用于渦輪機(jī)整體葉盤(pán)的改進(jìn)殼體和裝配有所述殼體的渦輪的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于渦輪機(jī)(1)的整體葉盤(pán)(20)的殼體(10)，其包括由耐磨材料制成的內(nèi)部涂層(11)和多條圓周狹槽(12)，所述圓周狹槽(12)布置在所述耐磨材料的涂層(11)中，所屬殼體還包括圓周腔(13)，所述圓周腔制成在所述耐磨材料涂層(11)中，所述狹槽(12)終結(jié)于所述圓周腔中，所述狹槽(12)終結(jié)于所述腔(13)中并且在所述腔(13)和所述殼體(10)的所述內(nèi)表面(15)之間延伸。本發(fā)明還涉及包括該殼體和整體葉盤(pán)的渦輪機(jī)。
【專利說(shuō)明】用于渦輪機(jī)整體葉盤(pán)的改進(jìn)殼體和裝配有所述殼體的渦輪機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及提供航空引擎推動(dòng)力的渦輪機(jī)領(lǐng)域。
[0002]更加特別地，本發(fā)明涉及用于這種渦輪機(jī)的整體葉盤(pán)的殼體

【背景技術(shù)】
[0003]民用運(yùn)輸機(jī)的推動(dòng)力必須遵守兩個(gè)有時(shí)相互矛盾的條件:
[0004]—第一，巡航時(shí)提供良好的空氣動(dòng)力性能；
[0005]-以及在起飛和降落階段遵守越來(lái)越嚴(yán)格的聲學(xué)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。
[0006]這個(gè)最后條件包括尋求用于減小在起飛和降落時(shí)由飛機(jī)產(chǎn)生的噪音的優(yōu)選解決方案。由飛機(jī)渦輪機(jī)產(chǎn)生的總噪音的主要分量源自存在于渦輪機(jī)風(fēng)機(jī)中發(fā)生的渦流。這些渦流源自風(fēng)機(jī)殼體和風(fēng)機(jī)葉片的徑向外部端部之間的間隙，這使得在此處形成氣流湍流。
[0007]結(jié)果，目的是研發(fā)一種渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)的殼體和包括整體葉盤(pán)的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)成使得尤其在起飛和降落期間由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪音最小化，而同時(shí)又不會(huì)使得巡航時(shí)空氣動(dòng)力性能有任何下降。
[0008]就這一點(diǎn)而言，已經(jīng)研發(fā)了一種殼體，所述殼體的與移動(dòng)葉片相對(duì)的內(nèi)表面改良成使得湍流減小并且因此降低因這種湍流而產(chǎn)生的噪音。
[0009]例如在文獻(xiàn)FR2929349和FR2940374中已經(jīng)提出了針對(duì)殼體表面所作出的改良，其旨在減小風(fēng)機(jī)葉片與殼體的噪聲相互作用。
[0010]FR 2940374提出了一種整體葉盤(pán)殼體，其包括與葉片相對(duì)的腔。使得腔相對(duì)于葉片成適當(dāng)尺寸并且相對(duì)于葉片放置腔，使得尤其在這個(gè)文獻(xiàn)中所述腔適于提供改進(jìn)的空氣動(dòng)力性能并且降低噪音。
[0011]FR 2929349提出了一種整體葉盤(pán)殼體，所述整體葉盤(pán)殼體在其內(nèi)表面上包括多條圓周槽(圍繞殼體的軸線對(duì)稱的繞轉(zhuǎn)槽)。而且，這些槽的橫截面的表面從第一槽朝向最后一條槽減小，所述第一槽位于殼體的上游處，所述最后一條槽相對(duì)位于更下游側(cè)。
[0012]在文獻(xiàn)US 2011/0311354中，制成在殼體中的腔連接多條狹槽。
[0013]在文獻(xiàn)EP 0754864中，將高壓流體注入到連接多條狹槽的腔中，以便產(chǎn)生與渦輪機(jī)中的流相對(duì)的流。因此，所形成的狹槽和腔不會(huì)獲取渦輪機(jī)中的氣流的一部分，以便減小瑞流。
[0014]已經(jīng)證明通過(guò)將槽布置在所述內(nèi)表面中針對(duì)殼體的內(nèi)表面所作出的改良有用。但是，在這些槽中實(shí)施的多個(gè)流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)提出的是:因?yàn)橄鄬?duì)于彼此獨(dú)立，所以這些槽并非同樣地全部有助于氣動(dòng)增益。
[0015]特別地，相對(duì)于那些位于上游處的槽，僅僅位于殼體最遠(yuǎn)下游處的槽允許低氣動(dòng)增益。
[0016]例如，顯而易見(jiàn)的是，關(guān)于包括四條接續(xù)槽的殼體提到的氣動(dòng)增益基本等于僅僅包括三條接續(xù)槽的殼體獲得的增益。
[0017]因此需要進(jìn)一步通過(guò)殼體的表面改良或者殼體處理來(lái)獲得氣動(dòng)增益，以便推動(dòng)提高風(fēng)機(jī)的聲學(xué)性能并且促進(jìn)增大位于下游的槽對(duì)氣動(dòng)增益的貢獻(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明的目的是通過(guò)提出一種整體葉盤(pán)殼體改正上述問(wèn)題，所述整體葉盤(pán)殼體呈現(xiàn)了相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)提高的氣動(dòng)性能。
[0019]為此，本發(fā)明的目的是一種用于渦輪機(jī)的整體葉盤(pán)的殼體，其包括耐磨材料的內(nèi)部涂層和多條圓周狹槽，所述多條圓周狹槽布置在所述涂層中，所述殼體還包括圓周腔，所述圓周腔制成在耐磨材料的涂層中，所述狹槽終結(jié)于所述腔中并且在所述腔和殼體的內(nèi)表面之間延伸。
[0020]有利但是可選的，本發(fā)明還能夠包括以下特征中的至少一個(gè):
[0021]一作為耐磨材料的涂層其厚度介于20mm和25mm之間，腔在這個(gè)厚度中的高度介于5mm和1mm之間。
[0022]一腔通過(guò)相對(duì)于狹槽向上游錯(cuò)開(kāi)延伸到耐磨材料的涂層中，所述狹槽位于所述殼體上的最高處，并且狹槽的數(shù)量介于4條和8條之間。
[0023]一在耐磨材料的涂層的厚度中，每條狹槽的高度介于1mm和15mm之間。
[0024]—每條狹槽的寬度介于2mm和6mm之間。
[0025]—兩條接續(xù)狹槽之間的間隔介于0.5mm和3mm之間。
[0026]一狹槽中的每一條均在角度介于70°和110°的平面中延伸。
[0027]本發(fā)明的另一個(gè)目的是渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)包括如在前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)中聲明權(quán)益的整體葉盤(pán)和整體葉盤(pán)殼體。
[0028]有利地但是可選地，根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)還能夠包括以下特征中的至少一個(gè):
[0029]—?dú)んw的腔因相對(duì)于葉片的前緣向上游錯(cuò)開(kāi)一介于2mm和1mm之間的距離而與輪的葉片的徑向外端相對(duì)。
[0030]一位于殼體最高處的狹槽相對(duì)于葉片的前緣向上游錯(cuò)開(kāi)一介于1.5mm和3.5mm的距離。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]從以下描述中本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)勢(shì)將變得顯而易見(jiàn)，以下描述僅僅為闡釋性而非限制并且必須參照附圖考慮，其中:
[0032]圖1是根據(jù)本發(fā)明的包括移動(dòng)整體葉盤(pán)和殼體的渦輪機(jī)的軸向截面；
[0033]圖2示出了制成處于渦輪機(jī)殼體中的腔內(nèi)的流線。

【具體實(shí)施方式】
[0034]圖1圖解了渦輪機(jī)I的整體葉盤(pán)20的殼體10。位于殼體10內(nèi)部的整體葉盤(pán)20是渦輪機(jī)的風(fēng)機(jī)。其包括多個(gè)葉片21，所述葉片21安裝成圍繞風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線X-X旋轉(zhuǎn)。
[0035]每個(gè)葉片21均具有前緣22、后緣23和徑向外部端部24，所述徑向外部端部24與殼體的內(nèi)表面15相對(duì)。因此迫使這個(gè)端部24在固定殼體10的內(nèi)表面15附近高速運(yùn)動(dòng)，從而致使在這個(gè)位置處產(chǎn)生湍流氣流，所述湍動(dòng)氣流是噪聲危害的來(lái)源。
[0036]由箭頭F示出渦輪機(jī)I中的氣流的大體方向，所述大體方向基本平行于風(fēng)機(jī)20的旋轉(zhuǎn)軸線X-X并且從每個(gè)葉片的前緣運(yùn)動(dòng)向后緣。在下文中，上游和下游用于定位殼體的元件并且是相對(duì)于氣流方向。
[0037]固定安裝在整體葉盤(pán)20周圍的殼體10是圍繞殼體軸線繞轉(zhuǎn)的零件，所述殼體軸線與整體葉盤(pán)20的旋轉(zhuǎn)軸線X-X相連。在下文中，旋轉(zhuǎn)軸線X-X還稱作殼體的軸線。
[0038]殼體10包括由耐磨材料制成的內(nèi)部涂層11,涂層的表面限定了殼體10的內(nèi)部表面15。這個(gè)涂層具有介于20mm和25mm之間的厚度，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線X — X徑向測(cè)量所述厚度。
[0039]在葉片21的耐磨材料涂層11中以及葉片21徑向外部端部24的相對(duì)處設(shè)有多條狹槽12。這些狹槽12是周向的，即，它們?cè)谡挥跉んw的軸線X-X的平面P中具有圓形橫截面并且在這個(gè)平面中環(huán)繞殼體。
[0040]在耐磨材料的涂層11中還設(shè)置有環(huán)繞狹槽12的圓周腔13，使得狹槽12在腔13和殼體10的內(nèi)表面15之間延伸。腔13還與葉片21的徑向外端部24相對(duì)。
[0041]而且，狹槽12終結(jié)于腔13中，從而允許氣流F中的一些經(jīng)由一些狹槽進(jìn)入腔13內(nèi)部，并且從腔流出進(jìn)入到其它狹槽中。有利地，所有狹槽12均終結(jié)于腔13中。
[0042]狹槽12之間的間隔14由與耐磨材料的涂層11相同的材料形成。間隔14能夠通過(guò)觸發(fā)器護(hù)環(huán)(在附圖中未示出)連結(jié)在一起并且連結(jié)到所述涂層11，以便確保將組件保持在一起。
[0043]圖2示出了腔13的水平高度處的氣流的流線。這些流線揭示了相對(duì)于氣流位于殼體的上游處的狹槽是如何發(fā)揮功能的，所述流線獲取與葉片21和殼體10之間的間隙有關(guān)的渦流以及限制流層(limit layer)的一部分，從空氣動(dòng)力觀點(diǎn)來(lái)看，這兩個(gè)因數(shù)是有害的。
[0044]流線還示出了相對(duì)于氣流位于殼體10的下游處的狹槽用于在風(fēng)機(jī)20中的氣流內(nèi)使得氣流再流動(dòng)時(shí)較少湍動(dòng)。
[0045]以這種方式，腔13特別地通過(guò)賦予最下游處的狹槽特殊功能(即，將氣流回注到風(fēng)機(jī)的氣流中)來(lái)增大每條狹槽的氣動(dòng)增益。通過(guò)減少湍動(dòng)氣流產(chǎn)生的噪音實(shí)現(xiàn)這種氣動(dòng)增益。
[0046]再次參照?qǐng)D1，調(diào)整狹槽12和腔14的參數(shù)，以優(yōu)化氣動(dòng)增益。
[0047]腔13在耐磨材料涂層11的厚度中具有高度h2 (相對(duì)于軸線X-X徑向測(cè)量)。
[0048]在由耐磨材料制成的涂層11的厚度中，狹槽12本身具有相對(duì)于軸線X-X徑向測(cè)量的高度h3。
[0049]為了狹槽和腔布置在耐磨材料涂層11中，它們的累計(jì)高度h2+h3必須小于所述涂層11的厚度hp對(duì)于厚度介于20mm和25mm之間的涂層而言,狹槽的和腔的累積高度必須小于或者等于15mm至20mm。
[0050]優(yōu)選地,腔13的高度h2介于5mm和1mm之間。具有高容積的腔使得能夠更多地獲取漩渦的一部分但是降低風(fēng)機(jī)20中的氣流的再流動(dòng)。結(jié)果，必須找到針對(duì)腔容積并且因此針對(duì)其高度的折中。有利地，針對(duì)高度h2獲得的這個(gè)折中大約為6mm。
[0051]而且,狹槽12的高度h3優(yōu)選地介于1mm和15mm之間，并且優(yōu)選地大約為12mm。
[0052]而且，如從圖1顯而易見(jiàn)的是，腔13相對(duì)于第一狹槽12向上游錯(cuò)開(kāi)，所述第一狹槽12位于殼體10的最高處。實(shí)際上，腔13不必與最上游的狹槽12齊平，腔的上游端部不必處于這條狹槽12的正下方，如在該情況下，這條狹槽的流線將突然在腔中分支，從而導(dǎo)致這個(gè)腔內(nèi)產(chǎn)生混亂的流動(dòng)。
[0053]優(yōu)選地，腔13相對(duì)于第一狹槽12的上游端部錯(cuò)開(kāi)介于2mm至5mm之間。
[0054]腔13還能夠相對(duì)于最后狹槽12錯(cuò)開(kāi)d’，所述狹槽12是位于殼體10中最下游處的狹槽。
[0055]就狹槽12的數(shù)量而言，有利地是介于4條和8條之間，并且更加有利地等于6條。
[0056]實(shí)際上，大量狹槽(通常大于4條)使得能夠更多地獲得漩渦的一部分，然后更好地將在風(fēng)機(jī)20的氣流內(nèi)獲取的氣流回注。然而，超過(guò)8條的狹槽數(shù)量在將氣流回注到風(fēng)機(jī)中期間導(dǎo)致產(chǎn)生超壓現(xiàn)象，這降低了空氣動(dòng)力性能。
[0057]因而，介于4條和8條之間，并且有利地等于6的狹槽的狹槽數(shù)量對(duì)應(yīng)于這兩個(gè)現(xiàn)象之間的優(yōu)化折中。
[0058]再次參照?qǐng)D1，雙箭頭I示出了狹槽12的寬度。所有狹槽12的寬度有利地相等并且介于2mm和6mm之間。例如，寬度I等于3.5mm。
[0059]圖1還經(jīng)由雙箭頭ε示出了間隔件14的寬度，即，兩條接續(xù)狹槽之間的間隔。所有間隔件14之間的間隔相等并且介于0.5mm和3mm之間。有利地，間隔能夠等于1.5mm。
[0060]而且，狹槽12優(yōu)選地但不限于在這樣的平面內(nèi)延伸:所述平面相對(duì)于殼體的軸線形成介于70°和110°之間的角度。有利地，狹槽在正交于所述軸線的平面中延伸。圖1示出了正交于殼體軸線的平面P以及平面P和軸線之間的角度α。
[0061]選擇關(guān)于狹槽的參數(shù)，以便確保良好地獲取風(fēng)機(jī)氣流中的渦流的一部分，并且確保腔13內(nèi)的良好流動(dòng)，所述參數(shù)為高度h3、寬度1、兩條接續(xù)狹槽之間的間隔ε和狹槽的角度α。
[0062]就狹槽12和整體葉盤(pán)20的葉片21的相對(duì)位置而言，殼體10中的最上游的狹槽12相對(duì)于葉片的前緣22優(yōu)選地向上游錯(cuò)開(kāi)一距離η，所述距離η介于1.5mm和3.5mm之間，這個(gè)距離為狹槽的沿著軸線X-X方向的中間部和葉片21的前緣22之間的距離。這種錯(cuò)開(kāi)使得能夠更好地獲取由葉片21端部24產(chǎn)生的渦流的一部分。
[0063]最后，因?yàn)榍?3相對(duì)于第一狹槽12向上游錯(cuò)開(kāi)，因此腔相對(duì)于葉片21的前緣22向上游錯(cuò)開(kāi)。圖1中示出，腔的沿著軸線X-X的方向的上游端部和葉片21的前緣22之間的錯(cuò)開(kāi)D優(yōu)選地介于2mm和1mm之間，并且有利地等于6mm。
[0064]腔13 (也稱作再流動(dòng)腔)通過(guò)減小殼體內(nèi)表面附近的氣流湍流強(qiáng)度提高了空氣動(dòng)力水平和聲學(xué)水平。
[0065]減弱了源自了殼體和葉片之間的間隙和相互作用的噪音，并且增加了在殼體的上游和下游處每條狹槽減弱這種噪音的貢獻(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于渦輪機(jī)(I)的整體葉盤(pán)(20)的殼體(10)，其包括由耐磨材料制成的內(nèi)部涂層(11)和多條圓周狹槽(12)，所述圓周狹槽(12)布置在所述耐磨材料的涂層(11)中，其特征在于，其還包括圓周腔(13)，所述圓周腔制成在所述耐磨材料涂層(11)中，所述狹槽(12)終結(jié)于所述圓周腔中，所述狹槽(12)終結(jié)于所述腔(13)中并且在所述腔(13)和所述殼體(10)的所述內(nèi)表面(15)之間延伸。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的殼體(10)，其中，所述耐磨材料涂層(11)具有介于20mm和25mm之間的厚度Oi1),所述腔(13)在這個(gè)厚度Oi1)中具有介于5mm和1mm之間的高度(h2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼體(10)，其中，所述腔(13)通過(guò)相對(duì)于位于所述殼體(10)的最上游處的所述狹槽(12)朝向上游錯(cuò)開(kāi)而延伸到所述耐磨材料涂層(11)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼體(10)，其中，所述狹槽(12)的數(shù)量介于4條和8條之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼體(10)，其中，每條狹槽(12)在所述耐磨材料涂層(11)的所述高度Oi1)中具有介于1mm和15mm之間的高度(h3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼體(10)，其中，每條狹槽(12)的寬度(I)均介于2mm和6mm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼體(10)，其中，所述兩條接續(xù)狹槽(12)之間的間隔(ε)介于0.5mm和3mm之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼體(10)，其中，所述狹槽(12)各個(gè)均在這樣的平面中延伸:所述平面與所述殼體(10)的所述軸線(X-X)形成介于70°和110°之間的角度。
9.一種渦輪機(jī)(I)，所述渦輪機(jī)包括根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的整體葉盤(pán)(20)和整體葉盤(pán)(20)的殼體(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)(I)，其中，所述殼體(10)的所述腔(13)通過(guò)相對(duì)于所述葉片(21)的所述前緣(22)朝向上游錯(cuò)開(kāi)一介于2mm和1mm的距離⑶而與所述整體葉盤(pán)(20)的所述葉片(21)的所述徑向外部端部(24)相對(duì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)(1)，其中，所述殼體(10)中的位于最上游的所述狹槽(12)相對(duì)于所述葉片(21)的所述前緣(22)朝向上游錯(cuò)開(kāi)一介于1.5mm和3.5mm之間的距離(Π)。
【文檔編號(hào)】F04D29/52GK104169589SQ201380014246
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月15日
【發(fā)明者】塞德里克·莫瑞爾, 帕斯卡爾·羅馬諾 申請(qǐng)人:斯奈克瑪