ЛОПАТКА С ОТВЕТВЛЕНИЯМИ ДЛЯ КОМПРЕССОРА ОСЕВОЙ ТУРБОМАШИНЫ И ТУРБОМАШИНА Российский патент 2019 года по МПК F01D5/14 

Область техники

[0001] Изобретение относится к лопатке турбомашины. Точнее, изобретение относится к лопатке турбомашины, которая содержит ответвления. Также, изобретение относится к лопаточному аппарату с рядом ответвленных лопаток. Также, изобретение относится к турбомашине, которая содержит лопатку и/или лопаточный аппарат согласно изобретению.

Уровень техники

[0002] Лопатка осевой турбомашины, как правило, содержит профилированную лопасть, которая проходит в направлении потока турбомашины. Известно, что для уменьшения количества лопаток в ряду при сохранении производительности лопатку обеспечивают ответвлениями.

[0003] Документ FR 2914943 А1 раскрывает лопатку вентилятора осевой турбомашины. Лопатка содержит первую часть, отходящую от вентиляторного средства, и несколько других частей, продлевающих первую часть радиально наружу. Все эти части объединены платформой, расположенной с наружного конца первой части. Однако, эта конструкция лопатки снижает жесткость. Наличие платформы посередине потока текучей среды может нарушать поток. Во время работы ответвления подвергаются воздействию вибрации и сил, которые могут повредить лопатку. Лопатка обладает значительной массой. Наличие ответвлений нагружает платформу; механическая прочность платформы означает, что ее нужно делать толще, что нарушает поток.

Сущность изобретения

Техническая проблема

[0004] Одной целью изобретения является решение по меньшей мере одной из проблем, существующих на уровне техники. Точнее, одной из целей изобретения является повышение жесткости лопатки турбомашины с ответвлениями. Кроме того, цель изобретения заключается в создании жесткого лопаточного аппарата турбомашины с ответвленными лопатками. Еще одной целью изобретения является защита турбомашины в случае всасывания.

Техническое решение

[0005] Изобретение относится к лопатке турбомашины, содержащей: соединительную лопасть, выполненную с возможностью прохождения по своей высоте H1 через поток турбомашины, по меньшей мере две лопасти ответвления, соединенные с соединительной лопастью, продлевая указанную соединительную лопасть по ее высоте H1, примечательно, что по меньшей мере две лопасти ответвления содержат соединительные кромки, по меньшей мере частично совпадающие для соединения между собой указанных лопасти ответвления вдоль соединительной лопасти.

[0006] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения соединительные кромки лопастей ответвления соединяются по большей части своей длины L, предпочтительно по всей своей длине L и/или по длине хорды соединительной лопасти.

[0007] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения лопатка содержит опору, соединенную с лопастями ответвления со стороны, противоположной соединительной лопасти, и/или опору, соединенную с соединительной лопастью со стороны, противоположной лопастям ответвления, причем по меньшей мере одна опора может быть фиксирующей платформой и содержать крепежные средства.

[0008] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения лопасти содержат передние кромки и задние кромки, причем переднюю кромку соединительной лопасти радиально продлевают передние кромки лопастей ответвления, и/или заднюю кромку соединительной лопасти радиально продлевают задние кромки лопастей ответвления, причем передние кромки и задние кромки лопастей ответвления могут быть касательными по отношению к передней кромке и задней кромке соединительной лопасти, соответственно.

[0009] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения лопасти ответвления образуют в лопатке часть, которая является утолщенной по сравнению с соединительной лопастью, причем каждая лопасть предпочтительно содержит вогнутую поверхность и выпуклую поверхность, причем соединительные кромки разграничены вогнутой поверхностью и выпуклой поверхностью соединительной лопасти.

[0010] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения каждая лопасть содержит радиальный штабель аэродинамических профилей, причем штабели профилей лопастей ответвления расходятся от штабеля профилей соединительной лопасти для размещения по меньшей мере одного профиля лопасти ответвления по меньшей мере от одного профиля соединительной лопасти на расстоянии, измеренном в плоскости указанного профиля соединительной лопасти.

[0011] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения средняя толщина аэродинамических профилей лопастей ответвления меньше средней толщины профилей соединительной лопасти.

[0012] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения лопасти ответвления разграничивают между собой пространство, проходящее через лопатку вдоль хорды соединительной лопасти, причем пространство предпочтительно лежит в направлении высоты H1 соединительной лопасти.

[0013] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения каждая лопасть содержит вогнутую поверхность и выпуклую поверхность, причем вогнутая поверхность и/или выпуклая поверхность соединительной лопасти являются касательными по отношению к вогнутой поверхности лопасти ответвления и/или по отношению к выпуклой поверхности лопасти ответвления.

[0014] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения по меньшей мере две лопасти ответвления содержат обращенные друг к другу поверхности, причем эти по меньшей мере две лопасти ответвления предпочтительно образуют периферический ряд.

[0015] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения по меньшей мере одна или каждая лопасть ответвления в целом расположена под углом относительно соединительной лопасти, причем по меньшей мере одна или каждая лопасть ответвления предпочтительно обладает инверсией кривизны радиально по отношению к соединительной лопасти.

[0016] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения каждая лопасть ответвления или несколько лопастей ответвления содержит/содержат аэродинамические профили, изогнутые в одном направлении, причем профили разделены интервалами, которые являются в целом постоянными вдоль соединительной лопасти для поддержки потока в турбомашине.

[0017] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения лопасти ответвления содержат в целом параллельные хорды по меньшей мере на одной данной высоте для направления потока в турбомашине.

[0018] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения лопасти ответвления и соединительная лопасть являются цельными и выполнены при помощи порошковой, возможно металлопорошковой, технологии послойного аддитивного наращивания.

[0019] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения лопасти ответвления имеют одинаковую высоту, возможно радиальную высоту, и/или одинаковую длину, возможно осевую длину.

[0020] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения лопатка содержит крепежные средства, причем лопасти ответвления проходят по своей высоте Н2 между крепежными средствами и соединительной лопастью, или лопасть проходит по своей высоте H1 между крепежными средствами и лопастями ответвления.

[0021] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения по меньшей мере одно ответвление, или большая часть ответвлений, или каждое ответвление образует инверсию кривизны по отношению к лопасти лопатки.

[0022] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения по меньшей мере у одной лопасти ответвления, или у большей части лопастей ответвления, или у каждой лопасти ответвления радиальная высота меньше соединительной лопасти.

[0023] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения лопатка является лопаткой статора или лопаткой ротора.

[0024] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения по меньшей мере одна или каждая лопасть ответвления имеет высоту Н2, которая на 5%, предпочтительно на 10%, более предпочтительно на 20% больше высоты H1 соединительной лопасти.

[0025] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения лопатка является лопаткой компрессора, предпочтительно лопаткой компрессора низкого давления, или лопаткой турбины, или лопаткой вентилятора.

[0026] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения длина хорды соединительной лопасти больше или равняется хорде каждой лопасти ответвления.

[0027] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения лопасти ответвления, начиная от соединительной лопасти, сходятся навстречу друг другу вдоль своей высоты Н2 и своей длины L.

[0028] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения соединительные кромки частично перекрывают друг друга по оси с образованием осевого контакта.

[0029] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения соединительные кромки закреплены друг на друге или прикреплены друг к другу.

[0030] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения обращенные друг к другу поверхности лопастей ответвления сопрягаются друг с другом в соединительной лопасти.

[0031] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения соединительная лопасть содержит аэродинамический профиль, который сводит вместе лопасти ответвления.

[0032] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения соединительная лопасть разделена по своей толщине на несколько лопастей ответвления.

[0033] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения лопасти ответвления разграничивают соединительную лопасть в направлении ее высоты.

[0034] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения среднее пространство между двумя смежными лопастями ответвления составляет больше половины средней толщины, предпочтительно превышает среднюю толщину соединительной лопасти, которая присоединена в этом месте.

[0035] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения среднее пространство между двумя смежными лопастями ответвления меньше средней хорды, предпочтительно меньше половины средней хорды соединительной лопасти, которая присоединена в этом месте.

[0036] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения каждая лопасть ответвления, в направлении своей высоты, содержит по меньшей мере две части, которые в целом расположены под углом по отношению друг к другу.

[0037] Изобретение также относится к лопаточному аппарату, содержащему лопатки, примечательно, что лопатки выполнены в соответствии с изобретением.

[0038] Изобретение также относится к осевой турбомашине, содержащей по меньшей мере одну лопатку, примечательно, что по меньшей мере одна лопатка выполнена в соответствии с изобретением, причем турбомашина предпочтительно содержит компрессор с рядами лопаток, причем по меньшей мере одна или каждая лопатка компрессора выполнена в соответствии с изобретением.

[0039] В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения лопатки образуют лопаточные аппараты согласно изобретению.

Предоставляемые преимущества

[0040] Понятно, что изобретение предлагает лопатку турбомашины, в частности, лопатку компрессорной турбомашины, содержащую несколько вспомогательных лопастей, соединенных вдоль общего крепления, и соединительную лопасть, которое продлевает общее крепление по высоте H1 соединительной лопасти.

[0041] Изобретение позволяет сделать лопатку жесткой. Собственно, лопасти ответвления образуют угол на конце соединительной лопасти, где указанные лопасти ответвления соединяются. Кромка соединительной лопасти выполнена жесткой, потому что ее механическая прочность больше не зависит только от центральной части соединительной лопасти. В результате, центральную часть можно выполнить более тонкой и дополнительно оптимизировать. Улучшение и усиление аэродинамических характеристик позволяют уменьшать количество лопаток в лопаточном отсеке.

[0042] Изобретение позволяет повысить прочность лопаточного аппарата путем образования точек крепления между смежными боковыми ответвлениями. Бандаж или сегмент бандажа образует перемычку, соединяющую концы ответвлений в пределах одной лопатки, или соединяющую концы ответвлений одной лопатки с другой смежной лопаткой. Таким образом, ответвления получают защиту от вибраций, которые могут их разрушить.

[0043] Наличие ответвлений между лопастью и бандажом увеличивает места крепления, зоны распределения и передачи усилий. Соединение двух смежных ответвлений лопатки также позволяет распределять усилия в разных лопатках. Более того, образование интервалов в ряду соединенных ответвлений дает возможность оптимизировать гибкость, жесткость и передачу усилий в лопаточном аппарате.

[0044] Изобретение позволяет увеличить количество лопастей, которые могут перекрыть объект в случае забора воздуха. Объект можно замедлить и, возможно, захватить или дополнительно разделить благодаря добавленным передним кромкам. Таким образом, выбранные объекты имеют тенденцию уменьшаться выше по потоку, что позволяет защитить объекты ниже по потоку. Расположение ответвлений на конце лопасти делает возможным эффективное противодействие фрагментам возле стенок потоков текучей среды, мест, где указанные фрагменты часто встречаются вследствие газодинамики и/или наклонов потоков текучей среды.

[0045] Конфигурация, при которой ответвления частично перекрывают друг друга по оси, позволяет образовывать усиления, придающие лопасти жесткость. Таким образом, лопасть можно выполнять более тонкой и легкой, потому что она менее подвержена скручиванию. Профили лопасти можно лучше приспособить к аэродинамическим требованиям. Данная конфигурация упрочняет связи между ответвлениями, что делает ответвления более устойчивыми к всасыванию.

Краткое описание графических материалов

[0046] На фиг. 1 изображена осевая турбомашина в соответствии с изобретением.

[0047] На фиг. 2 схематически показан компрессор турбомашины в соответствии с изобретением.

[0048] На фиг. 3 показан лопаточный аппарат в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.

[0049] На фиг. 4 показан лопаточный аппарат в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.

[0050] На фиг. 5 показан лопаточный аппарат в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения.

[0051] На фиг. 6 показан лопаточный аппарат в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения.

[0052] На фиг. 7 показан лопаточный аппарат в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения.

[0053] На фиг. 8 показана лопатка в соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения.

[0054] На фиг. 9 показана лопатка в соответствии с седьмым вариантом осуществления изобретения.

[0055] На фиг. 10 показана лопатка в соответствии с восьмым вариантом осуществления изобретения.

Описание вариантов осуществления изобретения

[0056] В приведенном ниже описании термины «внутренний» или «расположенный внутри» и «наружный» или «расположенный снаружи» относятся к положению относительно оси вращения осевой турбомашины.

[0057] На фиг. 1 упрощенным образом изображена осевая турбомашина. В данном конкретном случае осевой турбомашиной является двухконтурный турбореактивный двигатель. Турбореактивный двигатель 2 содержит первую ступень сжатия, так называемый компрессор 4 низкого давления, вторую ступень сжатия, так называемый компрессор 6 высокого давления, камеру 8 сгорания и одну или несколько ступеней 10 турбины. Во время работы механическая мощность турбины 10, передаваемая через центральный вал на ротор 12, приводит в движение два компрессора 4 и 6. Разные ступени турбины могут соединяться со ступенями компрессоров посредством соосных валов. Указанные валы содержат множество рядов лопаток ротора, соответствующих рядам лопаток статора. Вращение ротора вокруг своей оси 14 вращения таким образом обеспечивает возможность создания потока воздуха и постепенно сжимает указанный поток воздуха вплоть до входа в камеру 8 сгорания.

[0058] Приточный вентилятор, зачастую называемый вентилятором или нагнетателем 16, соединен с ротором 12 и создает поток воздуха, который разделяется на первичный поток 18, проходящий через разные вышеупомянутые ступени турбомашины, и вторичный поток 20, проходящий через кольцевой канал (показан частично) по длине машины, чтобы затем снова соединиться с первичным потоком на выходе турбины. Вторичный поток можно ускорить, чтобы вызвать реакцию. Первичный поток 18 и вторичный поток 20 являются кольцевыми потоками и направляются корпусом турбомашины. Для этого в корпусе предусмотрены цилиндрические стенки или бандажи, которые могут быть внутренними и наружными.

[0059] Турбомашина может содержать компрессор или часть компрессора, в которой поток циркулирует радиально. Турбомашина может также содержать подобную турбину. Лопатки, в частности, их передние кромки и/или их задние кромки, могут проходить радиально или по оси.

[0060] На фиг. 2 показан вид в разрезе компрессора 2 осевой турбомашины, такого, как показан на фиг. 1. Компрессор может быть компрессором 4 низкого давления. Тут можно увидеть часть вентилятора 16 и носовую часть 22 для разделения первичного потока 18 и вторичного потока 20. Ротор 12 содержит несколько рядов лопаток 24 ротора, в данном случае три.

[0061] Компрессор 4 низкого давления может содержать некоторое количество выпрямительных устройств, в данном случае четыре, каждое из которых содержит ряд лопаток 26 статора. Выпрямительные устройства связаны с вентилятором 16 или рядом лопаток ротора, чтобы выпрямлять поток воздуха с целью преобразования скорости потока в давление.

[0062] Лопатки 26 статора проходят в целом по своей высоте через поток 18, возможно радиально, начиная от расположенного снаружи корпуса 28, и могут закрепляться там при помощи штифта, возможно, образованного на фиксирующей платформе.

[0063] Лопатки (24, 26) могут по отдельности крепиться к статору или к ротору 12, или могут быть сгруппированы в лопаточные аппараты, которые содержат несколько лопаток, образуя ряд по окружности. Лопатки (24, 26) могут быть сгруппированы в лопастные корпусы с несколькими лопатками и бандажом, или с двумя соосными бандажами (30, 32), между которыми радиально проходят лопатки (24, 26).

[0064] Лопаточный аппарат может быть моноблочным; он может быть выполнен цельным, возможно, благодаря способу послойного аддитивного наращивания. Он также может быть выполнен путем спаивания ответвлений и лопастей друг с другом.

[0065] Лопатки 24 ротора и/или лопатки 26 статора компрессора могут быть ответвленными. Конструкция ответвлений может варьироваться от одного ряда лопаток к другому и может быть ответвленной в хвостовике лопатки и/или на вершине лопатки. Крепления 27 между ответвлениями и лопастями лопатки просматриваются.

[0066] На фиг. 3 показан лопаточный аппарат 34 турбомашины в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Показанный лопаточный аппарат 34 является статорным лопаточным аппаратом, но также может быть роторным лопаточным аппаратом.

[0067] Лопаточный аппарат 34 можно понимать как поверхность, возможно, жесткую поверхность, которая позволяет направлять поток текучей среды. Его можно понимать как набор лопаток 26. Лопаточный аппарат может быть рядом лопаток и/или может содержать ряд лопаток, причем несколько лопаток 26 образуют часть кольцевого ряда. Лопатки 26 расположены на стенке, такой как бандаж или часть бандажа, возможно внутренняя часть 32 бандажа. Стенка, или часть бандажа, может иметь форму круга или дуги окружности.

[0068] Каждая лопатка 26 может выступать, возможно проходить радиально, за бандаж 32. Каждая лопатка 26 содержит лопасть 36 и ответвления 38. Лопасть 36 может быть соединительной лопастью 36, объединяющей ответвления 38, причем ответвления могут быть лопастями 38 ответвления. Ответвления 38 одной лопатки находятся на расстоянии друг от друга в круговом направлении.

[0069] Каждая лопасть 36 и/или каждое ответвление 38 может иметь общую форму листа, который в целом может проходить в главной плоскости, причем лист может быть по существу искривленным и/или иметь переменную толщину. Лопасть содержит переднюю кромку 40 и заднюю кромку 42, которые разграничивают вогнутую поверхность и выпуклую поверхность.

[0070] Ответвления 38 могут представлять собой боковые ответвления 38, в том смысле, что они проходят сбоку от лопасти 36 в направлении ее толщины и/или перпендикулярно к хорде лопасти 36. Каждое ответвление 38 содержит два противоположных конца в направлении высоты, возможно радиальной высоты, лопасти. Один из концов соединен с лопастью 36, а другой соединен с бандажом 32, образующим опору. Бандаж 32 и лопатки могут быть цельными или бандаж может содержать просветы 44, в которых закреплены и/или впаяны концы ответвлений.

[0071] Бандаж 32 может быть частью внешнего корпуса, или стенки ротора, такой как стенка барабана ротора. Бандаж может образовывать окружность или угловую часть окружности, например, дуговидную полосу материала.

[0072] Высота ответвления 38, лопасти 36 или лопатки 26 может быть перпендикулярной по отношению к передней кромке и/или задней кромке лопасти, и/или может быть ориентирована перпендикулярно текучей среде. Лопасть и ответвления предназначены для прохождения в направлении потока турбомашины.

[0073] Ответвления 38 смежных лопаток 26 отдалены друг от друга, они обеспечивают проход между лопатками вдоль выгнутой поверхности бандажа 32. В сочетании с бандажом, ответвления по меньшей мере одной или каждой лопатки образуют канал 48, который проходит через лопатку 26. Этот канал 48 выполнен с возможностью поддерживания потока турбомашины. Верхние концы лопастей свободны и образуют кромки.

[0074] На фиг. 4 показан лопаточный аппарат 134 в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения. Для обозначения идентичных или сходных элементов на фиг. 4 используется та же нумерация, что и на предыдущих фигурах, однако все номера увеличены на 100. На фигуре показан ряд лопаток 126, причем наличие бандажа не обязательно. Каждая лопатка 126 показана в виде кривой, которая может соответствовать передней кромке, и/или задней кромке, и/или суммарной кривой аэродинамических профилей лопасти или ответвления.

[0075] Ряд содержит несколько лопаток 126, каждая из которых содержит ответвления 138 на одном конце или на одной стороне лопасти 136. Ответвления 138 проходят по окружности в направлении смежной лопатки 126 и, в частности, ответвлений 138 смежных лопаток. Смежные ответвления 138 двух смежных лопаток 126 соединены, например, с радиальным концом лопатки, таким как конец, противоположный тому, который принимает лопасть. Таким образом, лопатки 126 образуют, с непрерывностью периферийного материала, цепочку лопаток, которые соединены друг с другом посредством своих ответвлений 138.

[0076] Термин "соединен" может означать, что ответвления 138 или лопасти 138 ответвлений содержат соединительные кромки или совпадающие кромки. В соединительной точке ответвлений общая толщина может быть меньше суммы значений толщины каждого ответвления.

[0077] Между по меньшей мере двумя смежными ответвлениями или каждой парой смежных ответвлений 138 смежных лопаток 126 может образовываться желоб 150. Желоб 150 следует понимать как вытянутое углубление, такое как проход, который разграничен сбоку между двумя противоположными стенками ответвлений.

[0078] На фиг. 5 показан лопаточный аппарат 234 в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения. Для обозначения идентичных или сходных элементов на фиг. 5 используется та же нумерация, что и на предыдущих фигурах, однако все номера увеличены на 200.

[0079] Лопаточный аппарат 234 содержит ряд лопаток 226 с несколькими лопатками, образующими часть кольцевого ряда. Ряд может образовывать окружность. Лопатки 226 расположены на стенке, такой как бандаж (230, 232) или часть бандажа. Стенка, или часть бандажа, может иметь форму круга или дуги окружности.

[0080] Лопаточный аппарат может представлять собой корпус лопаток. Он может содержать по меньшей мере три лопатки 226, причем каждая с лопастью и ответвлениями, которые продлевают лопасть в направлении радиальной высоты лопасти. Лопасти, включая их ответвления, могут находиться на расстоянии друг от друга.

[0081] Лопаточный аппарат 234 содержит два сегмента бандажа, такие как сегмент 232 внутреннего бандажа и сегмент 230 внешнего бандажа, которые можно понимать как угловые секторы трубок. Сегменты являются соосными и определяют поток текучей среды, середина которого в направлении радиальной высоты находится на одной линии с лопастью, возможно на средней высоте.

[0082] По меньшей мере одна или каждая лопатка 226 может содержать два набора ответвлений 238, каждый из которых соединен с одним концом лопасти 236 и с сегментом (230, 232) бандажа. Таким образом, сегменты бандажа в данной последовательности соединены друг с другом с помощью первых наборов ответвлений 238, лопастей 236 и вторых наборов ответвлений 238. Каждое ответвление соединено с лопаткой и/или с бандажом по большей части, предпочтительно по всей своей длине.

[0083] Наборы ответвлений 238 по меньшей мере одной лопатки или каждой лопатки могут состоять из разного количества ответвлений. Наборы с наибольшим количеством ответвлений 238 могут быть расположены на одной стороне лопасти 236. Расположение ответвлений может изменяться от одного смежного набора к другому.

[0084] Например, один набор может содержать по меньшей мере три ответвления, причем два из этих ответвлений 238 являются боковыми ответвлениями по окружности, между которыми расположено по меньшей мере одно центральное ответвление 238. Все эти ответвления 238 можно соединить, причем каждое ответвление имеет соединительную кромку; указанные кромки сливаются. По меньшей мере одна или каждая лопатка 226 может содержать ответвления 238, которые соединены с тремя лопастями 236 на разной высоте. Ответвление 238 может проходить от другого ответвления 238 так, чтобы находиться на расстоянии от другого ответвления и/или лопасти 236. Ответвление 238 этого типа может образовывать стойку, придающую лопаточному аппарату 234 жесткость. Ответвление 238 может проходить сбоку с одной стороны лопасти 236, затем с другой, или может проходить только с одной стороны лопасти 236.

[0085] На фиг. 6 показан лопаточный аппарат 334 в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения. Для обозначения идентичных или сходных элементов на фиг. 6 используется та же нумерация, что и на предыдущих фигурах, однако все номера увеличены на 300. Показанный лопаточный аппарат представляет собой статорный лопаточный аппарат, но в качестве альтернативы он может быть связан с ротором.

[0086] Лопаточный аппарат 334 содержит несколько наборов лопаток. Каждый набор может образовывать угловую часть кольцевого ряда лопаток. Каждый набор лопаток содержит несколько лопаток 326, каждая из которых содержит лопасть 336 и ответвления 338, продлевающие лопасть 336 в направлении ее высоты, возможно в направлении ее радиальной высоты. Каждая лопатка 326 может содержать два набора ответвлений. Смежные ответвления 338 набора лопаток 326 могут быть соединены по радиальной стороне, при этом ответвления 338 остаются на расстоянии по другой стороне. Наборы лопаток могут быть отдалены друг от друга. В частности, ответвления набора лопаток могут быть отдалены по окружности от каждого ответвления 338 смежного набора лопаток.

[0087] На фиг. 7 показан лопаточный аппарат 434 в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения. Для обозначения идентичных или сходных элементов на фиг. 7 используется та же нумерация, что и на предыдущих фигурах, однако все номера увеличены на 400. Конкретные номера использованы для элементов, характерных для этого варианта осуществления.

[0088] Лопаточный аппарат 434 содержит ряд лопаток 426, образующий по меньшей мере одну часть кольцевого ряда турбомашины. Лопатки 426 расположены на стенке, такой как бандаж или часть бандажа (430, 432). Стенка, или часть бандажа, может иметь форму круга или дуги окружности.

[0089] Ряд может иметь смешанную схему расположения лопаток 426. Некоторые лопатки 426 могут быть без ответвлений по меньшей мере на одном конце или на каждом конце. Количество ответвлений 438 на одной радиальной стороне лопаточного аппарата может изменяться от лопатки 426 к лопатке. Некоторые, возможно все, смежные ответвления 438 разных лопаток 426 можно соединять. На одной радиальной стороне лопаточного аппарата ответвления могут образовывать ряд и/или могут соединяться друг с другом с целью образования цепочки ответвлений 438, которая также может быть соединена с бандажом 430 в дополнение к соединенным лопастям 436. Это двойное соединение ответвлений усиливает жесткость бандажа и, следовательно, лопаточного аппарата против сил скручивания.

[0090] На фиг. 8 показана лопатка 526 в соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения. Для обозначения идентичных или сходных элементов на фиг. 8 используется та же нумерация, что и на предыдущих фигурах, однако все номера увеличены на 500. Конкретные номера использованы для элементов, характерных для этого варианта осуществления. Лопаткой 526 может быть лопатка 526 статора, как показано на фиг. 2.

[0091] Лопатка 526 может содержать лопасть 536 и по меньшей мере два ответвления 538, возможно три или более ответвлений 538. Лопасть 536 может представлять собой соединительную лопасть 536 или основную лопасть 536, в том смысле, что ее высота и/или толщина больше высоты и/или толщины каждого ответвления 538. Соединительная лопасть 536 образует соединительную часть 552, и ответвления 538 образуют ответвленную часть 554, причем части накладываются в направлении высоты.

[0092] Ответвления 538 могут быть лопастями 538 ответвления, которые соединяются посредством соединительной лопасти 536. С этой целью они могут содержать соединительные кромки, которые по меньшей мере частично, предпочтительно полностью, сливаются по хорде соединительной лопасти. Соединительные кромки 556 могут образовывать концы или границы лопастей 538 ответвления. Каждая из соединительных лопастей 536 и лопастей 538 ответвления выполнена с возможностью расположения в потоке турбомашины.

[0093] Соединительная лопасть 536 расположена в продолжении лопастей 538 ответвления в точке их соединения. Соединительная лопасть 536 может образовывать соединительную точку между лопастями 538 ответвления. Они могут образовывать участки соединительной лопасти. Они могут образовывать ножки 538, которые отделяются от соединительной лопасти в точке ответвления. Соединительная лопасть 536 может делиться или разделяться на лопасти ответвления. Ответвления могут крепиться друг к другу или закрепляться друг на друге.

[0094] Соединительная лопасть 536 и/или каждая лопасть 538 ответвления может содержать переднюю кромку 540 и заднюю кромку 542. Соединительная лопасть и/или каждая лопасть ответвления может содержать вогнутую поверхность и выпуклую поверхность, которые проходят от передней кромки 540 к соответствующей задней кромке 542. Вогнутая поверхность и выпуклая поверхность соединительной лопасти являются касательными, возможно по всей длине хорды лопасти, по отношению к смежным поверхностям лопастей 538 ответвления.

[0095] Соединительная лопасть 536 и/или каждая лопасть 538 ответвления может содержать аэродинамические профили 558, которые возможно являются изогнутыми и последовательно располагаются в направлении высоты, возможно в направлении радиальной высоты. Центры тяжести аэродинамических профилей 558 соединительной лопасти 536 и/или каждой лопасти 538 ответвления могут описывать суммарную кривую 560. Суммарные кривые 560 лопастей 538 ответвления могут лежать в радиальном, и/или осевом, и/или периферийном направлении суммарной кривой 560 соединительной лопасти 536, возможно, постепенно смещаясь по отношению к ней. Лопасти ответвления могут определять между собой желоб 562, возможно на расстоянии от соединительной лопасти 536. Высота H1 соединительной лопасти 536 может быть больше или равна высоте Н2 каждой лопасти 538 ответвления.

[0096] Передние кромки 540, и/или задние кромки 542, и/или суммарные кривые 560 каждой лопасти 538 ответвления могут иметь отклонение, возможно усиление, и/или инверсию кривизны по отношению к передней кромке 540, и/или задней кромке 542, и/или суммарной кривой 560 соединительной лопасти 536, соответственно.

[0097] Максимальная толщина аэродинамических профилей 558 соединительной лопасти 536 может быть больше максимальной толщины аэродинамических профилей 558 каждой лопасти 538 ответвления. Поверхность каждого аэродинамического профиля 558 соединительной лопасти может быть больше или равна поверхности каждого аэродинамического профиля по меньшей мере одного или каждого ответвления. Сумма поверхностей аэродинамических профилей ответвлений на заданной высоте может быть больше или равной поверхности каждого аэродинамического профиля лопасти.

[0098] Лопатка 526 содержит по меньшей мере две лопасти 538 ответвления, возможно три или четыре или даже больше на одном конце. Лопатка 526 может содержать опору 564, соединенную с лопастями ответвления. Опорой 564 может быть фиксирующая платформа 564, например, оснащенная фиксирующим штифтом 566. Лопасти 538 ответвления, соединительная лопасть 536 и, возможно, опора 562 могут быть цельными. Они могут быть выполнены при помощи технологии послойного аддитивного наращивания с использованием титанового порошка.

[0099] По меньшей мере одна или каждая лопасть 538 ответвления может содержать части, по высоте лопатки, которые расположены под углом по отношению друг к другу. Этими частями могут быть кривые, и эти части могут иметь отклонения или инверсии кривизны. По высоте, средняя ось суммарной кривой 560 по меньшей мере одной или каждой лопасти 538 ответвления расположена под углом по отношению к средней оси соединительной лопасти 536. Эти геометрические параметры можно наблюдать на передней кромке 540, и/или задней кромке 542, и/или суммарной кривой 560 профилей 558.

[00100] Расстояние Е между лопастями 538 ответвления, измеренное напротив соединительной лопасти 536 по ее передним кромкам 540, или по ее задним кромкам 542, или по максимальной ширине прохода, превышает большую часть средней или максимальной толщины соединительной лопасти 536. Расстояние Е может быть меньше длины L лопастей 538 ответвления и/или меньше высоты Н2 лопастей ответвления. По меньшей мере у одной или каждой лопасти 538 ответвления длина L может быть больше или равна высоте Н2.

[00101] На фиг. 9 показана лопатка 626 в соответствии с седьмым вариантом осуществления изобретения. Для обозначения идентичных или сходных элементов на фиг. 9 используется та же нумерация, что и на предыдущих фигурах, однако все номера увеличены на 600. Конкретные номера использованы для элементов, характерных для этого варианта осуществления.

[00102] Лопатка 626 содержит две разветвленные части 654, соединенные соединительной частью 652. Соединительная лопасть 636 лопатки 626 содержит два конца 668, которые противоположны по высоте указанной соединительной лопасти, например, радиальные концы, такие как вершина и хвостовик. Соединительная лопасть 636 может содержать лопасти 638 ответвления на каждом своем радиальном конце, причем указанные лопасти ответвления образуют первый набор и второй набор лопастей 638 ответвления, причем каждый набор соединен с одним из концов 668 соединительной лопасти 636. Высота Н2 лопастей ответвления может меняться от набора к набору и может оставаться меньшей, чем высота H1 соединительной лопасти 636.

[00103] Концы лопастей ответвления могут быть свободными кромками 670. Они могут образовывать кромки в виде изогнутых аэродинамических профилей лопатки. Концы могут содержать крепежные средства, такие как фиксирующие штифты. Каждый из концов на одном конце лопатки может содержать крепежное отверстие 672, причем отверстия 672 могут быть выровнены вдоль ряда, который образован соединенными лопастями ответвления.

[00104] На фиг. 10 показана лопатка 726 в соответствии с восьмым вариантом осуществления изобретения. Для обозначения идентичных или сходных элементов на фиг. 10 используется та же нумерация, что и на предыдущих фигурах, однако все номера увеличены на 700. Конкретные номера использованы для элементов, характерных для этого варианта осуществления.

[00105] Лопатка 726 содержит соединительную лопасть 736 с двумя концами 768, которые противоположны в направлении высоты H1, причем каждый конец 768 содержит ответвления 738, продлевающие лопасть в направлении высоты. Ответвления образуют первый набор ответвлений на одном конце 768 лопасти 736 и второй набор ответвлений 738 на другом конце 768. Противоположные концы 768 содержат разное количество ответвлений 738.

[00106] Наборы ответвлений могут накладываться в направлении высоты лопатки 726, будучи при этом разделенными лопастью 736. Один из наборов может перекрывать другой набор, причем перекрытие может происходить по средней хорде лопасти и/или по толщине лопасти.

[00107] Один набор ответвлений может быть соединен с опорой 764, такой как фиксирующая платформа 764. Набор ответвлений со стороны, противоположной опоре 764, может иметь свободные кромки 770 и, возможно, крепежные средства 774, такие как выступы 774 или выпуклости 774. Эти средства могут необязательно использоваться, чтобы прочно прикреплять ответвления к стенке, к опоре или к бандажу.

[00108] Лопатки первых пяти вариантов осуществления изобретения могут быть выполнены в соответствии с шестым, или седьмым, или восьмым вариантом осуществления изобретения. Лопаточный аппарат может содержать ответвления на каждом конце по высоте лопастей. На каждом из этих концов количество ответвлений может быть разным. Лопатки согласно седьмому и восьмому вариантам осуществления могут принимать конфигурации лопатки шестого варианта осуществления; в частности, с учетом расположения передних кромок, задних кромок, кромок соединений, суммарных кривых, а также расположения лопастей ответвления по отношению к соединительной лопасти.

Лопатка турбомашины содержит соединительную лопасть, выполненную с возможностью прохождения по своей высоте через поток турбомашины, по меньшей мере две лопасти ответвления, соединенные с соединительной лопастью, продлевая указанную соединительную лопасть по высоте, и опору. Лопасти ответвления содержат соединительные кромки, частично совпадающие, для соединения между собой лопастей ответвления вдоль соединительной лопасти, а также передние кромки и задние кромки. Задняя кромка соединительной лопасти радиально продлена задними кромками двух лопастей ответвления. Опора соединена с лопастями ответвления со стороны, противоположной соединительной лопасти. Другое изобретение группы относится к турбомашине, содержащей компрессор с рядами указанных выше лопаток. Группа изобретений позволяет повысить прочность крепления лопатки. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Лопатка (526; 726) турбомашины (2), содержащая:

- соединительную лопасть (536; 736), выполненную с возможностью прохождения по своей высоте H1 через поток (18; 20) турбомашины,

- по меньшей мере две лопасти (538; 738) ответвления, соединенные с соединительной лопастью (536; 736), продлевая указанную соединительную лопасть по ее высоте H1,

отличающаяся тем, что

по меньшей мере две лопасти (538; 738) ответвления содержат соединительные кромки (556), по меньшей мере частично совпадающие, для соединения между собой указанных лопастей (538; 738) ответвления вдоль соединительной лопасти (536; 736), и тем, что лопасти содержат передние кромки (540) и задние кромки (542), причем задняя кромка (542) соединительной лопасти (536) радиально продлена задними кромками (542) по меньшей мере двух лопастей (538) ответвления,

причем лопатка дополнительно содержит опору (564; 764), соединенную с лопастями (538; 738) ответвления со стороны, противоположной соединительной лопасти (536; 736).

2. Лопатка (526; 726) по п. 1, отличающаяся тем, что соединительные кромки (556) лопастей (538; 738) ответвления соединены по большей части своей длины L, предпочтительно по всей своей длине L и/или длине хорды соединительной лопасти (536; 736).

3. Лопатка (526) по одному из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что передняя кромка (540) соединительной лопасти (536) радиально продлена передними кромками (540) лопастей (538) ответвления, причем передние кромки (540) и задние кромки (542) лопасти ответвления могут быть касательными по отношению к передней кромке и задней кромке соединительной лопасти, соответственно.

4. Лопатка (526; 726) по одному из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что лопасти (538; 738) ответвления образуют в лопатке часть, которая является утолщенной по сравнению с соединительной лопастью (536; 736), причем каждая лопасть предпочтительно содержит вогнутую поверхность и выпуклую поверхность, причем соединительные кромки разграничены вогнутой поверхностью и выпуклой поверхностью соединительной лопасти.

5. Лопатка (526; 726) по одному из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что средняя толщина аэродинамических профилей (558) лопастей ответвления меньше средней толщины профилей соединительной лопасти.

6. Лопатка (526; 726) по одному из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что лопасти (538; 738) ответвления разграничивают между собой пространство, проходящее через лопатку вдоль хорды соединительной лопасти (536; 736), причем пространство предпочтительно лежит в направлении высоты H1 соединительной лопасти.

7. Лопатка (526; 726) по одному из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что каждая лопасть содержит вогнутую поверхность и выпуклую поверхность, причем вогнутая поверхность и/или выпуклая поверхность соединительной лопасти (536; 736) являются касательными по отношению к вогнутой поверхности лопасти (538; 738) ответвления и/или к выпуклой поверхности лопасти ответвления.

8. Лопатка (526; 726) по одному из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере две лопасти (538; 738) ответвления содержат обращенные друг к другу поверхности, причем по меньшей мере две лопасти ответвления предпочтительно образуют периферический ряд.

9. Лопатка (526; 726) по одному из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна или каждая лопасть (538; 738) ответвления расположена в целом под углом относительно соединительной лопасти (536; 736), причем по меньшей мере одна или каждая лопасть ответвления предпочтительно обладает инверсией кривизны радиально по отношению к соединительной лопасти.

10. Лопатка (526; 726) по одному из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что каждая лопасть ответвления или несколько лопастей (538; 738) ответвления содержит/содержат аэродинамические профили (558), изогнутые в одном направлении, причем профили (558) разделены интервалами, которые в целом являются постоянными, вдоль соединительной лопасти для поддержки потока в турбомашине (2).

11. Лопатка (526; 726) по одному из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что лопасти (538; 738) ответвления содержат в целом параллельные хорды по меньшей мере на одной данной высоте для направления потока в турбомашине (2).

12. Лопатка (526; 726) по любому из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что лопасти (538; 738) ответвления и соединительная лопасть (536; 736) являются цельными и выполнены при помощи порошковой, возможно металлопорошковой, технологии послойного аддитивного наращивания.

13. Турбомашина (2), содержащая компрессор (4; 6) с рядами лопаток (24; 26; 126; 226; 326; 426; 626), при этом по меньшей мере одна или каждая лопатка компрессора содержит:

- соединительную лопасть (36; 136; 236; 336; 436; 536; 636), выполненную с возможностью прохождения по своей высоте H1 через поток (18; 20) турбомашины,

- по меньшей мере две лопасти (38; 138; 238; 338; 438; 538; 638) ответвления, соединенные с соединительной лопастью (36; 136; 236; 336; 436; 536; 636), продлевая указанную соединительную лопасть по ее высоте H1,

отличающаяся тем, что

по меньшей мере две лопасти (38; 138; 238; 338; 438; 538; 638) ответвления содержат соединительные кромки (556), по меньшей мере частично совпадающие, для соединения между собой указанных лопастей (38; 138; 238; 338; 438; 538; 638;) ответвления вдоль соединительной лопасти (36; 136; 236; 336; 436; 536; 636), и тем, что лопасти содержат передние кромки (40) и задние кромки (42), причем задняя кромка (42) соединительной лопасти (36) радиально продлена задними кромками (42) по меньшей мере двух лопастей (38) ответвления,

причем турбомашина дополнительно содержит бандаж (32; 232; 332; 432), соединенный с лопастями (38; 138; 238; 338; 438; 638) ответвления со стороны, противоположной соединительной лопасти (36; 136; 236; 336; 436; 636).

14. Турбомашина (2) по п. 13, отличающаяся тем, что соединительные кромки лопастей (38; 138; 238; 338; 438; 638) ответвления соединены по большей части своей длины L, предпочтительно по всей своей длине L и/или длине хорды соединительной лопасти (36; 136; 236; 336; 436; 636).

15. Турбомашина (2) по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что передняя кромка (40) соединительной лопасти (36) радиально продлена передними кромками (40) лопастей (38) ответвления, причем передние кромки (40) и задние кромки (42) лопасти ответвления могут быть касательными по отношению к передней кромке и задней кромке соединительной лопасти, соответственно.

16. Турбомашина (2) по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что лопасти (38; 138; 238; 338; 438; 638) ответвления образуют в лопатке часть, которая является утолщенной по сравнению с соединительной лопастью (36; 136; 236; 336; 436; 636), причем каждая лопасть предпочтительно содержит вогнутую поверхность и выпуклую поверхность, причем соединительные кромки разграничены вогнутой поверхностью и выпуклой поверхностью соединительной лопасти.

17. Турбомашина (2) по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что средняя толщина аэродинамических профилей лопастей ответвления меньше средней толщины профилей соединительной лопасти.

18. Турбомашина (2) по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что лопасти (38; 138; 238; 338; 438; 638) ответвления разграничивают между собой пространство, проходящее через лопатку вдоль хорды соединительной лопасти (36; 136; 236; 336; 436; 636), причем пространство предпочтительно лежит в направлении высоты H1 соединительной лопасти.

19. Турбомашина (2) по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что каждая лопасть содержит вогнутую поверхность и выпуклую поверхность, причем вогнутая поверхность и/или выпуклая поверхность соединительной лопасти (36; 136; 236; 336; 436; 636) являются касательными по отношению к вогнутой поверхности лопасти (38; 138; 238; 338; 438; 638) ответвления и/или к выпуклой поверхности лопасти ответвления.

20. Турбомашина (2) по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что по меньшей мере две лопасти (38; 138; 238; 338; 438; 638) ответвления содержат обращенные друг к другу поверхности, причем по меньшей мере две лопасти ответвления предпочтительно образуют периферический ряд.

21. Турбомашина (2) по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна или каждая лопасть (38; 138; 238; 338; 438; 638) ответвления расположена в целом под углом относительно соединительной лопасти (36; 136; 236; 336; 436; 636), причем по меньшей мере одна или каждая лопасть ответвления предпочтительно обладает инверсией кривизны радиально по отношению к соединительной лопасти.

22. Турбомашина (2) по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что каждая лопасть ответвления или несколько лопастей (38; 138; 238; 338; 438; 638) ответвления содержит/содержат аэродинамические профили, изогнутые в одном направлении, причем профили разделены интервалами, которые в целом являются постоянными, вдоль соединительной лопасти для поддержки потока в турбомашине (2).

23. Турбомашина (2) по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что лопасти (38; 138; 238; 338; 438; 638) ответвления содержат в целом параллельные хорды по меньшей мере на одной данной высоте для направления потока в турбомашине (2).

24. Турбомашина (2) по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что лопасти (38; 138; 238; 338; 438; 638) ответвления и соединительная лопасть (36; 136; 236; 336; 436; 636) являются цельными и выполнены при помощи порошковой, возможно металлопорошковой, технологии послойного аддитивного наращивания.