專利名稱：用于低充實(shí)度排氣擴(kuò)散器的支板翼型件設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的主題涉及燃?xì)廨啓C(jī)，并且更具體而言，涉及燃?xì)廨啓C(jī)的擴(kuò)散器中的支板(strut)翼型件。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)包括具有許多設(shè)置在軸上的壓縮機(jī)葉片的壓縮機(jī)，壓縮機(jī)葉片和軸構(gòu)造成限定遞減的容積。吸入燃?xì)廨啓C(jī)中的空氣流在其傳送通過壓縮機(jī)時(shí)被壓縮。許多 燃燒器設(shè)置在壓縮機(jī)的下游，在燃燒器中空氣和燃料混合，并且燃料被點(diǎn)燃。多級(jí)渦輪設(shè)置在燃燒器的下游。多級(jí)渦輪的第一級(jí)由許多設(shè)置在壓縮機(jī)的軸上的渦輪導(dǎo)葉限定。多級(jí)渦輪的最終級(jí)由許多設(shè)置在輸出傳動(dòng)軸上的渦輪導(dǎo)葉限定，輸出傳動(dòng)軸獨(dú)立于壓縮機(jī)的軸而旋轉(zhuǎn)。來自燃燒器的受加熱的壓縮空氣流使多級(jí)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)。多級(jí)渦輪的第一級(jí)的旋轉(zhuǎn)使壓縮機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)。多級(jí)渦輪的最終級(jí)的旋轉(zhuǎn)使輸出傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，這又驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。擴(kuò)散器設(shè)置在多級(jí)渦輪的最終級(jí)的后面，并且構(gòu)造成減慢排氣流，以及將動(dòng)態(tài)能量轉(zhuǎn)換成靜態(tài)升壓。擴(kuò)散器包括許多支板，其包含由支板翼型件包住的支承支板。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在期望的性能范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，支板使來自多級(jí)渦輪的流轉(zhuǎn)向軸向方向。由于材料技術(shù)的進(jìn)步，可減少排氣擴(kuò)散器中的支板的數(shù)量。包含10個(gè)支板的排氣擴(kuò)散器現(xiàn)在可包含更少的支板。支板的遞減的數(shù)量造成了困難。具有4至6個(gè)支板的排氣擴(kuò)散器往往不具有足夠的充實(shí)度(solidity)來整直氣體流。相反，4至6個(gè)支板會(huì)擴(kuò)大旋渦，從而產(chǎn)生更大的氣動(dòng)阻礙以及高馬赫數(shù)區(qū)域的損失。需要這樣的支板蓋它引導(dǎo)旋渦，使氣體流在壓力側(cè)上擴(kuò)散，減小氣動(dòng)阻礙，改進(jìn)總體性能，或避免產(chǎn)生支板尾流。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，本公開涉及一種用于在排氣擴(kuò)散器中使用的支板翼型件。在一個(gè)實(shí)施例中，支板翼型件具有彎曲前緣、比前緣具有更小的半徑的彎曲后緣，以及連接前緣和后緣的兩個(gè)表面。當(dāng)在橫截面中觀察這個(gè)實(shí)施例的支板翼型件時(shí)，前緣和后緣有所偏移，使得連接前緣與后緣的表面中的一個(gè)在從前緣到后緣的距離的超過50 %上是基本線性的，并且第二表面在從前緣到后緣的距離的一部分上漸縮。在另一方面，本公開涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)具有附連到轉(zhuǎn)子上的運(yùn)動(dòng)葉片、包括支板的排氣擴(kuò)散器，以及支板翼型件。在這個(gè)實(shí)施例中，排氣擴(kuò)散器承接來自運(yùn)動(dòng)葉片的燃燒氣體；支板支承轉(zhuǎn)子，并且支板翼型件布置在支板的周圍。在這個(gè)實(shí)施例中，支板翼型件包括本文的描述的任何結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)。


圖Ia是如本文描述的不對(duì)稱翼型件的橫截面圖。
圖Ib是來自現(xiàn)有技術(shù)的翼型件的橫截面圖。圖2是如本文描述的不對(duì)稱翼型件的橫截面圖。圖3是燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的圖。圖4是包含4個(gè)支板的排氣擴(kuò)散器的圖。圖5描繪了對(duì)稱支板翼型件的壓降。 圖6描繪了如本文描述的不對(duì)稱支板翼型件的壓降。圖7描繪了現(xiàn)有技術(shù)的支板翼型件和本文描述的支板翼型件的一個(gè)實(shí)施例所導(dǎo)致的壓降。圖8描繪了現(xiàn)有技術(shù)的支板翼型件和本文描述的支板翼型件的一個(gè)實(shí)施例的性倉(cāng)泛。圖9是如本文描述的支板翼型件的側(cè)視圖。圖10描繪了在40英寸處的現(xiàn)有技術(shù)的支板翼型件上的流擴(kuò)散。圖11描繪了在40英寸處的本文描述的支板翼型件的一個(gè)實(shí)施例上的流擴(kuò)散。部件列表I彎曲前緣2彎曲后緣3第一表面4第二表面10渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)12渦輪殼體14 入口16壓縮機(jī)18壓縮機(jī)葉片20 軸22中心線24燃燒器26進(jìn)入端口28燃料入口30多級(jí)渦輪32 第一級(jí)34渦輪導(dǎo)葉36最終級(jí)38渦輪導(dǎo)葉40輸出傳動(dòng)軸42擴(kuò)散器44來自多級(jí)渦輪的流46 流50轉(zhuǎn)動(dòng)的支板
具體實(shí)施例方式在一個(gè)實(shí)施例中，支板翼型件具有彎曲前緣、比前緣具有更小的半徑的彎曲后緣，以及連接前緣和后緣的兩個(gè)表面。當(dāng)在橫截面中觀察這個(gè)實(shí)施例的支板翼型件時(shí)，前緣和后緣有所偏移，使得連接前緣與后緣的表面中的一個(gè)在從前緣到后緣的距離的超過50%上是基本線性的，并且第二表面在從前緣到后緣的距離的一部分上漸縮。彎曲邊緣大體上，本文描述的支板翼型件的彎曲前緣與彎曲后緣不同大小。典型地，彎曲前緣比彎曲后緣具有更大的半徑。雖然在本說明書中使用用語“半徑”來區(qū)分彎曲前緣和彎曲后緣的大小，但是用語“半徑”不意味著前緣和后緣中的所有曲線都是圓形的。雖然在某些實(shí)施例中它們可為圓形的，但是前緣和后緣的曲線也可為非圓形的。例如，曲線可為橢圓形的、拋物線形的、不對(duì)稱的等。如果前緣和后緣的曲線是非圓形的，則應(yīng)當(dāng)一致地使用或者長(zhǎng)半徑或者短半徑來比較前緣和后緣的大小。在某些實(shí)施例中，當(dāng)在橫截面中觀察時(shí)，彎曲前緣和彎曲后緣有所偏移。典型地，前緣和后緣有所偏移，使得當(dāng)畫出平分各個(gè)彎曲邊緣的弦時(shí)，在弦的任一側(cè)的橫截面的表面積是不同的。連接表面在某些實(shí)施例中，連接前緣和后緣的表面中的一個(gè)在從前緣到后緣的距離的超過50%上可為基本線性的。在某些實(shí)施例中，連接前緣和后緣的表面中的一個(gè)在從前緣到后緣的距離的超過55%上可為基本線性的。在某些實(shí)施例中，連接前緣和后緣的表面中的一個(gè)在從前緣到后緣的距離的超過65%上可為基本線性的。在某些實(shí)施例中，連接前緣和后緣的表面中的一個(gè)在從前緣到后緣的距離的超過75%上可為基本線性的。在某些實(shí)施例中，連接前緣和后緣的表面中的一個(gè)在從前緣到后緣的距離的超過85%上可為基本線性的。在某些實(shí)施例中，連接前緣和后緣的表面中的一個(gè)在從前緣到后緣的距離的超過95%上可為基本線性的。在某些實(shí)施例中，可從表面連接前緣處到表面連接后緣處測(cè)量從前緣到后緣的距離。在其它實(shí)施例中，距離可表示支板翼型件的弦。典型地，弦是平分各個(gè)彎曲邊緣的縱向線。在一個(gè)實(shí)施例中，將前緣連接到后緣上的表面在前緣附近基本平行。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，第二表面在從前緣到后緣的距離的至少30%上平行于第一表面。在另一個(gè)特定的實(shí)施例中，第二表面在從前緣到后緣的距離的至少40%上平行于第一表面。在又一個(gè)特定實(shí)施例中，第二表面在從前緣到后緣的距離的至少50%上平行于第一表面。在一個(gè)實(shí)施例中，第二表面在從前緣到后緣的距離的一部分上漸縮。在圖Ia中以橫截面示出了本文描述的支板翼型件的一個(gè)實(shí)施例。為了比較，還在圖Ib中包括來自現(xiàn)有技術(shù)的支板翼型件的橫截面圖。雖然來自現(xiàn)有技術(shù)的支板翼型件是對(duì)稱的，但是本文描述的支板翼型件是大體不對(duì)稱的。 在圖Ia中描繪的實(shí)施例中，當(dāng)在橫截面中觀察時(shí)，支板翼型件具有彎曲前緣I、彎曲后緣2，以及連接前緣和后緣的兩個(gè)表面。這些表面中的一個(gè)，即第一表面3，在從前緣到后緣的距離的超過50%上是基本線性的。另一個(gè)表面，即第二表面4，在從前緣I到后緣2的距離的一部分上漸縮。而且在圖Ia中描繪的實(shí)施例中，彎曲前緣I和彎曲后緣2是不同大小的。在這個(gè)實(shí)施例中，彎曲前緣I比彎曲后緣2具有更大的半徑。在圖2中描繪了本文描述的支板翼型件的另一個(gè)實(shí)施例。圖2示出了支板翼型件的橫截面圖。在這個(gè)實(shí)施例中，支板翼型件具有彎曲前緣1，彎曲前緣I比彎曲后緣2具有更大的半徑。前緣I和后緣2由下者連接第一表面3，第一表面3在前緣和后緣之間的距離的超過50 %上是基本線性的；以及第二表面4，第二表面4在從前緣到后緣的距離的一部分上漸縮。 在圖9中描繪了本文描述的支板翼型件的又一個(gè)實(shí)施例。圖9是支板翼型件的側(cè)視圖，并且顯示了連接前緣2與后緣3的表面I中的一個(gè)。燃?xì)廨啓C(jī)參照?qǐng)D3，大體在10處顯示了重型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10具有由外部渦輪殼體12限定的大體環(huán)形形狀。在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10的一端處限定入口 14。入口 14通往壓縮機(jī)16，壓縮機(jī)16由設(shè)置在殼體12內(nèi)的許多壓縮機(jī)葉片18限定。壓縮機(jī)葉片18設(shè)置在沿著殼體12的中心線22延伸的軸20上，壓縮機(jī)葉片18和軸20構(gòu)造成限定遞減的容積。在入口 14處吸入燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10中的空氣流在其穿過壓縮機(jī)16時(shí)被壓縮。許多燃燒器24設(shè)置在壓縮機(jī)16的下游，并且沿軸向定位在軸20的周圍。燃燒器24具有預(yù)混合室和燃燒室(兩者均未顯示)。來自壓縮機(jī)16的空氣流通過進(jìn)入端口 26而被吸入預(yù)混合室中。而且，來自燃料入口 28的燃料被輸送到預(yù)混合室中。這個(gè)空氣和燃料在預(yù)混合室中混合而形成燃料和空氣混合物，該混合物流入燃燒室中，混合物如已知的那樣在燃燒室中被點(diǎn)燃。多級(jí)渦輪30在燃燒器24的下游設(shè)置在殼體12內(nèi)。多級(jí)渦輪30的第一級(jí)32由設(shè)置在軸20上的多個(gè)渦輪導(dǎo)葉34限定。多級(jí)渦輪30的最終級(jí)36由設(shè)置在輸出傳動(dòng)軸40上的多個(gè)渦輪導(dǎo)葉38限定。在輸出傳動(dòng)軸40沿軸向?qū)?zhǔn)軸20時(shí)，輸出傳動(dòng)軸40也沿著殼體12的中心線22延伸，但是輸出傳動(dòng)軸40獨(dú)立于軸20而旋轉(zhuǎn)。來自燃燒器24的受加熱的壓縮空氣流使多級(jí)渦輪30轉(zhuǎn)動(dòng)。多級(jí)渦輪30的第一級(jí)32的旋轉(zhuǎn)使軸20旋轉(zhuǎn)，這又驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)16。多級(jí)渦輪30的最終級(jí)36的旋轉(zhuǎn)使輸出傳動(dòng)軸40旋轉(zhuǎn)，這又驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(未顯示)。擴(kuò)散器42設(shè)置在多級(jí)渦輪30的最終級(jí)36的后面，并且構(gòu)造成減慢排氣流，以及將動(dòng)態(tài)能量轉(zhuǎn)換成靜態(tài)升壓。擴(kuò)散器42包括許多轉(zhuǎn)動(dòng)支板50，其包含由氣動(dòng)整流罩(faring)包住的支承支板。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)10在設(shè)計(jì)性能范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，支板50使來自多級(jí)渦輪30的流44轉(zhuǎn)向軸向方向，從而產(chǎn)生流46。支板50沿周向設(shè)置在擴(kuò)散器42的環(huán)帶內(nèi)。本文描述的排氣擴(kuò)散器中的支板的數(shù)量可為10個(gè)或更少。在某些實(shí)施例中，排氣擴(kuò)散器包含8個(gè)或更少的支板。在某些實(shí)施例中，排氣擴(kuò)散器包含6個(gè)或更少的支板。在一個(gè)實(shí)施例中，排氣擴(kuò)散器包含4個(gè)支板。在圖4中示出了 4個(gè)支板的裝置，圖4描繪了四個(gè)支板I。本文描述的支板和支板翼型件可由任何可接收的材料制成，包括本領(lǐng)域中已知的那些。在某些實(shí)施例中，用來制造支板或支板翼型件的材料的質(zhì)量或強(qiáng)度可減少本文公開的燃?xì)廨啓C(jī)中需要的支板的數(shù)量。支板翼型件的性能
本文描述的支板翼型件與現(xiàn)有技術(shù)中公開的支板翼型件相比提供若干個(gè)優(yōu)點(diǎn)。諸如圖Ib中描繪的對(duì)稱翼型件的現(xiàn)有技術(shù)的支板翼型件在具有4至6個(gè)支板的排氣擴(kuò)散器中表現(xiàn)尤其不佳，因?yàn)橹О宀痪哂凶銐虻某鋵?shí)度來整直空氣流。相反，現(xiàn)有技術(shù)的支板翼型件會(huì)擴(kuò)大旋渦，從而產(chǎn)生較大的氣動(dòng)阻礙以及高馬赫數(shù)區(qū)域的損失。即使是在具有少于10個(gè)支板的排氣擴(kuò)散器中，包括具有4至6個(gè)支板的那些，本文描述的支板翼型件引導(dǎo)旋渦，并且使流在壓力側(cè)上擴(kuò)散。因而，支板翼型件減小了氣動(dòng)阻礙，改進(jìn)性能，并且避免有支板尾流產(chǎn)生。實(shí)例I——支板翼型件所引起的壓力損失圖5示出了來自圖Ib的、在包含4個(gè)支板的排氣擴(kuò)散器中的現(xiàn)有技術(shù)的支板翼型件的性能。這個(gè)圖描繪了現(xiàn)有技術(shù)的支板翼型件所導(dǎo)致的速度和壓力的變化。圖5提供現(xiàn)有技術(shù)的支板翼型件所導(dǎo)致的在排氣擴(kuò)散器中的壓降的橫截面圖。該圖描繪了大致對(duì)應(yīng)于四個(gè)支板的位置的四個(gè)大型低壓區(qū)。相反，圖6示出了本文描述的支板翼型件的一個(gè)實(shí)施例的性能。此圖描繪了圖Ia中描繪的不對(duì)稱支板翼型件所導(dǎo)致的速度和壓力的變化。圖6顯示了本文描述的且在圖Ia中描繪的支板翼型件的一個(gè)實(shí)施例所導(dǎo)致的在排氣擴(kuò)散器中的壓降的橫截面圖。大致對(duì)應(yīng)于四個(gè)支板翼型件的位置的在圖6中的四個(gè)低壓區(qū)比圖5中出現(xiàn)的那些更小。實(shí)例3——支板翼型件引起的壓力損失圖7也示出了現(xiàn)有技術(shù)的支板翼型件和根據(jù)本公開的在圖Ia和Ib中描繪的支板翼型件的一個(gè)實(shí)施例所引起的壓力損失的差異。根據(jù)圖7，圖Ia的支板翼型件所導(dǎo)致的壓降大體低于圖Ib中描繪的現(xiàn)有技術(shù)的支板翼型件所導(dǎo)致的壓降。實(shí)例4——支板翼型件的性能圖8示出了圖Ia的支板翼型件與圖Ib中描繪的現(xiàn)有技術(shù)的支板翼型件相比的性能。圖8顯示了目前描述的支板翼型件的性能是優(yōu)越的，尤其是從大約20至大約130。性能改進(jìn)的這個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)于排氣擴(kuò)散器中的支板和支板翼型件的位置。實(shí)例5——支板翼型件上的流擴(kuò)散圖10示出了在圖Ib中描繪的現(xiàn)有技術(shù)的支板翼型件上的流擴(kuò)散，其中支板翼型件的縱向長(zhǎng)度為40。圖11示出了在本文描述的、也在圖Ia和圖9中描繪的支板翼型件上的流擴(kuò)散，其中支板翼型件的縱向長(zhǎng)度為40英寸。圖9示出了 40英寸的縱向長(zhǎng)度5和62英寸的縱向長(zhǎng)度4。比較圖10與圖11，展示了本文描述的支板翼型件的改進(jìn)的性能圖11中的流擴(kuò)散在支板翼型件上的同一位置處超過0. 9。由于本文描述的支板翼型件的改進(jìn)的設(shè)計(jì)的原因，擴(kuò)散器中存在較高的靜壓力。雖然結(jié)合僅有限數(shù)量的實(shí)施例來詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)容易地理解，本發(fā) 明不限于這樣公開的實(shí)施例。相反，可修改本發(fā)明，以結(jié)合此前未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相當(dāng)?shù)娜魏螖?shù)量的改型、改變、替代或等效布置。另外，雖然描述了本發(fā)明的多種實(shí)施例，但是將理解，本發(fā)明的各方面可包括所描述的實(shí)施例中的僅一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為由前述描述限制，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種用于在排氣擴(kuò)散器中使用的支板翼型件，包括彎曲前緣⑴；比所述前緣⑴具有更小的半徑的彎曲后緣⑵；第一表面⑶；以及第二表面(4)，其中，所述第一表面(3)和所述第二表面⑷連接所述前緣⑴和所述后緣(2)，其中，當(dāng)在橫截面中觀察時(shí)，所述前緣(I)和所述后緣(2)有所偏移，使得連接所述前緣(I)與所述后緣(2)的所述第一表面(3)在從所述前緣(I)到所述后緣(2)的距離的超過50%上是基本線性的，并且所述第二表面(4)在從所述前緣(I)到所述后緣(2)的距離的一部分上是漸縮的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的支板翼型件，其特征在于，所述第一表面(3)在從所述前緣 (I)到所述后緣⑵的距離的超過55%上是基本線性的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的支板翼型件，其特征在于，所述第一表面(3)在從所述前緣 (I)到所述后緣⑵的距離的超過65%上是基本線性的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的支板翼型件，其特征在于，所述第一表面(3)在從所述前緣 (I)到所述后緣⑵的距離的超過75%上是基本線性的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的支板翼型件，其特征在于，所述第一表面(3)在從所述前緣 (I)到所述后緣⑵的距離的超過85%上是基本線性的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的支板翼型件，其特征在于，所述第一表面(3)在從所述前緣 (I)到所述后緣⑵的距離的超過95%上是基本線性的。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的支板翼型件，其特征在于，所述第二表面(4)在所述前緣(I) 附近平行于所述第一表面(3)的部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的支板翼型件，其特征在于，所述第二表面(4)在從所述前緣(I)到所述后緣(2)的距離的至少50%上平行于所述第一表面(3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于低充實(shí)度排氣擴(kuò)散器的支板翼型件設(shè)計(jì)。本公開涉及用于在排氣擴(kuò)散器中使用的支板翼型件。本文描述的支板翼型件大體是不對(duì)稱的。該支板翼型件具有彎曲前緣(1)、彎曲后緣(2)和連接前緣(1)和后緣(2)的兩個(gè)表面(3，4)。本公開還涉及燃?xì)廨啓C(jī)(10)，其包含具有由支板翼型件覆蓋的支板(50)的排氣擴(kuò)散器(42)。
文檔編號(hào)F02C7/20GK102628403SQ20121003115
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月4日
發(fā)明者A·I·安薩里, D·D·南達(dá) 申請(qǐng)人:通用電氣公司