包括向心空气排放机构的涡轮机压缩器转子 技术领域 本发明涉及涡轮机 ( 例如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机 ) 的压缩器转 子中的向心空气排放机构。
背景技术 压缩器转子的叶片轮通过壁连接在一起，所述壁形成在盘之间共轴延伸的大致 柱形或截锥形的回转表面。 将盘连接在一起的所述壁可与一第一盘形成一体 ；或者，其 可在其一个轴向端处就位和紧固在该第一盘的侧面上，其相对的轴向端可包括通过螺栓 螺母类型的装置紧固到第二盘上的环形法兰。
已知的是，将转子装配于用于进给系统的向心流动空气排放机构，进给系统用 于对压缩机下游级和涡轮机涡轮边沿通气和 / 或冷却，并可用于清洁涡轮机。
在现有技术中，这些空气排放机构包括通路，所述通路形成为穿过将压缩器盘 连接在一起的壁，并向外通入在两个转子盘之间在壁内形成的环形腔中。
在压缩器的流动部分中流动的一部分空气通过将盘连接在一起的壁中的通路排 放，且其穿入环形腔中，在此处其沿转子盘而向心地流动，随后在涡轮机内和轴向柱形 套外从上游至下游流动，以达到涡轮。 然而，在转子盘之间的环形腔的中心处的涡流和 热损失相当大，这导致空气从压缩器下游级排放并由此导致涡轮机的消耗率增大。
而且，排放空气由于其与盘相比的高转速而被加热。 当空气带离系数 Ke( 其等 于压缩器中流动的排放空气的切向速度除以涡轮机压缩器转子转速的比率 ) 大于 1 时，有 必要增大排放空气的流速，以确保涡流部件的适当冷却。 然而，在特定区域中，特别是 在盘间腔中和在柱形套邻近处，在现有技术中的系数 Ke 可最高至 2.5。
为了减轻这种缺陷，已经建议利用在限定腔的盘的相对面上布置的大致径向片 来减小盘间腔中的空气的速度。 然而，这样的片不能使腔的中心区域中的热损失减小。
发明内容 本发明的具体目的在于，针对现有技术的问题提供一种更简单、更有效且更便 宜的解决方案。
为此，本发明提供一种涡轮机压缩器转子，其包括 ：至少两个叶片承载盘，其 在公共轴线上，并通过形成大致柱形回转表面的共轴壁连接在一起 ；向心空气排放机 构，其包括 ：空气通路，空气通路穿过所述壁并向外通入在所述盘之间且在所述壁内形 成的环形腔中 ；和由所述盘之一承载的大致径向的片 ；所述转子的特征在于 ：所述片与 所述盘沿轴向间隔开，并与穿过所述壁的通路大致沿径向对准，所述片仅在其轴向端之 一处连接到被紧固于所述盘的支撑机构。
根据本发明，一旦排放空气离开穿过将盘相连的壁的通路，则片使排放空气流 偏转。 片在腔的中心区域延伸，由此通过迫使空气向心地流动而用于限制此区域中的旋 涡和涡流。 本发明由此可避免驱散离开通路的空气喷射流，并避免形成产生热损失的涡
流。 由于这种热损失的减小，预计可使空气从更上游的压缩器级排放，由此能够使涡轮 机的消耗率减小，并且还能够降低排放空气的温度。 所述片以与压缩器转子相同的旋转 速度旋转，它们还限制排放空气与转子相比的速度的增大 (Ke ＝ 1)。 通过在所述盘上形 成层，到达盘的径向面的空气自然地沿着盘朝向旋转轴线流动，所述层为也可用于大气 或海洋环境中的类型且已知为 Ekman 层。
而且，根据本发明的特征，所述片通过它们的轴向端中的一个连接到被紧固于 所述盘中一个的支撑机构上，其中每个片由此使其轴向端中的一个成为自由端。
所述空气通路可形成为穿过在迷宫式密封部下游的形成回转表面的壁，迷宫式 密封部与安装在两个转子盘之间的喷嘴配合。 所述片可由限定所述腔的下游盘承载。
优选地，所述片围绕所述转子的轴线均匀地分布，并且相对于所述转子轴线而 倾斜。
这些片可为平板。 在一变例中，所述片是翼面，每个翼面具有径向外前边缘和 径向内后边缘。
所述片可相互独立地连接到前述盘上。 然后，每个片可与被紧固到所述盘的大 致沿径向取向的支撑元件整体形成。 在一变例中，所述片装配和紧固到大致径向的环形 元件，该环形元件进而通过例如螺栓螺母类型的机构紧固到所述盘的环形法兰上，由此 使得片能够被拆卸。 这样，片最多由一个环形元件承载，它们因而不位于两个环形元件之间。 这用 于避免在各片之间流动的空气保持 “滞留”，由此允许对片近处的空气流动产生影响。 通过将片紧固到单一环形元件，可实质上增大片的有效部分 ( 沿片的宽度方向 )，然而， 不穿过各片之间的空气流部分由于与穿过各片之间的空气流部分的粘性摩擦而被带离。
优选地，所述片的径向外端与包括所述空气通路的壁沿径向分隔开一给定距 离。 所述片可在所述盘的径向尺寸的仅一部分上朝向旋转轴线延伸。
所述片呈现的宽度或轴向尺寸可接近于穿过形成回转表面的壁的空气通路的直 径。 此尺寸优选地小于在所述盘之间的轴向距离的一半，例如小于所述距离的 30％。
因此，片具有小的宽度，从而能够减少组装各部件所用时间并减少所述片的成 本和重量。
除了本发明的片具有相对较小宽度以外，如果存在所述优选的通路，则大多数 排放气体自然地朝向片流动。 所述通路实现最低热损失并由此使空气流最易于流动。
在与片相距一段距离定位的上游盘上，片的影响减小，预计可能会产生低速向 心空气流或甚至对流动不利的涡流，然而，由于转子旋转所致的动态影响形成了促使空 气向心流动的前述 Ekman 层。 这样，在这些层中，径向速度仍然较高，并有利于向心流 动。
本发明还提供一种涡轮机，例如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，其 特征在于，其包括如前述的压缩器转子。
附图说明
通过以下参照附图以非限制性示例方式进行的描述，本发明可被更好地理解， 而且本发明的其他细节、特征和优点将变得更加显见，其中 ：图 1 是涡轮机的轴向截面的局部示意性半视图，其中具体包括压缩器、燃烧室 和涡轮 ；
图 2 是放大率大于图 1 的轴向截面的局部示意性半视图，其中显示出本发明中压 缩器转子装配于向心空气排放机构 ；
图 3 是图 2 的线 A-A 上的截面图 ；
图 4 是本发明的空气排放机构的变化实施例的示意性立体图 ；和
图 5 是图示出在给定压缩器转子内盘腔中半径时径向空气速度随所述腔的宽度 或轴向尺寸而变化的图线。 具体实施方式
首先参见图 1，其中显示出装配有现有技术的向心空气排放机构 44、48 的涡轮 机的一部分。
该涡轮机具体包括 ：压缩器、燃烧室以及涡轮。 压缩器 14、16 被部分地显示， 并包括具有多个轴向压缩级 14 的上游模块和具有离心压缩级 16 的下游模块。 压缩器的每 个轴向级 14 包括 ：由盘 18、20 形成的转子轮，其中所述盘在其外周边处承载叶片 22 ； 和喷嘴 24，其位于轮的下游并通过环形列的静止喷嘴叶片形成。
转子盘 18、20 安装在与它们并与离心级 16 的叶轮 26 共有的轴线上，叶轮 26 本 身通过燃烧室的内柱形壳体 28 紧固到涡轮的转子轮上。 涡轮的轮通过边沿 30 形成，边 沿 30 在其外周边上承载叶片 32。
压缩器转子的盘 18、20 通过壁 36、38 连接在一起并连接到叶轮 26，壁 36、38 形成大致柱形或截锥形的围绕转子旋转轴线延伸的回转表面。
图 1 仅显示出压缩器转子的两个盘 18、20。 下游盘 20 与用于紧固叶轮 26 的大 致截锥形下游壁 38 形成为单一件，所述单一件具有用于紧固到上游盘 18 上的大致柱形的 上游壁 36。 壁 26 的上游端承载环形法兰 40，环形法兰 40 压靠盘 18 的下游径向面并通 过螺栓螺母类型的装置紧固到所述盘上，下游端 38 承载环形法兰 42，环形法兰 42 通过螺 栓螺母类型的装置紧固到叶轮 26 上。
在已知方式中，压缩器转子的壁 36、38 承载外环形擦扫器 46，擦扫器 46 通过抵 靠由耐磨材料制成的由喷嘴 24 承载的元件并摩擦而配合，以形成迷宫型的密封部。
向心空气排放机构安装在涡轮机压缩器的两个连续级的转子盘之间。 在所示的 示例中，这些机构设置在盘 18 和 20 之间，它们包括径向通路 48，径向通路 48 形成为穿 过盘 30 的壁 36 并向外通入由盘 18、20 和将这些盘连接在一起的壁 36 限定的环形腔 50 中。 空气排放机构还包括两环形行的片 44，它们在腔 50 内大致沿径向延伸并与盘 18、 20 整体形成。 片 44 形成在盘的相对的侧面上，它们在其径向尺寸的大部分上延伸。
在压缩器的流动部分中流动的一部分空气沿径向从外向内通过壁 36 中的通路 48 并穿入环形腔 50 中。 此空气的一部分由此至盘 18、20 的相对的面，并自然地沿着盘朝 向旋转轴线 ( 虚线 54) 流动。 其余空气到达存在大量旋涡和涡流 ( 虚线 56) 的区域中的 腔的中心。 然后，离开腔 50 的空气围绕柱形套 52 从上游向下游沿轴向被引导，其中柱 形套 52 在盘 18、20、压缩器叶轮 26、和涡轮边沿 30 的内侧共轴地延伸。 空气沿轴向流 动直至涡轮，并且可用作进给系统用于对涡轮部件冷却和 / 或通风 ( 虚线 58)。按照向心方式沿盘 18、20 自然流动的空气被所述片限制而以与压缩器转子大致 相等的速度旋转 (Ke ＝ 1)。 然而，这些片不用于导引或减缓在热损失较高之处的腔 50 的 中心区域中的空气。
本发明用于利用偏转器片至少部分地解决这些问题，偏转器片与转子的盘 18、 20 沿轴向错开，并且与将这些盘连接在一起的壁中的空气通路 48 沿径向对准。
本发明可显著减小排放空气流中的热损失和预计从沿压缩器的更上游排放空 气，从而限制涡轮机的消耗率。
在图 2 和 3 中所示的示例中，前述的参见图 1 的元件由相同的数字加 100 表示。
在此，偏转器片 160 由环形元件 162 承载的平板形成，环形元件 162 本身由螺栓 螺母等类型的装置紧固到下游盘 120 的环形法兰 164 上。 环形元件 162 由一在所示示例 中大致沿径向的壁形成。
片 160 围绕转子的轴线规则地分布，每个片相对于穿过所述轴线的半径而稍稍 倾斜 ( 图 3)，以形成在操作时向内吸入空气流的效果。 片 160 装配在环形元件 162 的面 ( 在所示示例中为其上游面 ) 上，它们通过例如硬焊或熔焊而紧固到所述面上。
片 160 在承载片的盘 120 的壁的径向尺寸的仅一部分上延伸。 片 160 的径向内、 外端与环形壁 162 的内、外周边边缘相距一径向距离。 片 160 还与将盘连接在一起的壁 136 分开一给定径向距离。 环形元件 162 可为扇形，或者其可在 360°上连续。 此元件形成离开壁 136 的通 道 148 的空气流的补充的引导机构。
元件 162 在接近于其内周边边缘处具有环形行的孔 166，以使前述螺栓螺母类型 的装置穿过。
元件 162 的内周边压靠被布置在其上游侧上的盘 120 的环形法兰 164。 法兰 164 通过相互分开的轴向凸部连接到盘上，从而允许空气在盘与元件 162 之间在所述凸部之 间沿盘 120 向心地流动。
在元件 162 与盘 120 之间的轴向距离 168 被确定而使得片 160 与空气出口通路 148 大致沿径向对准，如图 2 中可见。
在操作中，离开通路 148 的空气的一部分因而通过片 160 被吸入，其中，片 160 以与压缩器转子相同的速度旋转并由此用于在排放空气离开开口时使其偏转和用于降低 所述空气的速度而使其不超过转子的速度 (Ke ＝ 1)。 这样，本发明可避免在腔 150 的中 心形成涡流，并由此限制排放空气流的热损失。 排放空气的其余部分沿盘 118、120 自然 地朝向转子的轴线流动，从而形成 Ekman 层。
在图 4 中所示变例中，片 260 通过翼面形成，每个翼面具有相对于排放空气的前 边缘和后边缘，前边缘在径向外侧上，后边缘在径向内侧上。
片 260 围绕转子的轴线规则地间隔开，它们可相对于所述轴线稍稍倾斜，以产 生前述的吸入效应。
片 260 相互独立地通过支撑构件 262 连接到盘 220。 在所示的示例中，这些构 件 262 由围绕转子轴线沿径向延伸并且介于片 260 与盘 220 之间的大致矩形的小板形成。 每个构件 262 在片 260 的径向尺寸的约一半上延伸。 这些构件 262 允许空气在相互之间 沿盘 220 而向心地流动。 片 260 与盘 220 相距一轴向距离，与壁 236 相距一径向距离，
从而大致位于腔 250 的中心处，并与壁 236 中的空气通路 248 大致沿径向对准。
在未示出的另一变例中，空气排放通路 148、248 形成在壁 136、236 的上游端 部分上，例如在所述壁的擦扫器的上游。 在又一变例中，偏转器片 160、260 由上游盘 118、218 承载。
排放空气的温度约为 500° K，排放空气的流速约为 100 克 / 秒 (g/s)。
图 5 显示出沿给定半径的盘间腔 150、250 的宽度的空气的径向速度的图形。 在图中从左到右，可以看到 Ekman 层对在各区域上流动的空气速度的影响 ：在上游盘 118、218( 区域 1) 上流动的空气的速度，随后是较小径向速度的部分 ( 区域 2)，随后是 由于与在片 160、260( 区域 3) 之间流动的空气的粘性摩擦所致的渐增的空气向心带离， 和最终的穿过各片 ( 区域 4) 之间的空气的最大径向速度。