ПЕРО КОМПРЕССОРА Российский патент 2020 года по МПК F01D5/20 F01D11/08 

Настоящее изобретение относится к перу компрессора.

В частности, оно относится к перу лопатки ротора компрессора и/или перу лопатки статора компрессора для турбинного двигателя, и/или к ротору компрессора в сборе.

Уровень техники

Компрессор газотурбинного двигателя содержит компоненты ротора, включающие в себя лопатки ротора и барабан ротора, и компоненты статора, включающие в себя лопатки статора и корпус статора. Компрессор размещается вокруг оси вращения с множеством чередующихся ступеней лопаток ротора и лопаток статора, и каждая ступень содержит перо.

Эффективность компрессора подвержена влиянию рабочих просветов или радиальному зазору концевой части пера между его компонентами ротора и статора. Радиальный зазор или просвет между лопатками ротора и корпусом статора и между лопатками статора и барабаном ротора задается настолько малым, насколько возможно, чтобы минимизировать утечку через концевую часть пера рабочих газов, но достаточно большим, чтобы избегать значительного трения, которое может повреждать компоненты. Разница давления между корытом пера и спинкой пера лопатки вынуждает рабочий газ утекать через зазор концевой части пера. Этот поток рабочего газа или утечка через концевую часть пера формирует аэродинамические потери вследствие своего вязкостного взаимодействия с зазором концевой части пера и с основным потоком рабочего газа, в частности, на выходе из зазора концевой части пера. Это вязкостное взаимодействие вызывает потерю эффективности ступени компрессора и, следовательно, уменьшает эффективность газотурбинного двигателя.

Два основных компонента для потока утечки через концевую часть пера были идентифицированы, которые иллюстрированы на фиг. 1, который показывает вид в продольном направлении концевой части 1 пера 2 на своем месте в компрессоре, таким образом, показывая область зазора концевой части пера. Первый компонент "A" утечки происходит рядом с входной кромкой 3 пера на концевой части 1 пера, и он формирует завихрение 4 утечки концевой части пера, и второй компонент 5, который создается посредством потока утечки, проходящего через концевую часть 1 пера от корыта 6 пера к спинке 7 пера. Этот второй компонент 5 выходит из зазора концевой части пера и подается в завихрение 4 утечки концевой части пера, тем самым, создавая еще дополнительные аэродинамические потери.

Следовательно, конструкция пера, которая может уменьшать тот или другой или оба компонента утечки концевой части пера, является очень востребованной.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению предоставляется оборудование, как изложено в прилагаемой формуле изобретения. Другие отличительные признаки изобретения будут понятны из зависимых пунктов формулы изобретения и описания, которое следует.

Соответственно может быть предоставлено перо (70) лопатки компрессора для турбинного двигателя, содержащее: корневой фрагмент (72), расположенный на расстоянии от фрагмента (100) концевой части пера посредством фрагмента (102) основной части; фрагмент (102) основной части определяется посредством: стенки (88) поверхности спинки пера, имеющей поверхность (89) спинки пера, стенки (90) поверхности корыта пера, имеющей поверхность (91) корыта пера, в результате чего, стенка (88) поверхности спинки пера и стенка (90) поверхности корыта пера встречаются на входной кромке (76) и выходной кромке (78). Фрагмент (100) концевой части пера может содержать: стенку (106) концевой части пера, которая протягивается от входной кромки (76) пера к выходной кромке (78) пера. Стенка (106) концевой части пера может определять: сигнальный выступ (110), содержащий: первую область (112) стенки концевой части пера, которая протягивается от входной кромки (76); вторую область (114) стенки концевой части пера, которая протягивается от выходной кромки (78); третью область (116) стенки концевой части пера, которая протягивается между первой областью (112) стенки концевой части пера и второй областью (114) стенки концевой части пера. Предпочтительно, первая область (112) стенки концевой части пера, третья область (116) стенки концевой части пера и вторая область (114) стенки концевой части пера соединяются, чтобы формировать непрерывную стенку (106) концевой части пера, которая предоставляет или формирует сигнальный выступ (110).

Стенка (106) концевой части пера определяет торец (118) пера, который может протягиваться от входной кромки (76) пера к выходной кромке (78) пера.

В первой области (112) стенки концевой части пера плечо (104) корыта пера может быть предусмотрено на стенке (90) поверхности корыта пера, которое протягивается от входной кромки (76) по части пути по направлению к выходной кромке (78); переходная область (108) стенки (90) поверхности корыта пера может сужаться от плеча (104) корыта пера в направлении к стенке (106) концевой части пера; и поверхность (89) спинки пера может протягиваться по направлению к первой области (112) стенки концевой части пера.

Во второй области (114) стенки концевой части пера плечо (105) спинки пера может быть предусмотрено на стенке (88) поверхности спинки пера, которое протягивается от выходной кромки (78) по части пути по направлению к входной кромке (76); переходная область (109) стенки (88) поверхности спинки пера может сужаться от плеча (105) спинки пера в направлении к стенке (106) концевой части пера; и поверхность (91) корыта пера может протягиваться по направлению ко второй области (114) стенки концевой части пера.

В третьей области (116) стенки концевой части пера переходная область (108) стенки (90) поверхности корыта пера может сужаться от плеча (104) корыта пера в направлении к стенке (106) концевой части пера; а переходная область (109) стенки (88) поверхности спинки пера может сужаться от плеча (105) спинки пера в направлении к стенке (106) концевой части пера.

Плечо (104) корыта пера может практически перекрывать только плечо (105) спинки пера на третьем участке (116) стенки концевой части пера.

Первая область (112) стенки концевой части пера может сужаться в ширине wsA от третьей области (116) стенки концевой части пера к входной кромке (76). Вторая область (114) стенки концевой части пера может сужаться в ширине wsC от третьей области (116) стенки концевой части пера к выходной кромке (78).

Ширина wsA сигнального выступа в первой области (112) стенки концевой части пера может иметь значение, равное, по меньшей мере, 0,3, но не более 0,6, расстояния wA между поверхностью (91) корыта пера и поверхностью (89) спинки пера в области фрагмента (102) основной части, соответствующей первой области (112) стенки концевой части пера.

Ширина wsC сигнального выступа во второй области (114) стенки концевой части пера может иметь значение, равное, по меньшей мере, 0,3, но не более 0,6, расстояния wC между поверхностью (91) корыта пера и поверхностью (89) спинки пера в области фрагмента (102) основной части, соответствующей второй области (114) стенки концевой части пера.

Ширина wsB сигнального выступа в третьей области (116) стенки концевой части пера может иметь значение, равное, по меньшей мере, 0,3, но не более 0,6, расстояния wB между поверхностью (91) корыта пера и поверхностью (89) спинки пера в области фрагмента (102) основной части, соответствующей третьей области (116) стенки концевой части пера.

Линия хорды от входной кромки (76) к выходной кромке (78) имеет длину L; и первая область (112) стенки концевой части пера имеет длину L1 хорды, вторая область (114) стенки концевой части пера имеет длину L3 хорды, а третья область (116) стенки концевой части пера имеет длину L2 хорды, при этом сумма L1, L2 и L3 может быть равна L.

Первая область (112) стенки концевой части пера может иметь длину L1 хорды, равную, по меньшей мере, 0,2 L, но не более 0,6 L. Вторая область (114) стенки концевой части пера может иметь длину L3 хорды, равную, по меньшей мере, 0,2 L, но не более 0,6 L. Третья область (116) стенки концевой части пера может иметь длину L2 хорды, равную, по меньшей мере, 0,2 L, но не более 0,6 L.

Стенка (106) концевой части пера может определять торец (118) пера, который протягивается от входной кромки (76) пера к выходной кромке (78) пера. Переходная область (108) стенки (90) поверхности корыта пера может протягиваться от плеча (104) корыта пера в направлении к поверхности (89) спинки пера. В точке (120) изгиба корыта пера переходная область (108) может искривляться, чтобы протягиваться в направлении от поверхности (89) спинки пера к торцу (118) пера. Переходная область (109) стенки (88) поверхности спинки пера может протягиваться от плеча (105) корыта пера в направлении к поверхности (91) корыта пера. В точке (121) изгиба спинки пера переходная область (109) может искривляться, чтобы протягиваться в направлении от поверхности (91) корыта пера к торцу (118) пера.

Фрагмент (100) концевой части пера может дополнительно содержать: линию (122) изгиба поверхности корыта пера, определенную посредством изменения в кривизне на поверхности (91) корыта пера; точку (120) изгиба корыта пера, предусматриваемую на линии (122) изгиба корыта пера; линия (122) изгиба корыта пера протягивается от входной кромки (76) по части пути к выходной кромке (78);

Фрагмент (100) концевой части пера может дополнительно содержать линию (123) изгиба поверхности спинки пера, определенную посредством изменения в кривизне на поверхности (89) спинки пера; и точку (121) изгиба спинки пера, предусматриваемую на линии (123) изгиба корыта пера; линия (123) изгиба спинки пера протягивается от выходной кромки (78) по части пути к входной кромке (76).

Линия (122) изгиба корыта пера может быть предусмотрена на расстоянии h2A от торца (118) пера в первой области (112) стенки концевой части пера; линия (122) изгиба корыта пера и линия (123) изгиба спинки пера предусматриваются на расстоянии h2B от торца (118) пера в третьей области (116) стенки концевой части пера; и линия (123) изгиба спинки пера предусматривается на расстоянии h2C от торца (118) пера во второй области (114) стенки концевой части пера; и плечи (104, 105) предусматриваются на расстоянии h1A, h1B, h1C от торца (118) пера; где: h1A, h1B, h1C могут быть равны по значению друг другу; h2A, h2B, h2C могут быть равны по значению друг другу; и h1A, h1B, h1C могут иметь значение, по меньшей мере, 1,5, но не более 2,7 расстояния h2A, h2B, h2C, соответственно.

Поверхность (91) корыта пера и поверхность (89) спинки пера разнесены на расстояние wB в области, соответствующей третьей области (116) стенки; и расстояние wA между поверхностью (91) корыта пера и поверхностью (89) спинки пера в первой области (112) стенки концевой части пера может уменьшаться по значению от расстояния wB по направлению к входной кромке (76); и расстояние wB между поверхностью (91) корыта пера и поверхностью (89) спинки пера во второй области (114) стенки концевой части пера может уменьшаться по значению от расстояния wB по направлению к выходной кромке (78).

Может также быть предоставлен узел ротора компрессора для турбинного двигателя, узел ротора компрессора содержит корпус и перо компрессора согласно настоящему изобретению, при этом корпус и перо 70 компрессора определяют зазор hg концевой части пера, определенный между торцом 118 пера и корпусом 50. Расстояния h2A, h2B, h2C от линии изгиба до торца (118) пера могут иметь значение, равное, по меньшей мере, 1,5 hg, но не более 3,5 hg.

Следовательно, предоставляется перо лопатки для компрессора, которое уменьшается по толщине по направлению к своей концевой части пера, чтобы формировать сигнальный выступ спинки пера для входной части пера и сигнальный выступ корыта пера для выходной части пера с сигнальным выступом со сформированной перемычкой, соединяющей входную и выходную части сигнального выступа. Вместе, эти отличительные признаки уменьшают массовый расход утечки концевой части пера, таким образом, ослабляя силу взаимодействия между потоком утечки и основным потоком, что, в свою очередь, уменьшает потерю в эффективности относительно примеров предшествующего уровня техники.

Следовательно, перо лопатки компрессора настоящего изобретения предоставляет средство управления потерями посредством уменьшения потока утечки концевой части пера.

Краткое описание чертежей

Примеры настоящего изобретения будут сейчас описаны со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1 показывает примерную концевую часть пера, которая обсуждалась в разделе "Уровень техники";

Фиг. 2 показывает часть турбинного двигателя в виде в разрезе, и в котором перо настоящего изобретения может быть предусмотрено;

Фиг. 3 показывает укрупненный вид части компрессора турбинного двигателя на фиг. 2;

Фиг. 4 показывает часть основной части и область концевой части пера согласно настоящему изобретению;

Фиг. 5a, 5b, 5c показывают виды в разрезе пера, как показано по ссылкам A-A, B-B и C-C на фиг. 4;

Фиг. 6 показывает вид в продольном направлении части области концевой части пера, показанного на фиг. 4; и

Фиг. 7 – это таблица относительных размеров отличительных признаков, показанных на фиг. 5a, 5b, 5c, 6.

Подробное описание изобретения

Фиг. 2 показывает пример газотурбинного двигателя 10 в виде в разрезе, который может содержать перо и узел ротора компрессора настоящего изобретения.

Газотурбинный двигатель 10 содержит, в последовательности потока, впускное отверстие 12, отсек 14 компрессора, отсек 16 камеры сгорания и отсек 18 турбины, которые, в целом, размещаются в последовательности протекания и, в целом, вокруг и в направлении продольной или оси 20 вращения. Газотурбинный двигатель 10 дополнительно содержит вал 22, который является вращаемым вокруг оси 20 вращения, и который протягивается продольно через газотурбинный двигатель 10. Вал 22 соединяет с возможностью привода отсек 18 турбины с отсеком 14 компрессора.

В эксплуатации газотурбинного двигателя 10 воздух 24, который засасывается через впускное отверстие 12 для воздуха, сжимается посредством отсека 14 компрессора и доставляется в отсек камеры сгорания или отсек 16 горелки. Отсек 16 горелки содержит камеру 26 избыточного давления горелки, одну или более камер 28 сгорания и, по меньшей мере, одну горелку 30, прикрепленную к каждой камере 28 сгорания.

Камеры 28 сгорания и горелки 30 располагаются внутри камеры 26 избыточного давления горелки. Сжатый воздух, проходящий через отсек 14 компрессора, поступает в диффузор 32 и выпускается из диффузора 32 в камеру 26 избыточного давления горелки, откуда доля воздуха поступает в горелку 30 и смешивается с газообразным или жидким топливом. Воздушно-топливная смесь затем сжигается, и получающийся в результате газ 34 сгорания или рабочий газ из камеры сгорания направляется по каналу через камеру 28 сгорания к отсеку 18 турбины.

Отсек 18 турбины содержит множество несущих лопатки дисков 36, прикрепленных к валу 22. Кроме того, направляющие лопатки 40, которые прикрепляются к статору 42 газотурбинного двигателя 10, располагаются между ступенями кольцевых массивов лопаток 38 турбины. Между выходом камеры 28 сгорания и входными лопатками 38 турбины предусматриваются направляющие лопатки 44 впускного отверстия и поворачивают поток рабочего газа на лопатки 38 турбины.

Газ сгорания из камеры 28 сгорания поступает в отсек 18 турбины и приводит в движение лопатки 38 турбины, которые, в свою очередь, вращают вал 22. Направляющие лопатки 40, 42 служат для оптимизации угла направления газа сгорания или рабочего газа на лопатки 38 турбины.

Перья лопаток компрессора (т.е., лопатки ротора компрессора и лопатки статора компрессора) имеют меньшую относительную высоту по сравнению с перьями лопаток турбины (т.е., лопатками ротора турбины и лопатками статора турбины), где относительная высота определяется в качестве отношения размаха (т.е. ширины) пера к средней хорде (т.е., расстоянию по прямой линии от входной кромки до выходной кромки) пера. Перья турбины имеют сравнительно большую относительную высоту, поскольку они вынуждено являются более размашистыми (т.е. широкими), чтобы вмещать охлаждающие каналы и полости, тогда как перья компрессора, которые не требуют охлаждения, являются относительно узкими.

Перья лопаток компрессора также отличаются от перьев лопаток турбины функцией. Например, лопатки ротора компрессора конфигурируются, чтобы работать от воздуха, который проходит через них, тогда как лопатки ротора турбины выполняют свою работу посредством отработавшего газа, который проходит через них. Таким образом, перья лопаток компрессора отличаются от перьев турбины геометрией, функцией и рабочей текучей средой, воздействию которой они подвергаются. Следовательно, аэродинамические и/или динамические характеристики текучей среды и принципы перьев компрессора и перьев турбины имеют тенденцию различаться, поскольку они должны быть сконфигурированы для своих различных применений и местоположений в устройстве, в котором они предусматриваются.

Отсек 18 турбины приводит в действие отсек 14 компрессора. Отсек 14 компрессора содержит осевую последовательность ступеней 46 лопаток и ступеней 48 лопаток ротора. Ступени 48 лопаток ротора содержат диск ротора, поддерживающий кольцевой массив лопаток. Отсек 14 компрессора также содержит корпус 50, который окружает ступени ротора и поддерживает ступени 48 лопаток. Ступени направляющих лопаток включают в себя кольцевой массив радиально протягивающихся лопаток, которые установлены на корпус 50. Лопатки предусматриваются, чтобы представлять поток газа под оптимальным углом для лопаток в заданной рабочей точке двигателя. Некоторые из ступеней 110 направляющих лопаток имеют переменные лопатки, где угол лопаток, вокруг их собственной продольной оси, может быть отрегулирован в соответствии с углом согласно характеристикам воздушного потока, который может возникать в различных условиях работы двигателя.

Корпус 50 определяет радиально внешнюю поверхность 52 канала 56 компрессора 14. Радиально внутренняя поверхность 54 канала 56, по меньшей мере, частично определяется барабаном 53 ротора для ротора, который частично определяется кольцевым массивом лопаток 48 и будет описан более подробно ниже.

Перо настоящего изобретения описывается со ссылкой на вышеупомянутый примерный турбинный двигатель, имеющий единственный вал или шкив, соединяющий единственный, многоступенчатый компрессор и единственную, одно- или более ступенчатую турбину. Однако, следует понимать, что перо настоящего изобретения в равной степени является применимым к двигателям с двумя или тремя валами, и которые могут быть использованы для промышленных, авиа- или судостроительных применений. Термин "ротор" или "узел ротора" предназначается, чтобы включать в себя вращающиеся (т.е. поворотные) компоненты, включающие в себя лопатки ротора и барабан ротора. Термин "статор" или "узел статора" предназначается, чтобы включать в себя неподвижные или невращающиеся компоненты, включающие в себя лопатки статора и корпус статора. Напротив, термин "ротор" предназначается, чтобы связывать вращающийся компонент с неподвижным компонентом, такие как лопатка ротора и неподвижный корпус или вращающийся корпус и неподвижная лопатка или лопатка. Вращающийся компонент может быть радиально внутренним или радиально наружным для неподвижного компонента. Термин "перо" предназначается, чтобы означать фрагмент пера вращающейся лопатки или неподвижной лопатки.

Термины "осевой", "радиальный" и "круговой" выполняются со ссылкой на ось 20 вращения двигателя.

Обращаясь к фиг. 3, компрессор 14 турбинного двигателя 10 включает в себя чередующиеся ряды направляющих лопаток 46 статора и вращаемых лопаток 48 ротора, каждая из которых протягивается, в целом, в радиальном направлении внутрь или поперек канала 56.

Ступени 49 лопаток ротора содержат диски 68 ротора, поддерживающие кольцевой массив лопаток. Лопатки 48 ротора устанавливаются между соседними дисками 68, но каждый кольцевой массив лопаток 48 ротора может в ином случае быть установлен на единственный диск 68. В каждом случае лопатки 48 содержат лапу крепления или корневой фрагмент 72, платформу 74, установленную на фрагмент 72 лапы, и перо 70, имеющий входную кромку 76, выходную кромку 78 и концевую часть 80 пера лопатки. Перо 70 устанавливается на платформу 74 и протягивается радиально наружу от нее по направлению к поверхности 52 корпуса 50, чтобы определять зазор концевой части пера лопатки, hg (который может также называться просветом 82 лопатки).

Радиально внутренняя поверхность 54 канала 56, по меньшей мере, частично определяется платформами 74 лопаток 48 и дисками 68 компрессора. В альтернативной компоновке, упомянутой выше, где лопатки 48 компрессора устанавливаются на единственный диск, осевое пространство между соседними дисками может быть перекрыто кольцом 84, которое может быть кольцевым или сегментированным по окружности. Кольца 84 зажимаются между соседними в осевом направлении рядами 48 лопаток и являются обращенными к концевой части 80 пера направляющих лопаток 46. Кроме того, в качестве дополнительной альтернативной компоновки отдельный сегмент или кольцо может быть присоединено снаружи диска компрессора, показанного здесь как зацепляющего радиально внутреннюю поверхность платформ.

Фиг. 3 показывает два различных типа направляющих лопаток, направляющие лопатки 46V с переменной геометрией и направляющие лопатки 46F с фиксированной геометрией. Направляющие лопатки 46V с переменной геометрией устанавливаются на корпус 50 или статор посредством традиционных поворотных креплений 60. Направляющие лопатки содержат перо 62, входную кромку 64, выходную кромку 66 и концевую часть 80 пера. Поворотное крепление 60 является хорошо известным в области техники, также как и действие переменных лопаток статора, и, следовательно, дополнительное описание не требуется. Направляющие лопатки 46 протягиваются внутрь от корпуса 50 по направлению к радиально внутренней поверхности 54 канала 56, чтобы определять зазор концевой части пера лопатки или просвет 83 лопатки между ними.

Совокупно, зазор концевой части пера лопатки или просвет 82 лопатки и зазор концевой части пера лопатки или просвет 83 лопатки называются в данном документе "зазором hg концевой части пера". Термин "зазор концевой части пера" используется в данном документе, чтобы ссылаться на расстояние, обычно радиальное расстояние, между поверхностью концевой части пера фрагмента пера и поверхностью барабана ротора или поверхностью корпуса статора.

Хотя перо настоящего изобретения описывается со ссылкой на лопатка компрессора и ее концевую часть, перо может также быть предусмотрено как лопатка статора компрессора, например, похожая на лопатки 46V и 46F.

Настоящее изобретение может относиться к неэкранированному перу компрессора и, в частности, может относиться к конфигурации концевой части пера компрессора, чтобы минимизировать аэродинамические потери.

Перо 70 компрессора содержит стенку 88 поверхности спинки пера и стенку 90 поверхности корыта пера, которые встречаются на входной кромке 76 и выходной кромке 78. Стенка 88 поверхности спинки пера имеет поверхность 89 спинки пера, а стенка 90 поверхности корыта пера имеет поверхность 91 корыта пера.

Как показано на фиг. 3, перо 70 компрессора содержит корневой фрагмент 72, расположенный на расстоянии от фрагмента 100 концевой части пера посредством фрагмента 102 основной части.

Фиг. 4 показывает укрупненный вид части пера 70 компрессора согласно настоящему изобретению. Фиг. 5a, 5b, 5c показывают виды в разрезе пера в точках A-A, B-B и C-C, соответственно, как указано на фиг. 4. Фиг. 6 показывает вид в продольном направлении части области концевой части пера 70, и фиг. 7 суммирует соотношение между различными размерами, которые указаны на фиг. 5a, 5b, 5c, 6.

Фрагмент 102 основной части определяется выпуклой стенкой 88 поверхности спинки пера, имеющей поверхность 89 спинки пера, и вогнутой стенкой 90 поверхности корыта пера, имеющей поверхность 91 корыта пера. Стенка 88 поверхности спинки пера и стенка 90 поверхности корыта пера встречаются на входной кромке 76 и выходной кромке 78.

Фрагмент 100 концевой части пера содержит стенку 106 концевой части пера, которая протягивается от входной кромки 76 пера к выходной кромке 78 пера. Стенка 106 концевой части пера определяет сигнальный выступ 110, содержащий первую область 112 стенки концевой части пера, которая протягивается от входной кромки 76 по направлению к выходной кромке 78, вторую область 114 стенки концевой части пера, которая протягивается от выходной кромки 78 по направлению к входной кромке 76, и третью область 116 стенки концевой части пера, которая протягивается между первой областью 112 стенки концевой части пера и второй областью 114 стенки концевой части пера.

Первая область 112 стенки концевой части пера, третья область 116 стенки концевой части пера и вторая область 114 стенки концевой части пера размещаются последовательно, протягиваясь от входной кромки 76 до выходной кромки 78. Т.е., первая область 112 стенки концевой части пера, третья область 116 стенки концевой части пера и вторая область 114 стенки концевой части пера соединяются, чтобы формировать непрерывную стенку 106 концевой части пера, которая предоставляет сигнальный выступ 110. Таким образом, стенка 106 концевой части пера определяет торец 118 пера, который протягивается от входной кромки 76 пера к выходной кромке 78 пера.

Три области 112, 114, 116 стенки концевой части пера могут рассматриваться как отдельные области со своими собственными физическими атрибутами и, следовательно, характером работы.

В первой области 112 стенки концевой части пера плечо 104 корыта пера предусматривается на стенке 90 поверхности корыта пера, которая протягивается от входной кромки 76 по части пути, но не по всему пути, по направлению к выходной кромке 78. Переходная область 108 стенки 90 поверхности корыта пера сужается от плеча 104 корыта пера в направлении к стенке 106 концевой части пера и торцу 118 пера. Поверхность 89 спинки пера протягивается по направлению к первой области 112 стенки концевой части пера. Т.е., на участке 100 концевой части пера, поверхность 89 спинки пера протягивается в том же направлении (т.е., с той же кривизной) по направлению к стенке 106 концевой части пера, как она делает в фрагменте 102 основной части. Т.е., в первой области 112 стенки концевой части пера, поверхность 89 спинки пера протягивается от фрагмента 102 основной части без перехода и/или изменения направления по направлению к стенке 106 концевой части пера и торцу 118 пера. Иначе говоря, в первой области 112 стенки концевой части пера, плечо 104 корыта пера присутствует, но такое плечо не предусматривается как часть поверхности 89 спинки пера.

Во второй области 112 стенки концевой части пера плечо 105 спинки пера предусматривается на стенке 88 поверхности спинки пера, которая протягивается от выходной кромки 78 по части пути, но не по всему пути, по направлению к входной кромке 76. Переходная область 109 стенки 88 поверхности спинки пера сужается от плеча 105 спинки пера в направлении ко второй области 114 стенки концевой части пера и торцу 118 пера. Поверхность 91 корыта пера протягивается по направлению ко второй области 114 стенки концевой части пера. Т.е., на участке 100 концевой части пера, поверхность 91 корыта пера протягивается в том же направлении (т.е., с той же кривизной) по направлению к стенке 106 концевой части пера, как она делает в фрагменте 102 основной части. Т.е., во второй области 114 стенки концевой части пера, поверхность 91 корыта пера протягивается от фрагмента 102 основной части без перехода и/или изменения направления по направлению к стенке 106 концевой части пера и торцу 118 пера. Иначе говоря, во второй области 114 стенки концевой части пера, плечо 105 спинки пера присутствует, но такое плечо не предусматривается в поверхности 91 корыта пера.

В третьей области 116 стенки концевой части пера переходная область 108 стенки 90 поверхности корыта пера сужается от плеча 104 корыта пера в направлении к стенке 106 концевой части пера, а переходная область 109 стенки 88 поверхности спинки пера сужается от плеча 105 спинки пера в направлении к стенке 106 концевой части пера.

Таким образом, в третьей области 116 стенки концевой части пера, предусматриваются и плечо 104 корыта пера, и плечо 105 спинки пера, переходная область 108 корыта пера и переходная область 109 спинки пера, которые сходятся по направлению к стенке 106 концевой части пера и торцу 118 пера, чтобы формировать участок сигнального выступа, который соединяет участок сигнального выступа на входной кромке и участок сигнального выступа на выходной кромке.

Как показано на фиг. 5a, 5b, переходная область 108 стенки 90 поверхности корыта пера протягивается от плеча 104 в направлении к поверхности 89 спинки пера, и в точке 120 изгиба корыта пера переходная область 108 искривляется, чтобы протягиваться в направлении от поверхности 89 спинки пера к торцу 118 пера.

Как показано на фиг. 5b, 5c, переходная область 109 стенки 88 поверхности спинки пера протягивается от плеча 105 в направлении к поверхности 91 корыта пера, и в точке 121 изгиба спинки пера переходная область 109 искривляется, чтобы протягиваться в направлении от поверхности 91 корыта пера к торцу 118 пера.

Как показано на фиг. 4-6, плечо 104 корыта пера практически перекрывает только плечо 105 спинки пера на третьем участке 116 стенки концевой части пера.

Как лучше показано на фиг. 6, фрагмент 100 концевой части пера дополнительно содержит линию 122 изгиба поверхности корыта пера, определенную посредством изменения в кривизне на поверхности 91 корыта пера, точку 120 изгиба корыта пера, предусматриваемую на линии 122 изгиба корыта пера, линия 122 изгиба корыта пера протягивается от входной кромки 76 по части пути к выходной кромке 78.

Фрагмент 100 концевой части пера также содержит линию 123 изгиба поверхности спинки пера, определенную посредством изменения в кривизне на поверхности 89 спинки пера, точку 121 изгиба спинки пера, предусматриваемую на линии 123 изгиба корыта пера, линия 123 изгиба спинки пера протягивается от выходной кромки 78 по части пути к входной кромке 76.

Как показано на фиг. 5a, 5b, 5c, линия 122 изгиба корыта пера предусматривается на расстоянии h2A от торца 118 пера в первой области 112 стенки концевой части пера. Линия 122 изгиба корыта пера и линия 123 изгиба спинки пера предусматриваются на расстоянии h2B от торца 118 пера в третьей области 116 стенки концевой части пера. Линия 123 изгиба спинки пера предусматривается на расстоянии h2C от торца 118 пера во второй области 114 стенки концевой части пера. Плечи 104, 105 предусматриваются на расстоянии h1A, h1B, h1C от торца 118 пера. Значения для h1A, h1B, h1C могут быть равны по значению друг другу. Значения для h2A, h2B, h2C могут быть равны по значению друг другу. h1A, h1B, h1C могут иметь значение, равное, по меньшей мере, 1,5, но не более 2,7 расстояния h2A, h2B, h2C, соответственно.

Как показано на фиг. 5a, 5b, 5c, поверхность 91 корыта пера и поверхность 89 спинки пера разнесены на расстояние w (т.е. wA, wB, wC являются расстояниями в сечениях A-A, B-B, C-C соответственно). Расстояние w уменьшается в значении между самой широкой точкой основной части и входной кромкой 76. Значение w также уменьшается в значении между самой широкой точкой основной части и выходной кромкой 78.

Т.е., поверхность 91 корыта пера и поверхность 89 спинки пера разнесены на расстояние wB в области, соответствующей третьей области 116 стенки концевой части пера, расстояние wA между поверхностью 91 корыта пера и поверхностью 89 спинки пера в первой области 112 стенки концевой части пера уменьшается в значении от расстояния wB по направлению к входной кромке 76, а расстояние wC между поверхностью 91 корыта пера и поверхностью 89 спинки пера во второй области 114 стенки концевой части пера уменьшается в значении от расстояния wB по направлению к выходной кромке 78.

Часть торца 118 пера (т.е., сигнальный выступ 110), соответствующая первой области 112 стенки концевой части пера, может сужаться по ширине wsA от третьей области 116 стенки концевой части пера к входной кромке 76.

Часть торца 118 пера (т.е., сигнальный выступ 110), соответствующая второй области 114 стенки концевой части пера, может сужаться по ширине wsC от третьей области 116 стенки концевой части пера к выходной кромке 78.

Ширина wsA сигнального выступа в первой области 112 стенки концевой части пера может иметь значение, равное, по меньшей мере, 0,3, но не более 0,6, расстояния wA между поверхностью 91 корыта пера и поверхностью 89 спинки пера в области фрагмента 102 основной части, соответствующей первой области 112 стенки концевой части пера.

Ширина wsC сигнального выступа во второй области 114 стенки концевой части пера может иметь значение, равное, по меньшей мере, 0,3, но не более 0,6, расстояния wC между поверхностью 91 корыта пера и поверхностью 89 спинки пера в области фрагмента 102 основной части, соответствующей второй области 114 стенки концевой части пера.

Ширина wsB сигнального выступа в третьей области 116 стенки концевой части пера может иметь значение, равное, по меньшей мере, 0,3, но не более 0,6, расстояния wB между поверхностью 91 корыта пера и поверхностью 89 спинки пера в области фрагмента 102 основной части, соответствующей третьей области 116 стенки концевой части пера.

Расстояния wA, wB и wC могут изменяться в значении по длине фрагмента 100 концевой части пера, и, следовательно, расстояния wsA, wsB и wsC могут изменяться соответственно.

Как показано на фиг. 6, линия хорды от входной кромки 76 к выходной кромке 78 имеет длину L.

Чтобы избежать сомнения, термин "хорда" ссылается на воображаемую прямую линию, которая соединяет входную кромку 76 и выходную кромку 78 пера 70. Следовательно, длина L хорды является расстоянием между выходной кромкой 78 и точкой на входной кромке 76, где хорда пересекает входную кромку.

На фиг. 6 показаны различные участки стенки концевой части пера, имеющие длины L1, L2, L3 хорды, которые ссылаются на субучастки линии L хорды.

Первая область 112 стенки концевой части пера имеет длину L1 хорды, вторая область 114 стенки концевой части пера имеет длину L3 хорды, а третья область 116 стенки концевой части пера имеет длину L2 хорды, при этом сумма L1, L2 и L3 равна L.

Первая область 112 стенки концевой части пера может иметь длину L1 хорды, равную, по меньшей мере, 0,2 L, но не более 0,6 L. Вторая область 114 стенки концевой части пера может иметь длину L3 хорды, равную, по меньшей мере, 0,2 L, но не более 0,6 L. Третья область 116 стенки концевой части пера может иметь длину L2 хорды, равную, по меньшей мере, 0,2 L, но не более 0,6 L.

Иначе говоря, когда линия хорды от входной кромки 76 к выходной кромке 78 имеет длину L, первая область 112 стенки концевой части пера имеет длину L1 хорды, равную, по меньшей мере, 0,2 L, но не более 0,6 L, вторая область 114 стенки концевой части пера имеет длину L3 хорды, равную, по меньшей мере, 0,2 L, но не более 0,6 L, и третья область 116 стенки концевой части пера имеет длину L2 хорды, равную, по меньшей мере, 0,2 L, но не более 0,6 L, при этом сумма L1, L2 и L3 равна L.

Со ссылкой на узел ротора компрессора для турбинного двигателя, содержащий перо компрессора согласно настоящему изобретению, и как описано выше и показано на фиг. 5a, 5b, 5c, узел ротора компрессора содержит корпус 50 и перо 70 компрессора, при этом корпус 50 и перо 70 компрессора определяют зазор концевой части пера, hg, определенный между поверхностью концевой части пера и корпусом.

В таком примере расстояние h2A, h2B, h2C от линии изгиба до торца 118 пера имеет значение, равное, по меньшей мере, около 1,5, но не более 3,5, зазора hg концевой части пера. Иначе говоря, расстояния h2A, h2B, h2C от линии изгиба до торца 118 пера могут иметь значение, равное, по меньшей мере, 1,5 hg, но не более 3,5 hg.

Во время работы компрессора геометрия пера компрессора настоящего изобретения отличается двумя способами от компоновок предшествующего уровня техники, например, как показано на фиг. 1.

Изгибы 120 (т.е., линия 122 изгиба) в переходной области 108 на корыте 90 пера, которая формирует первую область стенки концевой части пера сигнального выступа 110, препятствует утечке основного потока, уменьшая перепад давления через входную кромку 76. Это препятствует потоку воздуха, направленному радиально (или с радиальной составляющей) вдоль поверхности 91 корыта пера по направлению к области 100 концевой части пера, и, следовательно, формируемое завихрение потока концевой части пера имеет меньшую интенсивность по сравнению с завихрениями предшествующего уровня техники.

Сигнальный выступ 110, являющийся более узким по сравнению с общей шириной основной части 102, приводит в результате к разнице давления через торец 118 пера, которая, в целом, является более низкой по сравнению с тем, если торец 118 пера имеет такое же поперечное сечение, что и основная часть 102. Следовательно, вторичный поток через торец 118 пера будет меньше по сравнению с примерами предшествующего уровня техники, и формируемое завихрение первичного потока, следовательно, имеет меньшую интенсивность, поскольку существует меньший вторичный поток, подпитывающий его, по сравнению с примерами предшествующего уровня техники.

Дополнительно, поскольку сигнальный выступ 110 пера 70 уже по сравнению со стенками основной части 102, конфигурация оказывает меньшее фрикционное сопротивление движению по сравнению с примером предшествующего уровня техники, в котором концевая часть пера имеет такое же поперечное сечение, что и основная часть (например, как показано на фиг. 1). Т.е., поскольку сигнальный выступ 110 настоящего изобретения имеет относительно небольшую площадь поверхности, фрикционные и аэродинамические силы, формируемые им относительно корпуса 50, будут меньшими по сравнению с примерами предшествующего уровня техники.

Таким образом, величина потока утечки поверх концевой части пера, протекающего над торцом 118 пера, уменьшается, как и потенциальное сопротивление трению. Уменьшение в величине потока утечки поверх концевой части пера является полезным, поскольку тогда существует меньшее взаимодействие (например, подпитка) с завихрением утечки поверх концевой части пера.

Следовательно, предоставляется лопатка ротора аэродинамического элемента и/или статорная лопатка для компрессора для турбинного двигателя, сконфигурированная, чтобы уменьшать поток утечки концевой части пера и, следовательно, уменьшать силу взаимодействия между потоком утечки и основным потоком, что, в свою очередь, уменьшает общую потерю в эффективности.

Как описано, перо уменьшается по толщине по направлению к своей концевой части пера, чтобы формировать фрагмент сигнального выступа на спинке пера (выпуклой) для пера, протягивающегося от своей входной кромки по направлению к выходной кромке, другой фрагмент сигнального выступа на корыте пера (вогнутом) для пера, протягивающийся от выходной кромки по направлению к входной кромке, и дополнительный фрагмент перемычки сигнального выступа, который протягивается между и связывает другие фрагменты сигнального выступа. Эта компоновка уменьшает разницу давления через концевую часть пера и, следовательно, уменьшает вторичный поток утечки. Сигнальный выступ, предусмотренный рядом с входной кромкой, действует, чтобы уменьшать первичный поток утечки. Вместе, эти отличительные признаки уменьшают массовый расход утечки концевой части пера, таким образом, уменьшая силу взаимодействия между потоком утечки и основным потоком, что, в свою очередь, уменьшает потерю в эффективности.

Следовательно, перо компрессора настоящего изобретения приводит в результате к компрессору большей эффективности по сравнению с известными компоновками.

Внимание направлено на все доклады и документы, которые зарегистрированы одновременно или прежде этой спецификации в соединении с этой заявкой, и которые являются открытыми для публичного изучения вместе с этой спецификацией, и содержимое всех таких докладов и документов включено в данный документ по ссылке.

Все из отличительных признаков, описанных в этой спецификации (включающей в себя любые сопровождающие пункты формулы изобретения, реферат и чертежи), и/или все из этапов любого способа или процесса, описанного таким образом, могут быть объединены в любом сочетании, за исключением сочетаний, когда, по меньшей мере, некоторые из таких отличительных признаков и/или этапов являются взаимно исключающими.

Каждый признак, раскрытый в этой спецификации (включающей в себя любые сопровождающие пункты формулы изобретения, реферат и чертежи) может быть заменен альтернативными признаками, служащими той же, эквивалентной или аналогичной цели, пока явно не заявлено иное. Таким образом, пока явно не заявлено иное, каждый раскрытый признак является лишь одним примером характерной последовательности эквивалентных или аналогичных признаков.

Изобретение не ограничивается деталями вышеупомянутых чертежа(ей). Изобретение распространяется на любой новый признак, или любое новое сочетание, признаков, описанных в этой спецификации (включающей в себя любые сопровождающие пункты формулы изобретения, реферат и чертежи), или на любой новый этап, или любое новое сочетание, этапов любого способа или процесса, описанного таким образом.

Перо (70) компрессора для турбинного двигателя. Перо (70) компрессора содержит корневой фрагмент (72), расположенный на расстоянии от фрагмента (100) концевой части пера посредством фрагмента (102) основной части. Фрагмент (102) основной части определяется посредством: стенки (88) поверхности спинки пера, имеющей поверхность (89) спинки пера, и стенки (90) поверхности корыта пера, имеющей поверхность (91) корыта пера. Стенка (88) поверхности спинки пера и стенка (90) поверхности корыта пера встречаются на входной кромке (76) и выходной кромке (78). Фрагмент (100) концевой части пера содержит стенку (106) концевой части пера, которая протягивается от входной кромки (76) пера до выходной кромки (78) пера. Стенка (106) концевой части пера определяет сигнальный выступ (110), содержащий: первую область (112) стенки концевой части пера, которая протягивается от входной кромки (76); вторую область (114) стенки концевой части пера, которая протягивается от выходной кромки (78); и третью область (116) стенки концевой части пера, которая протягивается между первой областью (112) стенки концевой части пера и второй областью (114) стенки концевой части пера. Уменьшает общую потерю в эффективности. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Перо (70) лопатки компрессора для турбинного двигателя, содержащее:

корневой фрагмент (72), расположенный на расстоянии от фрагмента (100) концевой части пера посредством фрагмента (102) основной части;

фрагмент (102) основной части, определенный посредством:

стенки (88) поверхности спинки пера, имеющей поверхность (89) спинки пера,

стенки (90) поверхности корыта пера, имеющей поверхность (91) корыта пера, в результате чего

стенка (88) поверхности спинки пера и стенка (90) поверхности корыта пера встречаются на входной кромке (76) и выходной кромке (78),

фрагмент (100) концевой части пера, содержащий:

стенку (106) концевой части пера, которая протягивается от входной кромки (76) пера к выходной кромке (78) пера; стенка (106) концевой части пера определяет:

сигнальный выступ (110), содержащий:

первую область (112) стенки концевой части пера, которая протягивается от входной кромки (76);

вторую область (114) стенки концевой части пера, которая протягивается от выходной кромки (78);

третью область (116) стенки концевой части пера, которая протягивается между первой областью (112) стенки концевой части пера и второй областью (114) стенки концевой части пера;

при этом в первой области (112) стенки концевой части пера:

плечо (104) корыта пера, предусмотренное на стенке (90) поверхности корыта пера, протягивается от входной кромки (76) по части пути по направлению к выходной кромке (78);

переходная область (108) стенки (90) поверхности корыта пера сужается от плеча (104) корыта пера в направлении к стенке (106) концевой части пера; и

поверхность (89) спинки пера протягивается по направлению к первой области (112) стенки концевой части пера;

при этом во второй области (114) стенки концевой части пера:

плечо (105) спинки пера, предусмотренное на стенке (88) поверхности спинки пера, протягивается от выходной кромки (78) по части пути по направлению к входной кромке (76);

переходная область (109) стенки (88) поверхности спинки пера сужается от плеча (105) спинки пера в направлении к стенке (106) концевой части пера; и

поверхность (91) корыта пера протягивается по направлению ко второй области (114) стенки концевой части пера;

при этом в третьей области (116) стенки концевой части пера:

переходная область (108) стенки (90) поверхности корыта пера сужается от плеча (104) корыта пера в направлении к стенке (106) концевой части пера; и

переходная область (109) стенки (88) поверхности спинки пера сужается от плеча (105) спинки пера в направлении к стенке (106) концевой части пера.

2. Перо (70) лопатки компрессора по п. 1, в котором

плечо (104) корыта пера практически перекрывает только плечо (105) спинки пера на третьем участке (116) стенки концевой части пера.

3. Перо (70) лопатки компрессора по п. 1 или 2, в котором

первая область (112) стенки концевой части пера сужается в ширине wsA от третьей области (116) стенки концевой части пера к входной кромке (76); и

вторая область (114) стенки концевой части пера сужается в ширине wsC от третьей области (116) стенки концевой части пера к выходной кромке (78).

4. Перо (70) лопатки компрессора по п. 3, в котором

ширина wsA сигнального выступа в первой области (112) стенки концевой части пера имеет значение, равное, по меньшей мере, 0,3, но не более 0,6, расстояния wA между поверхностью (91) корыта пера и поверхностью (89) спинки пера в области фрагмента (102) основной части, соответствующей первой области (112) стенки концевой части пера;

ширина wsC сигнального выступа во второй области (114) стенки концевой части пера имеет значение, равное, по меньшей мере, 0,3, но не более 0,6, расстояния wC между поверхностью (91) корыта пера и поверхностью (89) спинки пера в области фрагмента (102) основной части, соответствующей второй области (114) стенки концевой части пера; и

ширина wsB сигнального выступа в третьей области (116) стенки концевой части пера имеет значение, равное, по меньшей мере, 0,3, но не более 0,6, расстояния wB между поверхностью (91) корыта пера и поверхностью (89) спинки пера в области фрагмента (102) основной части, соответствующей третьей области (116) стенки концевой части пера.

5. Перо (70) лопатки компрессора по любому из предшествующих пунктов, в котором

линия хорды от входной кромки (76) к выходной кромке (78) имеет длину L; и

первая область (112) стенки концевой части пера имеет длину L1 хорды,

вторая область (114) стенки концевой части пера имеет длину L3 хорды, и

третья область (116) стенки концевой части пера имеет длину L2 хорды,

при этом сумма L1, L2 и L3 равна L.

6. Перо (70) лопатки компрессора по п. 5, в котором

первая область (112) стенки концевой части пера имеет длину L1 хорды, равную, по меньшей мере, 0,2 L, но не более 0,6 L.

7. Перо (70) компрессора по п. 5, в котором

вторая область (114) стенки концевой части пера имеет длину L3 хорды, равную, по меньшей мере, 0,2 L, но не более 0,6 L.

8. Перо (70) лопатки компрессора по п. 5, в котором

третья область (116) стенки концевой части пера имеет длину L2 хорды, равную, по меньшей мере, 0,2 L, но не более 0,6 L.

9. Перо (70) лопатки компрессора по любому из предшествующих пунктов, в котором:

стенка (106) концевой части пера определяет торец (118) пера, которая протягивается от входной кромки (76) пера к выходной кромке (78) пера;

переходная область (108) стенки (90) поверхности корыта пера протягивается от плеча (104) корыта пера в направлении к поверхности (89) спинки пера, и

в точке (120) изгиба корыта пера переходная область (108) искривляется, чтобы протягиваться в направлении от поверхности (89) спинки пера к торцу (118) пера;

переходная область (109) стенки (88) поверхности спинки пера протягивается от плеча (105) спинки пера в направлении к поверхности (91) корыта пера, и

в точке (121) изгиба спинки пера переходная область (109) искривляется, чтобы протягиваться в направлении от поверхности (91) корыта пера к торцу (118) пера.

10. Перо (70) лопатки компрессора по п. 9, в котором фрагмент (100) концевой части пера дополнительно содержит:

линию (122) изгиба поверхности корыта пера, определенную посредством изменения в кривизне на поверхности (91) корыта пера;

точку (120) изгиба корыта пера, предусматриваемую на линии (122) изгиба корыта пера;

линия (122) изгиба корыта пера протягивается от входной кромки (76) по части пути к выходной кромке (78);

линию (123) изгиба поверхности спинки пера, определенную посредством изменения в кривизне на поверхности (89) спинки пера; и

точку (121) изгиба спинки пера, предусматриваемую на линии (123) изгиба спинки пера;

линия (123) изгиба спинки пера протягивается от выходной кромки (78) по части пути к входной кромке (76).

11. Перо (70) лопатки компрессора по п. 10, в котором:

линия (122) изгиба корыта пера предусматривается на расстоянии h2A от торца (118) пера в первой области (112) стенки концевой части пера;

линия (122) изгиба корыта пера и линия (123) изгиба спинки пера предусматриваются на расстоянии h2B от торца (118) пера в третьей области (116) стенки концевой части пера; и

линия (123) изгиба спинки пера предусматривается на расстоянии h2C от торца (118) пера во второй области (114) стенки концевой части пера; и

плечи (104, 105) предусматриваются на расстоянии h1A, h1B, h1C от торца (118) пера;

где:

h1A, h1B, h1C равны по значению друг другу;

h2A, h2B, h2C равны по значению друг другу; и

h1A, h1B, h1C имеют значение, равное, по меньшей мере, 1,5, но не более 2,7 расстояния h2A, h2B, h2C, соответственно.

12. Перо (70) лопатки компрессора по любому из предшествующих пунктов, в котором:

поверхность (91) корыта пера и поверхность (89) спинки пера разнесены на расстояние wB в области, соответствующей третьей области (116) стенки концевой части пера; и

расстояние wA между поверхностью (91) корыта пера и поверхностью (89) спинки пера в первой области (112) стенки концевой части пера уменьшается по значению от расстояния wB по направлению к входной кромке (76); и

расстояние wB между поверхностью (91) корыта пера и поверхностью (89) спинки пера во второй области (114) стенки концевой части пера уменьшается по значению от расстояния wB по направлению к выходной кромке (78).

13. Узел ротора компрессора для турбинного двигателя, содержащий корпус и перо лопатки по любому из пп. 1-12,

при этом корпус и перо (70) лопатки компрессора определяют зазор hg концевой части пера, определенный между торцом (118) пера и корпусом (50).

14. Узел ротора компрессора по п. 13, в котором

расстояния h2A, h2B, h2C от линии изгиба до торца (118) пера имеют значение, равное, по меньшей мере, 1,5 hg, но не более 3,5 hg.