УЗЕЛ ПЕРА И ПОЛКИ ХВОСТОВИКА ДЛЯ ДОЗВУКОВОГО ПОТОКА, ЛОПАТКА, ОБЛОПАЧЕННОЕ КОЛЕСО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2017 года по МПК F01D5/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к узлу, содержащему перо для облопаченного колеса газотурбинного двигателя вместе с полкой хвостовика, пригодной для установки пера, причем узел, который образован таким образом, расположен таким образом, что множество перьев, закрепленных на полке хвостовика или на множестве собранных вместе полок хвостовика, может образовывать облопаченное колесо. Выражение «полка хвостовика» используется здесь для обозначения части, которая образует радиально внутреннюю сторону межлопаточного канала, образованного между двумя смежными перьями облопаченного колеса. Выражение «поверхность полки хвостовика» используется для обозначения поверхности полки хвостовика, которая обращена к межлопаточному каналу. Поверхность полки хвостовика также может обозначать узел поверхностей полки хвостовика облопаченного колеса, рассмотренных в совокупности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известным образом перья облопаченного колеса могут быть выполнены за одно целое с роторным диском для того, чтобы образовывать облопаченное колесо. Часть, выполненная таким образом, которая объединяет и перья, и их полки хвостовика, представляет собой цельное облопаченное колесо. В другом варианте осуществления перья выполнены независимо от роторного диска (т.е. они образуют отдельные части). При таких обстоятельствах перья образованы с соответственными хвостовиками, обеспечивающими их прикрепление к роторному диску, тем самым образуя лопатки. Узел, содержащий лопатки на роторном диске, таким образом, образует облопаченное колесо.

Например, образование облопаченного колеса подобным образом описано в патенте GB 944166 А (опубл. 11.12.1963). Такая конструкция обладает рядом недостатков, которые более подробно описаны ниже и на преодоление которых направлено настоящее изобретение.

Изобретение стремится к предпочтительной конструкции пера относительно поверхности полки хвостовика; такая конструкция может быть обеспечена в различных конструкциях, описанных выше, независимо от того, образуют полку хвостовика и перо отдельные части или нет.

Конкретнее, изобретение стремится создать узлы, которые описаны выше, для создания облопаченных колес компрессоров (высокого давления или низкого давления), и в частности многоступенчатых компрессоров, которые имеются в газотурбинных двигателях или в вертолетных турбовальных двигателях.

Изобретение также может быть использовано для создания лопаток или облопаченных колес для газотурбин газотурбинных двигателей (чьи газотурбины могут быть газотурбинами высокого давления или низкого давления).

Аэродинамическая эффективность ступени компрессора (равная отношению идеальной работы (т.е. работы, связанной с изоэнтропийным превращением) и работы, в общем затрачиваемой на текучую среду для того, чтобы получать заданное увеличение давления между верхним по потоку и нижним по потоку концами ступени компрессора) в газотурбинном двигателе зависит не только от формы перьев, но и от формы полок хвостовика. Для того чтобы улучшить эту эффективность, известно, как преобразовывать поверхность полки хвостовика в одном или более облопаченных колес так, чтобы локально увеличивать или уменьшать сечение потока для струи текучей среды через облопаченное(ые) колесо(а). С этой целью и известным образом полка хвостовика преобразуется расположением периферийной выемки и/или периферийной выступающей области на уровне ее поверхности с перьями. (Выражение «периферийный» используется здесь в отношении к выемке или к выступающей области для обозначения выемки или к выступающей области, которая представляет собой по существу поверхность вращения, естественно за исключением непосредственной близости перьев.) Такое преобразование, известное как «контурирование», служит для улучшения аэродинамической эффективности облопаченного колеса и в более общем смысле ступени компрессора. Выражения «выемка» и «выступающая область» должны быть понятны со ссылкой на теоретическую поверхность, радиально определяющую внутренность канала и изменяемую линейно от верхней по потоку до нижней по потоку частей облопаченного колеса.

Все-таки, несмотря на увеличение эффективности, которое получено таким образом для облопаченного колеса, такое преобразование в общем также дает рост некоторых нежелательных влияний на струю текучей среды. В частности:

оно может привести к увеличению до градиентов высокого давления на выпуске из облопаченного колеса; такие градиенты вредны для работы облопаченного колеса и в частности для суммарной эффективности газотурбинного двигателя, в частности в многоступенчатых компрессорах;

оно может привести к неравномерным распределениям скорости по перьям, в частности вблизи их хвостовиков; и, наконец,

оно может приводить к преобразованию коэффициента сжатия колеса (где коэффициент сжатия равен отношению давлений выше по потоку и ниже по потоку от облопаченного колеса).

Когда наблюдаются такие нежелательные побочные эффекты, они в общем ликвидируются преобразованием формы облопаченных колес, расположенных в канале текучей среды ниже по потоку от рассматриваемого облопаченного колеса. Тем не менее, такие преобразования не могут сохранять улучшения эффективности, возможные благодаря преобразованию поверхности полки хвостовика рассматриваемого облопаченного колеса, в дополнение, не всегда возможно создавать такие преобразования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения заключается в исправлении таких недостатков предложением узла, содержащего перо для облопаченного колеса газотурбинного двигателя и полку хвостовика, пригодную для установки пера;

при этом множество указанных перьев выполнено с возможностью прикрепления к указанной полке хвостовика или к множеству указанных полок хвостовика, собранных вместе с образованием облопаченного колеса, имеющего ось колеса и определяющего направления выше по потоку и ниже по потоку вдоль этой оси, причем перья расположены радиально в колесе;

причем в указанном колесе полка хвостовика или собранные вместе полки хвостовика имеют поверхность между перьями, которая представляет собой поверхность полки хвостовика и которая радиально образует внутренность газопропускающих каналов, образованных между перьями;

при этом указанная поверхность полки хвостовика имеет периферийную выемку, продолжающуюся по существу аксиально между входной кромкой пера на ее верхнем по потоку конце и до не более 60% от аксиальной длины пера на ее нижнем по потоку конце,

узел, который дает хорошую аэродинамическую эффективность для облопаченного колеса, обеспечивает градиенты давления ниже по потоку от облопаченного колеса, подобные градиентам, которые будут иметься при отсутствии периферийной выемки в поверхности полки хвостовика, и делает возможным получение распределений скорости текучей среды, которые являются относительно равномерными, в частности вблизи хвостовика лопатки.

Для того чтобы дать решение, обеспеченное изобретением, определены следующие элементы:

«Близость» полки хвостовика относится к участку пера, расположенному на коротком расстоянии (например, менее 20% от высоты пера) над скруглениями, соединяющими перо с полкой хвостовика. Скелетный угол представляет собой угол, образованный нейтральным волокном пера относительно оси облопаченного колеса в плоскости, перпендикулярной продольному направлению пера, причем знак скелетного угла выбран таким образом, что верхний по потоку скелетный угол (скелетный угол на входной кромке пера) является положительным. Скелетная кривая представляет собой изменения построения кривой скелетного угла пера в плоскости сечения, которая по существу параллельна поверхности полки хвостовика, в зависимости от положения вдоль оси колеса. Линеаризованная скелетная кривая представляет собой кривую, показывающую изменения угла в зависимости от положения вдоль оси колеса, причем угол выполняет прямолинейное соединение между точками, показывающими скелетный угол соответственно в 10% и в 90% от аксиальной длины пера от его входной кромки. Линеаризованный скелетный угол, представленный линеаризованной скелетной кривой, таким образом, равен скелетному углу в 10% и в 90% от аксиальной длины пера от входной кромки (верхний по потоку и нижний по потоку концы пера, которые могут принимать специальные конфигурации, не принимаются во внимание).

Вышепредставленная задача решается согласно изобретению благодаря тому, что в узле, который представлен выше, вблизи полки хвостовика, снижающийся участок скелетной кривой, который лежит ниже линеаризованной скелетной кривой, продолжается аксиально на по меньшей мере половину аксиальной длины указанной выемки.

Таким образом, изобретение составляет в локальном преобразовании такую форму пера, чтобы обеспечивать опускаемую скелетную кривую (которая равносильна «раскрытию» скелетного угла в том смысле, что скелетный угол на рассматриваемом участке сокращается в абсолютном значении по сравнению с линеаризованной скелетной кривой) в связи с по меньшей мере половиной периферийной выемки (и, таким образом, в пределах диапазона, аксиально перекрывающего его) так, чтобы адаптировать перо к преобразованию струи, которая затягивается периферийной выемкой, обеспеченной в полке хвостовика. Изменения, выполненные с пером вблизи полки хвостовика, обеспечивают оптимальную работу облопаченного колеса, учитывая преобразование поверхности полки хвостовика, образованное периферийной выемкой.

Аксиальная длина пера обозначает расстояние, измеренное на хвостовике пера и вдоль оси облопаченного колеса между входной кромкой и выходной кромкой пера. Периферийная выемка не продолжается аксиально за пределы 60% от аксиальной длины пера.

В узле по изобретению вследствие снижающегося участка, представленного изменением построения кривой скелетного угла, т.е. «скелетной» кривой, над радиально нижним участком пера, струя воздуха или газа отклоняется так, чтобы замедляться в системе отсчета относительно лопатки вблизи периферийной выемки. Раскрытие канала, обеспеченного периферийной выемкой, облегчает диффузию вблизи хвостовика лопатки, таким образом, делая возможным, при этом переустанавливая эту диффузию в значение до расположения периферийной выемки:

в верхнем по потоку участке пера ограничение увеличения скорости струи текучей среды и, таким образом, уменьшение потерь ударной волны (благодаря раскрытию скелетного угла, в частности, в диапазоне, продолжающемся от 0% до 40% от аксиальной длины пера); и

в нижнем по потоку участке пера уменьшение смещения струи в перо (смещение между направлением струи вблизи выходной кромки и нижним по потоку скелетным углом) локальным ограничением отклонения, которое действует на текучую среду.

Узел по изобретению может быть подвержен следующим улучшениям:

периферийная выемка может продолжаться по существу аксиально между входной кромкой на ее верхнем по потоку конце и только 40% от аксиальной длины пера на ее нижнем по потоку конце;

наиболее глубокий участок указанной выемки может быть расположен аксиально в диапазоне 15-35% от аксиальной длины пера от входной кромки пера;

поверхность полки хвостовика может иметь периферийную выступающую область, расположенную аксиально в нижней по потоку половине пера;

самый выступающий участок выступающей области может быть расположен аксиально в диапазоне 50-70% от аксиальной длины пера от входной кромки пера;

вблизи скелетная кривая может иметь поднимающийся участок, лежащий выше линеаризованной кривой скелетного угла и расположенный аксиально ниже по потоку указанного снижающегося участка. Этот поднимающийся участок может быть расположен по существу аксиально на уровне с указанной выступающей областью и по возможности может продолжаться аксиально в пределах всей аксиальной длины выступающей области. Тот факт, что поднимающийся участок расположен по существу аксиально на уровне с выступающим участком, означает, что разница между границами поднимающегося участка и выступающего участка (вдоль оси облопаченного колеса) составляет менее 10%, независимо от того, выше по потоку или ниже по потоку;

скелетная кривая может иметь наклон абсолютного значения, который меньше наклона линеаризованной скелетной кривой в диапазоне 80-100%, и предпочтительно в диапазоне 60-100% от аксиальной длины пера от его входной кромки. Эта конструкция делает возможным уменьшение разницы струи в перо на выходной кромке пера. В варианте осуществления, в частности, скелетная кривая может быть расположена ниже линеаризованной скелетной кривой между 10% и 90% от аксиальной длины пера;

скелетный угол, верхний по потоку, может быть скелетным углом на входной кромке пера; в радиально нижней четверти пера верхний по потоку скелетный угол может увеличиваться в абсолютном значении (верхний по потоку угол пера считается закрывающимся) при приближении к хвостовику пера. Эта конфигурация входной кромки пера способствует уменьшению или исключению отрицательных эффектов, вызванных периферийной выемкой в поверхности полки хвостовика.

Второй задачей изобретения является обеспечение лопатки газотурбинного двигателя, которая предоставляет хорошую аэродинамическую эффективность облопаченному колесу, изготовленному с помощью таких лопаток, которая обеспечивает градиенты давления ниже по потоку от облопаченного колеса, подобные градиентам, которые будут иметься при отсутствии периферийной выемки в поверхности полки хвостовика, и которая делает возможным получение относительно равномерных распределений скорости, в частности вблизи хвостовика лопатки.

Это задача решается с помощью того, что лопатка газотурбинного двигателя образована узлом, который описан выше, содержащим полку хвостовика, образованную за одно целое по меньшей мере с одним пером. Полки хвостовика таких лопаток в общем расположены таким образом, что они определяют всю межлопаточную поверхность, радиально образующую внутренность каналов потока газа, которые существуют между перьями.

Третьей задачей изобретения является обеспечение облопаченного колеса газотурбинного двигателя, которое имеет хорошую аэродинамическую эффективность, градиенты давления ниже по потоку от облопаченного колеса, подобные градиентам, которые будут иметься при отсутствии периферийной выемки в поверхности полки хвостовика, и распределения скорости, которые являются относительно равномерными, в частности вблизи хвостовика лопатки.

Эта задача решается с помощью того, что облопаченное колесо изготовлено с использованием узлов, которые описаны выше, и в частности с помощью лопаток, каждая из которых содержит полку хвостовика, выполненную за одно целое по меньшей мере с одним пером. Цельное облопаченное колесо образует пример такого облопаченного колеса.

Наконец, изобретение может быть предпочтительно включено в газотурбинный двигатель, включающий по меньшей мере одно облопаченное колесо, которое описано выше.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение может быть хорошо понятно, и его преимущества представлены лучше, основываясь на следующем далее подробном описании вариантов осуществления, представленных в качестве неограничивающих примеров. Описание относится к сопровождающим чертежам, на которых:

Фиг. 1 представляет собой схематичный общий вид ступени компрессора газотурбинного двигателя изобретения;

Фиг. 2 представляет собой схематичный общий вид трех узлов изобретения, образующих часть колеса, показанного на Фиг. 1;

Фиг. 3А и 3В представляют собой чертежи, показывающие узел, содержащий полку хвостовика, связанную с пером, и содержащие:

a) схематичный вид узла, если смотреть в периферийном направлении; и

b) график, показывающий скелетную кривую пера указанного узла;

где Фиг. 3А показывает известный в уровне техники узел, а Фиг. 3В показывает узел, образующий первый вариант осуществления изобретения;

Фиг. 4 представляет собой график, показывающий два варианта для скелетной кривой пера узла изобретения, соответствующие соответственно первому варианту осуществления и второму варианту осуществления;

Фиг. 5 представляет собой сечение пера узла изобретения; и

Фиг. 6 представляет собой график, изображающий кривую, показывающую изменения скелетного угла выше по потоку от пера в варианте осуществления изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На различных чертежах элементы, которые являются идентичными или подобными, обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг. 1 показывает участок компрессора 10 с осевым потоком в газотурбинном двигателе 100. Компрессор 10 содержит корпус 12, имеющий облопаченное колесо 14, установленное в нем. Само облопаченное колесо 14 содержит роторный диск 16, имеющий радиальные лопатки 18, закрепленные на нем традиционным образом в осесимметричной конфигурации. Облопаченное колесо выполнено с возможностью вращения вокруг оси А вращения внутри корпуса 12.

Конструкция лопаток 18 на облопаченных колесах 14 показана более подробно на фиг. 2, которая показывает фрагмент колеса 14.

В колесе 14 каждая лопатка 18 образует узел 1, связывающий перо 20, полку 22 хвостовика и хвостовик 24 лопатки. Полки 22 хвостовика лопаток, таким образом, выполнены за одно целое с перьями 20. Естественно, изобретение может быть осуществлено в других типах облопаченного колеса, в которых перья и полка хвостовика(и) образуют отдельные части.

Хвостовики 24 служат для прикрепления лопаток 18 к роторному диску 16.

Полки 22 хвостовика, связанные в пределах облопаченного колеса 14, имеют поверхность 30 полки хвостовика, которая определяет радиально внутреннюю сторону межлопаточных каналов, которые позволяют газу проходить между лопатками. Эта поверхность полки хвостовика приблизительно представляет собой поверхность вращения или по меньшей мере она может быть приближена к поверхности вращения.

Лопатки 18 расположены таким образом, что, когда они собираются вместе так, чтобы получать колесо 14, полки хвостовика лопаток образуют всю поверхность 30 полки хвостовика, образованную между перьями 20. Таким образом, никакой дополнительный участок не образует участок или формы поверхности 30 полки хвостовика. Для обеспечения собранных вместе лопаток 18 края 32 на одной из сторон в периферийном направлении облопаченного колеса полки хвостовика являются комплементарными по форме с краями 34 полок хвостовика, расположенными на противоположных сторонах относительно периферийного направления С.

Каждое перо 20 имеет входную кромку 26 и выходную кромку 28 и продолжается в радиальном направлении В, что характерно для каждого пера.

На фиг. 2 может быть видна плоскость сечения V, которая образует плоскость сечения, по существу параллельную поверхности 30 полки хвостовика, при этом она расположена вблизи хвостовика пера 20.

Фиг. 5 представляет собой сечение пера 120 лопатки газотурбинного двигателя в плоскости, перпендикулярной продольной оси пера.

Это сечение показывает нейтральное волокно 122 пера для рассматриваемой плоскости. Нейтральное волокно представляет собой набор точек пера, которые равноудалены от двух боковых сторон пера (его стороны нагнетания и его стороны разрежения). Например, точка М показана на одинаковом расстоянии d от стороны нагнетания и от стороны разрежения. Скелетный угол α в точке М представляет собой угол между касательной 124 к нейтральному волокну в точке М и осью А колеса. Скелетный угол α₀ или верхний по потоку скелетный угол представляет собой скелетный угол спереди пера 120.

Фиг. 3А и 3В показывают соответственно узел 1 (объединяющий полку 22 хвостовика и перо 20) в известном в уровне техники варианте осуществления и в варианте осуществления по изобретению.

Фиг. 3А: Поверхность 30 полки хвостовика, показанная на фиг. 3Аа), не подвергается какому-либо специальному изменению вдоль оси пера 20 (т.е. вдоль оси А). Таким образом, эта поверхность полки хвостовика представляет собой эталонную поверхность 30_ref полки хвостовика, которая является по существу конической.

На фиг. 3Ab) изображена кривая, показывающая изменения скелетного угла пера по фиг. 3Аа) в плоскости А-А (плоскости, обозначенной штрих-пунктирными линиями на фиг. 3Аа)), в зависимости от аксиального положения вдоль оси колеса 14. Аксиальное положение обозначается в процентном содержании в зависимости от положения относительно аксиальной длины Е пера 20. Аксиальная длина Е представляет собой расстояние вдоль оси А между входной кромкой 26 и выходной кромкой 28 на хвостовике перьев 20 (фиг. 3Аа)). Перо 20 узла, показанного на фиг. 3А, представляет собой перо, относящееся к типу, в котором скелетные кривые и линеаризованный скелет совпадают, как показано на фиг. 3Ab).

Фиг. 3В показывает вариант осуществления изобретения. В этом варианте осуществления поверхность 30 полки хвостовика имеет изменения вдоль пера 20.

Изменения образованы радиальным образом относительно эталонной поверхности 30_ref полки хвостовика. Эта поверхность 30_ref образована, как по существу коническая поверхность, приближающаяся к поверхности 30 полки хвостовика, причем эта эталонная поверхность 30_ref образована при игнорировании и периферийной выемке, и также любых других локализованных изменениях (при наличии таковых и будь то периферийное или иное), которые могут выступать от или могут быть углублены в поверхность полки хвостовика в различных аксиальных положениях вдоль перьев 20.

Изменения поверхности 30 полки хвостовика и перьев 20 также определены аксиально относительно аксиальной длины Е перьев 20.

Поверхность 30 полки хвостовика изменяется с возможностью иметь периферийную выемку 40 (фиг. 3Ва)). Выражение «выемка» (или же сверхсходимость или выступающая поверхность) используется для обозначения участка поверхности полки хвостовика, который лежит радиально внутри (или соответственно снаружи) эталонной поверхности 30ref полки хвостовика и соответствует каналу воздушного потока, локально увеличенному (или соответственно уменьшенному).

Периферийная выемка 40 продолжается аксиально от входной кромки 26 перьев 20 на 60% от аксиальной длины Е перьев (вдоль оси А). К тому же выемка 40 продолжается почти на 60% от аксиальной длины Е. Аксиальный участок 41 (перпендикулярный оси колеса 14), где эта выемка 40 является наиболее глубокой, расположен аксиально в диапазоне 15%-35% от аксиальной длины Е, и, в частности, на 30% от аксиальной длины Е. Вышеуказанный «наиболее глубокий» участок означает участок выемки 40, где расстояние d2 относительно эталонной поверхности 30_ref полки хвостовика является наибольшим (см. фиг. 3Ва)).

Более того, поверхность полки хвостовика представляет периферийную выступающую область 42, которая может быть названа «сверхсходимостью», расположенной аксиально в нижней по потоку половине пера. Наиболее выступающий участок 43 этой выступающей области 42 расположен аксиально в диапазоне 50-70% от аксиальной длины пера от входной кромки пера и в особенности на 70% от аксиальной длины Е. Вышеуказанный «наиболее выступающий» участок означает участок периферийной области 42, для которого расстояние d3 от эталонной поверхности 30_ref полки хвостовика является наибольшим.

Вышеописанные изменения 40 и 42 улучшают эффективность облопаченного колеса 14. Однако они возмущают поток текучей среды вблизи поверхности полки хвостовика по сравнению с потоком, обеспеченным теоретической поверхностью 30_ref полки хвостовика. В изобретении для того, чтобы компенсировать эти возмущения, форма перьев 20 преобразуется так, как показано на фиг. 3Bb) и 4.

Это преобразование влияет, главным образом, на радиально внутреннюю половину пера 20. Это преобразование может быть видно, в частности, в плоскости сечения пера (плоскости V, фиг. 2), которая параллельна поверхности полки хвостовика и которая расположена вблизи полки хвостовика.

Это преобразование показано на фиг. 4, на которой может быть видна:

в виде жирной штриховой линии скелетная кривая 46, показывающая изменения скелетного угла α пера 20 для первого варианта осуществления изобретения (фиг. 3В);

в виде тонкой штриховой линии скелетная кривая 47, показывающая изменения скелетного угла α пера во втором варианте осуществления изобретения, и

в виде непрерывной линии линеаризованная скелетная кривая 45 пера 20, показывающая изменения линеаризованного скелетного угла, который является одинаковым для обоих вариантов осуществления.

На этих различных кривых изменения скелетного угла отложены в виде функций от аксиального положения вдоль пера, причем это аксиальное положение представлено в виде процентного содержания относительно аксиальной длины Е пера 20.

В обоих вариантах осуществления форма поверхности полки хвостовика является одинаковой и такой, как показано на фиг. 3В.

Преобразование, выполненное в соответствии с изобретением для пера 20, заключается в том, что кривая скелетного угла представляет снижающийся участок, продолжающийся аксиально на менее чем половину аксиальной длины периферийной выемки 40. (Выражение «снижающийся участок» используется для обозначения участка кривой, лежащей ниже линеаризованной кривой скелетного угла: другими словами, на снижающемся участке скелетный угол ниже в абсолютном значении, чем линеаризованный скелетный угол, и более широко раскрыт.) Этот снижающийся участок обозначен ссылочными позициями 44 и 144 соответственно для первого варианта осуществления и для второго варианта осуществления.

В показанных вариантах осуществления выемка 40 продолжается над областью 40R, занимающей 0-60% от аксиальной длины Е. По изобретению кривая 46 представляет снижающийся участок 44, продолжающийся аксиально над областью 44R, покрывающей по меньшей мере 30% от аксиальной длины области 40R (от 0% до 60%) выемки 40. Таким образом, в первом варианте осуществления область 44R продолжается приблизительно от 10% до 53% от аксиальной длины Е.

Область 44R может содержаться аксиально внутри области 40R, покрытой выемкой 40, или она может продолжаться за пределы указанной области в нижнем по потоку направлении. В варианте осуществления весь снижающийся участок 44 лежит в пределах выемки 40, и область 44R включена в пределы области 40R. Наоборот, во втором варианте осуществления снижающийся участок 144 продолжается по всей аксиальной длине пера, в частности он продолжается от 10% до 90% от аксиальной длины пера.

Более того, в дополнение к снижающемсяу участку 44, скелетная кривая 46, показанная на фиг. 4, которая показывает форму пера 20 вблизи полки хвостовика, также представляет поднимающийся участок 48. Выражение «поднимающийся участок» используется здесь для обозначения участка кривой, который лежит выше линеаризованной кривой 45 скелетного угла. Этот поднимающийся участок 48 расположен аксиально ниже по потоку снижающегося участка 44. В показанном примере область 42R, на которой продолжается выступающий участок 42, лежит в диапазоне 60-100% от аксиальной длины Е, и область 48R, на которой продолжается поднимающийся участок 48, лежит в диапазоне 53-90% от аксиальной длины Е. Таким образом, выступающая область 42 и поднимающийся участок 48 участка пера расположены аксиально по существу в одном и том же положении.

В общем, в зависимости от варианта осуществления (см. фиг. 4), поднимающийся участок 48 может начинаться на его верхнем по потоку конце в диапазоне 40-60% от аксиальной длины пера. На его нижнем по потоку конце он может продолжаться по существу на около 90% от аксиальной длины Е, в результате чего кривые 45, 46 и 47 пересекаются конструкцией. Наличие этого поднимающегося участка 48 стремится ограничивать возможные влияния на смещение пера потока, вызванное снижающимся участком 44. Поднимающийся участок 48 предпочтительно продолжается по меньшей мере на 30% от аксиальной длины пера и предпочтительно по меньшей мере на 40%.

Во втором варианте осуществления и в отличие от первого скелетная кривая 47 не имеет поднимающегося участка, расположенного ниже по потоку снижающегося участка. Наоборот, эта скелетная кривая остается ниже линеаризованной скелетной кривой, при этом снижающийся участок 144 занимает почти всю аксиальную длину пера (в диапазоне 10-90%). Из этого следует, что скелетная кривая 47 имеет наклон меньшего абсолютного значения, чем имеет линеаризованная скелетная кривая в диапазоне 80-100%, и даже в этом варианте осуществления в диапазоне 60-100% от аксиальной длины Е пера от его входной кромки.

Фиг. 6 показывает потенциальное дополнительное изменение пера, пригодное для компенсации нежелательных эффектов, вызванных изменениями поверхности 30 полки хвостовика. Фиг. 6 показывает изменения верхнего по потоку скелетного угла α₀ пера в зависимости от высоты h, выраженной в виде процентного содержания от всей высоты пера, и при измерении от хвостовика пера до конца пера.

В этом варианте осуществления в радиально нижней половине пера верхний по потоку скелетный угол α₀ (фиг. 5) отличается от верхних по потоку скелетных углов, используемых нормальным образом. В нижней половине пера изменения скелетного угла представлены кривой 80 для типичного верхнего по потоку скелетного угла, который используется известным образом, и кривой 82 для верхнего по потоку скелетного угла в варианте осуществления изобретения. В верхней половине лопатки эти две кривые сходятся с образованием кривой 81.

Традиционным образом перья расположены таким образом, что верхний по потоку скелетный угол уменьшается в абсолютном значении от верхушки пера (h=100%, h - радиальное расстояние от хвостовика пера) до хвостовика пера (h=0%). Наоборот, в этом улучшении изобретения в нижней четверти пера и по возможности до 40% высоты пера, продолжающейся от хвостовика пера, абсолютное значение заднего скелетного угла увеличивается (т.е. скелетный угол становится более закрытым) при приближении к хвостовику пера. Это преобразование стремится компенсировать локализованное увеличение скорости потока на хвостовике пера, вызванное контурированием канала. Оно также служит для защиты лопатки от любой потери запаса по помпажу.

Изобретение, в частности, пригодно для лопаток, которые должны работать в дозвуковом потоке.

Узел пера и полки хвостовика для дозвукового потока включает полку хвостовика и установленное на ней перо облопаченного колеса газотурбинного двигателя. Полка хвостовика имеет поверхность, расположенную между перьями, которая представляет собой поверхность полки хвостовика и которая радиально образует внутренность газопропускающих каналов, образованных между перьями. Поверхность полки хвостовика имеет периферийную выемку, продолжающуюся между входной кромкой пера на ее верхнем по потоку конце и до 60% от аксиальной длины пера на ее нижнем по потоку конце. Скелетная кривая представляет собой кривую, показывающую изменения скелетного угла пера в плоскости сечения, параллельной поверхности полки хвостовика, в зависимости от положения вдоль оси колеса. Линеаризованная скелетная кривая представляет собой кривую, показывающую изменения угла в зависимости от положения вдоль оси колеса, которая соединяет вместе на прямой линии точки, показывающие скелетный угол соответственно в 10% и в 90% от аксиальной длины пера от входной кромки. Вблизи полки хвостовика снижающийся участок скелетной кривой, который лежит ниже линеаризованной скелетной кривой, продолжается аксиально по меньшей мере на половину аксиальной длины выемки. Другие изобретения группы относятся к лопатке газотурбинного двигателя, вариантам облопаченного колеса и вариантам газотурбинного двигателя, содержащим указанный выше узел пера и полки хвостовика. Группа изобретений позволяет повысить аэродинамическую эффективность облопаченного колеса газотурбинного двигателя. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Узел (1) пера и полки хвостовика для дозвукового потока, содержащий перо (20) для облопаченного колеса газотурбинного двигателя и полку (22) хвостовика, пригодную для установки пера;

при этом множество указанных перьев выполнено с возможностью прикрепления к указанной полке хвостовика или к множеству указанных полок хвостовика, собранных вместе с образованием облопаченного колеса (14), имеющего ось (А) колеса и определяющего направления выше по потоку и ниже по потоку вдоль этой оси, причем перья расположены радиально на колесе;

причем в указанном колесе полка (22) хвостовика или собранные вместе полки хвостовика имеют поверхность (30) между перьями, которая представляет собой поверхность полки хвостовика и которая радиально образует внутренность газопропускающих каналов, образованных между перьями;

при этом указанная поверхность полки хвостовика имеет периферийную выемку (40), продолжающуюся по существу аксиально между входной кромкой пера на ее верхнем по потоку конце и до не более 60% от аксиальной длины пера на ее нижнем по потоку конце,

отличающийся тем, что:

«скелетная кривая» представляет собой кривую, показывающую изменения скелетного угла (α) пера в плоскости сечения, по существу параллельной поверхности полки хвостовика, в зависимости от положения вдоль оси колеса;

«линеаризованная скелетная кривая (45)» представляет собой кривую, показывающую изменения угла в зависимости от положения вдоль оси колеса, которая соединяет вместе на прямой линии точки, показывающие скелетный угол соответственно в 10% и в 90% от аксиальной длины пера от входной кромки;

при этом вблизи полки хвостовика снижающийся участок (44) скелетной кривой, который лежит ниже линеаризованной скелетной кривой (45), продолжается аксиально на по меньшей мере половину аксиальной длины (40R) указанной выемки.

2. Узел по п. 1, в котором периферийная выемка продолжается по существу аксиально между входной кромкой на ее верхнем по потоку конце и только 40% от аксиальной длины пера на ее нижнем по потоку конце.

3. Узел по п. 1, в котором самый глубокий участок указанной выемки (40) расположен аксиально в диапазоне 15-35% от аксиальной длины пера от входной кромки пера.

4. Узел по п. 1, в котором указанная поверхность полки хвостовика имеет периферийную выступающую область (42), расположенную аксиально в нижней по потоку половине пера.

5. Узел по п. 1, в котором самый выступающий участок (43) указанной выступающей области расположен аксиально в диапазоне 50-70% от аксиальной длины пера от входной кромки пера.

6. Узел по п. 1, в котором вблизи полки хвостовика скелетная кривая имеет поднимающийся участок (48), лежащий выше линеаризованной кривой скелетного угла и расположенный аксиально ниже по потоку от указанного снижающегося участка.

7. Узел по п. 6, в котором поднимающийся участок (48) расположен по существу аксиально на уровне указанной выступающей области.

8. Узел по п. 1, в котором скелетная кривая имеет наклон абсолютного значения, который меньше наклона линеаризованной скелетной кривой в диапазоне 80-100% от аксиальной длины пера от его входной кромки.

9. Узел по п. 1, в котором скелетная кривая имеет наклон абсолютного значения, который меньше наклона линеаризованной скелетной кривой в диапазоне 60-100% от аксиальной длины пера от его входной кромки.

10. Узел по п. 1, в котором скелетный угол, верхний по потоку, представляет собой скелетный угол на входной кромке пера, причем в радиально нижней четверти пера указанный верхний по потоку скелетный угол увеличивается в абсолютном значении при приближении к хвостовику пера.

11. Лопатка (18) газотурбинного двигателя, образованная узлом по любому из пп. 1-10 и имеющая полку хвостовика, выполненную за одно целое с по меньшей мере одним пером.

12. Облопаченное колесо (14) газотурбинного двигателя, выполненное с лопатками по п. 11.

13. Облопаченное колесо (14) газотурбинного двигателя, выполненное по меньшей мере с одним узлом по любому из пп. 1-10.

14. Газотурбинный двигатель (100), содержащий по меньшей мере одно облопаченное колесо по п. 12.

15. Газотурбинный двигатель (100), содержащий по меньшей мере одно облопаченное колесо по п. 13.