叶轮机械的径向向转子的旋转方向的上游方向倾斜，也即当某一叶片2正对该密封齿31时，密封齿31的齿根到齿尖的延伸方向向该叶片2的高压侧21倾斜(此时气体从高压侧21向低压侧流动的方向即x箭头的方向与转子旋转方向即y箭头方向相同)。如图2所示，该设置可以使齿槽的开口可以向叶片2的高压侧21倾斜，当高压侧21的较高压力的气体向叶片的低压侧泄露时，气体会如图2所示的z箭头所示流入齿槽中，进入齿槽中后，会沿着齿槽壁回流，由于密封齿31向高压侧21倾斜，从而气体会向高压侧21所在方向回流，减少了高压侧21气体向低压侧22方向的泄露，回流的气体同时还会阻止其他高压侧21向低压侧22流动的气体的流动，进一步减少叶轮机械的气体的周向泄露。

在一些实施例中，叶轮机械包括设于壳体1内壁上的耐磨层，耐磨层包括周向防漏气结构3。如图1所示，本实施例的周向防漏气结构3为设置在壳体1内壁上的耐磨层结构，本实施例的耐磨层结构相不同于现有技术的平滑型耐磨层结构，本实施例为带有密封齿型的耐磨层结构，在具有耐磨效果同时，具有更好地周向防漏气效果。同时，带有密封齿31的耐磨层只需在现有技术的平滑型耐磨层结构基础上进行锯齿形切割，工艺方法简单。

在一些实施例中，沿叶轮机械的轴向，密封齿31的两端部分别位于叶片2的叶尖的两端部的外侧。即密封齿31的轴向长度大于叶片2的叶尖的轴向长度，密封齿31能够叶尖完全覆盖，从而密封齿31能够对叶尖在轴向上整个范围内的气体周向泄露产生减小的效果，提高减小漏气的范围，提高减小泄露的效果。

在一些实施例中海公开一种航空发动机，包括上述的叶轮机械。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。