CN104220758A - 包括具有优化的上游形状的腔体的压缩机壳体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮引擎压缩机的壳体，包括：在壳体厚度中的腔体(5)，所述腔体沿着壳体的周边从壳体的内表面彼此平行地延伸，所述腔体彼此之间不互通。细长的且沿着在两个侧壁之间的主方向延伸的腔体分别地通过上游表面和下游表面在上游和下游关闭，在其与壳体(4)的内表面之间的交叉线处形成了上游边界(7)和下游边界(6)。该壳体的特征在于，腔体(5)的上游边界(7)采取波状线的形式，所述波形线包括在上述侧壁之间，在其长度上的至少两个交替的波动。

Description

包括具有优化的上游形状的腔体的压缩机壳体

技术领域

本发明涉及推进装置领域，更特别地用于推进单元的轴流压缩机或轴向离心压缩机的推进装置(在发明书以下部分中简称为涡轮引擎的涡轮喷气引擎或涡轮螺旋桨引擎)以及更具体地高负荷高压压缩机。

背景技术

航空学涡轮引擎主要包括一个或多个压缩机，其中通过在其中所喷射的燃料被燃烧的燃烧室，随后通过在其中被燃烧的气体膨胀以便驱动压缩机的涡轮机，以及最后通过喷射装置将通过空气入口吸入的空气进行压缩。航空学压缩机包括鳍片或叶片，它们在壳体内侧旋转，所述壳体提供与引擎的外侧面对面的导气管的气密性。众所周知的是，在压缩机的可移动叶片的端部之间存在间隙，形成气流管道的内壁的壳体降低了涡轮引擎的引擎效率。此外，此间隙可具体改变和降低压缩机的功能，直至“喘振”现象出现，其由于空气流从叶片的表面脱离而造成。控制在叶片端部处的空气的流动因此构成了用于获得压缩机的良好的空气动力学效率和防止“喘振”现象的充分裕度两者的主要目的。

已经开发用于限制在叶片端部与壳体之间的此不必要的流的影响的一个方法包括挖空设置在叶片通道路径处的壳体的壁中的腔体。这些腔体沿着引擎的上游端部，为了在有问题的叶片的管道上游中再次喷射在叶片与壳体之间的间隙中流动的空气，相对于叶片或优选地轴向偏移地放置。这样的实施例的一个例子由申请人在公开号FR 2940374的专利申请中给出。

由此实施例所提供的改进仅仅源自腔体的轴向位置的优化，必须实施与这些腔体的其他参数有关的优化的搜索，以便进一步尝试改进现有压缩机的空气动力学效率和/或喘振裕度。

发明内容

本发明的目的因此是提出一种设置有腔体的压缩机壳体，进一步改进空气动力学性能。

为此，本发明涉及一种用于涡轮引擎压缩机的壳体，其包括腔体，所述腔体被挖空以便沿着所述壳体的厚度从其内表面不彼此互通，以及在所述壳体的周边上彼此平行设置，所述腔体在两个侧壁之间沿着主要定向方向具有细长外形，并分别通过上游表面和通过下游表面朝向上游端部和朝向下游端部关闭，其与壳体的内表面的交叉线分别地形成上游边界和下游边界，其特征在于，这些腔体的上游边界采取波状线的形式，所述波状线包括位于所述侧壁之间，在其长度上的至少两个半波形。

波状线的出现提高了再喷射空气与主空气的混合，因此改进了使用所述壳体的压缩机的有关级的效率和/或喘振裕度。

有利地，所述侧壁朝向彼此收敛，同时从下游到上游取向。此构造加速了在叶片与壳体之间流动的气体，并提高了其进入到管道中的再喷射，这也导致了有关级的效率和/或喘振裕度的提高。

在特定的实施例中，波状线是锯齿形折线，其包括彼此之间交替地形成凸角和凹角的部分。

优选地，所述腔体的表面由一连串的在上游边界和腔体的底部之间径向延伸的齿以及交替地朝向上游端部和朝向所述腔体的下游端部轴向地延伸的齿形成。

有利地，下游表面具有凸形。这有利于在腔体的下游处空气的吸收。

在特定实施例中，腔体在壳体的圆周上均匀地分布。

在可替代实施例中，腔体在壳体的圆周上不均匀地分布。

本发明还涉及一种用于包括如上所描述的壳体的涡轮引擎的压缩机以及一种包括这种压缩机的涡轮引擎。

附图说明

参考附图、通过纯粹地图示和非限制性例子而给出的本发明的实施例的以下详细的示例性描述将使本发明更好地理解并使其其它的目标、细节、特征和优点更显而易见。

-图1是压缩机级的横截面视图，其壳体具有用于再循环在叶片与壳体之间流动的空气的腔体；

-图2是根据现有技术的转子叶片和壳体的平面视图；

-图3是根据本发明的实施例的转子叶片和壳体的平面视图；

-图4是根据本发明在壳体中的腔体的开孔视图；以及

-图5是根据本发明在壳体中被开孔的腔体的视图。

具体实施方式

参见图1，可以看到，压缩机级包括定位在转子叶片上游的定子叶片或固定叶片2，或连接到盘3(或者根据已知为单件叶片盘技术的技术直接地固定到此盘上)的可移动叶片1。固定叶片通过固定到压缩机壳体4上而固定就位壳体，所述压缩机壳体4围绕该可移动叶片1，与它们留下预限定的间隙。

壳体4从其内表面被挖空，具有多个彼此不互通的腔体5，所述腔体5均匀地设置在其周边上，与可移动叶片1的通路相对。这些腔体大体采取直角的平行六面体的形状，所述平行六面体径向地凹进到壳体中，并在轴向平面内在横截面上具有带有圆角的矩形形状。它们在与壳体4的周边成相切的平面中的横截面上的形状对于其部分大体是细长的矩形，所述细长矩形沿着两个大侧面延伸，并在上游和下游处包括形成所谓上游7边界和下游6边界的两个小侧面。应注意到，在现有技术中，这两个界面通常是直线段。

如图1中所示，腔体5相对于可移动叶片1的前缘11朝向引擎的上游端偏移。然而，腔体5的上游侧面7相对于叶片的前缘所突出的长度受到在可移动叶轮1与固定叶轮2之间所存在空间限制。由于这些腔体的嵌入，离散空气在可移动叶片的弦的一定比例处被吸收，并被再次喷射到叶片上游处的管道中。此构造使得穿过叶片1与壳体4之间间隙的空气可再循环；此间隙实际上可以是激烈湍流的位置，所述激烈湍流干扰了各种级之间的流的构造并因此可导致压缩机的性能的降低，或者在极端情况下，导致所谓“喘振”或“脱离”现象。这种现象的特征在于穿过压缩机的气流的压缩比和瞬时逆转瞬间下降，其随后在压缩机的上游端部处出现。

现在参见图2和3，分别地根据现有技术和根据本发明，可以看到沿着壳体4对齐的一列腔体5的周向位置。腔体的数量比构成压缩机级的可移动轮的叶片1的数量大得多。实践中，此数量是可移动叶片1的数量的两倍和四倍之间。如附图所示出的那样，腔体的周向分布是均匀的布置；而且，已提出使此布置不规则，以便打断在叶栅上的由这些腔体所造成的空气动力学激励，尤其在构成壳体的两个半壳体中每一个的端部处。

图2是现有技术，其中在腔体5与壳体4的内表面的相交处由腔体5所形成的切除部分具有带有两个基本平行的侧面的大致矩形形状。另外一方面，在显示本发明的实施例的图3中，腔体的切除部分具有梯形形状，其在上游端部处和下游端部处的两个小侧面基本平行，其两个大的侧面朝向上游端部会聚，以使下游边界6的长度大于上游边界7的长度。

图4详细地显示了根据本发明在壳体4的内表面处在壳体4中的腔体5的切除部分的形状。然而，如在现有技术中，下游小侧面，即下游边界6是直线形的，上游小侧面，即上游边界7不是直线形的，而是采取V形件的形式，所述V形件在连接各腔体5的上游边界的边线的任一侧面上。

图5立体地显示，在根据本发明的壳体4的情况下腔体5的形状和它们相对于可移动叶轮1的相对位置。形成腔体5的平行六面体的前表面是采取V形件形状的波状，所述V形件总沿着腔体的前表面延伸，在腔体的底部中升起，并在腔体4的内表面与上游边界7处以锯齿形折线结束。

现在，首先通过解释壳体的将腔体5嵌入到其厚度中的处理的操作原理来解释本发明的贡献。两个空气动力学效果相结合：首先，在转子的顶部处的前缘处的空气的吸入使得可抵制在转子与壳体之间的间隙涡流的生成，这提高效率与稳定性极限；其次，通过限制层的再激励，可移动轮上游空气的再喷射使得可提高稳定极限，并因此获得喘振裕度。

通常考虑到的是，为了通过合并腔体5来处理壳体而获得最佳结果，必须将三个特定参数考虑进去。第一个参数是关于腔体的下游端部的轴向位置，其限定空气被吸入的点，第二个参数是腔体的上游端部的轴向位置，其限定空气被再喷射的点，第三个参数是腔体的体积，其确定带离并再喷射的空气的量，因此确定壳体处理的效益。然而，还必须考虑直接影响壳体处理效益的点，其关系到在可移动轮上游再喷射空气的量。特别是，首先，再喷射速度必须尽可能高，以便获得喘振裕度的最大改进，其次，被再次引进管道的空气必须尽可能好地与主流混合，如果失败则存在导致效率损失的风险。

为了处理这两点，本发明首先提出腔体5的宽度是可变的，且其从下游到上游横向地变窄。朝向下游端部维持腔体的较大宽度是重要的，以便在良好的情况下吸入再循环气体，并防止间隙涡流的出现；朝向上游端部的腔体尺寸的减小提升了将再喷射到管道中的气体的速度。接着，V形件的布置改进了再喷射空气与主空气的混合，与在涡轮引擎的喷嘴上的V形件的方式相同，改进了排放自主流的热空气和排放自次流的冷空气之间的混合。

通过在压缩机壳体4的腔体5上实施的这些布置，改进了间隙涡流的吸入功效，并因此除了增加喘振裕度外，还稍微改进了压缩机级的效率。

Claims (9)

1.一种用于涡轮引擎压缩机的壳体，其包括腔体(5)，所述腔体(5)被挖空以从所述壳体的内表面在该壳体的厚度中不互相连通，并在所述壳体(4)的周边上彼此平行设置，所述腔体在两个侧壁之间沿着主方向具有细长的形状，并分别通过上游表面和下游表面朝向上游端部和朝向下游端部关闭，上游表面和下游表面与所述壳体(4)的内表面的交叉线分别形成上游边界(7)和下游边界(6)，

其特征在于，这些腔体(5)的上游边界(7)采取波状线的形式，所述波状线包括位于所述侧壁之间，在其长度上的至少两个半波。

2.根据权利要求1所述的用于压缩机的壳体，其中所述侧壁从下游到上游朝向彼此会聚。

3.根据权利要求1或2所述的用于压缩机的壳体，其中所述波状线是间断的锯齿形折线，其包括彼此交替形成凸角和凹角的部分。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的用于压缩机的壳体，其中所述腔体的上游表面由在所述上游边界(7)与所述腔体(5)的底部之间径向延伸，并朝向所述腔体的所述上游端部和朝向所述腔体的下游端部交替轴向延伸的一连串齿形成。

5.根据权利要求1至4中任何一项所述的用于压缩机的壳体，其中所述下游表面具有凸起的形状。

6.根据权利要求1至5中任何一项所述的用于压缩机的壳体，其中所述腔体(5)均匀地分布在所述壳体(4)的周边上。

7.根据权利要求1至5中任何一项所述的用于压缩机的壳体，其中所述腔体(5)不均匀地分布在所述壳体(4)的周边上。

8.一种用于涡轮引擎的压缩机，其包括根据权利要求1至7中任何一项所述的壳体。

9.一种涡轮引擎，其包括根据权利要求8所述的压缩机。