用于轴流式涡轮机的抽气系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于轴流式涡轮机的抽气系统，涉及涡轮机压缩机的具有叶片的定子，其设计为调直涡轮机的环流(18)。定子包括设计为限定环流(18)的至少一个环形壁(28、30、34、36)，从环形壁(28、30、34、36)径向延伸的成排的叶片(26)，以及与环流(28)连通的加压器件。加压器件设计为对腔室(48)加压，腔室(48)通过迷宫式密封件与润滑壳体分开。加压器件包括延伸通过所述环形壁(29、30、34、36)的厚度并且连接所述环流(18)的至少一条通道(56)。加压器件还包括与通道(56)和环流(18)连通的至少一个进气口(50)。进气口(50)向上游敞开，从而捕获环流的动态压力。
【专利说明】用于轴流式涡轮机的抽气系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及轴流式涡轮机的定子。本发明还涉及具有对腔室加压的器件的涡轮机。更特别地，本发明涉及包括压缩机的涡轮机，该压缩机设置有具有对腔室加压的器件的定子。
【背景技术】
[0002]涡轮机具有能够相对于涡轮机的定子旋转的转子。当运转时，转子以每分钟几千转转动。诸如轴承的机械连接件安装在定子与转子之间的接合部处。在针对旋转速度设计轴承的同时，使得轴承能够使机械应力被吸收。为了保持最优的运转条件，这些轴承被供给润滑油。当运转时，该油能够变成油雾。
[0003]为了防止油扩散至涡轮机的其余部分，轴承安装在总体上密封的润滑壳体中。转子轴穿过这些壳体，就固定与移动表面之间的结合部的密封而言，产生弱点。为了避免在这些连结处的泄漏，它们具有迷宫式密封件。不论它们经受怎样的极限条件，这些密封件仍能够限制泄漏。
[0004]为了进一步减少并优选地消除油泄漏，每个迷宫式密封件被附接至加压腔室。当涡轮机运转时，加压腔室的压力大于附接的润滑壳体的压力。附接的润滑壳体于是处于相比于其周围的部分更低的压力。以该方式，除了从加压腔室向润滑壳体的泄漏之外，位于接合部中的迷宫式密封件消除了所有泄漏；油能够不再从润滑壳体流走。在这些情况下，油被保留。油不会扩散到涡轮机的其余部分。
[0005]为了在加压腔室中产生压力，涡轮机具有压缩空气抽气系统。
[0006]专利FR 2698406 Al公开了用于对轴承润滑壳体周围的腔室加压的装置。该装置包括用于向腔室供给空气的空气抽气管道。该管道经由位于低压压缩机和高压压缩机的各末级上游的孔放出空气。由于其控制系统，该装置提供空气，该空气的压力和温度被控制，而与涡轮机的运行模式无关。然而，放出的空气的压力较低。在一些构造中，该压力可能太低。此外，在管道中的压力损失减弱了用于对腔室加压的可用压力。
【发明内容】
[0007]本发明旨在解决在现有技术中存在的问题中的至少一个。本发明还旨在提高用于对涡轮机的腔室加压的可用压力。本发明还旨在保持涡轮机的性能。
[0008]本发明涉及轴流式涡轮机的具有叶片的定子，其包括至少一个设计为限定环流的环形壁，从环形壁径向地延伸的成排的叶片，以及用于对腔室加压的器件，其包括延伸通过环形壁的厚度并且与环流连接的至少一条通道；其中加压器件还包括至少一个进气口(scoop)，该进气口在环形壁上环流侧，并且与通道连通，该进气口朝向上游敞开，从而捕或所述流的动态压力。
[0009]根据本发明的有利实施例，一个或多个进气口包括环流的分隔边缘，所述边缘总体横向于环流的流动方向，沿径向方向远离环形壁的对应边缘，一个或多个进气口的一个或多个开口从壁的分隔边缘和对应边缘延伸。
[0010]根据本发明的有利实施例，一个或多个进气口包括从分隔边缘大致沿环流的流动方向延伸至环形壁的引导壁。
[0011]根据本发明的有利实施例，一个或多个进气口位于叶片的下游。
[0012]根据本发明的有利实施例，叶片具有平均间隔L4，进气口周向地延伸超过平均间隔L4的30 %，优选地为60 %，更优选地为150 %。
[0013]根据本发明的有利实施例，一个或多个进气口的纵向截面具有弯曲的外形，从而使环流通过环形壁的部分逐渐地偏斜。
[0014]根据本发明的有利实施例，一个或多个通道的轴向尺寸大于它/它们径向尺寸，优选地为至少三倍。
[0015]根据本发明的有利实施例，一个或多个进气口和环形壁是整体的，该一个或多个进气口优先地通过冲压并拉伸环形壁制成。
[0016]根据本发明的有利实施例，环形壁在一个或多个进气口的开口的紧上游的部分倾斜，从而增大所述开口的截面。
[0017]根据本发明的有利实施例，环形壁是内壁，定子包括与内壁大致同心的外壁，叶片在所述壁之间延伸。
[0018]根据本发明的有利实施例，定子包括具有两个中间同心环形壁的中间壳体，所述两个中间同心环形壁分别与内环形壁和外环形壁相关联，所述壁包括径向地延伸的壳体臂，一个或多个进气口沿周向方向布置在壳体臂处和/或上游。
[0019]根据本发明的有利实施例，通道径向地穿过环形壁。
[0020]根据本发明的有利实施例，至少在进气口，环流的流动具有轴向分量和切向分量。
[0021]根据本发明的有利实施例，环形壁包括由可磨损材料的环形层，通道穿过可磨损材料的环形层的厚度。
[0022]环形壁和可磨损层的厚度垂直于与环流接触的环形壁的环形表面测量。
[0023]根据本发明的有利实施例，进气口位于定子叶片的最后的环形排的叶片的下游，优选地在下游大于2.0mm。
[0024]根据本发明的有利实施例，加压器件设计为将环流的压力大致传递至加压腔室。
[0025]根据本发明的有利实施例，腔室通常是闭合的。
[0026]根据本发明的有利实施例，腔室基本上，优选地仅，与一个或多个进气口和确保密闭的密封器件连通。
[0027]根据本发明的有利实施例，腔室总体上是环形的。
[0028]根据本发明的有利实施例，任何通过加压腔室的气流基本上是向心的。
[0029]根据本发明的有利实施例，进气口的厚度小于其所在的环形壁的厚度。
[0030]根据本发明的有利实施例，环形壁由诸如钛等金属材料或复合材料或陶瓷材料构成。
[0031]根据本发明的有利实施例，进气口沿轴向长于其径向高度，优选地为三倍长，更优选地为六倍长。
[0032]本发明还涉及轴流式压缩机，其包括至少一个具有叶片的定子，其中所述定子或至少一个定子是根据本发明的，压缩机优选地包括若干具有叶片的定子，定子包括下游定子，下游定子是根据本发明的。
[0033]根据本发明的有利实施例，压缩机包括鼓和安装在鼓上的转子叶片的至少一个环行排，一个或多个进气口沿轴向位于鼓的下游，或者沿轴向位于鼓处，鼓具有开口，该开口沿轴向布置为与进气口共线并且在环形壁的径向内部。
[0034]本发明还涉及轴流式涡轮机，其包括具有至少一个定子的涡轮机和/或压缩机，其中所述定子或至少一个定子是根据本发明的定子，和/或压缩机是根据本发明的压缩机，优选地涡轮机包括润滑壳体、与一个或多个进气口连通的加压腔室、加压腔室和润滑壳体之间的结合部的密封器件。
[0035]根据本发明的有利实施例，一个或多个进气口位于定子的内壳体上，优选地内壳体围绕加压腔室，更优选地内壳体包括进气口上游和下游的密封器件。
[0036]根据本发明的有利实施例，进气口可位于压缩机或润轮机的内壳体的一个上。
[0037]本发明使得腔室能够被加压。其防止油从润滑壳体经由迷宫式密封件泄露。进气口径向地延伸进入环流，这意味着能够利用气流中的动态压力。因而，其能够轴向地自由定位在压缩机上，甚至在压缩机上游，因为环流在风扇下游已经具有高的速度。
[0038]本发明提供高的静态压力，甚至当进气口位于低压压缩机上时。本发明的构造允许迷宫式密封件通过增大鼓中的压力直接地加压。应注意的是，与现有技术相比，本发明不需要划分迷宫式密封件的额外的器件。相似地，将进气口连接到划分器件的管是多余的。
[0039]本发明允许环流的静态压力和动态压力相加。进气口和通道的构造能够减少压力损失。因而，加压腔室中的压力在给定的运转条件下被最大化。即使进气口是气流的障碍，其影响是可忽略的，因为气流无论如何将被位于下游的壳体臂扰动。因而，涡轮机的性能被保持。
[0040]进气口能够被构造在内定子壳体上。进气口的存在使得其振动响应被改变，并且可能促进振动阻尼。进气口的径向地延伸进入气流的形状增加了振动阻尼的可能性。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1示出了根据本发明的轴流式涡轮机。
[0042]图2是根据本发明的第一实施例的涡轮机压缩机的视图。
[0043]图3示出了根据本发明的第一实施例的定子的剖视图。
[0044]图4示出了根据本发明的第一实施例的进气口的等视轴图。
[0045]图5示出了根据本发明的第一实施例的定子的部分的前视图。
[0046]图6示出了根据本发明的第二实施例的定子的剖视图。
[0047]图7示出了根据本发明的第三实施例的定子的剖视图。
【具体实施方式】
[0048]在以下的描述中，术语内、内部、外或外部指的是相对于轴流式涡轮机的旋转轴线的位置。
[0049]图1示出了轴流式涡轮机。在此例中，其是双流涡轮螺旋桨发动机。螺旋桨发动机2包括第一压缩级、所谓的低压压缩机4，第二压缩级、所谓的高压压缩机6，燃烧腔室8，和一个或多个涡轮机级10。在运转中，涡轮机10的机械功率通过中央轴传递至转子12并且驱动两个压缩机4和6。减速机构可提高传递至压缩机的旋转速度。替代地，不同的涡轮机级能够各自通过同心轴与压缩机级连通。同心轴包括与定子叶片排相关联的若干转子叶片排。转子围绕其旋转轴线14的旋转产生空气流并且将其逐渐地压缩至燃烧腔室10的入□。
[0050]入口风扇，即通常指风扇16，联接至转子12并产生空气流，该空气流被分流为主流18，其通过涡轮机的多个上述级，以及次流20，其通过沿着机器长度的环形导管(部分地示出)并且然后在涡轮机出口又重新结合入主流。主流18和次流20是环流，并且被引导通过涡轮机的壳体。为此，壳体具有柱形壁或壳，所述柱形壁或壳可以是内部或外部的。
[0051]图2是如图1中的轴流式涡轮机2的低压压缩机4的剖视图。风扇16的部分和主流18与次流20之间的分流鼻件22能够被看见。转子12包括若干排转子叶片24，在本例中为三排。
[0052]低压压缩机4包括至少一个定子，优选地为若干定子。在本案例中，低压压缩机4包括四个定子，每个定子包括至少一个环形壁和一排定子叶片26。优选地，每个定子包括两个环形壁，即内壁28和外壁30，它们同心并且共轴。外环形壁30可共用于若干定子。内环形壁28可以是内壳体28,固定至一个环形排的定子叶片26的内端头。定子与风扇16或一排转子叶片24相关联，用于调直空气流，从而将空气流的速度转换成压力。
[0053]定子叶片26从外壁30大致径向地延伸，并且能够通过销固定在那里。它们彼此等距，并且在气流中具有相同的角度取向。有利地，这些叶片是相同的。可选地，叶片之间的间隔能够如同它们的角度取向一样局部地变化。高压压缩机6可具有相似的构造。
[0054]低压压缩机4包括壳体，例如，中间壳体32，其将低压压缩机4机械地并且液压地连接至高压压缩机6。中间壳体32包括限定环形中间流的内环形中间壁34和外环形中间壁36。这些中间壁可以是与低压压缩机4和高压压缩机6的外环形壁30和内环形壁28连续的。
[0055]中间壳体32可包括径向地延伸穿过中间流的壳体臂38。壳体臂38是支撑件，其能够被设计为至少部分地吸收风扇16的推力。它们可以是中空的以允许流体流过它们或者机械传动装置穿过它们。
[0056]转子12通过轴承42相对于壳体32安装在旋转轴40上。这些轴承42每个位于腔室44中，润滑油雾主要在该腔室中。为了防止该油扩散至发动机的其他部分，润滑壳体44是关闭的并且是大致密封的。为此，润滑壳体44包括上游密封件46。上游密封件46可以是迷宫式密封件46。
[0057]为了抑制任何剩余泄漏，上游密封件46与加压腔室48连通。加压腔室48也能够部分地围绕润滑壳体44。在压缩机4的运转期间，加压腔室48的压力大于润滑壳体44的压力。
[0058]为了将腔室48保持在需要的压力下，至少一个定子包括加压器件。该加压器件包括至少一个加压进气口 50。加压器件优选地包括多个进气口 50。有利地，进气口 50轴向地位于相同的级处。一个或多个进气口 50可以轴向地位于压缩机中的一个处。优选地，一个或多个进气口 50布置在低压压缩机4下游的定子上。进气口 50可以轴向地位于壳体臂38的上游。
[0059]图3示出了根据本发明的低压压缩机4的下游部分。
[0060]低压压缩机4在下游具有定子。下游定子具有内壳体28，内壳体28具有倒U形区段。内壳体28具有密封器件。密封器件可包括可磨损材料的环形层52，该可磨损材料的环形层52可被应用到内壳体28的内表面。该可磨损层52意图与形成在转子的外表面上的环形肋可磨损地配合。内壳体28的密封器件还可包括部分54，该部分54径向地延伸并且通过中间外壳32压抵内中间壁34。这些密封器件被相应地布置在内壳体28的上游和下游，从而提供在内壳体28的内部和外部之间的密封件。因而，其设计为提供加压腔室周围的密封。
[0061]加压器件包括位于内壳体28上的加压进气口 50。进气口 50与环流18连通，优选地为直接地连通。进气口 50位于定子叶片26的下游，在定子中的静态压力为其轴向最高值的点处。其从内壳体28突出，并且向环流上游敞开。以该方式，进气口能够捕获环流的动态压力。进气口 50使得静态压力和环流的动态压力相加，并且将总压力传递至加压腔室48。
[0062]加压器件包括设计为传递压力的通道56。通道56经过内壳体28的厚度，优选地为直接地经过。通道56至少部分地由进气口 50限定。通道56向上游(沿局部环流的方向)敞开。通道56能够穿过可磨损层52。因而，进气口 50能够将总环流的压力与加压腔室48直接地连通。这减少了压力损失并且有助于可能的流动。
[0063]通道56具有入口和出口。出口面积大于入口面积，优选地为至少三倍。入口垂直于内壳体28的外表面延伸，并且出口大体与内壳体28齐平。出口形成内壳体28的开口。通道的最小的横截面积形成瓶颈58或者最小通道截面58，其横向地延伸到环流中。最小通道截面58大体沿着垂直于对应的进气口 50中的速度矢量的平面延伸。以该方式，进气口50从气流的动态压力获得最大的效益。注意，该最小通道截面58使得环流的部分被捕获，并因而从其动态压力中获得效益。
[0064]进气口可以位于定子的外环形壁上。进气口也可位于中间壳体的中间环形壁上，或壳体的臂中的一个上。
[0065]图4示出了根据本发明第一实施例的进气口 50的等轴视图。
[0066]进气口 50是弯曲的并且被设计为使环流的部分逐渐地偏转。其具有轴向的外形和/或切向曲线。进气口 50的轴向外形沿轴向长于其径向的高度。进气口 50具有周向宽度LI，其超过轴向长度L2。
[0067]进气口 50与内壳体28—体形成。有利地，内壳体由诸如钛等金属材料制成。壳体坯料被冲压，从而形成凹槽。接着，壳体坯料在凹槽的下游侧径向地拉伸。
[0068]图5示出了根据本发明的第一实施例的定子的部分的前视图。
[0069]进气口 50可周向地位于定子上两个相邻的叶片26之间。其优选周向地位于壳体臂38上。因而，其产生的扰动被主流朝向壳体臂38卷吸。由于其厚度和其外形，壳体臂38也在环流中产生扰动。这些扰动与进气口 50产生的那些扰动混合。这些扰动的混合对发动机性能的影响小于这些扰动单独作用的影响的总和。发动机的性能因而被保持。
[0070]进气口 50具有分隔边缘60和前边缘60。分隔边缘60将环流的部分与该流动的其余部分分隔。其限定最小通道截面58。该最小通道截面58横向于环流的方向延伸。其轴向地限定进气口 50的外形。进气口包括将分隔边缘60连接到环形壁28的总体径向外形的引导壁。[0071 ] 进气口 50具有大于其径向高度L3的切向宽度LI，优选地为至少两倍，更优选地为至少五倍。定子叶片26具有平均周向间隔L4。切向宽度LI大于距离L4的20%，优选地大于80%，更优选地大于150%。
[0072]图6示出了根据本发明的第二实施例的定子的剖视图。图6对于与之前的附图中相同或相似的部件示出了相同的标记方式，但是标记增加了 100。此外，对于相似或等同的部件，应参考之前的附图的描述。
[0073]环形壁128包括倾斜的壁部162，其与环流118相对。在运转期间，外环流的部分118沿着该倾斜的壁部162的表面行进。在该部分162的下游，定子包括进气口 150。该进气口 150可以通过环形壁128形成。进气口 150突出进入环流沿着倾斜的壁部162偏转的部分中。通道156由进气口 150和倾斜的壁部162限定。
[0074]倾斜的壁部162沿轴向长于其径向的高度，从而易于方向的改变以经过环形壁128下方。该构造减少了环流在其通过环形壁128时所受的扰动。
[0075]图7示出了根据本发明的第三实施例的定子的剖视图。图7对于与之前的附图中相同或相似的部件示出了相同的标记方式，但是标记增加了 200。此外，对于相似或等同的部件，应参考之前的附图的描述。
[0076]加压器件包括加压进气口 250，和形成凸出部的倾斜的壁部262。通道256和凸出部轴向地和/或径向地连通。进气口 250和倾斜的壁部262位于环形壁228上。进气口250和倾斜的壁部262相对于环形壁228沿相反的方向突出。
[0077]该构造增加了最小通道截面258的径向高度，并且因此增加了通过其的可能的流动。高度的增加是允许的，同时减少了进入环流218中的任何侵扰。
【权利要求】
1.一种轴流式涡轮机(2)的具有叶片的定子，其包括: -至少一个环形壁(28、30、34、36、128、228)，其设计为限定环流(18、118、218)； -成排的叶片(26、126、226)，其从所述环形壁(28、30、34、36、128、228)径向地延伸，和 -用于腔室(48)加压的器件，其包括至少一个通道(56、156、256)，其延伸通过所述环形壁(28、30、34、36、128、228)的厚度，并且与所述环流(18、118、218)连接； 其中 加压器件进一步包括至少一个进气口(50、150、250)，该进气口在所述环形壁(28、30、34、36、128、228)上所述环流(18、118、218)侧，并且与所述通道(56、156、256)连通，所述进气口(50、150、250)朝向上游的方向敞开，从而捕获所述环流(18、118、218)的动态压力。
2.如权利要求1所述的定子，其中所述一个或多个进气口(50、150、250)包括所述环流(18、118、218)的分隔边缘(60、160、260)、所述环形壁(28、30、34、36、128、228)的对应边缘、所述进气口(50、150、250)的在所述壁的对应边缘与分隔边缘之间延伸的开口，所述分隔边缘总体横向于所述环流的方向延伸在沿径向方向一距离处。
3.如权利要求2所述的定子，其中所述一个或多个进气口(50、150、250)包括引导壁，该引导壁从所述分隔边缘出0、160、260)大致沿所述环流的流动方向延伸至所述环形壁。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的定子，其中所述一个或多个进气口(50、150、250)位于所述叶片(26、126、226)的下游。
5.如权利要求4所述的定子，其中所述叶片(26、126、226)具有平均间隔L4，所述进气口周向地延伸超过所述平均间隔L4的30%，更优选地超过60%，更优选地超过150%。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的定子，其中所述一个或多个进气口(50、150、250)的纵向截面具有弯曲的外形，从而使所述环流的通过所述环形壁的部分逐渐地偏转。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的定子，其中所述通道(56、156、256)的轴向尺寸大于其径向尺寸,优选地为至少三倍。
8.如权利要求1至7中的一项所述的定子，其中所述一个或多个进气口(50、150、250)和所述环形壁(28、30、34、36、128、228)是整体的，或优选地所述进气口通过冲压并且拉伸所述环形壁形成。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的定子，其中所述环形壁(128、228)的在所述一个或多个进气口(150、250)的开口的紧上游的部分(162、262)倾斜，从而增大所述开口的截面。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的定子，其中所述环形壁(28、30、34、36、128、228)是内壁，所述定子包括大致与所述内壁同心的外壁(30、36)，所述叶片(26、126、226)在所述壁之间延伸。
11.如权利要求10所述的定子，其中该定子包括具有分别与所述内环形壁和外环形壁相关联的两个中间同心环形壁(34、36)的中间壳体(32)，所述中间同心环形壁(34、36)包括径向延伸的壳体臂(38)，所述一个或多个进气口(50)沿圆周方向布置在所述壳体的壁处和/或上游。
12.一种包括至少一个带叶片的定子的轴流式压缩机(4、6)，其中所述或至少一个定子是根据权利要求1至11中的任一项所述的定子，所述压缩机(4、6)优选地包括多个具有叶片的定子，所述压缩机的下游定子是根据权利要求1至11中的任一项所述的定子。
13.如权利要求12所述的轴流式压缩机(4、6)，其中所述压缩机包括鼓和安装在所述鼓上的至少一个环形排的转子叶片(24)，一个或多个进气口(50、150、250)位于所述鼓的轴向下游，或者沿轴向位于鼓处，所述鼓具有开口，该开口沿轴向布置为与进气口共线并且在环形壁的径向内部。
14.一种轴流式涡轮机(2)，包括具有至少一个定子的涡轮机(8)和/或压缩机(4、6)，其中所述或至少一个定子是根据权利要求1至11中的任一项所述的定子和/或所述压缩机(4、6)是根据权利要求12至13中的任一项所述的压缩机，所述涡轮机优选地包括润滑壳体(44)、与所述一个或多个进气口(50、150、250)连通的加压腔室(48)、在所述加压腔室(48)与润滑壳体(44)之间的结合部处的密封器件(46)。
15.如权利要求14所述的涡轮机(2)，其中所述一个或多个进气口(50、150、250)位于所述定子的内壳体(28、128、228)上，优选地所述内壳体围绕所述加压腔室(48)，更优选地所述内壳体(28、128、228)包括在所述进气口(50、150、250)的上游和下游的密封器件(52、54)。
【文档编号】F01D9/00GK104154042SQ201410200452
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2013年5月13日
【发明者】D.德佩普 申请人:航空技术空间股份有限公司