專利名稱：高壓力比后部風(fēng)扇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及燃氣渦輪發(fā)動機，尤其涉及燃氣渦輪發(fā)動機的后部風(fēng)扇。
背景技術(shù)：
燃氣渦輪發(fā)動機包括壓縮機，它將加壓的空氣送至燃燒室。在燃燒室中，空氣與燃料混合并點火，產(chǎn)生熱的燃燒氣體。這些氣體向下游流動至一個或多個渦輪。該渦輪從氣體提取能量，驅(qū)動該壓縮機和提供有用的功—例如驅(qū)動飛行中的飛機。在一般包括配置在核心發(fā)動機前面的風(fēng)扇的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機中，高壓渦輪驅(qū)動該核心發(fā)動機的壓縮機。低壓渦輪配置在該高壓渦輪的下游，用于驅(qū)動該風(fēng)扇。
一些現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)動機結(jié)構(gòu)包括與渦輪轉(zhuǎn)子作成一個整體的一個后部風(fēng)扇級。這個“風(fēng)扇在渦輪上”結(jié)構(gòu)有幾個潛在的優(yōu)點，該結(jié)構(gòu)不需要在前端風(fēng)扇發(fā)動機中所需要的驅(qū)動軸。希望這種風(fēng)扇連接渦輪的結(jié)構(gòu)的設(shè)計的壓力比(即風(fēng)扇出口處的總壓力與風(fēng)扇入口處的總壓力之比)大約為2.5或更大。遺憾的是，為了形成這個壓力比。單一風(fēng)扇級所需要的高的葉尖速度與接受的渦輪設(shè)計實踐所要求的AN2和半徑比約束矛盾。
因此，需要可獲得高壓力比的風(fēng)扇連接渦輪(fan on trubine)的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明概要本發(fā)明可滿足上述需要。根據(jù)一個方面，本發(fā)明提供了燃氣渦輪發(fā)動機的風(fēng)扇組件。該燃氣渦輪發(fā)動機包括配置在該燃氣渦輪發(fā)動機的核心后面的一個渦輪轉(zhuǎn)子；安裝在該轉(zhuǎn)子上的一排渦輪葉片；和安裝在該排渦輪葉片上，與渦輪葉片一起轉(zhuǎn)動的至少二排軸向隔開，徑向延伸的風(fēng)扇葉片。每一個渦輪葉片從該轉(zhuǎn)子延伸至葉尖，該渦輪葉片從該核心產(chǎn)生的加壓的燃燒氣體流提取能量。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，燃氣渦輪發(fā)動機包括產(chǎn)生加壓的燃燒氣體流的核心，該核心按流動次序包括壓縮機，燃燒室和高壓渦輪。另外，該燃氣渦輪發(fā)動機還包括具有渦輪轉(zhuǎn)子和配置在該核心后面的一個風(fēng)扇組件；安裝在所述轉(zhuǎn)子上的一排渦輪葉片和安裝在該排渦輪葉片上，與渦輪葉片一起轉(zhuǎn)動的至少二排軸向隔開，徑向延伸的風(fēng)扇葉片。每一個渦輪葉片從該轉(zhuǎn)子延伸至葉尖，所述渦輪葉片從燃燒氣體提取能量。
附圖簡要說明從下面結(jié)合附圖的說明中可以很好地理解本發(fā)明。其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個方面制造的燃氣渦輪發(fā)動機的示意性橫截面圖；圖2為圖1所示的燃氣渦輪發(fā)動機的一部分的放大圖；和圖3為沿著圖2的3-3線所取的圖。
優(yōu)選實施例說明在附圖中，相同的代號代表相同的零件。圖1表示代表性的燃氣渦輪發(fā)動機10。該發(fā)動機10具有一條縱向的中心線或軸線A和一個外部的靜止的環(huán)形殼體12。該殼體12圍繞該軸線A同心地和沿著該軸線A同軸地配置。發(fā)動機10具有高壓壓縮機14，燃燒室16和高壓渦輪(“HPT”)18。它們按串聯(lián)的流動關(guān)系排列，集中地形成核心20?？梢栽O(shè)置前端壓縮機轉(zhuǎn)子(例如，低壓壓縮機，風(fēng)扇或增壓器)22。該轉(zhuǎn)子22由低壓渦輪24通過LP軸26驅(qū)動。在工作中，從壓縮機14出來的加壓空氣，在燃燒室16中與燃料混合和點火，從而產(chǎn)生燃燒氣體。通過軸28驅(qū)動該壓縮機14的高壓渦輪18和驅(qū)動該增壓器22的低壓渦輪24從這些氣體中提取一些功。然后，燃燒氣體流入配置在該核心20后面的一個后部風(fēng)扇組件30中。該后部風(fēng)扇組件30包括一個自由渦輪或驅(qū)動一個整體的后部風(fēng)扇34的工作渦輪32。
圖2和圖3更詳細地表示該后部風(fēng)扇組件30。該后部風(fēng)扇組件30包括一個輪轂成轉(zhuǎn)子36，它帶有在燕尾槽40中和從該槽徑向伸出的多個復(fù)合葉片38。每一個復(fù)合葉片38包括一個渦輪葉片42，一個弧形的平臺部分44和多個風(fēng)扇葉片46。
在所示的例子中，包括渦輪葉片42，其平臺部分44和相應(yīng)的風(fēng)扇葉片46的每一個復(fù)合葉片38可通過鑄造，鍛造，機械加工或通過從子零件制造(例如焊接，銅焊)作成一個整體零件。該復(fù)合葉片38也可作成由單個零件組成的一個機械組件。
每一個渦輪葉片42為具有前緣48，后緣50，葉尖52，根部54，凸形的低壓側(cè)56和凹入的壓力側(cè)58的一個翼面。該渦輪葉片42的形成作成可從該核心20出來的加壓氣體流中提取能量，使轉(zhuǎn)子36轉(zhuǎn)動。根據(jù)具體的應(yīng)用，該渦輪葉片42可以帶有與冷卻空氣源連接的內(nèi)部通路(沒有示出)，以降低該葉片的溫度。
每一個平臺部分44在軸向和圓周方向，從相應(yīng)的渦輪葉片42伸出。該平臺部分44互相靠緊，并集中地形成與該渦輪葉片42的葉尖52互相連接的一個環(huán)形平臺60。
該風(fēng)扇葉片46在圓周上分成幾個稱為“排”或“級”的組。一排62的第一風(fēng)扇葉片46A徑向從該平臺60向外伸出。每一個第一風(fēng)扇葉片46A為具有前緣和后緣，葉尖和根部和相反的壓力與低壓側(cè)的一個翼面。
一排72第二風(fēng)扇葉片46B從該平臺60沿徑向向外伸出，在該第一風(fēng)扇葉片46A的下游。每一個第三風(fēng)扇葉片46B為具有前緣和后緣，葉尖和根部和相反的壓力與低壓側(cè)的一個翼面。
根據(jù)具體的應(yīng)用不同，每一排62和72中的風(fēng)扇葉片46的數(shù)目會改變。與現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)扇在渦輪上的設(shè)計比較，該風(fēng)扇葉片46的弦長縮短。為了保存所選擇的排62和72的填充度比(solidity radio)，與現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)扇在渦輪上的設(shè)計比較，在每一排62和72中，使用較大數(shù)目的風(fēng)扇葉片46A和46B。這造成在每一個渦輪葉片42中帶有二個或多個第一風(fēng)扇葉片46A和二個或多個第二風(fēng)扇葉片46B。在所示的例子中，三個第一風(fēng)扇葉片46A和三個第二風(fēng)扇葉片46B僅每一個平臺部分44伸出，結(jié)果在每一個渦輪葉片42上總共有6個風(fēng)扇葉片46。為了適應(yīng)具體的應(yīng)用，每一個渦輪葉片42可以使用較大或較小數(shù)目的風(fēng)扇葉片46。
該風(fēng)扇葉片46被具有內(nèi)壁84和外壁86的一個環(huán)形殼體82包圍。與該平臺60配合，該外壁86的內(nèi)表面形成旁通導(dǎo)管88的外邊界，和該內(nèi)壁84的外表面形成該旁通導(dǎo)管88的內(nèi)邊界。圓周上的一組翼面形狀的風(fēng)扇定子葉片90沿徑向向內(nèi)伸入該第一和二排62和72風(fēng)扇之間的旁通導(dǎo)管88中，并可以所希望的角度，將從第一風(fēng)扇葉片46A出來的空氣流重新引導(dǎo)至第二風(fēng)扇葉片46B中。
沿圓周徑向延伸的一組翼面形狀的入口導(dǎo)向葉片(“IGVs”)92可以配置在該風(fēng)扇葉片46前面的旁通導(dǎo)管88中。IGVs 92或其一部分是可運動的，以改變相對于進入該旁通導(dǎo)管88的空氣流的有效攻擊角度。在發(fā)動機工作過程中，可以調(diào)節(jié)IGVs92，以調(diào)整通過后部風(fēng)扇34的空氣流。在FADEC，PMC控制，手動控制成其他已知形式的發(fā)動機控制(沒有示出)下，利用適當(dāng)?shù)淖鲃悠?4可使IGVs工作。
沿圓周徑向延伸的一組翼面形狀的出口導(dǎo)向葉片(“OGVs”)96也可配置在該旁通導(dǎo)管88中，在該風(fēng)扇葉片46的后面。
上述的后部風(fēng)扇組件30可以達到比現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)扇在渦輪上設(shè)計較大的功輸入，而不會增加附加的渦輪級的復(fù)雜性。例如，如果在設(shè)計的運轉(zhuǎn)工況下，一個風(fēng)扇級可以產(chǎn)生大約2.0的壓力比，則上述的二級設(shè)計可以達到大約為3.5的壓力比。在可從渦輪32得到足夠的能量范圍內(nèi)，可以增加更多級的風(fēng)扇葉片46。
以上說明了燃氣渦輪發(fā)動機的一種高壓力比的后部風(fēng)扇。雖然說明了本發(fā)明的具體實施例，但技術(shù)經(jīng)驗豐富的人知道，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可作各種改進。因此本發(fā)明的優(yōu)選實施例和實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的上述說明只是為了說明的目的、不是限制。本發(fā)明由權(quán)利要求書確定。
零件清單10燃氣渦輪發(fā)動機12外部靜止環(huán)形殼體14高壓壓縮機16燃燒室18高壓渦輪(“HPT”)20核心22前面壓縮機轉(zhuǎn)子/增壓器24低壓渦輪26LP軸28軸30后部風(fēng)扇組件32自由渦輪/工作渦輪34整體的后部風(fēng)扇36輪轂/轉(zhuǎn)子38復(fù)合葉片40燕尾槽42渦輪葉片44弧形平臺部分46第一風(fēng)扇葉片46B 第二風(fēng)扇葉片48前緣50后緣52葉尖54根部56凸形的低壓側(cè)58凹入的壓力側(cè)60環(huán)形平臺62排72排82環(huán)形殼體84內(nèi)壁
86外壁88旁通導(dǎo)管90風(fēng)扇定子葉片92入口導(dǎo)向葉片(“IGVs”)94作動器96出口導(dǎo)向葉片(“OGVs”)。
權(quán)利要求
1.一種燃氣渦輪發(fā)動機(10)的風(fēng)扇組件(30)，包括一個被配置在該燃氣渦輪發(fā)動機(10)的核心(20)后面的渦輪轉(zhuǎn)子(36)；一排安裝在該轉(zhuǎn)子(36)的渦輪葉片(42)；每一個渦輪葉片(42)從轉(zhuǎn)子(36)延伸至葉尖(52)，該渦輪葉片(42)從該核心(20)產(chǎn)生的加壓的燃燒氣體流中提取能量；和安裝在該排渦輪葉片(42)上與該葉片一起轉(zhuǎn)動的至少二排(62)，(72)軸向間隔的徑向延伸的風(fēng)扇葉片；和配置在該第一(62)和第二排(72)風(fēng)扇葉片之間的多個定子葉片(90)。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件(30)，其特征為，該風(fēng)扇葉片配置在一個環(huán)形的旁通導(dǎo)管(88)中。
3.如權(quán)利要求1所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其特征為，每一個渦輪葉片(42)包括一個弧形的平臺部分44；該平臺部分44互相靠緊，限定一個環(huán)形平臺(82)。
4.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)扇組件(30)，其特征為，每一個渦輪葉片(42)裝有至少二個沿圓周間隔從該渦輪葉片(42)的葉尖(52)伸出徑向延伸的第一風(fēng)扇葉片；和至少二個沿圓周間隔在該第一風(fēng)扇葉片下游的位置上從該渦輪葉片(42)的葉尖(52)伸出的徑向延伸的第二風(fēng)扇葉片46A。
5.如權(quán)利要求1所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其特征為，在預(yù)定的運轉(zhuǎn)工況下，該風(fēng)扇組件(30)的壓力比約大于2.5。
6.一種燃氣渦輪發(fā)動機(20)，包括一個用于產(chǎn)生加壓的燃燒氣體流的核心(20)，按順序流動次序包括一個壓縮機，一個燃燒室16和一個高壓渦輪；和一個風(fēng)扇組件(30)，包括一個配置在該核心(20)后面的渦輪轉(zhuǎn)子；一排安裝在所述轉(zhuǎn)子(36)上的渦輪葉片(42)，每個渦輪葉片(42)從轉(zhuǎn)子(36)延伸至葉尖(52)，所述渦輪葉片(42)從燃燒氣體提取能量；至少二排(62，22)軸向間隔的安裝在該排渦輪葉片上與其一起轉(zhuǎn)動的徑向伸出的風(fēng)扇葉片，和配置在第一(62)和第二排(72)風(fēng)扇葉片之間的多個定子葉片(90)。
7.如權(quán)利要求6所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其特征為，該風(fēng)扇葉片配置在一個環(huán)形的旁通導(dǎo)管(88)中。
8.如權(quán)利要求6所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其特征為，每一個渦輪葉片(42)包括一個弧形平臺部分44，該平臺部分44互相靠緊，形成一個環(huán)形平臺(82)。
9.如權(quán)利要求6所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其特征為，每一個渦輪葉片(42)裝有至少二個沿圓周間隔從渦輪葉片(42)的葉尖(52)伸出的徑向延伸的第一風(fēng)扇葉片46A；和至少二個沿圓周間隔在該第一風(fēng)扇葉片下游位置上從該渦輪葉片(42)的葉尖(52)伸出的徑向延伸的第二風(fēng)扇葉片。
10.如權(quán)利要求6所述的燃氣渦輪發(fā)動機(10)，其特征為，在預(yù)定的運轉(zhuǎn)工況下，該風(fēng)扇組件(30)的壓力比約大于2.5。
全文摘要
燃氣渦輪發(fā)動機(10)的風(fēng)扇組件(30)包括配置在該燃氣渦輪發(fā)動機(10)的核心(20)后面的一個渦輪轉(zhuǎn)子(36)；安裝在該轉(zhuǎn)子(36)上的一排渦輪葉片(42)；和至少二排(62)(72)在軸向隔開的安裝在該排渦輪葉片(42)上且與其一起轉(zhuǎn)動的徑向伸出的風(fēng)扇葉片。每一個渦輪葉片(42)從該轉(zhuǎn)子(36)延伸至葉尖(52)，渦輪葉片(42)從由該核心(20)產(chǎn)生的加壓的燃燒氣體流提取能量。
文檔編號F01D5/14GK101037960SQ200710086299
公開日2007年9月19日 申請日期2007年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月13日
發(fā)明者R·G·吉芬, J·E·約翰遜 申請人:通用電氣公司