專利名稱：離心壓氣機(jī)的消渦器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自離心式壓氣機(jī)接收徑向高速氣流然而將其輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)形燃燒室的燃?xì)鉁u輪機(jī)的部件。尤其涉及一種緊湊的消渦器裝置，該裝置和一擴(kuò)壓器緊密配合，并由配置在一彎管內(nèi)的消渦器葉片構(gòu)成，該彎管將空氣流自徑向向外方向重新導(dǎo)引到大致軸向的方向。
背景技術(shù)：


圖1中所示的是離心壓氣機(jī)10和燃?xì)廨啓C(jī)的圓環(huán)形燃燒室12兩部分。壓氣機(jī)10通常包含一旋轉(zhuǎn)葉輪14，它用來加速?gòu)亩黾恿鬟^其間的氣體的動(dòng)能。一靜心的圓環(huán)擴(kuò)壓器16限定葉輪14，并用來降低離開葉輪14的流體流動(dòng)速度，從而增加其靜壓力。擴(kuò)壓器通常由界定若干沿圓周間隔的通道18的一些葉片或管子構(gòu)成。各通道18的橫截面積通常沿葉輪14的下游方向增加，以便使自葉輪14排出的流體擴(kuò)壓。
葉型或管型擴(kuò)壓器一般包含一過渡段20，它處在擴(kuò)大器通道18的下游，使擴(kuò)壓器流道與燃燒燃室12的幾何形狀配合。如圖1中所示，過渡段20包含一圓環(huán)形岐22，該岐管自擴(kuò)壓器16接收徑向向外的空氣流，并將該空氣流向后和往往徑向向內(nèi)(如圖所示)重新導(dǎo)引到燃燒室12的圓環(huán)形入口。岐管22以大致直管段24結(jié)尾，在其中，緊靠燃燒室12入口的上游裝有許多消渦器葉片26。葉片26通過將從擴(kuò)壓器通道18排出的氣流的切向高速分量轉(zhuǎn)變的更有用的靜壓，自從擴(kuò)壓器排出的氣流中消除殘留的圓周渦流。結(jié)果，自消渦器葉片26排出且被導(dǎo)引到燃燒室12的氣流的特點(diǎn)為具有較低的渦流和馬合數(shù)，并有一特定的切向(meridional)(“噴射”)角，它們一起獲得更穩(wěn)定和有效的燃燒室性能。在多級(jí)離心壓氣機(jī)中，在各相連的級(jí)對(duì)之間可采用一擴(kuò)壓器和過渡段，使從前級(jí)排出的空氣流減速并消渦到適于后級(jí)的水平。
圖1中所示的岐管22大致界定一軸對(duì)稱自由曲管，該曲管以一(外)表面為界，但由二(內(nèi)和外)表面為界的彎管也是公知的。在緊接岐管22的彎管的直管段24內(nèi)的消渦器葉片26通常設(shè)置在一圓錐形軸對(duì)稱流道內(nèi)。雖然表示的是單排葉片26，然而雙排結(jié)構(gòu)是公知的。通常，將葉片26安置在彎管的下游和燃燒室12的上游或其入口處。
雖然圖1中所示的這種擴(kuò)壓器和消渦器裝置在許多成功的燃?xì)廨啓C(jī)中表現(xiàn)良好，然而，不斷地在尋求性能方面的進(jìn)一步改善。主要的興趣是要使降低發(fā)動(dòng)機(jī)性能的壓力損失減少。
本發(fā)明概述本發(fā)明為燃?xì)鉁u輪機(jī)離心壓氣機(jī)提供一種消渦器裝置，由于它表現(xiàn)出擴(kuò)壓(二次流動(dòng))和磨擦損失顯著降低，因而改善了發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能。按照本發(fā)明，該消渦器裝置需要一圓環(huán)形岐管，該岐管有一用來自擴(kuò)壓器接收徑向向外流動(dòng)的氣體的入口和一用來將氣體沿軸向下游方向排出的出口，以及在該兩者之間的一弧形通道。與現(xiàn)有技術(shù)實(shí)相比，本發(fā)明的消渦器裝置提供了若干恰好處在該弧形通道內(nèi)并和擴(kuò)壓器緊密配合的消渦器葉片，而非被限制于處在弧形通道下游的直管段內(nèi)。
本發(fā)明的消渦器裝置一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是使降低發(fā)動(dòng)機(jī)性能的壓力損失減少。雖然不想堅(jiān)持任何特別的理論，然而相信將消渦器葉片安置在將空氣/氣體流自擴(kuò)壓器的徑向流向變?yōu)闉閴簹鈾C(jī)所需要的大致軸向流向的彎管內(nèi)，減少了空氣/氣體離開擴(kuò)壓器時(shí)的二次流的增強(qiáng)作用。因此，相信本發(fā)明的消渦器裝置消除了彎管損失，并減少了因未切向?qū)б膹澒芤鸬亩瘟鲹p失。
本發(fā)明的另一顯著的優(yōu)點(diǎn)是空氣/氣體自擴(kuò)壓器出口到燃燒室增壓空間所流過的總長(zhǎng)度減小了，導(dǎo)致由空氣/氣體潤(rùn)濕的總表面減少，因此，減少了表面磨擦損失。該擴(kuò)壓器/消渦器裝置還比現(xiàn)有技術(shù)裝置更緊湊，因而能使發(fā)動(dòng)機(jī)的重量明顯減輕。
本發(fā)明的另一重要方面是利用消渦器葉片與擴(kuò)壓器的緊密配合，使消渦器葉片在弧形通道內(nèi)緊鄰擴(kuò)壓器的配置能產(chǎn)生動(dòng)力字方面的優(yōu)點(diǎn)。例如，利用消渦器葉片相對(duì)于擴(kuò)壓器通道在圓周方向上適當(dāng)?shù)南鄬?duì)定位，能提高效率。在使擴(kuò)壓器一消渦器裝置匹配最優(yōu)化方面，本發(fā)明提供了更大的設(shè)計(jì)靈活性，從而進(jìn)一步使由于擴(kuò)壓器一消渦器界面引起的損失減至最小。
附圖簡(jiǎn)述圖1為現(xiàn)有技術(shù)燃?xì)鉁u輪機(jī)離心壓氣機(jī)的擴(kuò)壓管和消渦裝置的局部剖視圖；圖2和3分別表示本發(fā)明的擴(kuò)壓管和消渦裝置的剖視圖和透視圖；圖4表示在圖2和3中所示的消渦器葉片的單獨(dú)的透視圖；圖5至7表示在圖2至4中所示消渦器的另一些實(shí)施例的單獨(dú)的透視圖；圖8表示在圖2和3中所示的擴(kuò)壓管和消渦器的后正視圖(aft-looking-forward view)。
本發(fā)明詳述圖2用剖視圖表示本發(fā)明的緊密配合的擴(kuò)壓管和消渦器裝置，圖3為圖2中所示的裝置的單獨(dú)的透視圖。與圖1中所示的裝置相同，本發(fā)明的消渦裝置與一裝有葉片118的靜心的擴(kuò)壓管116一起使用，這些葉片將大致徑向流動(dòng)的渦旋空氣或燃?xì)庾噪x心壓氣機(jī)葉輪(未示)導(dǎo)引到燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒室(未示)的環(huán)形入口112。本發(fā)明的消渦裝置還包括一個(gè)緊靠擴(kuò)壓管116下游的過渡區(qū)120。如同在圖1中所示的裝置一樣，該過渡區(qū)120包含一圓環(huán)形岐管122，該岐管自擴(kuò)壓管116接收徑向向外的空氣流，并將該空氣流向后和徑向向內(nèi)重新導(dǎo)引到燃燒室的入口112。處在本發(fā)明的范圍內(nèi)，岐管122能使該氣流擴(kuò)壓管116轉(zhuǎn)過小至約90°，大至約180°，據(jù)認(rèn)為轉(zhuǎn)過約130°至約140°的轉(zhuǎn)角更為標(biāo)準(zhǔn)。雖然擴(kuò)壓管116下面將被描寫成具有葉型構(gòu)形，然而本發(fā)明的原理也適用于各種管型擴(kuò)壓管。
圖2和3中所示的岐管122限定了一個(gè)由一對(duì)徑向內(nèi)、外表面128和130定界的軸對(duì)稱的彎管，該兩表面通常由壓氣機(jī)輪轂和外罩限定的。岐管122使進(jìn)入燃燒室的氣流具有較低馬合(Mach)數(shù)和特定的切向(meridional)(“噴射”)角的特點(diǎn)，它們共同達(dá)到更穩(wěn)定和有效的燃燒室性能。
在岐管122的軸對(duì)稱彎管內(nèi)配置許多消渦器葉片126。因此，本發(fā)明的消渦器葉片126不限于被設(shè)置在彎管下游的筆直段內(nèi)，為在圖1中現(xiàn)有技術(shù)的圓錐形軸對(duì)稱流道內(nèi)。葉片126，通過把自擴(kuò)壓管1116流出的氣流的高速切向分量轉(zhuǎn)變?yōu)楦杏玫撵o壓，起到自從擴(kuò)壓管116流出的氣流中消除剩余的圓周渦流的傳統(tǒng)作用。然而，葉片126在彎管內(nèi)的安置除了和燃燒室入口112緊密配合外，也能使葉片126緊密和擴(kuò)壓管116接合。正如在本文中所用的，術(shù)語“緊密配合”用于表示間隙被減小到為組件組裝和運(yùn)轉(zhuǎn)所需的而不產(chǎn)生干擾。因此，圖2、3中所示的葉片126和擴(kuò)壓管116緊密配合，而圖1的消渦器葉片26并不和擴(kuò)大管16緊密配合。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，消渦器葉片126沿圓周等間距配置在岐管122內(nèi)。將各葉片126的徑向內(nèi)、外緣表示為被岐管122的兩軸對(duì)稱弧形表面128和130所定界。各葉片126的形狀是用空氣動(dòng)力學(xué)方法來確定的，使空氣或燃?xì)馔瑫r(shí)但逐漸地以明顯的渦旋角(當(dāng)它離開擴(kuò)壓管116時(shí))自徑向向外的方向轉(zhuǎn)變到具有大致無渦旋(當(dāng)它進(jìn)入燃燒室入口112時(shí))的切向噴射方向。為此，如在圖4中清楚看到的，各葉片126沿圓周也是弧形的(即相對(duì)于平行于發(fā)動(dòng)機(jī)中心線的縱向線是弧形的)，以便在岐管122內(nèi)形成弧形氣體流道表面，這有助于消除渦流。各葉片126的徑向高度，如業(yè)內(nèi)人士所知道那樣，一般取決于葉片126各自的弧形。
如在圖2至圖4中所示，各葉片126的前緣132與擴(kuò)壓管116緊密配合，而其后緣134和燃燒室入口112緊密配合。這樣，各葉片126在岐管122的入口和出口之間的彎管整個(gè)長(zhǎng)度上延伸。在圖5中，表示了另一實(shí)施例，其中，一些替代的葉片126在岐管122的入口和出口之間的彎管整個(gè)長(zhǎng)度上延伸，但在替代葉片126之間的那些葉片136卻不延伸。如圖5中所示，短葉片136的前緣138不與擴(kuò)壓管116接合，而其后緣140和燃燒室的入口112保持緊密配合。本發(fā)明的這一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是在保持性能改善的同時(shí)，進(jìn)一步縮短了發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向長(zhǎng)度，并降低了重量。
圖6和7中所示的是本發(fā)明的消渦器葉片的另外兩個(gè)實(shí)施例。在圖6中，將消渦器葉片42表示為其后緣146較前緣144厚。此外，在其中的一個(gè)葉片142中制有孔148，以安排經(jīng)葉片42的冷卻或潤(rùn)滑管的通道(未示)，從本發(fā)明的消渦裝置的緊湊觀點(diǎn)看，這可能是必要或有利的。圖7還表示消渦器葉片150，其后緣154較前緣152厚。與圖6的實(shí)施例相比，其中的一個(gè)葉片150設(shè)有一條槽156，以安排一冷卻或潤(rùn)滑管。由于在葉片142和150內(nèi)包含冷卻和潤(rùn)滑管，可獲得更均勻的出口狀況，進(jìn)一步減少影響壓氣機(jī)故障區(qū)的危險(xiǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)重要方面是通過使消渦器葉片126、142和150擴(kuò)壓管116緊密配合而獲得潛在的空氣動(dòng)力字好處點(diǎn)。從本發(fā)明的這一特點(diǎn)產(chǎn)生的至少一個(gè)好處是通過消渦器葉片126、142和150相對(duì)于相鄰擴(kuò)壓管葉片118之間的通道的適當(dāng)?shù)南鄬?duì)圓周定位能達(dá)到效率的改善。若全長(zhǎng)消渦器葉片126、142和/或150的數(shù)目為擴(kuò)壓管通道數(shù)的整數(shù)倍，最好相等于擴(kuò)壓管通道數(shù)，則相信本發(fā)明這方面的好處是可以獲得的。試驗(yàn)已確認(rèn)，若各個(gè)全長(zhǎng)消渦器葉片126、142和/或150沿圓周與擴(kuò)壓管葉片偏置，則發(fā)動(dòng)機(jī)性能提高。
在圖8中，這種偏置由擴(kuò)壓管葉片118和消渦器葉片126的后正視圖簡(jiǎn)略地表示，發(fā)動(dòng)機(jī)的中心線以“C”表示。小點(diǎn)記號(hào)表示沿?cái)U(kuò)壓管葉片118外徑和消渦器葉片126內(nèi)徑之內(nèi)邊界的間距“P”的1/4間隔。雖然估計(jì)偏置在1/4和3/4之間，然而，消渦器葉片和擴(kuò)壓器葉片之間的偏置處在1/4和1/2間距之間，約處在3/8間距處，已獲得發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的最佳結(jié)果。對(duì)于一給定的發(fā)動(dòng)機(jī)，該最佳偏置對(duì)于不同的壓氣機(jī)和燃燒室設(shè)計(jì)可以變化。然而，本發(fā)明的使擴(kuò)壓器一消渦器系統(tǒng)匹配最佳化的不一般的性能，在使因擴(kuò)壓器一消渦器邊界而引起的損失減至最小方面，提供了更大的設(shè)計(jì)靈活性。
雖然，通過一些優(yōu)選和替代的實(shí)施例說明了本發(fā)明，顯然，業(yè)內(nèi)人士可選擇另外一些結(jié)構(gòu)形式。例如，本發(fā)明的消渦器裝置可應(yīng)用于多級(jí)離心壓氣機(jī)，并安置在各相鄰的級(jí)對(duì)之間。因此，本發(fā)明的范圍僅由下列權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.燃?xì)鉁u輪機(jī)離心壓氣機(jī)的消渦器裝置(10)，包括一個(gè)圓環(huán)形岐管(122)，其入口用來自擴(kuò)壓器(116)接收徑向向外流動(dòng)的燃?xì)猓涑隹谟脕韺⑷細(xì)庀蜉S向下游方向排出，在兩者之間有一弧形通道(124)；在該弧形通道(124)內(nèi)有若干消渦器葉片(126，136，142，150)。
2.權(quán)利要求1的消渦器裝置，其特征在于消渦器葉片(126，136，142，150)在弧形通道(124)內(nèi)沿圓周等距離間隔。
3.權(quán)利要求1的消渦器裝置，其特征在于各消渦器葉片(126，142，150)的前緣(132，144，152)跟擴(kuò)壓器(116)緊密配合。
4.權(quán)利要求1的消渦器裝置，其特征在于岐管(122)跟燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒室的入口(112)緊密配合，各消渦器葉片(126，136，142，150)的后緣(134，140，146，154)跟燃燒室入口(112)緊密配合。
5.權(quán)利要求1的消渦器裝置，其特征在于至少一些消渦器葉片(126，142，150)沿岐管(122)的入口和出口之間的弧形通道(124)的整個(gè)長(zhǎng)度延伸。
6.權(quán)利要求1的消渦器裝置，其特征在于至少一些消渦器葉片(136)不沿岐管(127)的入口和出口之間的弧形通道(124)的整個(gè)長(zhǎng)度延伸。
7.權(quán)利要求1的消渦器裝置，其特征在于各消渦器葉片(126，136，142，150)有一前緣(132，140，144，152)和一后緣(134，140，146，154)，這些消渦器葉片(142，150)中的至少一個(gè)其后緣(146，154)部分較前緣(144，152)厚。
8.權(quán)利要求7的消渦器裝置，其特征在于還包括一根穿過至少一消渦器葉片(142，150)部分的導(dǎo)管。
9.權(quán)利要求1的消渦器裝置，其特征在于岐管(122)內(nèi)的弧形通道(124)由二軸對(duì)稱弧形表面(128，130)界定，各消渦器葉片(126，136，142，150)的徑向內(nèi)邊緣和徑向外邊緣由岐管(122)的弧形表面(128，130)界定。
10.權(quán)利要求1的消渦器裝置，其特征在于擴(kuò)壓器(116)包括若干由多個(gè)擴(kuò)壓器葉片(118)限定的擴(kuò)壓器通道。
11.權(quán)利要求10的消渦器裝置，其特征在于各消渦器葉片(126，136，142，150)沿圓周與擴(kuò)壓器葉片(118)中的一個(gè)偏置。
12.權(quán)利要求10的消渦器裝置，其特征在于各消渦器葉片(126，136，142，150)和一相應(yīng)的擴(kuò)壓器葉片(118)之間的偏置處在1/4至1/2間距之間。
13.權(quán)利要求10的消渦器裝置，其特征在于消渦器葉片(126，136，142，150)作為擴(kuò)壓器通道數(shù)的整數(shù)倍存在于弧形通道(124)內(nèi)。
14.權(quán)利要求1的消渦器裝置，其特征在于各消渦器葉片(126，136，142，150)在弧形通道(124)內(nèi)界定一圓弧形燃?xì)饬鞯辣砻妗?br> 15.燃?xì)鉁u輪機(jī)離心壓氣機(jī)的消渦器裝置(10)，它與燃?xì)鉁u輪機(jī)的一擴(kuò)壓器裝置(116)及一圓環(huán)形燃燒室(12)接合，該擴(kuò)壓器裝置(116)包括若干由多個(gè)擴(kuò)壓器葉片(118)界定的徑向擴(kuò)壓器通道，燃燒室(12)有一圓環(huán)形入口(112)，該消渦器裝置包括一圓形環(huán)岐管(122)，具有一個(gè)自擴(kuò)壓器通道接收徑向向外流動(dòng)的氣體，一個(gè)將氣體沿軸向下游方向排入燃燒室(12)的入口(112)的出口，以及一個(gè)在兩者之間由二軸對(duì)稱的弧形表面(128，130)界定的弧形通道(124)，該弧形通道(124)使氣體自擴(kuò)壓器通道的徑向向外流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蜉S向下游方向流入燃燒室(12)的入口(122)；若干消渦器葉片(126，136，142，150)在弧形通道(124)內(nèi)沿圓周方向等距離間隔，其數(shù)量等于擴(kuò)壓器通道，至少一些消渦器葉片(126，142，150)的前緣(132，144，152)鄰近擴(kuò)壓器裝置(116)，一后緣(134，140，146，154)鄰近燃燒室(12)的入口，其徑向向內(nèi)和徑向向外的邊緣由岐管(122)的弧形表面(128，130)所界定，各消渦器葉片(126，136，142，150)在弧形通道(124)內(nèi)界定一圓弧形氣體流道表面，各消渦器葉片(126，136，142，150)與擴(kuò)壓器葉片(118)中的一個(gè)沿圓周方向偏置。
16.權(quán)利要求15的消渦器裝置，其特征在于消渦器葉片(126，142，150)中的至少一些葉片的前緣(132，144，152)與擴(kuò)壓器裝置(116)緊密配合，各消渦器葉片(126，136，142，150)的后緣(134，140，146，154)與燃燒室(12)的入口(112)緊密配合，使消渦器葉片(126，142，150)中的至少一些沿岐管(122)的入口和出口之間的弧形通道(124)的整個(gè)長(zhǎng)度延伸。
17.權(quán)利要求15的消渦器裝置，其特征在于交替的消渦器葉片(126，142，150)沿岐管(122)的入口和出口之間的弧形通道(124)的整個(gè)長(zhǎng)度延伸，而交替消渦器葉片(126，142，150)之間的消渦器葉片(136)不沿弧形通道(124)的整個(gè)長(zhǎng)度延伸。
18.權(quán)利要求15的消渦器裝置，其特征在于消渦器葉片(142，140)中的至少一個(gè)的后緣部分(146，154)較其前緣(144，152)厚度，一導(dǎo)管通過該至少一消渦器葉片部分(144，150)。
19.權(quán)利要求15的消渦器裝置，其特征在于各消渦器葉片(126，136，142，150)與相應(yīng)擴(kuò)壓器葉片(118)之間的偏置處在1/4和1/2間距之間。
20.權(quán)利要求15的消渦器裝置，其特征在于該弧形通道(124)使氣流自擴(kuò)壓器裝置(116)轉(zhuǎn)過至少90°至約180°。
全文摘要
一種燃?xì)廨啓C(jī)離心壓氣機(jī)的消渦器裝置,它因表現(xiàn)出顯著減小摩擦損失而改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能。該消渦裝置通常需要一圓環(huán)形岐管(122),后者具有用以自壓氣機(jī)擴(kuò)壓器(116)接收徑向向外流動(dòng)的氣體的入口,一用以將氣體軸向下游方向排出的出口,以及在這兩者之間的一弧形通道(124)。消渦器裝置還包含若干恰好處在弧形通道(124)內(nèi)且與擴(kuò)壓器(116)緊密配合的消渦器葉輪(126,136,142,150)。
文檔編號(hào)F02C3/08GK1384902SQ00814949
公開日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2000年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月7日
發(fā)明者Z·M·穆薩 申請(qǐng)人:通用電氣公司