迴轉導葉促動器操作的空氣閥的製作方法
2023-10-28 17:34:07
迴轉導葉促動器操作的空氣閥的製作方法
【專利摘要】公開了與燃氣渦輪發動機相關聯的迴轉導葉促動器操作的空氣閥。示例性燃氣渦輪發動機可包括成串流關係的風扇、壓縮機、燃燒器和渦輪；布置成將壓縮空氣從風扇和壓縮機中的一個或更多個傳送的供應管；操作性地設置在供應管中的閥，閥包括可旋轉的閥部件，其布置成基於閥部件的角位置調製穿過供應管的壓縮空氣的流，閥部件能夠在開啟位置與關閉位置之間旋轉；以及/或者操作性地聯接成使閥部件旋轉的液壓操作的迴轉導葉促動器。
【專利說明】迴轉導葉促動器操作的空氣閥
[0001]相關申請的交叉引用
本申請請求享有2012年4月27日提交的美國臨時申請第61/ 639，605號的權益，該申請通過引用以其整體併入本文中。
【技術領域】
[0002]本文公開的主題大體上涉及燃氣渦輪發動機諸如飛行器發動機，並且更具體地涉及用於控制與燃氣渦輪發動機相關聯的空氣閥的促動器。
【背景技術】
[0003]大體上，燃氣渦輪發動機(並且具體是飛行器發動機)可使用壓縮空氣來用於各種目的。此類壓縮空氣的流可使用閥來控制。
[0004]問題:一些現有的空氣閥促動器可為較重、複雜和/或較大的，這可在一些燃氣渦輪發動機應用中為不利的。
【發明內容】
[0005]用於(多個)上述問題的至少一個解決方案由本公開內容提供，本公開內容包括提供示範性教導並且不意在限制的示例性實施例。
[0006]根據本公開內容的至少一些方面的示例性燃氣渦輪發動機可包括成串流關係的風扇、壓縮機、燃燒器和渦輪；布置成將壓縮空氣從風扇和壓縮機中的一個或更多個傳送的供應管；操作性地設置在供應管中的閥，閥包括可旋轉的閥部件，其布置成基於閥部件的角位置調製穿過供應管的壓縮空氣的流，閥部件能夠在開啟位置與關閉位置之間旋轉；以及/或操作性地聯接成使閥部件旋轉的液壓操作的迴轉導葉促動器。
[0007]根據本公開內容的至少一些方面的用於燃氣渦輪發動機的示例性空氣閥控制系統可包括布置成將壓縮空氣傳送穿過其的供應管；操作性地設置在供應管中的蝶形閥，蝶形閥包括布置成調製穿過供應管的壓縮空氣的流的可旋轉的蝶形板，蝶形板能夠在開啟位置與關閉位置之間旋轉；可操作地聯接成使蝶形板旋轉的液壓操作的迴轉導葉促動器；提供與蝶形板的角位置相關聯的輸出信號的位置控制器；以及/或操作性地聯接成從位置傳感器接收輸出信號的控制器，控制器操作性地聯接於迴轉導葉促動器，以引起迴轉導葉促動器使蝶形板旋轉並且將蝶形板大致保持在開啟位置與關閉位置之間的期望的中間角位置處。
[0008]在一方面，公開了一種用於在燃氣渦輪飛行器發動機的整流罩下環境中使用的調製的迴轉導葉促動器(例如，迴轉促動器)。促動器可用於操作閥，諸如，高壓渦輪主動空隙控制(HPTACC)閥、低壓渦輪主動空隙控制(LPTACC)閥、核心隔間冷卻(CCC)閥、增壓器防冰(BAI)閥、機艙防冰(NAI)閥、啟動放氣閥(SBV)、瞬變放氣閥(TBV)、調製的渦輪冷卻(MTC)閥和/或組合閥。迴轉促動器可構造成將閥定位(例如，調製)在完全開啟與完全閉合之間。迴轉促動器可構建成經得起整流罩下(例如，風扇和核心區域)環境的高溫。迴轉促動器可使用橫跨導葉的燃料差壓(例如，燃料液壓)來生成迴轉運動。促動器的角位置可使用可變差動變壓器(VDT)、分解器或霍爾效應傳感器(HES)來確定。中心軸(例如，轉子)可將運動從迴轉促動器傳送至相關聯的閥。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]尋求專利權利要求覆蓋的本主題在本文中特別指出和要求權益。然而，主題和其實施例可參照連同附圖進行的以下描述來最佳地理解，在該附圖中:
圖1為示例性燃氣渦輪發動機的示意性截面視圖；
圖2為包括蝶形閥的示例性空氣閥控制系統的透視圖；
圖3為包括球閥的示例性空氣閥控制系統的透視圖；
圖4為包括迴轉滑閥的示例性空氣閥控制系統的局部截面透視圖；
圖5為示例性燃氣渦輪發動機的示意性截面視圖；以及
圖6為所有根據本公開內容的至少一些方面的示例性迴轉導葉促動器200的截面視圖。
【具體實施方式】
[0010]在以下詳細描述中，參照形成其一部分的附圖。在附圖中，類似的符號典型地識別類似的構件，除非上下文另外指出。詳細描述、附圖和權利要求中描述的示範性實施例並非意在為限制性的。可使用其它實施例，並且可作出其它變化，而不脫離此處提出的主題的精神或範圍。將容易理解，如大體上在本文中所述並且在附圖中所示的本公開內容的方面可以以各種不同構造布置、替換、組合和設計，所有都明確構想出並且構成本公開內容的一部分。
[0011]本公開內容尤其包括與燃氣渦輪發動機相關聯的空氣閥。更具體而言，本公開內容包括布置成操作與燃氣渦輪發動機諸如飛行器發動機相關聯的空氣閥的液壓驅動的迴轉導葉促動器。
[0012]本公開內容構想出線性促動器可用於操作一些燃氣渦輪發動機諸如飛行器發動機中的空氣閥。此類線性促動器可比根據本公開內容的至少一些方面的一些示例性實例更重、更複雜和/或更大。
[0013]圖1為根據本公開內容的至少一些方面的示例性燃氣渦輪發動機10的示意性截面視圖。燃氣渦輪發動機10可布置成在飛行中向飛行器提供推進，並且/或者可包括風扇組件12和/或核心發動機13。核心發動機13可包括成串流關係的高壓壓縮機14、燃燒器
16、渦輪(其可包括高壓渦輪18和/或低壓渦輪20)。風扇組件12可包括一組風扇葉片24，其可從轉子盤26沿徑向向外延伸。發動機10可大體上布置在進氣側28與排氣側30之間。風扇組件12和低壓渦輪20可通過低壓軸31機械地聯接。高壓壓縮機14和高壓渦輪18可通過高壓軸32機械地聯接。
[0014]大體上，在操作期間，空氣可大體上沿大致平行於延伸穿過發動機10的中心軸線34的方向軸向地流過風扇組件12，並且可供應至高壓壓縮機14。壓縮空氣可輸送至燃燒器16，在該處，可加入燃料。來自燃燒器16的燃燒氣體流可驅動高壓渦輪18和/或低壓渦輪20。
[0015]一些示例性燃氣渦輪發動機10可包括主動空隙控制系統100，其可包括高壓渦輪主動空隙控制系統101和/或低壓渦輪主動空隙控制系統103。在一些示例性實施例中，主動空隙控制系統100可安裝於與風扇葉片24相關聯的風扇框架轂40。主動空隙控制系統100可包括入口組件102和/或一個或更多個主動空隙控制供應管，諸如，高壓渦輪主動空隙控制系統供應管104和/或低壓渦輪主動空隙控制系統供應管106。供應管104和/或106可從入口組件102大體上向下遊延伸，以分別朝高壓渦輪18和低壓渦輪20的一部分導送空氣流。例如，高壓渦輪主動空隙控制系統供應管104可聯接於高壓渦輪外殼歧管108，並且/或者低壓渦輪主動空隙控制系統供應管106可聯接於低壓渦輪外殼歧管110。
[0016]在一些示例性實施例中，閥112，114可分別操作性地聯接於供應管104和/或供應管106。例如，閥112可布置成調製穿過供應管104的空氣流，並且/或者閥114可布置成調製穿過供應管106的空氣流。在一些示例性實施例中，迴轉導葉促動器116，118可分別操作性地聯接於閥112和/或閥114。儘管以下描述集中於閥112和迴轉導葉促動器116，但將理解，閥114和迴轉導葉促動器118可以以大致相同方式操作。
[0017]圖2為根據本公開內容的至少一些方面的包括蝶形閥112的示例性空氣閥控制系統504的透視圖。空氣閥控制系統504可包括閥112和相關聯的迴轉導葉促動器116。閥112可操作性地設置在供應管104中(例如，聯接於其和/或與其集成地形成)，並且/或者可包括可旋轉的閥部件。例如，閥112可包括蝶形閥，並且/或者可包括可旋轉的蝶形板304，其可布置成基於其角位置來調製穿過供應管104的空氣流。閥部件可能夠在開啟位置與關閉位置之間旋轉。例如，蝶形板304可能夠在蝶形板304大體上平行於管104定向的完全開啟位置與蝶形板304大體上垂直於管104定向的完全關閉位置之間旋轉。中間位置(例如，完全開啟與完全關閉之間的角位置)可允許穿過供應管104的變化量的空氣流。
[0018]在一些示例性實施例中，迴轉導葉促動器116可為液壓操作的(例如，通過加壓燃料)，並且/或者可聯接成使閥部件旋轉。例如，迴轉導葉促動器116可通過使軸305旋轉來可操作地聯接成使蝶形板304旋轉，蝶形板304可安裝於軸305。
[0019]一些示例性空氣閥控制系統504可包括位置傳感器，其構造成提供與閥部件的角位置相關聯的輸出信號。例如，迴轉可變差動變壓器(RVDT)406可操作性地聯接於迴轉導葉促動器116和/或閥112 (例如，軸305)，並且/或者可提供關於蝶形板304的角位置的伏特/伏特輸出信號。一些示例性實施例可包括位置傳感器，其包括霍爾效應傳感器和/或分解器。
[0020]一些示例性空氣閥控制系統504可包括控制器，其可操作性地聯接成從位置傳感器接收輸出信號。例如，全權數字發動機控制器(FADEC)500可從RVDT406接收伏特/伏特輸出信號。FADEC500可操作性地聯接於迴轉導葉促動器116，以引起蝶形板304的旋轉，並且/或者大致保持蝶形板304的期望的角位置。例如，在各種操作狀態下，FADEC500可引起迴轉導葉促動器116將蝶形板304定位和/或保持在完全關閉位置、完全開啟位置，和/或完全關閉與完全開啟之間的各種中間位置。在一些示例性實施例中，閥部件的期望角位置可通過FADEC500至少部分地基於至少一個測量操作參數(例如，[這裡請插入示例性參數])來確定。
[0021]一些示例性空氣閥控制系統504可包括電動液壓伺服閥(EHSV) 502，其可操作性地聯接控制器500和迴轉導葉促動器116。EHSV502可構造成從控制器500接收命令信號，並且/或者控制液壓流體(例如，從發動機燃料系統接收到的加壓燃料)供應至迴轉導葉促動器116的埠 402，404和/或從其供應。在一些示例性實施例中，EHSV502可布置成調節施加於埠 402，404中的各個的相應的液壓壓力。
[0022]圖3為根據本公開內容的至少一些方面的包括球閥612的示例性空氣閥控制系統604的透視圖。球閥612可包括可旋轉的大體上球形的轉子614，其包括穿過其的流體通路616。空氣閥控制系統604可大致類似於空氣閥控制系統504操作，除了球形轉子614可替換蝶形板304。
[0023]圖4為根據本公開內容的至少一些方面的包括迴轉滑閥712的示例性空氣閥控制系統704的局部截面透視圖。迴轉滑閥712可包括可旋轉地設置在閥體713內的大體上圓筒形的轉子714，其可包括大體上圓柱形的內腔。轉子714可包括在轉子714處於至少一些角位置時延伸穿過其以允許空氣流穿過閥712的流體通路716。流體通路716可包括大體上相對的開口 717，719，其可在分別與埠 721，723至少部分地對準時允許空氣流穿過迴轉滑閥712。空氣閥控制系統704可大致類似於空氣閥控制系統504操作，除了圓筒形轉子714可替換碟形板304。在本公開內容的範圍內的是利用迴轉滑閥，其中入口和出口兩者大體上相對於轉子714 (例如，如圖4中所示)沿徑向布置，並且/或者利用迴轉滑閥，其中入口或出口大體上相對於轉子714軸向地布置。
[0024]儘管圖1-4中所示的示例性實施例特別關於主動空隙控制系統，但應當理解，根據本公開內容的至少一些方面的各種示例性空氣閥控制系統504，604，704可結合與燃氣渦輪發動機相關聯的其它空氣系統來使用。
[0025]圖5為根據本公開內容的至少一些方面的示例性燃氣渦輪發動機1010的示意性截面視圖。燃氣渦輪發動機1010可布置成在飛行中向飛行器提供推進，並且/或者可包括風扇組件1012和/或核心發動機1013。核心發動機1013可包括成串流關係的高壓壓縮機1014、燃燒器1016、渦輪(其可包括高壓渦輪1018和/或低壓渦輪1020)。風扇組件1012可包括一組風扇葉片1024，其可從轉子盤1026沿徑向向外延伸。發動機1010可大體上布置在進氣側1028與排氣側1030之間。風扇組件1012和低壓渦輪1020可通過低壓軸1031機械地聯接。高壓壓縮機1014和高壓渦輪1018可通過高壓軸1032機械地聯接。
[0026]大體上，在操作期間，空氣可大體上沿大致平行於延伸穿過發動機1010的中心軸線1034的方向軸向地流過風扇組件1012，並且可供應至高壓壓縮機1014。壓縮空氣可輸送至燃燒器1016，在該處，可加入燃料。來自燃燒器1016的燃燒氣體流可驅動高壓渦輪1018和/或低壓渦輪1020。
[0027]一些示例性燃氣渦輪發動機1010可包括空氣系統1100，其可包括布置成將壓縮空氣從高壓渦輪1014傳送至一個或更多個構件1101的供應管1104。在一些示例性實施例中，可大致類似於閥112，612，712的閥1112可操作性地聯接於供應管1104，並且/或者可布置成調製穿過供應管1104的空氣流。在一些示例性實施例中，可大致類似於迴轉導葉促動器116的迴轉導葉促動器1116可操作性地聯接於閥1112。
[0028]在各種示例性實施例中，空氣系統1100可包括核心隔間冷卻(CCC)系統、增壓器防冰(BAI)系統、機艙防冰(NAI)系統、啟動放氣閥(SBV)系統、瞬變放氣閥(TBV)系統，以及/或調製的渦輪冷卻(MTC)系統。
[0029]圖6為根據本公開內容的至少一些方面的示例性迴轉導葉促動器200的截面視圖。迴轉導葉促動器200可用作上文所述的迴轉導葉促動器116，118，1116中的任一個。迴轉導葉促動器200可包括殼體202，其可大體上為圓筒形的。一個或更多個定子導葉204，206可從殼體202朝位於中心的軸208沿徑向向內延伸。圖6中所示的示例性實施例包括大體上設置成彼此相對(例如，分開大約180度)的兩個定子導葉204，206。
[0030]迴轉導葉促動器200可包括操作性地聯接成與軸208 —起旋轉的轉子210。轉子210可包括從其沿徑向向外延伸的一個或更多個轉子導葉212，214。軸208可操作性地聯接於旋轉軸305，旋轉軸305可聯接於可旋轉的閥部件。
[0031]定子導葉密封件216，218可分別設置在定子導葉204，206上，以提供定子導葉204，206和轉子210之間的大緻密封界面。轉子導葉密封件220，222可分別設置在轉子導葉212，214上，以提供轉子導葉212，214與殼體202之間的大緻密封界面。
[0032]殼體202、定子導葉204，206和/或轉子210 (包括轉子導葉212，214)可至少部分地限定第一室221 (例如，在定子導葉204與轉子導葉214之間)、第二室223 (例如，在轉子導葉214與定子導葉206之間)、第三室224 (例如，在定子導葉206與轉子導葉212之間)和/或第四室226 (例如，在轉子導葉212與定子導葉204之間)。
[0033]在一些示例性實施例中，一個或更多個室221，223，224，226可流體地連接。例如，通道228可使第一室221與第三室224連接。類似地，通道230可使第二室223與第四室226連接。
[0034]埠 402，404 (圖2)可流體地聯接於室221，223，224，226，以允許供應穿過埠402, 404的加壓燃料引起轉子210和軸208的旋轉。例如，埠 402可與第二室223流體連通，第二室223可經由通道230與第四室226流體連通。埠 404可與第一室221流體連通，第一室221可經由通道228與第三室224流體連通。
[0035]大體上，軸(和聯接於其的旋轉閥部件)的角位置可通過控制橫跨旋轉導葉212，214的差壓來控制。例如，如果第一室221和第三室224中的壓力高於第二室223和第四室226中的壓力，則轉子210可順時針旋轉，使得轉子導葉212朝定子導葉204移動，並且轉子導葉214朝定子導葉206移動。類似地，如果第二室223和第四室226中的壓力高於第一室221和第三室224中的，則轉子210可沿逆時針方向旋轉，使得轉子導葉212朝定子導葉206移動，並且轉子導葉214朝定子導葉204移動。通過調製軸208的角位置，聯接於其的閥可完全開啟、完全閉合和/或定位在完全開啟與完全閉合之間的中間角位置。
[0036]一些示例性實施例可提供相比於線性促動器/閥組合減小的尺寸、較輕的重量和/或減小的複雜性。在一些示例性實施例中，迴轉促動器的動作可需要比其它類型的促動器(例如，線性促動器)更少的物理空間。此外，一些示例性迴轉促動器可包括比常規促動器更少的構件，這可減小促動器和附接於其的燃氣渦輪發動機兩者的總體重量和複雜性。
[0037]該書面的描述使用實例以公開本發明(包括最佳模式)，並且還使本領域技術人員能夠實踐本發明(包括製造和使用任何裝置或系統並且執行任何併入的方法)。本發明的可專利範圍由權利要求限定，並且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這些其它實例具有不與權利要求的字面語言不同的結構元件，或者如果這些其它實例包括與權利要求的字面語言無顯著差別的等同結構元件，則這些其它實例意圖在權利要求的範圍內。
【權利要求】
1.一種燃氣渦輪發動機，包括: 成串流關係的風扇、壓縮機、燃燒器和渦輪； 布置成將壓縮空氣從所述風扇和所述壓縮機中的一個或更多個傳送的供應管； 操作性地設置在所述供應管中的閥，所述閥包括可旋轉的閥部件，其布置成基於所述閥部件的角位置調製穿過所述供應管的所述壓縮空氣的流，所述閥部件能夠在開啟位置與關閉位置之間旋轉；以及 操作性地聯接成使所述閥部件旋轉的液壓操作的迴轉導葉促動器。
2.根據權利要求1所述的燃氣渦輪發動機，其特徵在於，所述燃氣渦輪發動機布置成在飛行中向飛行器提供推進。
3.根據權利要求1所述的燃氣渦輪發動機，其特徵在於，所述迴轉導葉促動器由加壓燃料液壓地操作。
4.根據權利要求1所述的燃氣渦輪發動機，其特徵在於， 所述渦輪包括高壓渦輪；並且 其中所述供應管布置成將所述壓縮空氣從所述風扇傳送至高壓渦輪主動空隙控制系統。
5.根據權利要求1所述的燃氣渦輪發動機，其特徵在於， 所述渦輪包括低壓渦輪；並且 其中所述供應管布置成將所述壓縮空氣從所述風扇傳送至低壓渦輪主動空隙控制系統。
6.根據權利要求1所述的燃氣渦輪發動機，其特徵在於，所述供應管布置成將所述壓縮空氣傳送至核心隔間冷卻系統、增壓器防冰系統、機艙防冰系統、啟動放氣系統、瞬變放氣系統以及調製的渦輪冷卻系統中的一個或更多個。
7.根據權利要求1所述的燃氣渦輪發動機，其特徵在於， 所述閥包括蝶形閥；並且 其中所述閥部件包括蝶形板。
8.根據權利要求1所述的燃氣渦輪發動機，其特徵在於， 所述閥包括球閥；並且 其中所述閥部件包括大體上球形的轉子，其包括延伸穿過其的流體通路。
9.根據權利要求1所述的燃氣渦輪發動機，其特徵在於， 所述閥包括迴轉滑閥；並且 其中所述閥部件包括大體上圓筒形的轉子，其包括延伸穿過其的流體通路。
10.根據權利要求1所述的燃氣渦輪發動機，其特徵在於，所述燃氣渦輪發動機還包括: 提供與所述閥部件的角位置相關聯的輸出信號的位置傳感器；以及操作性地聯接成從所述位置傳感器接收所述輸出信號的控制器，所述控制器操作性地聯接於所述迴轉導葉促動器，以引起所述迴轉導葉促動器使所述閥部件旋轉，並且將所述閥部件大致保持在所述開啟位置與所述關閉位置之間的期望的中間角位置處。
11.根據權利要求10所述的燃氣渦輪發動機，其特徵在於， 所述位置傳感器包括迴轉可變差動變壓器；並且 其中所述輸出信號包括與所述閥部件的角位置相關聯的電壓。
12.根據權利要求10所述的燃氣渦輪發動機，其特徵在於，所述位置傳感器包括霍爾效應傳感器和分解器中的一個或更多個。
13.—種用於燃氣潤輪發動機的空氣閥控制系統,所述空氣閥控制系統包括: 布置成將壓縮空氣傳送穿過其的供應管； 操作性地設置在所述供應管中的蝶形閥，所述蝶形閥包括布置成調製穿過所述供應管的所述壓縮空氣的流的可旋轉的蝶形板，所述蝶形板能夠在開啟位置與關閉位置之間旋轉; 可操作地聯接成使所述蝶形板旋轉的液壓操作的迴轉導葉促動器； 提供與所述蝶形板的角位置相關聯的輸出信號的位置傳感器；以及 操作性地聯接成從所述位置傳感器接收所述輸出信號的控制器，所述控制器操作性地聯接於所述迴轉導葉促動器，以引起所述迴轉導葉促動器使所述蝶形板旋轉並且將所述蝶形板大致保持在所述開啟位置與所述關閉位置之間的期望的中間角位置處。
14.根據權利要求13所述的空氣閥控制系統，其特徵在於， 所述位置傳感器包括迴轉可變差動變壓器；並且 其中所述輸出信號包括與所述蝶形板的角位置相關聯的電壓。
15.根據權利要求13所述的空氣閥控制系統，其特徵在於， 所述空氣閥控制系統還包括電動液壓伺服閥，其布置成至少部分地基於從所述控制器接收到的命令信號來調節施加於所述迴轉導葉促動器的第一埠的第一液壓和施加於所述迴轉導葉促動器的第二埠的第二液壓； 其中所述液壓施加於所述第一埠與所述蝶形板沿第一方向的旋轉相關聯；並且 其中所述液壓施加於所述第二埠與所述蝶形板沿第二方向的旋轉相關聯。
16.根據權利要求13所述的空氣閥控制系統，其特徵在於，所述迴轉導葉促動器由加壓燃料液壓地操作。
17.根據權利要求13所述的空氣閥控制系統，其特徵在於，所述供應管布置成將所述壓縮空氣傳送至高壓渦輪主動空隙控制系統。
18.根據權利要求13所述的空氣閥控制系統，其特徵在於，所述供應管布置成將所述壓縮空氣傳送至低壓渦輪主動空隙控制系統。
19.根據權利要求13所述的空氣閥控制系統，其特徵在於，所述供應管布置成將所述壓縮空氣傳送至核心隔間冷卻系統、增壓器防冰系統、機艙防冰系統、啟動放氣系統、瞬變放氣系統和調製的渦輪冷卻系統中的一個或更多個。
20.根據權利要求13所述的空氣閥控制系統，其特徵在於，所述期望的中間角位置由數字發動機控制器基於至少一個測量的操作參數來確定。
【文檔編號】F01D17/26GK104246142SQ201380022140
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月10日 優先權日:2012年4月27日
【發明者】D. 辛普森 A., J. 梅蘭德 W., A. 莫斯特 D., J. 普拉傑 M. 申請人:通用電氣公司