專利名稱：軸流式渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有至少一組彎曲導(dǎo)葉和至少一組轉(zhuǎn)子葉片的軸流式渦輪機(jī)。
尤其是，采用了彎曲導(dǎo)葉，以降低由于導(dǎo)葉上邊界層的偏移而產(chǎn)生的附加損失。
具有彎曲導(dǎo)葉的渦輪機(jī)，例如按照DE-A-3743738是公知的。在該出版物中，表示和描述這樣一種葉片，它沿葉片高度的彎曲在圓周方向上朝向相應(yīng)鄰近導(dǎo)葉的壓力側(cè)。從該出版物中，還公開了這樣一種葉片，它沿葉片高度的彎曲在圓周方向上朝向相應(yīng)鄰近導(dǎo)葉的負(fù)壓側(cè)。意圖是以一種有效的方式來(lái)減小經(jīng)向邊界層壓力梯度和沿圓園方向延伸的邊界層壓力梯度，從而減少葉柵空氣動(dòng)力損失。這種已知葉片不管彎向相鄰葉片的哪一側(cè)，每種情況下，它都沿圓周方向精確地延伸。這意味著在所表示的柱面葉片的情況下，它們的前緣沿葉片高度至少是處于同一徑向平面內(nèi)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種措施，在一開始提到的軸流式渦輪機(jī)中，借助于它，能使所述的損失進(jìn)一步減小。
按照本發(fā)明，這是通過沿葉片高度以精確的角度選擇導(dǎo)葉相對(duì)于其弦的彎曲并通過在其徑向范圍內(nèi)使導(dǎo)葉漸縮來(lái)達(dá)到的。同時(shí)，這種彎曲在圓周方向上應(yīng)朝向相應(yīng)鄰近導(dǎo)葉的壓力側(cè)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)從這一事實(shí)中可明顯看到;由于以精確的角度相對(duì)于葉片弦彎曲，葉片的徑向投影面積比沿圓周方向在公知的彎曲情況中的要大。這就增加了對(duì)工質(zhì)的徑向力;后者施壓于流道壁上，因此邊界層厚度減小。
在具有一個(gè)在導(dǎo)葉根區(qū)內(nèi)至少大致呈圓柱形的葉片支座和一個(gè)在導(dǎo)葉尖區(qū)內(nèi)呈錐形擴(kuò)張的輪轂，例如在廢氣渦輪增壓器的單級(jí)燃?xì)鉁u輪機(jī)中所采用的那樣的軸流式渦輪機(jī)中，這些導(dǎo)葉沿其高度被扭曲是有利的。彎曲就扭曲結(jié)合允許反動(dòng)度沿葉片高度最優(yōu)化，而在工藝過程中無(wú)需很大改變轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)口角的配置。因此在這一事實(shí)中還可看到另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在渦輪級(jí)的設(shè)計(jì)中，原先的轉(zhuǎn)子葉片可以按原來(lái)的樣子保存下來(lái)。
通過連同附圖一起參看下列詳細(xì)說明，可以對(duì)本發(fā)明有更加完整的理解，并且獲知許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)。所述附圖表示了采用具有軸向/徑向出口的單級(jí)廢氣渦輪增壓器的本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其中

圖1表示該渦輪機(jī)的局部縱剖面;
圖2表示圖1中所示流道外徑上的柱體斷面的局部改進(jìn)結(jié)構(gòu);
圖3以透視圖表示一彎曲導(dǎo)葉的輪廓;
圖4表示彎曲導(dǎo)葉的一些葉型截面;
圖5表示在軸向剖面內(nèi)的子午線流線;
圖6表示沿流道高度對(duì)比燃?xì)獬隹诮呛腿~片出口角的示意圖;
圖7表示一根曲線，給出損失隨渦輪機(jī)壓比增大而減少。
現(xiàn)在參照各附圖，其中在不同圖中相同的標(biāo)號(hào)指示相同的或相應(yīng)的部件，而且，僅表示出那些對(duì)于理解本發(fā)明所必須的另件。例如，該裝置的壓氣機(jī)部分，殼體，轉(zhuǎn)子，連同軸承都沒有表示。工作介質(zhì)的流向以箭頭表示。
在圖1圖示的燃?xì)鉁u輪機(jī)中，作為流道1邊界的壁面一方面是輪內(nèi)轂2，而另一方面是葉片外支座。后者以適當(dāng)方式被支承于殼體內(nèi)(未表示)。在轉(zhuǎn)子葉片4的區(qū)域內(nèi)，流道1在內(nèi)側(cè)以轉(zhuǎn)子盤5為界，在外側(cè)以蓋6為界。輪轂2具有圓錐形狀，具體地說，沿整個(gè)葉柵區(qū)該錐體是擴(kuò)張的，因?yàn)榕蛎浌べ|(zhì)的容積增加。
在轉(zhuǎn)子葉柵的上游配置一靜正導(dǎo)葉葉柵。其葉片7就其數(shù)目及其弦S和葉距T之比(圖2)，按流體力學(xué)相對(duì)于全負(fù)荷是最優(yōu)化了的。它們提供了帶有為進(jìn)入轉(zhuǎn)子葉柵所必需的渦流的流動(dòng)。和圖示的有所不同，該導(dǎo)葉葉柵通常被制成為整體，例如包括其內(nèi)、外邊界壁面，被成為一個(gè)鑄成一體的噴嘴環(huán)。因此，實(shí)際上不可能叫作葉尖或葉根。
從圖1和3中可以看到，由于葉片彎成弧形，因此，不管是導(dǎo)葉的進(jìn)口緣9還是其出口緣8都不處在同一軸向平面內(nèi)。
葉片相對(duì)于弦的彎曲以精確的角度延伸，這是通過沿圓周方向的軸向轉(zhuǎn)移葉型斷面達(dá)到的。
這種彎曲按一連續(xù)的弧線形成，該弧線跟葉片支座3構(gòu)成一銳角αz，跟輪轂2構(gòu)成銳角αn。在外徑處的αz角小于內(nèi)徑處的αn角。在圖1中所表示的角度，不要認(rèn)為是處于軸向平面內(nèi)，而是和葉片的弦平面成一精確的角度。
導(dǎo)葉徑向向內(nèi)漸縮。其漸縮是這樣選擇的，使導(dǎo)葉成形為自葉片外徑至大約一半高度處，其弦和葉距之比增加，自葉片的一半高度至內(nèi)徑處，其弦和葉距之比大致不變。其葉型沿葉片高度基本保持不變。
從圖4中，可以看到彎曲量，漸縮以及一些葉型。其中在一個(gè)徑向視圖內(nèi)可以看到5個(gè)葉片，它們沿葉片高度至少大致是等距離的。Z代表在外徑處即在柱面處的葉型;N代表在內(nèi)徑處，即在輪轂處的葉型;V代表在葉片的一半高度處的葉型，而U和W分別代表在1/4和3/4葉片高度處的其它兩個(gè)葉型。
這些措施有助于所希望的邊界區(qū)的卸載。
除了彎曲和漸縮之外，沿導(dǎo)葉翼面的高度上還進(jìn)行了葉片翼型的扭曲，以允許沿流道高度改變轉(zhuǎn)子葉片圓周速度，轉(zhuǎn)子葉片處于導(dǎo)葉的后面。在圖4中，分別以不同的安裝角βn和βw的形式表示了這種扭曲，該安裝角是由相應(yīng)葉型N和W的弦跟圓周方向構(gòu)成的。如果沒有導(dǎo)葉的扭曲，就必須使轉(zhuǎn)子葉片的進(jìn)口角跟導(dǎo)葉的出口角匹配。這又會(huì)使渦輪的臨界流量產(chǎn)生不希望望有的改變。
在圖2中的柱體斷面表示渦輪區(qū)域內(nèi)葉柵圖，比例尺已放大。在全負(fù)荷時(shí)，排氣通常以大約15℃至20℃的角度離開導(dǎo)葉。尤其是，由于邊界層的效應(yīng)，可以看到在流道外壁處燃?xì)獬隹诮瞧x葉片后緣出口角。在圖6的曲線中說明了邊界區(qū)卸載的事實(shí)。在該圖中，出口角在橫坐標(biāo)上以“度”標(biāo)出，導(dǎo)葉后緣區(qū)內(nèi)的流道高度在縱坐標(biāo)上以“%”標(biāo)出。
沿普通圓柱導(dǎo)葉的流道高度的燃?xì)獬隹诮?G和葉片出口角6S跟本發(fā)明的三向扭曲葉片的燃?xì)獬隹诮桥c葉片出口角作了比較。虛線表示的值適于圓柱葉片，沿不變?nèi)~片出口角6S的葉片高度上，可以清晰看到燃?xì)獬隹诮?G的極不規(guī)則的分布。在葉片間距小的輪轂區(qū)，該曲線的轉(zhuǎn)折可能是由于在那里存在超音速流動(dòng)。適用于扭曲葉片的實(shí)線表示沿葉片高度燃?xì)獬隹诮?G較恒定。雖然這些葉片在外殼和輪轂處被扭曲，即具有較小的葉片出口角6S，然而在邊界區(qū)內(nèi)的重要的燃?xì)獬隹诮?G大于葉片中心處的燃?xì)獬隹诮恰Ｉ厦嬉烟岬?，?dāng)采取新措施時(shí)，在輪轂處不會(huì)出現(xiàn)附加速度。
邊界區(qū)的這種卸載使子午線流線朝葉片支座徑向向外移動(dòng)和朝輪轂壁徑向向內(nèi)移動(dòng)，如圖5中所示。
因此，作用于該氣流上的徑向分量具有將主流壓向輪轂和圓柱體的預(yù)計(jì)效果。
由于導(dǎo)葉的出口緣8不處于同一軸向平面內(nèi)，該渦區(qū)也并不徑向擴(kuò)展。這對(duì)配置于下游的轉(zhuǎn)子葉片的激振可能具有有益的影響。
在圖7曲線中，在橫坐標(biāo)上以“巴”標(biāo)出渦輪壓比 而在縱坐標(biāo)上以“%”標(biāo)出壓力損失減少。該曲線表明隨著壓比增加，該措施為何具有有益的影響。
顯然，按照上述教導(dǎo)，本發(fā)明可能有許多變型和變化。因此，可以理解，除了具體敘述的以外，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可以實(shí)施本發(fā)明。作為這種敘述的偏離，導(dǎo)葉的彎曲也可朝向相應(yīng)鄰近導(dǎo)葉的負(fù)壓側(cè)。如所述解決方案-在圓柱面和輪轂上的邊界層被加速-相反，此時(shí)該邊界層不受影響，而這種彎曲對(duì)中心氣流是有積極的效果。
權(quán)利要求
1.一種具有至少一組彎曲導(dǎo)葉就至少一組轉(zhuǎn)子葉片的軸流式渦輪機(jī)，其中沿葉片高度上以精確的角度選擇導(dǎo)葉相對(duì)于其弦的彎曲，并且導(dǎo)葉在其徑向范圍內(nèi)是漸縮的。
2.按權(quán)利要求1所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于導(dǎo)葉的彎曲沿圓周方向朝向相應(yīng)鄰近導(dǎo)葉的壓力側(cè)。
3.按權(quán)利要求1所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于所述漸縮是以這樣方式選取的，使導(dǎo)葉成形為自葉片外徑至大約一半高度處，其弦和葉距之比增加，自葉片的一半高度至內(nèi)徑處，其弦和葉距之比大致不變。
4.按權(quán)利要求1所述的在導(dǎo)葉端區(qū)內(nèi)具有錐形擴(kuò)張輪轂部的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于沿葉片高度導(dǎo)葉是扭曲的。
全文摘要
一種軸流式渦輪機(jī)和具有至少一組彎曲的導(dǎo)葉(7)和至少一組轉(zhuǎn)子葉片。沿葉片高度，以精確的角度選擇導(dǎo)葉相對(duì)于其弦的彎曲，沿圓周方向朝向相應(yīng)鄰近導(dǎo)葉的壓力側(cè)。該導(dǎo)葉在其徑向范圍內(nèi)是漸縮的。借助于這一措施，可減少由于導(dǎo)葉上邊界層的偏移而產(chǎn)生的附加損失。
文檔編號(hào)F01D5/14GK1086579SQ9311705
公開日1994年5月11日 申請(qǐng)日期1993年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月29日
發(fā)明者P·艾爾韋基耶, W·施賴伯 申請(qǐng)人:亞瑞亞·勃朗勃威力有限公司