CN102459916A - 用于压缩机的离心叶轮 - Google Patents

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Abstract

一种用于压缩机的能够使流体穿过的离心叶轮，该叶轮(18)包括叶片(24，25)，每个叶片具有前缘和后缘(24F，25F)，所述叶轮(18)的旋转使流体经由所述叶轮的前部吸入，所述流体经所述叶轮(18)的外周边离开所述叶轮(18)，所述叶片(24，25)的后缘(24F，25F)使得在与所述叶片的后缘(24F，25F)交叉的径向截平面中，它们沿与所述叶轮的旋转方向相反的方向弯曲，所述叶片(24，25)的后缘部沿所述叶轮的旋转方向改向，其方式为形成相应端翼片(26，27)，用于使流体的流动由于沿径向改向而被偏转。

Description

用于压缩机的离心叶轮
技术领域
本发明涉及使流体，特别是气体能够通过的离心叶轮。所述叶轮特别是用于涡轮机压缩机。所述叶轮可被装配到用于固定或飞行用途的任何类型的涡轮机，特别是装配到直升机涡轮引擎上。
更特别地，本发明涉及这种类型的离心叶轮，其具有旋转轴，小截面的前部分和大截面的后部分，所述叶轮具有叶片，每个叶片具有前缘和后缘。所述叶轮的旋转使流体经由所述叶轮的前部吸入，穿过所述叶轮的流体的轴向速度被逐渐转变为径向速度，所述流体在所述叶片的后缘处经由所述叶轮的外周边离开所述叶轮。所述叶片使得在与所述叶片的后缘交叉的径向截平面中，所述叶片沿与所述叶轮的旋转方向相反的方向弯曲。
背景技术
在本申请中，术语“上游”和“下游”相对于通过叶轮的流体流的正常方向而定义。
而且，叶轮的旋转轴经常被更简单地称为“叶轮轴”。轴向对应于叶轮轴的方向，而径向是垂直于所述轴且与所述轴交叉的方向。类似地，轴向平面是包含叶轮轴的平面，而径向平面是垂直于所述轴的平面。副词“轴向地”和“径向地”分别是指沿轴向和沿径向。
除非指明相反含义，否则形容词“内”和“外”相对于径向使用，一个元件的内部分(即，沿径向的内部分)比相同元件的外部分(即，沿径向的外部分)更接近于叶轮轴。
最后，除非指明相反含义，否则形容词“前”和“后”参照轴向使用，流体经叶轮的前部进入。
飞行涡轮机(例如，直升机涡轮引擎的涡轮机)的压缩机是离心类型或轴向-离心混合类型的，包括一个或多个压缩级，具有上述类型的离心叶轮(也被称为离心轮或转子)、在外侧包围叶轮叶片的壳体，和位于叶轮下游的一个或多个扩散器。流体(气体，通常为空气)穿过这样的压缩机。
在叶轮中，气体的绝对速度由于离心加速而增大，且气体的压力由于在叶轮叶片之间限定的通道的发散截面而增大。这样，气体以极高速度离开叶片的下游端，即它们的后缘。
用于压缩机的离心叶轮的已知示例在美国专利3 973 872中公开。
发明内容
本发明的目的在于，对于给定的几何尺寸和校正后流速，改进上述类型叶轮的性能(即，总压力比和等熵效率)。
这一目的通过一种叶轮实现，其中，在与叶轮叶片的后缘交叉的所述径向截平面中，所述叶片的后缘部分(即，位于叶片后部分的外端处的部分)沿所述叶轮的旋转方向改向，以形成相应的端翼片，从而使流体的流动能够由于沿径向改向而被偏转。
通常，流体流动这样的偏转能够使总压力比增大，而不会减小叶轮的等熵效率。
而且，通过获得对这种偏转的更佳控制，可以在不升温的情况下增大总压力比。这样，总压力比的增大还使得叶轮的等熵效率或多或少地增大。
总之，端翼片用于改进叶轮的性能。
这样的用于压缩机的叶轮可具有两种类型的叶片：所称的“主”叶片和所称的“中间”叶片。可选的中间叶片介于主叶片之间，它们与主叶片的不同之处在于，中间叶片沿轴向较短：中间叶片具有较短的前部分，中间叶片的前缘相对于主叶片的前缘缩回(即向后)。
在一个实施例中，叶轮仅具有主叶片(即无中间叶片)，且主叶片具有前述类型的端翼片。
在另一实施例中，叶轮具有主叶片和中间叶片。在这种情况下，仅有主叶片是具有前述类型的端翼片的叶片，或者仅有中间叶片是具有前述类型的端翼片的叶片，或者主叶片和中间叶片均具有前述类型的端翼片。
在一个实施例中，在与叶轮叶片的后缘交叉的所述径向截平面中，所述端翼片与位于所述端翼片上游紧邻处的叶片部分配合，以形成大于或等于155°且严格小于180°的钝角。
在一个实施例中，当叶轮的主叶片具有端翼片时，端翼片从叶轮主叶片的后缘延伸过沿主叶片的(曲线)外边缘测量时的一长度，所述长度呈现为小于所述外边缘的总长度的15％，特别是大于所述外边缘的总长度的2％且小于该总长度的10％。
在一个实施例中，当叶轮的中间叶片具有端翼片时，所述端翼片从中间叶片的后缘延伸过沿中间叶片的外边缘测量时的一长度，所述长度呈现为小于所述外边缘的总长度的15％，特别是大于所述外边缘的总长度的2％且小于该总长度的10％。
前述的角度值和翼片长度的范围单独地或组合地用于进一步改进叶轮的性能。
本发明还涉及一种包括本发明离心叶轮的压缩机。所述压缩机可为离心类型的压缩机，即具有装配有离心叶轮的至少一个压缩级的压缩机，或为轴向-离心混合类型的压缩机，即具有装配有轴向叶轮的至少一个压缩级和装配有离心叶轮的至少一个压缩级的压缩机。
本发明还涉及一种涡轮机，更特别地涉及一种包括本发明压缩机的直升机涡轮引擎。
附图说明
通过阅读以下对利用非限制性示例方式给出的本发明的实施例的详细描述，本发明及其优点被更好地理解。参照附图进行描述。
图1是具有包括本发明离心叶轮的压缩机的直升机涡轮引擎的示意性的局部轴向截面图(离心叶轮和引擎涡轮并未以截面图显示，而是以侧视图显示)。
图2是与引擎其余部分分离的图1所示离心叶轮的示意图。
图3是显示出图1所示离心叶轮的两个叶片的后部分的示意性局部立体图。
图4是图3所示叶片之一的后部分的示意性局部图，其中以与叶片后缘交叉的径向截平面显示出截面图，此截平面IV-IV在图2中标出。
具体实施方式
在图1中所示的示例性直升机涡轮引擎10包括：离心类型的压缩机16，其具有单一的压缩级。压缩机16包括：本发明的离心叶轮18，和包围叶轮18的叶片24、25外侧的壳体15。一扩散器19位于叶轮18的下游。
引擎10具有：空气入口12，穿过所述入口12的空气到达压缩机16。叶轮18围绕其旋转轴A的旋转使空气经由叶轮的前部吸入，穿过叶轮18的流体的轴向速度被逐渐转变为径向速度，流体经叶轮18的外周边离开叶轮18。空气沿大致平行于叶轮旋转轴A的方向透入叶轮18中，如在图1的截面中由箭头F1所示，空气沿大致垂直于轴A的方向离开叶轮18，如由箭头F2所示。
离开叶轮18的空气穿过扩散器19，然后到达燃烧室20。离开燃烧室20的燃烧气体驱动高压涡轮22和低压涡轮23。
叶轮18安装在由高压涡轮22旋转驱动的轴21上。
参见图2，叶轮18具有：小截面的前部分，和大截面的后部分。叶轮18具有多个主叶片24，主叶片24从叶轮前面18A沿轴向延伸到位于叶轮18的后部的径向板17，并从叶轮毂沿径向延伸到叶轮外边缘。每个主叶片24具有位于叶轮18的前端处的前缘24A和位于叶轮18的外周边处在径向板17前方紧邻处的后缘24F。
叶轮18还包括中间叶片25，中间叶片25介于各主叶片24之间，它们不同于主叶片24，中间叶片25沿轴向较短：这些叶片25的前缘25A相对于主叶片24的前缘24A缩回(即向后)。与此不同的是，中间叶片25的后缘25F与叶片24的后缘24F定位为与轴A具有相同的径向距离。
图3的立体图详细显示出叶轮18的主叶片24和中间叶片25的后部分。
在与叶轮18的叶片24和25的后缘24F和25F交叉的径向截平面(即，垂直于轴A的平面)中，例如在图2所示平面IV-IV中，叶片24和25沿与叶轮旋转方向相反的方向弯曲，其中叶轮18的旋转方向在图3和4中由箭头R表示。
在此相同的径向截平面中，所述叶片24和25的后缘的部分沿叶轮旋转方向改向，其方式为它们形成端翼片26、27，用于通过使空气沿径向改向而偏转空气流。
在此径向截平面中，端翼片26、27与位于所述端翼片26、27上游紧邻处的叶片24、25的部分配合，以形成大于或等于155°且严格小于180°的钝角T。此角T显示在图4中，图4是主叶片24在图2所示径向截平面IV-IV中的截面图。
在所示实施例中，主叶片24和中间叶片25均具有端翼片26、27。在其他未示出的实施例中，仅主叶片24或者仅中间叶片25具有这样的端翼片。
在一个实施例中，当端翼片26存在于主叶片24上时，每个端翼片26的沿所述叶片24的曲线外边缘24E所测量的长度(以曲线横坐标)呈现为不大于所述外边缘24E的总长度的15％。例如，端翼片的长度呈现至少为外边缘24E的总长度的2％并且不大于该总长度的10％。
在一个实施例中，当端翼片27存在于中间叶片25上时，每个端翼片27的沿所述叶片25的曲线外边缘25E所测量的长度(以曲线横坐标)呈现为不大于所述外边缘25E的总长度的15％。例如，端翼片的长度呈现至少为外边缘25E的总长度的2％并且不大于该总长度的10％。

Claims (9)

1.一种用于压缩机的能够使流体穿过的离心叶轮，该叶轮(18)具有：旋转轴(A)、小截面的前部分和大截面的后部分，所述叶轮(18)具有叶片(24，25)，每个叶片具有前缘(24A，25A)和后缘(24F，25F)，所述叶轮(18)的旋转使流体经由所述叶轮的前部吸入，穿过所述叶轮的流体的轴向速度被逐渐转变为径向速度，所述流体在所述叶片的后缘(24F，25F)处在所述叶轮(18)的外周边处离开所述叶轮(18)，所述叶片(24，25)使得在与所述叶片的后缘(24F，25F)交叉的径向截平面中，所述叶片沿与所述叶轮的旋转方向相反的方向弯曲，所述叶轮(18)的特征在于，
在所述径向截平面中，所述叶片(24，25)的后缘部分沿所述叶轮的旋转方向改向，其方式为其形成端翼片(26，27)，从而使流体的流动由于沿径向改向而被偏转；所述端翼片(26，27)从所述叶片的后缘(24F，25F)延伸过一沿所述叶片(24，25)的外边缘(24E，25E)所测量的长度，该长度呈现为小于所述外边缘(24E，25E)的总长度的15％。
2.如权利要求1所述的离心叶轮，其中，在所述径向截平面中，所述端翼片(26，27)形成大于或等于155°且严格小于180°的钝角(T)，其中所述叶片部分位于所述端翼片的上游的紧邻处。
3.如权利要求1或2所述的离心叶轮，其中，所述叶轮具有主叶片(24)，并可选地具有位于所述主叶片之间且在轴向上短于所述主叶片的中间叶片(25)，所述主叶片(24)和/或所述中间叶片(25)具有所述端翼片(26，27)。
4.如权利要求3所述的离心叶轮，其中，所述主叶片(24)具有所述所述端翼片(26)。
5.如权利要求4所述的离心叶轮，其中，所述端翼片(26)从所述主叶片(24)的后缘(24F)延伸过当沿所述主叶片(24)的外边缘(24E)测量时的一长度，该长度时呈现为大于所述外边缘(24E)的总长度的2％并且小于该总长度的10％。
6.如权利要求3至5中任一项所述的离心叶轮，其中，所述中间叶片(25)具有所述端翼片(27)。
7.如权利要求6所述的离心叶轮，其中，沿所述中间叶片(25)的外边缘(25E)，所述端翼片(27)从所述中间叶片(25)的后缘(25F)延伸过当沿所述中间叶片的外边缘(25E)测量时的一长度，该长度呈现为大于所述外边缘(25E)的总长度的2％且小于该总长度的10％。
8.一种压缩机，包括如权利要求1至7中任一项所述的离心叶轮(18)。
9.一种涡轮机，包括如权利要求8所述的压缩机。
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