調(diào)節(jié)的渦輪冷卻系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，更具體地，涉及用于給燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的渦輪翼型提供冷卻空氣的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，熱氣離開(kāi)燃燒器并被渦輪利用于轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。該機(jī)械能驅(qū)動(dòng)上游的高壓壓縮機(jī)。渦輪包括多個(gè)由渦輪轉(zhuǎn)子承載的、與靜止噴嘴列交替的葉片列。渦輪葉片和噴嘴經(jīng)歷腐蝕的高溫燃?xì)獾牧?。這些“熱段”構(gòu)件通常由相對(duì)低溫的冷卻劑流冷卻，比如從壓縮機(jī)抽出(流出)的空氣或壓縮機(jī)排氣。以這種方式使用從循環(huán)抽出的空氣是可充氣至熱力循環(huán)，增加了燃料消耗率(“SFC”)，并且一般只要可能就避免或極小化。
[0003]—種已知類(lèi)型的渦輪冷卻系統(tǒng)使用誘導(dǎo)器來(lái)收集壓縮機(jī)排氣，使其加速并切向轉(zhuǎn)彎，然后供給至渦輪轉(zhuǎn)子。通常，渦輪冷卻系統(tǒng)物理地配置成滿足在例如起飛或初始爬升的高功率運(yùn)行期間將經(jīng)歷的最大冷卻需求。這導(dǎo)致在例如巡航飛行或下降的其他運(yùn)行狀態(tài)期間的過(guò)度的冷卻能力。在這些狀態(tài)下的冷卻需求低得多，且實(shí)際地表示了發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的主要時(shí)間。
[0004]已經(jīng)做出嘗試以在其他運(yùn)行狀態(tài)期間調(diào)節(jié)渦輪冷卻流。這些通常需要遭受不期望的失效模式的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體外部的管系，或者在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的高溫環(huán)境下難以保持良好運(yùn)行狀態(tài)的內(nèi)部控制閥。
[0005]因此，需要一種將以強(qiáng)健且經(jīng)濟(jì)的方式給翼型提供冷卻的改進(jìn)冷卻系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]該需求通過(guò)本發(fā)明來(lái)解決，本發(fā)明提供一種渦輪冷卻系統(tǒng)，其可操作的以調(diào)節(jié)冷卻流至由誘導(dǎo)器陣列供給的旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，誘導(dǎo)器中的一些接收恒定的冷卻空氣流，同時(shí)其他誘導(dǎo)器通過(guò)能選擇性關(guān)閉的裝閥門(mén)的流路來(lái)供給。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了調(diào)節(jié)的流傳遞設(shè)備，用于將冷卻流從主氣體流路傳遞至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪轉(zhuǎn)子，該設(shè)備包括:第一供應(yīng)氣室，其與主氣體流路和多個(gè)第一誘導(dǎo)器連通，第一誘導(dǎo)器中的每一個(gè)配置成加速?gòu)牡谝还?yīng)氣室接收的第一流體流，并且朝轉(zhuǎn)子以切向速度分量排出第一流體流；第二供應(yīng)氣室，其與主氣體流路和多個(gè)第二誘導(dǎo)器連通，第二誘導(dǎo)器中的每一個(gè)配置成朝轉(zhuǎn)子以切向速度分量加速?gòu)牡诙?yīng)氣室接收的第二流體流；以及冷卻調(diào)節(jié)閥，其可操作的以選擇性地允許或阻止從主氣體流路到第二供應(yīng)氣室的第二流體流，其中冷卻調(diào)節(jié)閥包括設(shè)置在主氣體流路中的流控制結(jié)構(gòu)和從流控制結(jié)構(gòu)延伸到限定主氣體流路的殼體的徑向外側(cè)位置的閥動(dòng)結(jié)構(gòu)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種將冷卻流從主氣體流路傳遞至具有至少兩種不同運(yùn)行狀態(tài)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪轉(zhuǎn)子的方法。方法包括:在所有的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，使第一流體流從主氣體流路流過(guò)第一供應(yīng)氣室至多個(gè)第一誘導(dǎo)器，第一誘導(dǎo)器的每一個(gè)配置成加速第一流體流并朝渦輪轉(zhuǎn)子以切向速度分量排出第一流體流；以及在部分但不是所有的運(yùn)行狀態(tài)下，使第二流體流從主氣體流路流過(guò)冷卻調(diào)節(jié)閥和第二供應(yīng)氣室至多個(gè)第二誘導(dǎo)器，第二誘導(dǎo)器中的每一個(gè)配置成加速第二流體流并朝渦輪轉(zhuǎn)子以切向速度分量排出第二流體流；其中冷卻調(diào)節(jié)閥包括設(shè)置在主氣體流路中的流控制結(jié)構(gòu)，以及從流控制結(jié)構(gòu)延伸到限定主氣體流路的殼體的徑向外側(cè)位置的閥動(dòng)結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]本發(fā)明可通過(guò)參考下面結(jié)合附圖的描述被最好地理解，其中:
[0010]圖1是示例性的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視圖；
[0011]圖2是圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的半剖視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面構(gòu)造的渦輪冷卻系統(tǒng)；
[0012]圖3是圖2的渦輪冷卻系統(tǒng)的一部分的透視圖；
[0013]圖4是在關(guān)閉位置的冷卻調(diào)節(jié)閥的剖視圖；
[0014]圖5是在打開(kāi)位置的冷卻調(diào)節(jié)閥的剖視圖；以及
[0015]圖6是并入備選的冷卻調(diào)節(jié)閥的渦輪冷卻系統(tǒng)的一部分的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明提供用于調(diào)節(jié)冷卻流至由誘導(dǎo)器陣列供給的旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片的系統(tǒng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，誘導(dǎo)器中的一些接收恒定的冷卻空氣流，同時(shí)其余誘導(dǎo)器通過(guò)裝閥門(mén)的流路來(lái)供給，該流路能在選定的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)期間選擇性地關(guān)閉。
[0017]現(xiàn)在，參見(jiàn)附圖，其中遍及各種視圖相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件，圖1示出了示例性的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件10，其具有縱向軸線11。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件10包括風(fēng)扇組件12和核心燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)13。核心燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)13包括高壓壓縮機(jī)14、燃燒器16和高壓渦輪18。在示例性的實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件10還包括低壓渦輪20和多級(jí)增壓壓縮機(jī)32，以及基本上圍繞增壓器32的分流器34。
[0018]風(fēng)扇組件12包括從轉(zhuǎn)子盤(pán)26徑向向外延伸的風(fēng)扇葉片24的陣列，其前部部分被流線型整流罩25封裝。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件10具有進(jìn)氣側(cè)28和排氣側(cè)30。風(fēng)扇組件12、增壓器22、和渦輪20通過(guò)第一轉(zhuǎn)子軸21聯(lián)接在一起，并且壓縮機(jī)14和渦輪18通過(guò)第二轉(zhuǎn)子軸22聯(lián)接在一起。
[0019]在運(yùn)行中，空氣流動(dòng)穿過(guò)風(fēng)扇組件12且空氣流的第一部分50被引導(dǎo)穿過(guò)增壓器32。從增壓器32排出的壓縮空氣被引導(dǎo)穿過(guò)壓縮機(jī)14，在其中空氣流被進(jìn)一步壓縮，然后輸送到燃燒器16。來(lái)自燃燒器16的熱的燃燒產(chǎn)物(圖1中未示出)被用于驅(qū)動(dòng)渦輪18和20，并且渦輪20被用于通過(guò)軸21驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇組件12和增壓器32。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件10在設(shè)計(jì)的運(yùn)行狀態(tài)和非設(shè)計(jì)的運(yùn)行狀態(tài)之間的運(yùn)行狀態(tài)范圍內(nèi)是可操作的。
[0020]從風(fēng)扇組件12排出的空氣流的第二部分52被引導(dǎo)穿過(guò)外涵道40，以使來(lái)自風(fēng)扇組件12的空氣流的一部分從核心燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)13周?chē)@過(guò)。更具體地，外涵道40在風(fēng)扇殼體或者護(hù)罩36與分流器34之間延伸。因此，來(lái)自風(fēng)扇組件12的空氣流的第一部分50如上所述的那樣被引導(dǎo)穿過(guò)增壓器32然后進(jìn)入壓縮機(jī)14，并且來(lái)自風(fēng)扇組件12的空氣流的第二部分52被引導(dǎo)穿過(guò)外涵道以給例如飛行器提供推力。分流器34將輸入空氣流分別分為第一部分50和第二部分52。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件10還包括風(fēng)扇框架組件60，以給風(fēng)扇組件12提供結(jié)構(gòu)支撐，并且還被用于將風(fēng)扇組件12聯(lián)接至核心燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)13。
[0021]風(fēng)扇框架組件60包括在徑向外側(cè)安裝法蘭和徑向內(nèi)側(cè)安裝法蘭之間基本徑向地延伸的且在外涵道內(nèi)周向地間隔的多個(gè)出口導(dǎo)葉70。風(fēng)扇框架組件60還可包括聯(lián)接在徑向外側(cè)安裝法蘭和徑向內(nèi)側(cè)安裝法蘭之間的多個(gè)支柱。在一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)扇框架組件60以弧形段制造，其中法蘭聯(lián)接到出口導(dǎo)葉70和支柱。在一個(gè)實(shí)施例中，出口導(dǎo)葉和支柱同軸地聯(lián)接在外涵道內(nèi)。任選地，出口導(dǎo)葉70可在外涵道40內(nèi)聯(lián)接在支柱的下游。
[0022]風(fēng)扇框架組件60是用于有助于維持燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件10內(nèi)的各種構(gòu)件的定向的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件10的各種框架和支撐組件中的一個(gè)。更具體地，這樣的框架和支撐組件與靜止的構(gòu)件互連，并提供轉(zhuǎn)子軸承支撐。風(fēng)扇框架組件60在外涵道內(nèi)聯(lián)接在風(fēng)扇組件12的下游，使得出口導(dǎo)葉70和支柱在風(fēng)扇組件12的出口周?chē)芟虻馗糸_(kāi)并延伸越過(guò)從風(fēng)扇組件12排出的空氣流路徑。
[0023]盡管示出的發(fā)動(dòng)機(jī)10是高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，但是本文中描述的原理同樣可應(yīng)用于渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪噴射發(fā)動(dòng)機(jī)、和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，以及用于其他車(chē)輛或靜止應(yīng)用中的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0024]應(yīng)指出，如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“軸向的”或“縱向的”是指平行于縱向軸線11的方向，而“徑向的”是指垂直于軸向方向的方向，并且“切向的”或“周向的”是指與軸向和切向方向相互垂直的方向。(見(jiàn)圖3中的箭頭“A”，“R”和“T”)。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“前”或“前面”是指相對(duì)于經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)10的空氣流的相對(duì)上游的位置，術(shù)語(yǔ)“后”或“后面”是指在經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)10或在發(fā)動(dòng)機(jī)10周?chē)目諝饬髦械南鄬?duì)下游的位置。該流動(dòng)的方向在圖1中以箭頭“F”示出。這些方向性術(shù)語(yǔ)僅用于方便描述，并且不要求由此描述的結(jié)構(gòu)的特別定位。
[0025]圖2更詳細(xì)地示出了燃燒器16和直接圍繞它的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。環(huán)形擴(kuò)散器72設(shè)置在高壓壓縮機(jī)14的后面并用來(lái)引導(dǎo)壓縮機(jī)排氣到燃燒器16。擴(kuò)散器72的外側(cè)臂74連接到環(huán)形燃燒器殼體76，該殼體繼而連接到環(huán)形渦輪殼體78。
[0026]擴(kuò)散器72的內(nèi)側(cè)臂80連接到環(huán)形燃燒器支撐件8