用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的具有加熱元件的渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及渦輪發(fā)動機(jī)，并且更特別地涉及使得能夠?qū)崿F(xiàn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的熱啟動而沒有渦輪葉片與徑向向外密封表面干涉的風(fēng)險的系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0002]典型地，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)包括用于壓縮空氣的壓氣機(jī)、用于使壓縮空氣與燃料混合并點(diǎn)火混合物的燃燒器和用于產(chǎn)生動力的渦輪葉片組件。燃燒器經(jīng)常在可能超過2，500華氏度的高溫下操作。典型的渦輪燃燒器配置使渦輪葉片組件暴露于這些高溫下。因為這些大的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的質(zhì)量，發(fā)動機(jī)在停機(jī)之后花費(fèi)長時間以冷卻下來。組成部件中的很多都以不同速率冷卻，并且作為結(jié)果干涉在各種組成部件之間發(fā)展。渦輪葉片尖端與被定位在渦輪葉片的緊接著徑向向外的葉片環(huán)之間的間隙是其中經(jīng)常發(fā)展干涉的這樣的配置。更具體地，具有葉片環(huán)的渦輪翼片載體典型地比包括渦輪葉片的渦輪轉(zhuǎn)子組件冷卻得快。作為結(jié)果，渦輪翼片載體在直徑上比渦輪轉(zhuǎn)子組件更多地減小。因此，如果期望在燃?xì)鉁u輪已完全冷卻之前啟動燃?xì)鉁u輪，則存在有歸因于來自由于葉片環(huán)和渦輪翼片載體比渦輪轉(zhuǎn)子組件冷卻且收縮得快所引起的渦輪葉片尖端與葉片環(huán)之間的干涉的渦輪葉片尖端摩擦而對渦輪葉片造成損壞的顯著風(fēng)險。因此，存在著用于減少停機(jī)之后渦輪翼片載體和葉片環(huán)冷卻的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]公開了一種配置成限制燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的停機(jī)期間在包圍渦輪翼型組件的外殼內(nèi)創(chuàng)建熱梯度并用于在冷啟動期間預(yù)加熱發(fā)動機(jī)的渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)。通過減小外殼中的中間區(qū)域空腔內(nèi)的由于熱空氣浮力引起的熱梯度，可以防止外殼的拱形和蜿蜒彎折，由此降低了葉片尖端摩擦的可能性和燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的熱重啟期間潛在的葉片損壞。渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)也可以用于冷啟動條件以加熱發(fā)動機(jī)組成部件使得渦輪翼型尖端與鄰接的葉片環(huán)之間的間隙可以由于熱膨脹而變大，由此減小損壞的風(fēng)險。渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)可以在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的停機(jī)之后的盤車裝置(turning gear)系統(tǒng)操作期間操作以允許外殼從頂部到底部均勻地冷卻下來，或可以在冷啟動期間操作以預(yù)加熱渦輪發(fā)動機(jī)組成部件。
[0004]渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)可以包括包圍燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的翼型組件的外殼，翼型組件被同軸地定位在外殼內(nèi)使得在外殼與翼型組件之間存在空腔。渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)還可以包括被定位在外殼的水平延伸的中心線的上方以將被加熱的空氣排放到空腔內(nèi)的第一空氣噴射器。第一空氣噴射器可以由第一空氣噴射器主體形成，在第一空氣噴射器主體中定位有至少一個排放孔口。渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)可以包括延伸到空腔內(nèi)用于加熱空腔內(nèi)的空氣的至少一個加熱元件。
[0005]第一空氣噴射器主體可以具有當(dāng)軸向觀察時包括比圓形頭寬的徑向向外基表面的截面形狀。第一空氣噴射器主體可以具有利用圓形頭聯(lián)接到一起的彎曲的上游表面和彎曲的下游表面。彎曲的上游表面可以包括通過彎曲的過渡部與大致線性頭部分開的第一大致線性基部，其中大致線性頭部鄰接于圓形頭。在至少一個實施例中，下游表面可以比上游表面長。第一空氣噴射器主體可以具有當(dāng)軸向觀察時包括比徑向最內(nèi)點(diǎn)寬的徑向向外基表面的截面形狀。第一空氣噴射器主體的基表面可以圍繞軸向延伸的縱向軸線并且當(dāng)在與縱向軸線對齊的方向上觀察時是彎曲的。在至少一個實施例中，被定位在第一空氣噴射器主體中的一個或多個排放孔口可以由被定位成比第一空氣噴射器主體的基表面更靠近第一空氣噴射器主體的圓形頭的多個排放孔口形成。
[0006]渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)可以包括第一空氣噴射器的至少一個排放孔口中的被定位在下游面對表面中的排放開口。至少一個加熱元件可以被定位成從第一空氣噴射器主體的外表面徑向向內(nèi)。流體流導(dǎo)向件可以橫向延伸使得一個或多個加熱元件被定位在流體流導(dǎo)向件與第一空氣噴射器主體之間以將流體流導(dǎo)向至加熱元件。流體流導(dǎo)向件可以具有在與軸向延伸的軸線對齊的方向上的比第一空氣噴射器主體的基表面的在該方向上的寬度大的寬度。加熱元件可以由從第一空氣噴射器主體徑向向內(nèi)延伸的至少一個徑向延伸構(gòu)件形成。在另一實施例中，加熱元件可以由在第一空氣噴射器主體與橫向延伸以將流體流導(dǎo)向至加熱元件的流體流導(dǎo)向件之間徑向向內(nèi)延伸的多個徑向延伸構(gòu)件形成。多個徑向延伸構(gòu)件可以橫向上間隔開使得流體能夠在兩者間流過。
[0007]渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)還可以包括被包含在第一空氣噴射器主體內(nèi)且與一個或多個排放孔口流體連通的一個或多個供給歧管。渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)可以包括與供給歧管流體連通以將流體供給至供給歧管并供給至空氣噴射器主體中的排放孔口的一個或多個流體供給系統(tǒng)。
[0008]在另一實施例中，渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)可以包括延伸到空腔內(nèi)以將流體排放到空腔內(nèi)的第二空氣噴射器。第二空氣噴射器可以具有被定位在第二空氣噴射器的第二空氣噴射器主體中的一個或多個排放孔口。第二空氣噴射器可以被定位在外殼的水平延伸中心線的下方。第二空氣噴射器可以被定位在外殼的與第一空氣噴射器相反的一側(cè)。在一個實施例中，第一空氣噴射器可以被定位在上止點(diǎn)(dead center)處，并且第二空氣噴射器可以被定位在下止點(diǎn)處。第一空氣噴射器主體中的一個或多個排放孔口可以被定位成在第一周向方向上發(fā)射流體，并且第二空氣噴射器主體中的一個或多個排放孔口可以被定位成在相同周向方向上發(fā)射流體以在空腔內(nèi)創(chuàng)建周向流體流。渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)還可以包括配置成使流體以與第二空氣噴射器主體中的一個或多個排放孔口不同的溫度從第一空氣噴射器主體中的排放孔口發(fā)射的溫度控制系統(tǒng)。
[0009]渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，系統(tǒng)限制了外殼內(nèi)的由熱空氣浮力引起的熱梯度并防止外殼的拱形和蜿蜒彎折，由此減小了葉片尖端摩擦的可能性和燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的熱重啟期間潛在的葉片損壞。
[0010]渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，系統(tǒng)有助于減輕外殼的頂部與底部之間的垂直梯度。
[0011]渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)的又一優(yōu)點(diǎn)在于，系統(tǒng)可以安裝在當(dāng)前現(xiàn)有的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中，通過使得能夠發(fā)生熱啟動而不是為了安全啟動等待用于使燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)足夠冷卻的數(shù)天，由此使當(dāng)前使用的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)更加高效。
[0012]渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，系統(tǒng)可以使得燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)能夠利用較緊密的公差來組裝用于改進(jìn)的性能。
[0013]渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)的再一優(yōu)點(diǎn)在于，歸因于大的放大比率，利用與用于鼓風(fēng)機(jī)用直接注入的在三英寸與八英寸之間的直徑的導(dǎo)管相比具有大約3/8英寸的內(nèi)徑的小管道，需要非常小的空氣量以將大量流體流引入外殼中的空腔內(nèi)。
[0014]渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，系統(tǒng)噴射出非常小量的空氣，并因此可以使用提供工廠用空氣的現(xiàn)有壓氣機(jī)，由此不需要附加的設(shè)備或費(fèi)用。
[0015]渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)的又一優(yōu)點(diǎn)在于，加熱元件不需要在尺寸和功率消耗上大，因為所需的空氣量小，并因此加熱負(fù)載小。
[0016]渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，溫度控制系統(tǒng)可以將空氣以不同的溫度供給至第一和第二空氣噴射器。
[0017]渦輪發(fā)動機(jī)溫度控制系統(tǒng)的再一優(yōu)點(diǎn)在于，供給至在外殼的水平延伸中心線上方的第一空氣噴射器的空氣可以比供給至水平延伸中心線下方的第二空氣噴射器的空氣冷，以提高空腔中的總體溫度分布以將翼型尖端間隙優(yōu)化。
[0018]渦輪發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，系統(tǒng)可以在停機(jī)之后使用以使可以在不存在渦輪翼型間隙的情況下進(jìn)行重啟之前所需的時間最小化。
[0019]渦輪發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的又一優(yōu)點(diǎn)在于，系統(tǒng)可以與不同水平的盤車裝置操作組合使用，以在停機(jī)之后的最短時間內(nèi)獲得并維持最佳啟動尖端間隙目標(biāo)。
[0020]渦輪發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，系統(tǒng)可以典型地只在盤車裝置操作期間使用，因此對正常操作沒有沖擊。
[0021]渦輪發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的又一優(yōu)點(diǎn)在于，系統(tǒng)除了加熱器和壓氣機(jī)以外不包括移動的部件，并因此系統(tǒng)將會經(jīng)歷長的壽命而需要很少的維修。
[0022]渦輪發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，加熱元件可以借助第一或第二空氣噴射器或兩者而提供除了由溫度控制系統(tǒng)所供給的加熱空氣以外的附加的加熱能力。
[0023]渦輪發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的再一優(yōu)點(diǎn)在于，系統(tǒng)可以在許多空腔內(nèi)實施，包括但不限于渦輪翼片載體空腔、排放的向前空腔或向后空腔，其中系統(tǒng)可以在沒有被加熱的空氣或者可能沒有加熱元件的情況下連續(xù)地操作。
[0024]下面更加詳細(xì)地描述這些和其他實施例。
【附圖說明】
[0025]并入說明書內(nèi)并形成說明書一部分的附圖圖示出當(dāng)前公開的發(fā)明的實施例并與描述一起公開了發(fā)明的原理。