專利名稱：燃?xì)鉁u輪機(jī)環(huán)形擴(kuò)散器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了提高燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)剛度，常會(huì)發(fā)現(xiàn)它們合并有撐材(strut)或輻條。撐材，數(shù)量通常在三個(gè)和六個(gè)之間，可以等間距圓周地或不均勻地分布在擴(kuò)散器環(huán)形部的一定軸向(經(jīng)向)位置處。圖1示出了具有撐材102的典型環(huán)形擴(kuò)散器100的經(jīng)向圖。撐材102是不彎曲的翼面形結(jié)構(gòu)，具有垂直于內(nèi)擴(kuò)散器壁108和外擴(kuò)散壁110的筆直前緣104和筆直尾緣106。內(nèi)壁108和外壁110限定了擴(kuò)散器100的擴(kuò)散環(huán)形部111。除了提供結(jié)構(gòu)支撐之外，撐材自身并不會(huì)為擴(kuò)散器提供空氣動(dòng)力學(xué)的益處，因?yàn)楦鶕?jù)它們的數(shù)量和厚度，它們會(huì)局部減小通道面積而產(chǎn)生阻塞，這繼而會(huì)導(dǎo)致?lián)尾闹車鷫簭?qiáng)恢復(fù)的局部損失，并且導(dǎo)致熱效率下降。US 2004/0228726 Al公開(kāi)了一種具有撐材的排放擴(kuò)散器，所述撐材的中間部分朝下游側(cè)轉(zhuǎn)移，該下游側(cè)是與它們的輪轂側(cè)和尖端側(cè)相比的下游側(cè)。EP I 731 734 A2公開(kāi)了一種渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有高壓渦輪機(jī)、低壓渦輪機(jī)和在其間的環(huán)形過(guò)渡導(dǎo)管。所述導(dǎo)管包括具有在平臺(tái)之間徑向延伸的前緣的導(dǎo)流罩，在所述平臺(tái)之間限定每個(gè)流通道的輸入流區(qū)域E。US 5 338 155公開(kāi)了一種用于潤(rùn)輪機(jī)器的多區(qū)擴(kuò)散器。該擴(kuò)散器由輪轂?zāi)┒?、?nèi)部和外部界定，所述內(nèi)部和外部通過(guò)多個(gè)焊接的流線型撐材連接，所述撐材基本上是圓錐形的，且s/t=常數(shù)，其中s是撐材的弦長(zhǎng)，t是撐材節(jié)距。DE 10 2008 060 847 Al涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有高壓渦輪機(jī)和低壓渦輪機(jī)，并且在其間具有流道，所述流道包括撐材。撐材的前緣沿經(jīng)線方向傾斜。EP O 833 060 A2涉及一種用于軸向流體機(jī)器的葉片。所述葉片以這種方式形成一型面，即，該型面沿將葉片前緣連接到葉片尾緣的交錯(cuò)線朝主流前進(jìn)。鑒于上述情況，存在對(duì)某種改進(jìn)技術(shù)的需求，該技術(shù)能夠?yàn)槿細(xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器提供結(jié)構(gòu)支撐，同時(shí)基本避免或至少減少上文指出的問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)。

發(fā)明內(nèi)容
此需求由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題滿足。本文公開(kāi)的主題的優(yōu)選實(shí)施例由從屬權(quán)利要求描述。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器，其包括用于排放流的流路段，所述流路段在段入口和段出口之間延伸。在操作期間，排放流通過(guò)段入口進(jìn)入流路段并且通過(guò)段出口離開(kāi)流路段。流路段包括第一壁部和第二壁部。燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器進(jìn)一步包括撐材，所述撐材具有在第一壁部和第二壁部之間延伸的前緣，其中，所述前緣面對(duì)段入口。前緣具有第一緣部和第二緣部，其中，前緣的第二緣部位于前緣的第一緣部和第二壁部之間。前緣的第一緣部在第一前端點(diǎn)處相對(duì)于與第一壁部垂直的法線方向朝段出口傾斜，其中前緣與第一壁部在第一前端點(diǎn)處相交。本發(fā)明的此方面基于下述構(gòu)思，即，通過(guò)朝段出口(即沿排放流的流動(dòng)方向)傾斜某些部分或前緣，減小了垂直于撐材的前緣的馬赫數(shù)，由此減小損失。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，一般地，在本文中，用語(yǔ)第一實(shí)體“位于”第二實(shí)體和第三實(shí)體“之間”包括但是不必暗示第一實(shí)體連接到第二實(shí)體和/或第三實(shí)體。但是，用語(yǔ)“位于…之間”還包括其它實(shí)體位于第一實(shí)體和第二實(shí)體之間和/或第一實(shí)體和第三實(shí)體之間的實(shí)施例。例如，措辭“前緣的第二緣部位于前緣的第一緣部和第二壁部之間”包括前緣的第二緣部與第一緣部和第二壁部連接的實(shí)施例，以及例如前緣的第三緣部位于前緣的第一緣部和前緣的第二緣部之間的實(shí)施例(僅是舉例)。如前所述，前緣的第二緣部位于前緣的第一緣部和第二壁部之間。反之亦然，前緣的第一緣部位于前緣的第二緣部和第一壁部之間。根據(jù)實(shí)施例，燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器是燃?xì)鉁u輪機(jī)排放擴(kuò)散器，即，位于燃?xì)鉁u輪機(jī)的最后渦輪機(jī)級(jí)下游的擴(kuò)散器。根據(jù)實(shí)施例，前緣的第一緣部從第一前端點(diǎn)延伸并且前緣的第二緣部從第二壁部延伸。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，前緣的第二緣部從前緣與第二壁部相交的第二前端點(diǎn)延伸。根據(jù)另一實(shí)施例，前緣的第二緣部在第二前端點(diǎn)處相對(duì)于與第二壁部垂直的法線方向朝段出口傾斜。根據(jù)另一實(shí)施例，撐材具有在第一壁部和第二壁部之間延伸的尾緣，其中，尾緣面對(duì)段出口。根據(jù)另一實(shí)施例，尾緣具有第一緣部和第二緣部，其中，尾緣的第二緣部位于尾緣的第一緣部和第二壁部之間。根據(jù)另一實(shí)施例，尾緣的第一緣部在尾緣與第一壁部相交的第一尾端點(diǎn)處相對(duì)于與第一壁部垂直的法線方向朝段入口傾斜。根據(jù)另一實(shí)施例，尾緣的第一緣部從第一尾端點(diǎn)延伸；并且尾緣的第二緣部從第二壁部延伸。例如，在實(shí)施例中，尾緣的第二緣部從尾緣與第二壁部相交的第二尾端點(diǎn)延伸。根據(jù)另一實(shí)施例，尾緣的第二緣部在第二尾端點(diǎn)處相對(duì)于與第二壁部垂直的法線方向朝段入口傾斜。根據(jù)實(shí)施例，上述緣部之一與其各自的法線方向之間的傾角在15度和45度之間的范圍內(nèi)，即傾斜值具有在15度和45度之間的此范圍內(nèi)的值。例如，在實(shí)施例中，在第一前端點(diǎn)處，前緣的第一緣部和垂直于第一壁部的法線方向之間的傾角在15度和45度之間的范圍內(nèi)。在另一實(shí)施例中，在第二前端點(diǎn)處，前緣的第二緣部和垂直于第二壁部的法線方向之間的傾角在15度和45度之間的范圍內(nèi)。在另一實(shí)施例中，在第一尾端點(diǎn)處，尾緣的第一緣部和垂直于第一壁部的法線方向之間的傾角在15度和45度之間的范圍內(nèi)。在另一實(shí)施例中，在第二尾端點(diǎn)處，尾緣的第二緣部和垂直于第二壁部的法線方向之間的傾角在15度和45度之間的范圍內(nèi)。
根據(jù)其它實(shí)施例，以上涉及的傾角中的一個(gè)或多個(gè)在25和35度之間的范圍呢。在其它實(shí)施例中，以上涉及的傾角中的一個(gè)或多個(gè)采用另一值。根據(jù)實(shí)施例，緣部中的至少一個(gè)(例如前緣和/或尾緣的第一緣部和/或第二緣部)包括至少一個(gè)筆直部分。在這種情形中，每個(gè)筆直部分限定一傾角。根據(jù)其它實(shí)施例，緣部中的至少一個(gè)包括彎曲部分或由彎曲部分組成。在這種情形中，在相應(yīng)緣(前緣或尾緣)彎曲部分上的每個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)經(jīng)由彎曲部分再該單獨(dú)點(diǎn)處的切線限定彎曲部分在該單獨(dú)點(diǎn)處的相應(yīng)傾角。根據(jù)實(shí)施例，由此獲得的傾角的至少一部分在以上特定范圍內(nèi)，例如在15度和45度之間的范圍內(nèi)。根據(jù)實(shí)施例，前緣具有位于前緣的第一緣部和前緣的第二緣部之間的第三緣部。根據(jù)另一實(shí)施例，第三緣部是筆直緣部。根據(jù)實(shí)施例，前緣的第一緣部，或在另一實(shí)施例中，前緣的第一緣部和第二緣部，延伸第一前端點(diǎn)和第二前端點(diǎn)之間的距離的20%至40%。根據(jù)另一實(shí)施例，尾緣的第一緣部和第二緣部延伸第一尾端點(diǎn)和第二尾端點(diǎn)之間的距離的20%至40%。根據(jù)實(shí)施例，第三緣部將前緣的第一緣部與第二緣部連接。根據(jù)本文公開(kāi)的主題的第二方面，提供一種燃?xì)鉁u輪機(jī)，所述燃?xì)鉁u輪機(jī)包括根據(jù)第一方面或其實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器。在以上已經(jīng)并且在下面將要參照燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器和燃?xì)鉁u輪機(jī)描述本文公開(kāi)主題的示例性實(shí)施例。必須指出，涉及本文公開(kāi)主題的不同方面的特征的任意結(jié)合當(dāng)然也是可行的。具體地，參照燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器權(quán)利要求描述一些實(shí)施例，而參照燃?xì)鉁u輪機(jī)權(quán)利要求描述其它實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員從以上和下面的描述中將總結(jié)出，除非另有說(shuō)明，除了屬于一個(gè)方面的特征的任意結(jié)合之外，涉及不同方面或?qū)嵤├奶卣髦g的任意結(jié)合，例如甚至是設(shè)備類權(quán)利要求和方法類權(quán)利要求的特征之間的任意結(jié)合，都被認(rèn)為被此申請(qǐng)公開(kāi)。從下文將要描述的例子中，以上限定的方面和實(shí)施例以及本發(fā)明的其它方面和實(shí)施例是顯然的，并且參照附圖對(duì)其進(jìn)行解釋，但是本發(fā)明不限于此。


圖1示出了已知的環(huán)形擴(kuò)散器的經(jīng)向圖。圖2示出了根據(jù)本文公開(kāi)的主題的撐材的傾斜前緣的馬赫數(shù)變化。圖3示出了根據(jù)本文公開(kāi)的主題的實(shí)施例的部分燃?xì)鉁u輪機(jī)。圖4示出了根據(jù)本文公開(kāi)的主題的實(shí)施例的部分?jǐn)U散器。圖5示出了根據(jù)本文公開(kāi)的主題的實(shí)施例的擴(kuò)散器撐材段。圖6示出了根據(jù)本文公開(kāi)的主題的實(shí)施例的另一擴(kuò)散器撐材段。圖7示出了根據(jù)本文公開(kāi)的主題的實(shí)施例的部分另一擴(kuò)散器撐材段。圖8a至圖Sc示出了在設(shè)計(jì)條件下對(duì)于距擴(kuò)散器內(nèi)壁不同距離處的、根據(jù)本文公開(kāi)主題的實(shí)施例的斜傾撐材與筆直撐材相對(duì)比的表面靜態(tài)壓強(qiáng)分布。圖9a至圖9c示出了在偏離設(shè)計(jì)條件(具有額外12度的入口渦流)的情況下對(duì)于距擴(kuò)散器內(nèi)壁不同距離處的根據(jù)本文公開(kāi)的主題的實(shí)施例的斜傾撐材與筆直撐材相對(duì)比的表面靜態(tài)壓強(qiáng)分布。圖1Oa示出了對(duì)于斜傾撐材的圖9a配置的排放流的流動(dòng)。圖1Ob示出了對(duì)于筆直撐材的圖9a配置的排放流的流動(dòng)。圖11示出了距擴(kuò)散器入口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)向距離處具有斜傾撐材的擴(kuò)散器和具有筆直撐材的擴(kuò)散器的壓強(qiáng)恢復(fù)系數(shù)。
具體實(shí)施例方式附圖中的圖示是示意性的。應(yīng)該注意，在不同的附圖中，相似或相同的元件設(shè)置有相同的附圖標(biāo)記或僅第一位數(shù)與相應(yīng)附圖標(biāo)記不同的附圖標(biāo)記。如前所述，除了提供結(jié)構(gòu)支撐之外，撐材自身不會(huì)為擴(kuò)散器提供空氣動(dòng)力學(xué)益處，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)局部減小通道面積而產(chǎn)生阻塞，這繼而導(dǎo)致它們周圍位置壓強(qiáng)恢復(fù)局部損失并且導(dǎo)致熱效率下降。更重要的，特征在于對(duì)擴(kuò)散器的過(guò)大的進(jìn)入旋流(即高切向速度)的偏離設(shè)計(jì)條件導(dǎo)致?lián)尾谋砻嫔系牧鞣蛛x，這可以降低擴(kuò)散器性能。擴(kuò)散器自身中的壓強(qiáng)恢復(fù)損失總是轉(zhuǎn)化為燃?xì)鉂?rùn)輪機(jī)的功率和總體熱效率兩者的損失。本文公開(kāi)的主題的實(shí)施例意在通過(guò)將合成斜傾(在擴(kuò)散器的兩壁處前緣向前斜傾和后緣向后斜傾)引入擴(kuò)散器撐材設(shè)計(jì)中來(lái)緩和以上性能問(wèn)題。當(dāng)撐材段與流動(dòng)方向傾斜時(shí)，即，當(dāng)斜傾段的前緣不再垂直于接近的流時(shí)，發(fā)生撐材斜傾?？梢园聪率龇绞接^察斜傾的物理作用，即，其對(duì)撐材上的靜態(tài)壓強(qiáng)分布的影響，并且具體是撐材通道中撐材負(fù)荷(撐材表面之間的壓強(qiáng)差)的展向變化，該變化是由流表面扭轉(zhuǎn)流的引入而引起的流主體重新分布導(dǎo)致的。圖2圖示撐材202的斜傾緣部204、206的物理作用，即，相對(duì)于接近的排放流傾斜的緣部204、206的物理作用。至少在壁208附近假設(shè)排放流大體平行于壁208。如圖2所描繪的，相對(duì)于接近的流斜傾撐材202的馬赫數(shù)M1致使垂直于葉片前緣的馬赫數(shù)(Mlb)減小，由此減小沖擊損失，但是繼而沿前緣204產(chǎn)生分量(M11),這會(huì)產(chǎn)生一些損失，但是不像沖擊損失降低那樣顯著。同樣如圖2所示，向前斜傾的前緣204將在它的面對(duì)壁208的末端壁212附近經(jīng)受低展向負(fù)荷。對(duì)于圖2中的尾緣206是相反的。就是說(shuō)，尾緣206將在末端壁212附近經(jīng)受高展向負(fù)荷。前緣204的低負(fù)荷由圖2中的箭頭214指示。尾緣206的高負(fù)荷由圖2中的箭頭216指示。以此方式，斜傾可以用于控制末端壁區(qū)域中，具體是峰值負(fù)荷(在該區(qū)域中葉片表面之間的最大壓強(qiáng)差)的軸向(或經(jīng)向)位置處的葉片表面壓強(qiáng)分布。根據(jù)實(shí)施例，相對(duì)于法線方向219限定斜傾角218，法線方向219在前緣與壁208相交的第一前端點(diǎn)220處垂直于壁208的壁部，如圖2所示。圖3示出了根據(jù)本文公開(kāi)的主題的實(shí)施例的部分燃?xì)鉁u輪機(jī)301。燃?xì)鉁u輪機(jī)301包括具有在擴(kuò)散器環(huán)形部311中的撐材302的燃?xì)鉁u輪排放擴(kuò)散器300，所述擴(kuò)散器環(huán)形部311從擴(kuò)散器入口(在圖3中未示出)延伸到擴(kuò)散器出口 313。撐材302在內(nèi)壁308和外壁310之間延伸。燃?xì)鉁u輪機(jī)301 —般限定沿燃?xì)鉁u輪機(jī)301的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(未示出)的軸向方向309。如在圖3中所見(jiàn)，撐材302可以具體具有凹形前緣和凹形尾緣。圖4更詳細(xì)地示出了圖3的擴(kuò)散器300的一部分。具體地，圖4示出了具有一個(gè)撐材302的部分?jǐn)U散器環(huán)形部311。擴(kuò)散器環(huán)形部311在撐材302附近形成用于燃?xì)鉁u輪機(jī)301的排放流的流路段322。流路段322在段入口 324和段出口 326之間延伸。應(yīng)該提至IJ，在一個(gè)實(shí)施例中，段入口 324和段出口 326可以對(duì)應(yīng)于擴(kuò)散器入口和擴(kuò)散器出口。在其它實(shí)施例中，段入口 324和段出口 326涉及包括撐材302的擴(kuò)散器段，其中，排放流通過(guò)段入口進(jìn)入擴(kuò)散器段并且通過(guò)擴(kuò)散器出口離開(kāi)該段。流路段322包括內(nèi)壁308的第一壁部308a和外壁310的第二壁部310a。撐材302具有在第一壁部308a和第二壁部310a之間延伸前緣304。前緣304面對(duì)段入口 324。在另一實(shí)施例中，前緣304面對(duì)擴(kuò)散器的擴(kuò)散器入口(在圖3和圖4中未示出)。前緣具有第一緣部304a和第二緣部304b。前緣304的第二緣部304b位于前緣304的第一緣部304a和第二壁部310a之間。同樣，前緣304的第一緣部304a位于前緣304的第二緣部304b和第一壁部308a之間。根據(jù)本文公開(kāi)的主題的實(shí)施例，前緣的第一緣部304a在前緣304與第一壁部308a相交的第一前端點(diǎn)320a處相對(duì)于垂直于第一壁部308a的法線方向319a朝段出口 326以傾角318a (本文還稱作斜傾角)傾斜。相應(yīng)地構(gòu)造前緣304的第二緣部304b。具體地，前緣的第二緣部304b在前緣304與第一壁部308a相交的第二前端點(diǎn)320b處相對(duì)于垂直于第二壁部310a的法線方向319b朝段出口 326以傾角318b傾斜。如圖4所示并且根據(jù)實(shí)施例，傾角318a、318b在15度和45度之間的范圍內(nèi)。根據(jù)另一實(shí)施例，第一緣部304a的傾角318a和第二緣部304b的傾角318b可以相同。根據(jù)另一實(shí)施例，前緣304具有筆直的第三緣部304c，其位于前緣304的第一緣部304a和前緣304的第二緣部304b之間。在圖4所示的實(shí)施例中，第三緣部不在第一緣部304a和第二緣部304b之間延伸(即不與第一緣部304a和第二緣部304b連接)。反而，在此實(shí)施例中，中間緣部304d在第一緣部304a和第三緣部304c之間延伸，并且另一中間緣部304e在第二緣部304b和第三緣部304c之間延伸。根據(jù)實(shí)施例，如圖4所示，前緣304的所有前部304a、304b、304c、304d、304e都是筆直部分。根據(jù)其它實(shí)施例，前緣304的前部304a、304b、304c、304d、304e中的一個(gè)或多個(gè)是彎曲的?？梢栽O(shè)計(jì)彎曲的緣部以為前緣304提供光滑表面/型面。根據(jù)實(shí)施例，筆直的第三緣部304c定向?yàn)榇怪庇谠诘谝槐诓?08a和第二壁部310a之間的中間平面(在圖4中未不出)。根據(jù)另一實(shí)施例，筆直的第三緣部304c在第一前端點(diǎn)320a處相對(duì)于與第一壁部308a垂直的法線方向319a傾斜小于預(yù)定最大傾斜值，和/或筆直的第三緣部304c在第二前端點(diǎn)320b處相對(duì)于與第二壁部310a垂直的法線方向319b傾斜小于預(yù)定最大傾斜值。預(yù)定的最大傾斜值可以為例如7度,或在另一實(shí)施例中為3度。這種筆直第三緣部或定向?yàn)榇怪庇诘谝槐诓?08a和第二壁部310a之間的中間平面的緣部被稱作不傾斜緣部。不傾斜的第三緣部304c與相對(duì)于第三緣部304c傾斜或彎曲的相鄰緣部304d、304e相交的點(diǎn)被稱作融合點(diǎn)321a、321b。根據(jù)實(shí)施例，融合點(diǎn)321a、321b與其最接近的壁部308a、310a之間的距離在第一壁部308a和第二壁部310a之間沿第三緣部304c的跨度的20%和40%之間的范圍內(nèi)。在本文公開(kāi)的主題的實(shí)施例中，前緣304通常朝段出口 326彎曲，從而使得前緣沿第一前端點(diǎn)320a和第二前端點(diǎn)320b之間的線向下游延伸。本文中，下游涉及平行于排放流的流動(dòng)方向328的方向。換言之，根據(jù)本文公開(kāi)的主題的實(shí)施例，前緣被配置為向前斜傾，即，沿排放流的流動(dòng)方向斜傾。在另一實(shí)施例中，前緣的第一緣部304a是與第一壁部308a相交的緣部，如圖4所示。在此情形中，第一前端點(diǎn)320a是前緣304的第一緣部304a與第一壁部308a相交的點(diǎn)。同樣，在另一實(shí)施例中，前緣304的第二緣部304a是與第二壁部310a相交的緣部，如圖4所示。根據(jù)本文公開(kāi)的主題的實(shí)施例，可以根據(jù)與本文參照尾緣描述的實(shí)施例類似的實(shí)施例配置尾緣306，只是尾緣306 —般是朝段入口 324至少部分彎曲和/或傾斜的，從而使得尾緣相對(duì)于第一尾端點(diǎn)330a和第二尾端點(diǎn)330b之間的線向上游延伸。本文中，“上游”涉及與排放流的流動(dòng)方向328相反的方向。換言之，根據(jù)本文公開(kāi)的主題的實(shí)施例，尾緣通常被配置為向后斜傾，即，與排放流的流動(dòng)方向相反地斜傾。例如，在實(shí)施例中，類似于前端點(diǎn)320a、320b，第一尾端點(diǎn)330a被限定為尾緣306與第一壁部308a相交的點(diǎn)，并且第二尾端點(diǎn)330b被限定為尾緣與第二壁部310a相交的點(diǎn)。根據(jù)圖4所示的實(shí)施例，在第一壁部308a和第二壁部310a之間延伸的尾緣306面對(duì)段出口 326。在另一實(shí)施例中，同樣如圖4所示，尾緣306面對(duì)擴(kuò)散器300的擴(kuò)散器出口 313(見(jiàn)圖3)。根據(jù)實(shí)施例，尾緣具有第一緣部306a和第二緣部306b。尾緣306的第二緣部306b位于尾緣306的第一緣部306a和第二壁部310a之間。同樣,尾緣306的第一緣部306a位于尾緣306的第二緣部306b和第一壁部308a之間。根據(jù)另一實(shí)施例，尾緣306的第一緣部306a在尾緣306與第一壁部308a相交的第一尾端點(diǎn)330a處相對(duì)于垂直于第一壁部308a的法線方向332a朝段入口 324以角331a傾斜。根據(jù)另一實(shí)施例，尾緣306的第二緣部306b在尾緣與第二壁部310a相交的第二尾端點(diǎn)330b處相對(duì)于垂直于第二壁部的法線方向332b朝段入口 324以角331b傾斜。根據(jù)實(shí)施例，第一緣部306a、第二緣部306b，或如圖4所示，尾緣306的第一緣部306a和第二緣部306b兩者，可以被配置為彎曲的緣部。在這樣的實(shí)施例中，彎曲緣部306a、306b上的每個(gè)點(diǎn)都在此點(diǎn)的切線和相應(yīng)的法線方向332a、332b之間分別限定傾角，該傾角從彎曲緣部306a、306b與第一壁部308a、第二壁部310a相交的尾端點(diǎn)330a、330b處延伸。類似于前緣304，尾緣306還包括第三緣部306c，其在所示實(shí)施例中筆直緣部。在其它實(shí)施例中，緣(前緣304或尾緣306)的第一和第二緣部在其間沒(méi)有另一緣部的情況下向彼此延伸。換言之，在這類實(shí)施例中，緣由第一緣部和第二緣部組成。根據(jù)本文公開(kāi)的主題的撐材的另一設(shè)計(jì)參數(shù)是撐材或其段相對(duì)于擴(kuò)散器或燃?xì)鉁u輪機(jī)的軸向方向309 (見(jiàn)圖3)的定向。在圖4所示的實(shí)施例中，如圖4所示，當(dāng)看圖4的剖視圖時(shí)，外壁310和內(nèi)壁308基本是筆直并且不彎曲的。即，外壁310和內(nèi)壁308的表面大體為圓錐。如圖4所示，外壁310和內(nèi)壁308甚至可以基本平行于彼此并且沿?cái)U(kuò)散器300的軸向長(zhǎng)度的距離增加(增加較小)。圖5示出了根據(jù)本文公開(kāi)的主題的不交錯(cuò)的撐材段502的剖視圖。不交錯(cuò)的撐材段502與軸向方向309 (也在圖3中示出)對(duì)齊。此外，圖5示出了對(duì)于燃?xì)鉁u輪機(jī)的特定操作條件(具體是對(duì)于燃?xì)鉁u輪機(jī)的特定負(fù)荷)的排放流的流動(dòng)方向328。通常，燃?xì)鉁u輪機(jī)被設(shè)計(jì)為最好在預(yù)定條件(所謂的設(shè)計(jì)條件)下進(jìn)行操作。撐材被設(shè)計(jì)為在設(shè)計(jì)條件下與流動(dòng)方向?qū)R。然而，如果例如燃?xì)鉁u輪機(jī)的負(fù)荷改變，則流動(dòng)方向改變并且至少部分撐材不再與排放流的流動(dòng)方向?qū)R。這在圖5中示出，其中撐材段502的方向不與流動(dòng)方向328對(duì)齊。反而，流動(dòng)方向328與撐材段502的定向(其與軸向方向309對(duì)齊)偏離旋流角534。
圖6示出了根據(jù)本文公開(kāi)的主題的交錯(cuò)的撐材段602。交錯(cuò)的撐材段602相對(duì)于軸向方向309以旋流角634傾斜。在圖6所示的操作條件下，排放流的流動(dòng)方向328與撐材段602對(duì)齊，即，在圖6中燃?xì)鉁u輪機(jī)處于設(shè)計(jì)條件下。根據(jù)實(shí)施例，撐材不扭曲。例如，在另一實(shí)施例中，撐材在距第一壁部不同距離處的剖面互相平行對(duì)齊，或在另一實(shí)施例中，撐材在距第一壁部不同距離處的剖面的縱向方向互相平行對(duì)齊。因而，在實(shí)施例中，整個(gè)撐材相對(duì)于軸向方向轉(zhuǎn)動(dòng)(交錯(cuò))。圖7示出了根據(jù)本文公開(kāi)的主題的另一燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器700的一部分。燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器700的撐材702的包括不傾斜第三緣部704c的前緣704被配置為與圖3中的燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器300的撐材302的前緣304相同，并且不在此重復(fù)其描述。與圖3中的撐材302相反，撐材702包括筆直的尾緣706，并且在實(shí)施例中平行于撐材702的前緣704的不傾斜的第三緣部704c。根據(jù)實(shí)施例，第一壁或第一壁部是燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器的內(nèi)壁/內(nèi)壁部，例如，輪轂的壁或壁部。根據(jù)另一實(shí)施例，第二壁或第二壁部是燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器的外壁/外壁部，例如，外殼的壁或壁部。已經(jīng)利用3D計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)對(duì)具有六個(gè)撐材的燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器通道的60度扇形的計(jì)算說(shuō)明了合成斜傾撐材(即對(duì)撐材的上和下壁段應(yīng)用斜傾，如圖4所示)對(duì)擴(kuò)散器性能的作用。在此情形中，通道的周期邊界在撐材的兩個(gè)表面中的每個(gè)上延伸。通過(guò)延長(zhǎng)撐材的近壁段的翼弦完成合成斜傾，產(chǎn)生約25度的斜傾角，其向后與剩余的未斜傾段在距兩壁約20%跨度處融合。在設(shè)計(jì)條件下進(jìn)行計(jì)算，并且在12度的額外渦流被施加于設(shè)計(jì)入口渦流分布的偏離設(shè)計(jì)條件下進(jìn)行計(jì)算，該偏離設(shè)計(jì)條件因而在下壁附近引起約32度的旋流角并且在中間跨度周圍引起18度的旋流角。結(jié)果與利用相同型面段的筆直撐材和利用與不斜傾段的弦長(zhǎng)相同的弦長(zhǎng)的類似計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較。兩種撐材(斜傾和筆直)都是不交錯(cuò)的。在圖8a至圖11中示出了 CFD計(jì)算的結(jié)果。圖8a至圖8c示出了在距擴(kuò)散器下壁不同距離處的設(shè)計(jì)條件下，對(duì)于距擴(kuò)散器入口經(jīng)向距離，斜傾撐材與筆直撐材相對(duì)比的表面靜態(tài)壓強(qiáng)分布。圖8a示出了對(duì)于筆直撐材和對(duì)于具有約25度斜傾角的斜傾撐材在下壁(輪轂)處的表面靜態(tài)壓強(qiáng)分布。圖8b示出了在與下壁相距上壁和下壁之間的跨度的5%的距離處的各自表面靜態(tài)壓強(qiáng)分布。圖8c示出了在與下壁相距上壁和下壁之間的跨度的11%的距離處的各自表面靜態(tài)壓強(qiáng)分布。如從圖8a至圖Sc中顯然可見(jiàn)的，具體在下壁處，與筆直撐材相比斜傾撐材的壓強(qiáng)變化減小。除了在施加12度的額外入口旋流的偏離設(shè)計(jì)條件下計(jì)算了表面靜態(tài)壓強(qiáng)分布之夕卜，獲得圖9a至圖9c的條件與圖8a至圖Sc的條件相對(duì)應(yīng)?？梢钥闯?，通過(guò)減小撐材上的流動(dòng)加速度并與筆直撐材相比凈增加向前區(qū)域中的壓強(qiáng)，合成斜傾的3D作用最小化逆向壓強(qiáng)梯度。圖1Oa圖示在設(shè)計(jì)入口旋流型面上施加12度額外旋流的偏離設(shè)計(jì)條件下如參照?qǐng)D9a至圖9c描述的在內(nèi)擴(kuò)散器壁(輪轂)處流過(guò)斜傾撐材的流。反之，圖1Ob示出了使用筆直撐材的情況下相同條件下的流。如圖1Oa所示，即使在偏離設(shè)計(jì)條件下，斜傾撐材也不引起逆流并且應(yīng)用的斜傾導(dǎo)致不分離的擴(kuò)散器壁并且很大程度上最小化并延遲撐材表面上的流的分離。在另一方面，如從圖1Ob顯然可見(jiàn)的，在擴(kuò)散器壁和筆直撐材表面上都可以觀察到大的分離，并且因此，在筆直撐材區(qū)域不能再保持橫跨撐材的流轉(zhuǎn)向或旋流降低，導(dǎo)致如圖1Ob的1036處所示的逆流。在圖11中示出了在偏離設(shè)計(jì)條件下兩類撐材沿?cái)U(kuò)散器的經(jīng)向長(zhǎng)度的總體1-D平均靜態(tài)壓強(qiáng)恢復(fù)系數(shù)Cp (其是由Cp= (P-P1)/ (Ptll-P1)給出的標(biāo)準(zhǔn)化壓強(qiáng)，其中P是局部平均靜態(tài)壓強(qiáng)，Pi是擴(kuò)散器入口處的平均靜態(tài)壓強(qiáng)，POi是擴(kuò)散器入口處的平均總壓強(qiáng))的變化。與筆直撐材相反，可以看到由于改進(jìn)擴(kuò)散器通道中的流動(dòng)情況因而在具有斜傾撐材的擴(kuò)散器中剛好自撐材下游開(kāi)始總體壓強(qiáng)恢復(fù)提高更多。應(yīng)該注意，用語(yǔ)“包括”并不排除其它元件或步驟，并且表示英語(yǔ)不定冠詞的用語(yǔ)“一”并不排除多個(gè)。此外，可以結(jié)合那些聯(lián)系不同實(shí)施例描述的元件。還應(yīng)該注意，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被理解成限制權(quán)利要求的范圍。為了概括本發(fā)明的上述實(shí)施例，可以這樣表述:
描述了一種包括撐材的燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器，該撐材具有在第一壁部和第二壁部之間延伸的前緣，其中，前緣的第一緣部在前緣與第一壁部相交的第一前端點(diǎn)處相對(duì)于與第一壁部垂直的法線方向朝擴(kuò)散器段出口(即沿排放流的流動(dòng)方向)傾斜。因而，前緣朝擴(kuò)散器段出口部分地傾斜。
權(quán)利要求
1.燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器(100、300、700)，包括: 用于排放流的流路段(322)，所述流路段(322)在段入口(324)和段出口(326)之間延伸； 所述流路段(322)包括第一壁部(308a)和第二壁部(310a)； 撐材(202、302、502、602、702)，所述撐材具有在所述第一壁部(308a)和所述第二壁部(308b)之間延伸的前緣(204,304),所述前緣(204、304)面對(duì)所述段入口(324); 所述前緣(204、304)具有第一緣部(304a)和第二緣部(304b)，所述前緣(304)的所述第二緣部(304b)位于所述前緣(304)的所述第一緣部(304a)和所述第二壁部(310a)之間； 第一前端點(diǎn)(320a)，所述前緣(304)在所述第一前端點(diǎn)處與所述第一壁部(308a)相交；以及 第二前端點(diǎn)(320b)，所述前緣(30 4)在所述第二前端點(diǎn)處與所述第二壁部(310b)相交； 所述前緣(304)具有位于所述前緣(304)的第一緣部(304a)和所述前緣(304)的第二緣部(304b)之間的筆直的第三緣部(304c)； 所述前緣的所述第一緣部在所述第一前端點(diǎn)(320a)與所述第二前端點(diǎn)(320b)之間距離的20%至40%上延伸； 所述前緣(304)的所述第一緣部(304a)在所述第一前端點(diǎn)(320a)處相對(duì)于與所述第一壁部(308a)垂直的法線方向(319a)朝所述段出口(326)傾斜，由此減小了垂直于撐材的前緣的馬赫數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器，進(jìn)一步包括: 從所述第一前端點(diǎn)(320a)延伸的所述前緣(304)的第一緣部(304a);以及 從所述第二壁部(310a)延伸的所述前緣(304)的第二緣部(304b)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器，進(jìn)一步包括: 所述前緣(304)的所述第二緣部(304b在所述前緣(304)與所述第二壁部(310b)相交的所述第二前端點(diǎn)(320b)處相對(duì)于與所述第二壁部(310a)垂直的法線方向(319b)朝所述段出口(326)傾斜。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器，進(jìn)一步包括: 撐材(202、302、502、602、702)，所述撐材具有在所述第一壁部(308a)和所述第二壁部(3IOa)之間延伸的尾緣(206,306),所述尾緣(206、306)面對(duì)所述段出口(326); 所述尾緣(206、306)具有第一緣部(306a)和第二緣部(306b)，所述尾緣(306)的所述第二緣部(306b)位于所述尾緣(306)的所述第一緣部(306a)和所述第二壁部(310a)之間； 所述尾緣(306)的所述第一緣部(306a)在所述尾緣(306)與所述第一壁部(308a)相交的所述第一尾端點(diǎn)(330a)處相對(duì)于與所述第一壁部(308a)垂直的法線方向(332a)朝所述段入口(324)傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器，進(jìn)一步包括: 從所述第一尾端點(diǎn)(320a)延伸的所述尾緣(306)的所述第一緣部(306a);以及 從所述第二壁部(310a)延伸的所述尾緣(306)的所述第二緣部(306b)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器，進(jìn)一步包括: 所述尾緣(306)的所述第二緣部(306b)，其在所述尾緣(306)與所述第二壁部(310a)相交的所述第二尾端點(diǎn)(330b)處相對(duì)于與所述第二壁部(310a)垂直的法線方向(332b)朝所述段入口(324)傾斜。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器，其中，在所述第一前端點(diǎn)(320a)處，所述前緣(304)的所述第一緣部(304a)和垂直于所述第一壁部(308a)的所述法線方向(319a)之間的傾角(318a)在10度和45度之間的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器，其中，所述第三緣部將所述前緣的所述第一緣部與所述第二緣部連接。
9.一種燃?xì)鉁u輪機(jī)，包括根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器。
全文摘要
描述了一種燃?xì)鉁u輪機(jī)擴(kuò)散器(300)，其包括撐材(302)，所述撐材具有在第一壁部(308a)和第二壁部(308b)之間延伸的前緣(304)，其中所述前緣(304)的第一緣部(304a)在前緣(304)與第一壁部(308)相交的第一前端點(diǎn)(320a)處相對(duì)于與所述第一壁部(308a)垂直的法線方向(319a)朝段出口(326)傾斜，即沿排放流的流動(dòng)方向(328)傾斜。
文檔編號(hào)F01D25/16GK103154437SQ201180050304
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者S.格巴德博, 李延生 申請(qǐng)人:西門子公司