渦輪機內的空氣歧管的製作方法

2023-04-27 16:26:46

專利名稱：渦輪機內的空氣歧管的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種渦輪機，該渦輪機裝配有將空氣注入到高壓壓縮機中的系統。
背景技術：
旁路渦輪機有上遊進氣口，該進氣口輸送初級氣流流過低和高壓壓縮級，然後流 過燃燒室，次級氣流環繞著壓縮級和燃燒室，以及加入到初級氣流的出口以增加推力。高壓壓縮機包括外殼所圍繞的交替的導流葉片和葉輪。在渦輪機工作期間，可能出現一種泵吸現象，這種現象在於流過高壓壓縮機的流 向的突然逆轉。這種現象可能具有影響，並且可能具有災難性的機械後果，諸如在氣流流過 高壓壓縮機時使葉片斷裂或者破壞密封裝置。空氣邊界層與高壓壓縮機外殼的內表面的分離可以導致初級空氣流的空氣流動 中的擾亂。為了避免邊界層的分離，及由此增加泵吸餘量，已知是從導流葉片級和葉輪之間 的高壓壓縮機的下遊部分排出空氣，並且在高壓壓縮機的進氣口再次注入來自於第一葉輪 上遊的空氣。這個技術涉及使用環形空氣歧管，該歧管徑向安裝在高壓壓縮機外殼的周圍。然 而，外殼周圍的可用空間很大一部分都已經被渦輪機的附件和設備所佔據，諸如燃料和油管、電路、致動器，........通常，第一導流葉片級是可變斜度級，具有帶樞軸的葉片，該樞軸通過外殼且藉助曲柄連接到外殼周圍所安裝的各自控制環，並且通過安裝在所述空間中 各自的致動器或馬達致動。因此，不能在外殼周圍放置歧管以再次注入來自於第一葉輪上 遊的空氣，這是困難的。不可能設想延長高壓壓縮機和在進口導流葉片級和第一葉輪之間放置歧管，因為 該方案將引起渦輪機長度和寬度方面不可接受的增加。

發明內容
本發明的特別的目的是以一種簡單、有效和便宜的方式解決該問題。為此，本發明提供了一種渦輪機，如旁路渦輪噴氣發動機，包括中間外殼，該中間 外殼包括內壁，該內壁形成了旋轉體，該旋轉體限定了初級氣流的外部，且具有固定到其下 遊端的高壓壓縮機的外殼，以及用於從流經高壓壓縮機的氣流下遊排出氣體的排氣裝置， 排氣裝置的出口連接再次注氣裝置，用於將空氣再次注入到高壓壓縮機的上遊部分，該渦 輪機的特徵在於排氣裝置通過環形歧管連接再次注氣裝置，該環形歧管圍繞著高壓壓縮機 上遊中間外殼的內壁且徑向位於形成旋轉體的中間外殼的所述內壁和外壁之間，該旋轉體 限定了渦輪機次級空氣流的內部。根據本發明，環形歧管設置在中間外殼的內部，因此避免了加長壓縮機和增加渦 輪機的寬度，同時能夠以簡單的方式輸送沿著高壓壓縮機下遊被排出的空氣。可以使再次 注氣裝置和環形歧管之間的連接簡單，因此能夠最小化製造成本。
根據本發明的另一個特徵，歧管在中間外殼的下遊環形板和排氣閥出口處中間外 殼中形成的彎曲導流壁之間延伸。預先存在的壁因此被用於至少部分限定歧管。徑向外壁也限定了歧管，該徑向外壁連接導流壁和中間外殼的下遊環形板。有利 地，該徑向外壁可以與導流壁和下遊環形板一起製造成鑄件。在變化形式中，它可以安裝在導流壁和下遊環形板之間。如圖2所示，歧管延伸經過中間外殼的至少一些徑向臂，並且形成角度範圍，所示 範圍可以是360°有利地，歧管具有周向變化的截面，以將壓力基本上均勻的空氣輸送給所有再次注入裝置。歧管可以包括至少一個進氣口，該進氣口在中間外殼的下遊環形板內製成且連接 到排氣裝置。根據本發明的另一個特徵，再注氣裝置包括大量的孔洞，所述孔洞形成於中間外 殼的下遊環形板內且分布在歧管的周邊。每個孔洞可以下遊開口到壓縮機外殼厚度內所形成的另一個孔洞中，所述另一個 孔洞開口到流經第一葉輪上遊壓縮機的氣流中。該另一個孔洞可以包括開口到第二部分中 的第一部分，該第二部分是傾斜的，被定向於壓縮機第一葉輪葉片的前緣。通過閱讀下面的配合附圖和非限制性實施例所作的說明，可以更好地理解本發 明，並且可以看出本發明的其它細節，優點和特徵。


圖1是本發明渦輪機軸向截面的不完整半視圖示，該渦輪機包括設置在中間外殼 上遊的高壓壓縮機和用於將空氣再次注入到高壓壓縮機的裝置。圖2是本發明從包括環形歧管的中間外殼下遊觀察所看到的圖示。圖3是用於將空氣再次注入到本發明高壓壓縮機中的本發明裝置的軸向截面中 的不完整圖示。圖4是安裝在高壓壓縮機外殼中進口導流葉片級和用於再次注入到壓縮機中的 裝置的立體不完整圖示。
具體實施例方式首先，參考圖1，它表示設置在中間外殼12下遊的具有軸11的高壓壓縮機10，該 中間外殼12具有兩個同軸的壁，這兩個壁形成了內外旋轉體14和16，這兩個旋轉體在它們 的下遊端通過環形板18連接在一起。內壁14限定了初級氣流(箭頭A)的外部，外壁16 限定了次級氣流(箭頭B)的內部。高壓壓縮機10包括外殼體44圍繞的交替葉輪20、22、對、26、觀和30以及導流葉 片32、34、36、38、40和42，該外殼體44由螺栓46在它的上遊端固定到中間外殼12的下遊 板18。高壓壓縮機10的進口包括導流葉片32，用於引導中間外殼12氣流的流出氣流流向 第一葉輪20。高壓壓縮機10的頭3個導流葉片級32、34和36具有可變斜度，即，它們葉片 相對於初級氣流A的方向根據發動機速度而改變，因此可以最優化渦輪機的工作。為此目的，每個導流葉片32、34、36在其徑向外端具有樞軸48，該樞軸48安裝在外殼44的孔中。 每個葉片樞軸48在其徑向外端通過曲柄50連接控制環52，該控制環52在壓縮機10的外 殼44周圍延伸，並且通過致動器或馬達繞著壓縮機10的軸11旋轉移動，目的是使葉片繞 著它們的樞軸48轉動。在高壓壓縮機10的第四導流葉片級38和第四葉輪沈之間設有放氣，例如，目的 是防冰。為此目的，在導流葉片級38的徑向外部下遊端和葉輪沈的徑向外部上遊之間形 成環形軸向空間53。用於從高壓壓縮機10放氣的裝置包括管道M，該管道M具有安裝在 外殼44孔口中的吸入端。所述孔口沿著外殼44軸向定位，以與導流葉片級38和葉輪沈 之間的軸向空間53連通。工作時，流經高壓壓縮機10的一部分初級氣流A通過軸向空間53漏出，並且被吸 入到管道M中，因此使得該氣體在壓力下被帶到需要防冰的設備。根據本發明，一部分放 出的氣體被再次注入到第一葉輪20的上遊以限制壁處邊界層氣體的分離，所述壁限定了 流經高壓壓縮機10的氣流的外部，其中這種分離具有減小壓縮機10的泵吸餘量的後果。這種類型的空氣再注入要求在高壓壓縮機10的外殼44周圍安裝歧管，並且實施 起來非常困難，因為可變斜度系統48、50、52和設備的其它項目諸如，電的，潤滑或燃料電 路的存在。根據本發明，環形歧管56安裝在中間外殼12的內外壁14和16之間，並且輸送空 氣給注入裝置，該注入裝置形成在壓縮機10的環形板18和外殼體44之間。環形歧管56延伸通過中間外殼12的至少一些徑向臂58 (圖12)。這些臂58與 初級和次級空氣流A和B相交，並且它們用於傳送飛行中的力，以及用於通過輔助裝置或設 備諸如，電纜、液壓管道等。中間外殼12的兩個連續臂58之間的每個周向空間具有彎曲壁 60，該彎曲壁60從一個臂到另一個臂周向延伸，並且用於偏轉安裝在每個彎曲壁60上遊的 排氣閥62的氣流，圖1的打開位置中示出了該閥。飛機起飛和著陸時，以及飛機飛過雲層時，雹塊可能進入初級氣流，並且到達燃燒 室(未示出)，高壓壓縮機10在燃燒室內開口，產生了隨後的燃燒室熄滅的風險。打開排 氣閥62使得含有雹塊的一部分氣流通過中間外殼12的外部環形壁16的柵格64被彎曲壁 60偏轉，以被排放到次級氣流B中。打開排氣閥62因此能夠在一些結構中避免高壓壓縮機 10的泵吸。環形歧管56的截面限定在中間外殼12內壁14的內側上，環形板18的下遊，及導 流壁60的上遊，該壁60的凹面側面向歧管56內側。徑向外壁65連接彎曲壁60到中間外 殼12的下遊環形板18，以關閉歧管56。歧管56具有至少一個進氣孔66，該進氣口 66通過中間外殼12的下遊環形板18 製成，並且通過管子68連接到排氣管道M。空氣再注入裝置通過歧管56輸送，以在第一葉輪20上遊的一個點再注入從高壓 壓縮機10下遊獲取的空氣。這些再注入裝置包括大量的孔洞70，所述孔洞70通過下遊環 形板18形成，且有規律地分布在其周邊。這些孔洞70徑向定位在進氣孔66和中間外殼12 的內壁14之間，並且它們周向分布在螺栓46之間，所述螺栓46用於將外殼體44固定到板 18的下遊。每個孔洞70下遊開口到高壓壓縮機10的殼體44的厚度內形成的孔洞中，因此 它開口到第一葉輪20上遊的壓縮氣流中。外殼體44中的孔洞具有上遊第一部分72和下遊第二部分74。外殼體44中孔洞的第一部分72形成在壓縮機10外殼體44的上遊環形法 蘭中，並且以這樣一種方式被定向以至於它的上遊端開口到位於螺栓46之間的下遊板18 的孔洞70中，並且它的下遊端開口到高壓壓縮機10進氣導流葉片32的兩個葉片之間的孔 洞的第二部分74的上遊端(圖4)。孔洞的第二部分74是傾斜的，並且它的下遊端開口到 高壓壓縮機10的氣流中。該第二部分74實際上正切地定向於外殼44的內表面，並且朝向 壓縮機10的第一葉輪20的葉片的前緣。在下遊板18中孔洞70的直徑大於外殼44中孔洞的第一部分72的直徑，接著孔 洞的第一部分72的直徑大於外殼44中孔洞的第二部分74的直徑。用於將空氣注入到高壓壓縮機中的這個電路運轉的工作過程如下。流入到高壓壓 縮機氣流10中的一部分空氣通過輸送給歧管56的管道M和管子68排出。環向流入到歧 管56中的空氣被再次注入到下遊板18和外殼44的孔洞70、72和74中。外殼體44中孔洞的第一和第二部分72、74的直徑可以分別是5毫米(mm)和3mm 的等級。在變化的形式中，歧管56可以具有分布在下遊板18周邊上的大量進氣孔66，每個 進氣口 66通過管子68與管道M連接，以從流經高壓壓縮機10的氣流排氣。環形歧管56可以具有在周向方向上變化的截面，以便於以基本均勻的壓力輸送 空氣給下遊板18中所有的孔洞70，因此避免壓縮機10軸11周圍的靜壓的周向不均勻。歧管56可以延伸360°或以下。在圖中所示的實施方式中，歧管56延伸大約 320°，並且經過中間外殼12的10個臂中的8個臂。歧管56的徑向外壁65可以與導流壁60和環形板18 —起製成鑄件，或者它可以 安裝在導流壁60和環形板18之間。
權利要求
1.一種渦輪機，如旁路渦輪噴氣發動機，包括中間外殼(12)，該中間外殼包括內壁 (14)，該內壁形成了旋轉體，該旋轉體限定了初級氣流的外部，還具有固定到其下遊端的高 壓壓縮機(10)的外殼(44)，以及用於從流經高壓壓縮機的氣流下遊排氣的排氣裝置(54、 68)，排氣裝置的出口連接再次注氣裝置(70、72、74)，用於將空氣再次注入到高壓壓縮機 (10)的上遊部分，該渦輪機的特徵在於排氣裝置64、68)通過環形歧管(56)連接再次注氣 裝置(70、72、74)，該環形歧管圍繞著高壓壓縮機上遊中間外殼(1 的內壁(14)且徑向位 於形成旋轉體的中間外殼(1 的所述內壁(14)和外壁(16)之間，該旋轉體限定了渦輪機 次級空氣流的內部。
2.根據權利要求1所述的渦輪機，其特徵在於歧管(56)在中間外殼(12)的下遊環形 板(18)和排氣閥(62)出口處中間外殼(12)中形成的彎曲導流壁(60)之間延伸。
3.根據權利要求2所述的渦輪機，其特徵在於歧管(56)至少部分地由彎曲導流壁 (60)，由中間外殼(12)的下遊環形板(18)及由殼體(44)的內壁(14)限定。
4.根據權利要求2或3所述的渦輪機，其特徵在於歧管(56)包括徑向外壁(65)，該徑 向外壁(65)連接導流壁(60)與中間外殼(12)的下遊環形板(18)。
5.根據權利要求4所述的渦輪機，其特徵在於歧管(56)的徑向外壁(65)與導流壁 (60)和下遊環形板(18) —起製成鑄件。
6.根據權利要求4所述的渦輪機，其特徵在於歧管(56)的徑向外壁(65)安裝在導流 壁(60)和下遊環形板(18)之間。
7.根據權利要求1至6中任一權利要求所述的渦輪機，其特徵在於歧管(56)延伸經過 中間外殼(12)的至少一些徑向臂(58)。
8.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的渦輪機，其特徵在於歧管(56)具有小於 或等於360°的角度範圍。
9.根據前述任一權利要求所述的渦輪機，其特徵在於歧管(56)具有在周向上變化的 截面，以便於以基本均勻的壓力輸送空氣給所有的再次注入裝置(70、72、74)。
10.根據前述任一權利要求所述的渦輪機，其特徵在於歧管(56)包括至少一個進氣口 (66)，該進氣孔(66)在中間外殼(12)的下遊環形板(18)中製成，並且連接排氣裝置(54、 68)。
11.根據前述任一權利要求所述的渦輪機，其特徵在於再次注氣裝置包括大量的孔洞 (70)，該孔洞(70)形成在中間外殼(12)的下遊環形板(18)中，並且分布在歧管(56)的周邊。
12.根據權利要求11所述的渦輪機，其特徵在於每個孔洞(70)下遊開口到壓縮機 (10)外殼04)的厚度內形成的另一個孔洞中，所述另一個孔洞開口到經過第一葉輪00) 上遊的壓縮機的氣流中。
13.根據權利要求12所述的渦輪機，其特徵在於另一個孔洞包括開口到第二部分(74) 中的第一部分(72)，該第二部分(74)是傾斜的，並且定向於壓縮機(10)的第一葉輪00) 的葉片前緣。
全文摘要
本發明公開了一種渦輪機，包括中間外殼(12)，該中間外殼具有固定到其端部的高壓壓縮機(10)的外殼(44)，以及用於從流經壓縮機的氣流下遊排氣的排氣裝置(54、68)，具有出口，該出口連接再次注氣裝置(70、72、74)，該再次注氣裝置通過環形歧管(56)用於將空氣再次注入到壓縮機(10)的上遊，該環形歧管(56)圍繞著中間外殼的內壁(14)且徑向位於限定了渦輪機次級氣流的內壁(14)和外壁(16)之間。
文檔編號F02C9/18GK102046983SQ200980119280
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月19日 優先權日2008年5月29日
發明者米歇爾·吉爾伯特·羅納德·布羅, 艾瑞克·史蒂芬·比爾 申請人:斯奈克瑪