[发明专利]用于齿轮传动涡扇发动机的低噪声压缩机转子

说明书

本申请是2014年7月31日提交的、名称为“用于齿轮传动涡扇发动机的低噪声压缩机转子”、申请号为201380007480.8的中国专利申请的分案申请。

背景技术

本申请涉及燃气涡轮发动机转子的设计，其可操作成产生对人体听力较不敏感的噪声。

燃气涡轮发动机是已知的，并且通常包括输送空气进入压缩机的风扇。空气在压缩机内被压缩并且被输送至下游进入燃烧室区段，在此空气与燃料混合并被点燃。该燃烧的产物向下游经过涡轮转子，从而驱动涡轮转子旋转。

通常，存在高压涡轮转子及低压涡轮转子。每个涡轮转子包括随着转子旋转的数列涡轮叶片。翼片散布在涡轮叶片的列之间。

高压涡轮转子通常驱动高压压缩机转子，并且低压涡轮转子通常驱动低压压缩机转子。每个压缩机转子也包括随着转子旋转的数个压缩机叶片。在压缩机叶片的列之间也散布有翼片。

低压涡轮或压缩机可能是明显的噪声源，因为噪声是由叶片列和翼片列之间的流体动力相互作用产生的。这些相互作用产生在低压涡轮转子、低压压缩机转子的每一个的叶片通道频率处的音调及其泛音。

噪音通常可能处于对人体很敏感的频率范围。为缓解这个问题，在过去，翼片叶片比被控制在特定数值之上。例如，翼片叶片比可被选定为1.5或者更大，以防止基本的叶片通道音调传播至远场。这被称为“截断”。

然而，声学上的截断设计可能是以增加重量和减小气动效率为代价的。换另一种说法，通过使设计者局限于特定的翼片叶片比，设计者可能被限制而无法基于预期发动机的其他特性来选择这样的比值。

历史上，低压涡轮同时驱动低压压缩机区段和风扇区段。最近，齿轮减速器已被设置为使得能够以不同的速度来驱动风扇和低压压缩机。

发明内容

在特定的实施例中，一种燃气涡轮发动机包括：风扇和涡轮区段，所述涡轮区段具有风扇驱动涡轮转子，所述风扇驱动涡轮转子驱动压缩机转子；齿轮减速器，所述齿轮减速器使得所述风扇的速度相对于来自驱动所述压缩机转子的所述风扇驱动涡轮转子的输入速度减小；所述压缩机转子在所述压缩机转子的多列的至少一列中具有数个压缩机叶片，所述叶片至少在一段时间内以转速工作，所述至少一列中的所述压缩机叶片的数量和所述转速使得以下公式对于所述压缩机转子的所述至少一列成立：(所述叶片的数量×所述转速)/60≥5500Hz；并且所述转速是以转每分为单位的。

在根据前述实施例的另一个实施例中，所述公式产生大于或者等于约6000Hz的数值。

在根据前述任何实施例的另一个实施例中，所述燃气涡轮发动机额定产生约15000磅或更大的推力。

在根据前述任何实施例的另一个实施例中，所述公式对于所述压缩机转子的叶片列中的大多数成立。

在根据前述任何实施例的另一个实施例中，所述燃气涡轮发动机额定产生约15000磅或更大的推力。

在根据前述任何实施例的另一个实施例中，所述齿轮减速器具有大于约2.3的齿轮比。

在根据前述任何实施例的另一个实施例中，所述齿轮减速器具有大于约2.5的齿轮比。

在根据前述任何实施例的另一个实施例中，所述风扇输送空气进入旁通导管，并且一部分空气进入所述压缩机转子，旁通比定义为被输送至所述旁通导管中的空气体积比上被输送至所述压缩机转子中的空气体积，所述旁通比大于约6。

在根据前述任何实施例的另一个实施例中，所述旁通比大于约10。

在根据前述任何实施例的另一个实施例中，所述公式产生大于或者等于约6000Hz的数值。

在根据前述任何实施例的另一个实施例中，所述转速是进场速度。

在根据前述任何实施例的另一个实施例中，所述涡轮区段包括较高压力涡轮转子和较低压力涡轮转子，并且所述风扇驱动涡轮转子是所述较低压力涡轮转子。

在根据前述任何实施例的另一个实施例中，所述压缩机转子是较低压力压缩机转子，并且所述较高压力涡轮转子驱动较高压力压缩机转子。

在另一个特定实施例中，一种设计燃气涡轮发动机的方法包括如下步骤：包括风扇和涡轮区段，所述涡轮区段具有风扇驱动涡轮转子以驱动压缩机转子并且用于通过齿轮减速器驱动风扇，以及选择所述压缩机转子的至少一列中的叶片的数量和所述压缩机转子的转速使得以下公式对于所述压缩机转子的所述至少一列成立：(所述叶片的数量×所述转速)/60≥5500Hz；并且所述转速是以转每分为单位的。

在根据前述任何实施例的另一个实施例中，所述公式产生大于或者等于约6000Hz的数值。