涡轮机械整流器级，带有具有根据叶片的取向的可变截面的冷却空气泄漏通道的制作方法

1.本发明涉及涡轮机械(turbomachine)领域，更具体地涉及涡轮喷气发动机，更具体地涉及旁通涡轮喷气发动机。


背景技术：

2.在涡轮机械中，该涡轮机械由于多个周向定子和转子沿纵向轴线从所述机械(尤其是双流型的)的上游到下游彼此跟随而可以被认为是轴向的，确定主气体发生器流量。涡轮机械包括压缩机、燃烧室和确定主流的主细流的涡轮机(turbine)。已知提供从主细流、从压缩机到涡轮机的空气泄漏通道，以确保冷却涡轮机和可能的其他部件，例如压缩机的下游侧。
3.公开的专利文献fr 2 690 482 a1公开了一种用于冷却高压压缩机和涡轮机的双流轴流式涡轮机械中的放气泄漏回路。为此，回路在与低压和高压压缩机流体连接的环形管道中提供第一源，在高压压缩机中提供第二源。环形管道对应于涡轮机械的主细流。第一源向涡轮机提供围绕中心轴的冷却回路或低压，而第二源向高压压缩机和高压涡轮机下游围绕中心轴外的轴或高压提供另一冷却回路。来自第二源的空气比来自第一源的空气温暖。阀门可以调节两种气流。该文献中公开的源在主细流的外壳上形成进气口，然后该回路朝向二次流的细流延伸以进入源上游的中间壳中。从制造成本的角度以及从压降的角度来看，这种复杂的回路配置可能被证明是不利的。
4.公开的专利文献wo 2009/144300 a1公开了一种轴向涡轮机械涡轮机冷却回路的构造，其中在高压涡轮机盘上的安装凸缘中提供孔口以便实现冷却流的轴向通道。
5.特别关键的冷却需求是高压涡轮机盘。冷却空气在高压轴和高压涡轮机盘的孔之间轴向循环。这种冷却通常称为“孔(bore)冷却”。它的大小根据不同的妥协而定。发动机间隙，包括为引气源提供的间隙，根据不同的操作点进行了优化。“孔冷却”截面(可以根据发动机速度和发动机速度加速或减速的或多或少的快速变化而变化：间隙越大，孔冷却截面获得更大空气流量的效果就越好，但是发动机性能将受到影响，因为泄漏会降低主细流中转子和定子的效率。涡轮机械怠速运行的情况会影响尺寸折衷。在瞬态阶段怠速时的孔冷却截面是一主要问题：如果用于冷却涡轮机间隙的孔冷却截面没有得到充分优化，这些间隙可能会保持非常封闭，例如在快速加速期间。发动机长时间怠速后，其可能会损坏涡轮机发动机。


技术实现要素：

6.本发明的目的是弥补上述现有技术的至少一个缺点。更具体地说，本发明的目的是要允许所有速度的令人满意的冷却，同时在标称操作中将其保持在最小，并且以有效的方式这样做。
7.本发明涉及一种轴向涡轮机械，包括:压缩装置，其具有带有可变取向轮叶的整流
级；压缩装置下游的燃烧室；燃烧室下游的涡轮机装置；以及压缩装置和涡轮机装置之间的由压缩装置压缩的空气的泄漏通道，用于冷却所述涡轮机装置；其中整流器级被配置成根据所述级的轮叶(vane)的取向来调节泄漏通道的横截面。泄漏通道延伸至涡轮机装置。
8.压缩装置、燃烧室和涡轮机装置形成主环形细流，并在所述细流内限定一个或多个外壳。有利的是，泄漏通道穿过外壳或至少一个外壳。轴向涡轮机械包括沿着所述涡轮机械的轴线同心的内轴和外轴。有利的是，泄漏通道部分地沿着外轴延伸。
9.根据本发明的有利实施例，整流器级对泄漏通道横截面的调节使得当所述级减小压缩装置中的通道横截面时，泄漏通道的横截面增大，反之亦然。
10.根据本发明的有利实施例，整流器级的至少一个轮叶包括根部，该根部具有孔口或凹口，该孔口或凹口与在所述整流器级的内环上的孔口或凹口形成泄露通道，泄漏通道根据所述级的轮叶的取向进行调节。至少一个轮叶可以对应于整流器级的仅轮叶之一、有限数量的轮叶或者甚至所有轮叶。
11.根据本发明的有利实施例，泄漏通道包括与由整流器级形成的调节泄漏通道并联的非调节泄漏通道。
12.根据本发明的有利实施例，整流器级的内环包括面向涡轮机械中间壳上的环形管道边缘的上游边缘，所述边缘之间的间隙形成非调节泄漏通道。
13.根据本发明的有利实施例，对于整流器级的至少一个轮叶中的每一个，根部包括平台，该平台具有垂直于对应于所述轮叶的旋转轴的径向方向的内表面，所述根部的孔口或凹口形成在所述平台中，并且穿过所述平台中的孔口或凹口的泄漏通道平行于所述径向方向。
14.根据本发明的有利实施例，对于整流器级的至少一个轮叶中的每一个，平台上的孔口或凹口以及环上的孔口或凹口之一的尺寸大于另一个，从而在轮叶的大于15
°
的角定位范围内形成最大通道截面。有利的是，该范围小于35
°
。
15.根据本发明的有利实施例，对于整流器级的至少一个轮叶中的每一个，根部的孔口或凹口具有大于10mm2和/或小于30mm2的通道截面。
16.根据本发明的有利实施例，压缩装置包括经由形成在涡轮机械的中间壳上的环形导管的低压压缩机和低压压缩机下游的高压压缩机，整流级位于高压压缩机的入口，在所述环形导管的下游。这种环形管道是涡轮机械的主细流的截面。
17.根据本发明的有利实施例，泄漏通道在涡轮机装置的转子的孔和轴的外表面(优选在涡轮机的外部)之间通过。
18.本发明的主题还在于一种用于轴流式涡轮机械的具有可变取向轮叶的整流器级，包括一排轮叶，每个所述轮叶包括径向延伸的空气动力叶片和位于空气动力叶片下端处的根部；接收轮叶的根部的内环；轮叶可径向取向；其中，对于至少一个轮叶，根部包括孔口或凹口，该孔口或凹口与内环上的孔口或相应凹口一起形成泄漏通道，该泄漏通道具有取决于所述至少一个轮叶的取向的可变截面。
19.本发明的措施是有利的，因为它们使得有可能调节由压缩装置压缩的空气的泄漏通道截面，以便通过同样受控的设备冷却特别是涡轮机装置。在精确要求修改通道截面的涡轮机械运行条件下。这些设备实际上链接到具有可取向轮叶的整流器级，优选位于高压压缩机的入口处，并且根据所述轮叶的角度取向而变化。这些设备有利地由轮叶的根部控
制，并且可以采取各种形式。它们可以采取空气通道间隙的形式，该间隙的大小根据轮叶的角度取向而变化。这些设备优选地由形成在轮叶根部并与接收所述支脚的内环上的相应孔口或凹口配合的孔口或凹口形成。
20.从描述和附图中将更好地理解本发明的其他特征和优点。
附图说明
21.图1是根据本发明的涡轮机械的纵向截面图，示出了来自高压涡轮机的冷却空气泄漏通道。
22.图2是图1的涡轮机械的高压压缩机的入口整流器级的透视图，其中叶片处于减小通道截面的位置，对应于怠速。
23.图3是图2的详细视图，示出了由整流器级产生的模块化漏气通道，处于打开状态。
24.图4对应于图2，其中叶片处于增加通道截面的位置，对应于速度的加速或以标称速度运行。
25.图5是图4的详细视图，其示出了由整流器级产生的模块化漏气通道，处于关闭状态。
26.图6是图1至图5的涡轮机械的整流器级的内环的透视图。
27.图7是图1至5的涡轮机械的整流器级的叶片的透视图。
具体实施方式
28.在随后的描述中，由术语“内侧”和“外侧”表达的定位概念，包括它们的复数和它们的阴性，应相对于涡轮机械主轴的径向方向来理解。因此，对于涡轮机的一元件，术语“外侧”表示比术语“内侧”更远离轴线，反之亦然。
29.图1是根据本发明的轴向涡轮机械的纵向截面图。在这种情况下，轴流式涡轮机械2是双流型的，更准确地说，仍然是飞机涡轮喷气发动机。
30.轴流式涡轮机械2通常包括中心轴4，称为低压(lp)轴，以及与中心轴4同心的外轴6，称为高压(hp)轴。中心轴4支撑涡轮风扇或进气风扇(未示出)和低压压缩机转子8(未详细示出)。外轴6本身支撑位于低压压缩机8下游的高压压缩机转子10。固定的燃烧室12布置在高压压缩机10的下游。高压涡轮机14直接布置在燃烧室的下游。所讨论的涡轮机包括盘形式的转子14.1，转子14.1具有叶片14.2并由外轴6支撑，以便驱动高压压缩机10。低压涡轮16布置在高压涡轮机14的前面，并且包括由中心轴4支撑的转子，以便驱动低压压缩机8和涡轮风扇。刚刚描述的轴流式涡轮机的结构是传统的，并且本身为本领域技术人员所熟知的。
31.仍然参考图1，可以观察到，示出了从压缩部分到涡轮部分的冷却空气泄漏通道18。该通道18包括位于环形导管20出口处的进气口18.1，该环形导管20由轴向涡轮机械的中间壳体形成，将低压压缩机8连接到高压压缩机10。更具体地，进气口18.1处于环形导管20的内壁20.1的水平处，更具体地，仍然处于高压压缩机10的入口(rde)的整流级22的水平处。如图1所示，冷却泄漏空气18的通道沿着倾斜路径在支撑外轴6的轴承和高压压缩机的转子之间延伸，并且在外轴6和高压压缩机的转子之间轴向延伸，并且固定元件基本上位于燃烧室12的水平处，然后沿着低压涡轮机16的转子在外轴6和高压涡轮机14的盘14.1中形
成的孔之间通过，并在低压涡轮机16的出口处与主流汇合18.2。
32.如在图1中可以看出的，外轴6的外表面和转子盘14.1的孔之间的通道18具有减小的截面，确保了促进热交换的高流速。壁和运动流体之间的强制对流传热可以用努塞尔数(nu)来表征，该努塞尔数直接取决于雷诺数。换句话说，以稍微简化的方式，该通道中的湍流有利于显著的热交换，这使得有可能保护高压涡轮机14的转子，在这种情况下是盘14.1，在燃烧室12的出口处支撑涡轮叶片14.2，因此承受非常高的温度。如在图1中可以看出的，通道18在外轴6的外表面和各种盘之间具有几个减小的截面，例如特别是高压压缩机转子10的盘，这也确保了显著的热交换。而且有用。这种冷却通常用表述“孔冷却”来表示，因为冷却基本上是通过盘的孔的这些缩小截面进行的。
33.图2是环形管道20的出口和图1的高压压缩机10入口处的整流器级22的透视图。整流器级22包括一排径向布置的叶片24，以及接收轮叶24的根部24.2的一内部环26。在图2中，仅示出了五个轮叶24，其中第一轮叶在纵向平面中的截面中。高压压缩机10的第一排转子叶片，位于整流器级22的直接下游并且在图1中可见，未被示出。可以观察到，环形管道20由内壁20.1和外壁20.2界定，并且基本上轴向取向的固定轮叶20.3径向地设置在所讨论的壁之间。每个可取向轮叶24包括径向延伸的气动轮叶24.1、位于气动轮叶24.1内端的根部24.2和位于所述轮叶24.1外端的头部24.3。轮叶的头部24.3布置在形成于外壁20.2中的相应壳体中。轮叶24都可围绕径向旋转轴线以同步方式取向，以便改变通过轴向涡轮机械的压缩机的空气的通道截面。轮叶的可取向安装及其同步控制本身对于本领域技术人员来说是众所周知的。然而，整流器级22具有其形成泄漏通道18的进气口18.1的特殊性，更准确地说是具有可根据轮叶24的角位置调节的截面的空气泄漏通道18.1.1。
34.图3是在环26中以截面示出的轮叶24的根部24.2的植入的详细视图。根部24.2主要包括接合在环26中产生的孔26.1中的轴颈24.2.1，以及平台24.2.2，最好是圆形的，容纳在形成在环中的与孔26.1同心的沉孔26.2中。平台24.2.2包括穿过它的孔口24.2.3，并且环的埋头孔26.2包括与平台的孔口24.2.3相对设置的相应孔口26.3。如图3所看到的，具有可调截面18.1.1的泄漏通道通过孔口24.2.3和26.3形成。可以调节该通道，因为轮叶24的旋转趋于使孔口24.2.3和26.3不对准将减小通道截面并可能将其关闭。在图3的角度位置，模块化泄漏通道18.1.1的截面最大。
35.刚刚描述的具有可调节通道截面的泄漏通道18.1.1可以形成在整流器级22的每个轮叶24、一些轮叶24或设置轮叶24之一上。
36.有趣的是注意到，可以提供另一个泄漏通道18.1.2，与具有可调节通道截面的泄漏通道18.1.1平行。泄漏通道18.1.2基本上由内壁20.1的前边缘20.1.1和面向环26的边缘26.4之间的间隙限定。该通道不能调整，因为它不能按需改变。它的截面是固定的，只是它可以根据轴流式涡轮机械的各个部件的膨胀而变化。
37.图4和图5对应于图2和图3，其中轮叶处于另一个角度或取向。
38.在图4中，可以观察到整流器级22的轮叶24更多地沿轴向方向取向，对应于更大的空气流速，例如加速度或甚至标称速度。
39.在图5中，我们观察到形成在叶片24的根部24.2的平台24.2.2上的孔口24.2.3不再与形成在环26中的相应孔口26.3相对。然后，具有可调节截面的泄漏通道18.1.1关闭。非调节截面泄漏通道18.1.2保持打开。在这些操作条件下，用于冷却特别是高压涡轮机的空
气泄漏流量仅经由非调节截面泄漏通道18.1.2就足够了，这主要是由于环形管道20中的压力更大并且从而确保足够的流量。足够的流量将在具有减小截面的各个通道中产生流速，在这种情况下，在外轴6的外表面和各个盘之间，这些盘足够大以确保充分的热交换并因此保证令人满意的冷却。
40.如在图3和5中所看到的，摩擦环可以设置在轮叶24的根部24.2的轴颈24.2.1和环26中的相应孔26.1之间。该环可以具有支撑在平台24.2.2上(在这种情况下，支撑在所述平台的内表面上)的凸缘。凸缘的外径被选择成避免分别与轮叶24和环26上的孔口24.2.3和26.3干涉。
41.图6是先前详述的整流器级22的环26的一部分的透视图。我们可以看到上面详述的孔26.1、埋头孔26.2和孔口26.3。
42.图7是整流器级22的轮叶24之一的透视图。可以看出，轮叶头部24.3也可以具有平台，类似于轮叶的根部24.2的平台24.2.2。头部24.3可以以未示出的方式具有用于与轮叶的控制杆旋转连接(例如用于传统已知类型的致动)的装置。