自適應噴射器系統的製作方法

2023-05-06 17:54:56

自適應噴射器系統的製作方法
【專利摘要】提供了一種設備，其具有帶第一壓力下的流體流的第一區和帶第二壓力下的流體流的第二區。油槽腔設置成與第一區和油槽出口成流體連通。噴射器系統可具有貫穿的並且與第二區和油槽出口成流體連通的流體流動路徑。噴射器系統可設有高度感應閥並且還可設有計量壓力感應閥。噴射器系統還可設有第二計量壓力感應閥並且還可設有孔板。計量壓力感應閥可對第二區的計量壓力作出反應。
【專利說明】自適應噴射器系統 技術背景
[0001] 所公開的實施例總體上屬於燃氣渦輪發動機，且具體地涉及以用於油槽密封增壓 為特徵的自適應噴射器系統。


【發明內容】

[0002] 本發明的第一實施例提供一種設有第一區和第二區的油槽（sump)增壓和噴射器 系統，第一區具有在第一壓力下的流體流，以及第二區具有在第二壓力下的流體流。潤滑 油槽腔設置成與第一區和油槽出口（vent)成流體連通。噴射器閥系統可提供為具有貫穿 的並且與第二區和油槽出口成流體連通的流體流動路徑。噴射器閥系統可提供為具有高度 (altitude)感應閥並且還可提供為具有計量壓力感應閥。
[0003] 噴射器系統的另一個實施例可設有通過流體流動路徑與計量壓力感應閥並聯的 高度感應閥。計量壓力感應閥還可設置成通過該流體流動路徑與孔板串聯。
[0004] 噴射器系統的另一個方案還可設有在流體流動路徑中與高度感應閥串聯的第二 計量壓力感應閥。
[0005] 噴射器系統的又一個方案可設有通過流體流動路徑與第一計量壓力感應閥並聯 的高度感應閥，該高度感應閥還可通過該流體流動路徑與第二計量壓力感應閥串聯。孔板 也可通過該流體流動路徑與第一計量壓力感應閥串聯。
[0006] 計量壓力感應閥可對第二區的計量壓力作出反應。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 本發明的實施例在以下說明中被闡明：
[0008] 圖1是帶有提供有本發明實施例的軸承油槽的燃氣渦輪發動機的示意性截面圖。
[0009] 圖2是自適應噴射器閥系統的實施例。
[0010] 圖3是不同於圖2中所不的自適應噴射器閥系統的另一個實施例。

【具體實施方式】
[0011] 典型的燃氣渦輪發動機通常具有前端和後端以及其在兩端之間直列式布置的若 幹部件。空氣入口或進口在發動機的前端。朝向後端移動，依序的是，進口可設有風扇，接著 是壓縮機、燃燒室、渦輪機，以及在發動機後端處的噴嘴。本領域技術人員將容易明白，附加 的部件也可包含在發動機中，舉例而言，例如低壓和高壓壓縮機、高壓和低壓渦輪機，以及 外軸。然而，這並非窮盡性的列舉。發動機還通常具有通過發動機的中心縱向軸線沿軸向 設置的內軸。內軸連接至渦輪機和空氣壓縮機二者，使得渦輪機向空氣壓縮機提供旋轉輸 入以驅動壓縮機葉片。典型的燃氣渦輪發動機還可認為具有貫穿的中心縱向軸線的外周。
[0012] 現在參見圖1，提供了燃氣渦輪發動機100的截面的示意性圖示。所示的發動機 100可用於常規的噴氣式飛行器中。發動機100提供有貫穿設置的中心縱向軸線101。發 動機100可設置在具有周圍壓力和溫度條件的環境102中，該周圍壓力和溫度條件可存在 於發動機100正在使用的海拔處。風扇103可提供在發動機100的前端。在風扇之後，發 動機100提供有與壓縮機相關聯的第一區104,該第一區包含供給密封增壓空氣108的低壓 和低溫流體流。在第一區104之後，發動機100提供有在壓縮機中更靠後的第二區106,該 第二區包含供給噴射器供給空氣107的高壓和高溫流體流。
[0013] 密封增壓空氣108被排放到密封增壓室109中並對其加壓，該密封增壓室容納軸 承油槽和潤滑系統200。油槽系統提供有油溼的潤滑油槽腔201。油泵202提供加壓油源 204以潤滑用於軸105的支撐軸承205。回油（或廢油）206被抽取到泵202中、加壓，並作 為加壓油源204被送回到油槽腔201中。
[0014] 油槽腔201經由一組旋轉的油槽腔油密封件110與密封增壓室109隔開。旋轉油 密封件110可為任何已知的類型，所示實例提供的是旋轉迷宮密封件。由於旋轉迷宮密封 件的屬性，來自第一區104的密封增壓空氣108可經由密封增壓室109並穿過旋轉迷宮密 封件110洩漏到油槽腔201中。因此，油槽腔201經由旋轉迷宮密封件110始終與第一區 104成流體連通。
[0015] 密封增壓室109還經由第二組旋轉密封件112與下罩殼（under-cowl) 116隔開。 類似於旋轉油槽腔密封件110,第二組密封件112可為任何已知的類型，所示實例提供的是 旋轉迷宮密封件112。密封排出空氣114可通過這些旋轉迷宮密封件112洩漏到通常處於 周圍條件的下罩殼116中。
[0016] 如果密封增壓室109的壓力低於油槽腔201的壓力，則在密封增壓室109和油槽 腔201之間將存在負的壓力差。在這種情況下，油可從油槽腔201漏出，這通常可發生在低 海拔和/或發動機100的低功率輸出時。因此，噴射器系統提供為用以保持油槽腔201的壓 力低於密封增壓室109的壓力，使得在增壓室109和油槽腔201之間存在正的壓力差。當 在增壓室109和油槽腔201之間存在正的壓力差時，密封增壓空氣108可流入油槽腔201 並防止油洩漏。
[0017] 參見圖1和圖2,發動機100提供有自適應噴射器系統300,也稱為空氣射流噴射 裝置。噴射器系統300可經由噴射器噴嘴302與靜止的中央排出管301成流體連通。通過 所示的旋轉中央排出管111或其他已知的排出迴路，軸承油槽和潤滑系統200還提供有油 槽出口 208。油槽排出空氣118穿過該排出管111，並進入容納噴射器噴嘴302的靜止中央 排出管301中。
[0018] 當噴射器系統打開時，噴射器噴嘴302將噴射器排放空氣304遠離油槽出口 208 噴入靜止排出管301中並進入具有收縮結構或收縮器308的噴射器混合區段306。收縮器 308在靜止排出管中形成噴嘴。該噴嘴將噴射器排放空氣304遠離油槽出口 208並穿過收 縮器308噴出的動作產生了將油槽排出空氣118從油槽腔201經過油槽出口 208吸引的低 壓抽吸。此種抽吸在油槽腔201中產生了比否則沒有噴射器系統300的情況時更低的壓力， 並產生了在密封增壓室109和油槽腔201之間的正壓力差。較低的油槽腔壓力允許密封增 壓空氣108進入油槽腔以幫助防止油從油槽腔油密封件110漏出。
[0019] 參見圖2,現在將詳細闡述自適應噴射器系統300的實施例。噴射器系統300可提 供有閥殼體，該閥殼體可具有通向大約處於周圍壓力的下罩殼環境116的排出孔312。噴射 器系統300還可提供有在殼體310內的噴射器流體流動路徑313。噴射器流動路徑313供 給有來自第二區106的高壓噴射器空氣107。在該流體流動路徑313內，可提供第一計量 壓力感應閥318、第二計量壓力感應閥314,以及高度感應閥316。高度感應閥316可提供 成通過流體流動路徑113與第二計量壓力感應閥314串聯。第一計量壓力感應閥318可通 過流體流動路徑113與第二計量壓力感應閥314和高度感應閥316並聯。另外，孔限制器 320可提供成通過流體流動路徑313與第一計量壓力感應閥318串聯，並且可通過流體流 動路徑313與第二計量壓力感應閥314和高度感應閥316並聯。計量壓力感應閥314、318 測量噴射器供給空氣107和下罩殼116環境之間的壓力差並對該壓力差作出反應，因為該 下罩殼環境與周圍條件相關。通常，由計量壓力感應閥314、318讀取的計量壓力與發動機 100的功率輸出相關。
[0020] 高度感應閥316可在預定高度和低於預定高度時是打開的，而在高於該預定高度 的所有其他條件時是關閉的。第一計量壓力感應閥318可在第一預定計量壓力和低於第一 預定計量壓力時保持打開，而在高於該預定計量壓力的所有其他條件時是關閉的。第二計 量壓力感應閥314可在第二預定計量壓力和低於第二預定計量壓力時保持打開，而在高於 該預定計量壓力的所有其他條件時是關閉的。第二預定計量壓力可不同於第一預定計量壓 力。另外，第二預定計量壓力可大於或等於第一預定計量壓力。
[0021] 當發動機100正在低海拔（例如，地面水平）和以低功率（例如，在地面怠速期間 或著陸進場期間）運行並且計量壓力低於第一和第二預定計量壓力時，則所有閥314、316、 318保持打開。在所有閥314、316、318打開的情況下，噴射器運行，這允許噴射器供給空氣 107自由地流過噴射器系統300並離開噴射器噴嘴302。流出噴嘴302的噴射器排放空氣 304產生在油槽出口 208處導致較低壓力的抽吸，從而在密封增壓室109和油槽腔201之間 產生正的壓力差。
[0022] 當發動機高於預定高度時高度感應閥316關閉。然而，如果計量壓力低於第一預 定計量壓力（例如，與低發動機功率相關的壓力），則第一和第二計量壓力感應閥314、318 兩者可保持打開。在高度感應閥316關閉而第一計量壓力感應閥318打開的情況下，噴射 器供給空氣107經引導通過第一計量壓力感應閥318並通過孔限制器320。孔限制器320 限制供給空氣107流動，使得在噴嘴302處的抽吸相比之前的情形減小。在這些條件下，在 油槽出口 208處減小的抽吸相比之前使噴射器系統運行的情形中所需的抽吸足以在油槽 腔201中保持合適的壓力差。供給空氣107的受限流動要求更少的空氣遠離發動機抽出， 並且相比於供給空氣107不受限且未經引導通過孔限制器320的情況更少地影響發動機的 功率輸出。另外，減小的抽吸可要求通過油泵202確保合適的回油，這可在泵202入口處以 非常低的壓力形成氣穴。
[0023] 在低海拔和中等發動機功率時，高度感應閥316可保持打開。然而，計量壓力感應 閥314、318將關閉並且噴射器300將中止運行。在低海拔和高發動機功率時，例如在飛行 的起飛或爬升/上升階段時的情形，高度感應閥316將保持打開，但兩個計量壓力感應閥將 關閉並且噴射器300將中止運行。在當噴射器300中止運行時的此類情形中，將無需防止 油穿過油槽腔油密封件110洩漏。
[0024] 在高海拔時，例如在巡航高度和與巡航速度相關的發動機功率時，高度感應閥316 和第一計量壓力感應閥318將關閉。在此種情形中，噴射器系統300將中止運行，因為它無 需防止油穿過油槽腔油密封件110洩漏。
[0025] 對於本文所公開的噴射器系統300而言，多種變型是可能的。例如，對於兩個計量 壓力感應閥314、318來說，多個預定計量壓力值是可能的。這些壓力值可根據燃氣輪機發 動機100的設計方案和它的設計功率輸出以及它被用於的環境來確定。
[0026] 由於孔限制器320,在噴射器噴嘴302處的多個抽吸水平是可能的。如上述實例 中所示，在地面水平比在高處時可獲得更高的抽吸能力。由於孔限制器320,在噴射器噴嘴 302處減小的抽吸可足以幫助防止漏油，同時也防止油泵在最大海拔（此時遭遇到的壓力 最小）處形成氣穴。
[0027] 另外，文中所述的噴射器系統300可採用文中所述的閥314、316、318中的任何且 僅一個，或者採用文中所述的閥314、316、318中的任何且僅兩個，或者帶有或者沒有孔板 320。例如，參見圖3,自適應噴射器閥系統300示出為具有與計量壓力感應閥318和孔限 制器320並聯的高度感應閥316。應當明白，具有僅兩個閥的這些實施例相比於圖1和圖2 中所示的三個閥的實施例將不同地響應。
[0028] 所公開的實施例可提供各種改進的發動機系統特性，舉例而言，例如提高的性能， 例如更低的燃料消耗；更低的油以及一氧化氮和二氧化氮排放；以及更低的回油泵氣穴風 險。
[〇〇29] 前述關於結構和方法的書面描述為說明目的而提供。若干實例用來公開本發明 (包括最佳模式），並且還使得本領域技術人員能夠實施本發明（包括製作和使用任意裝置 或系統以及實施任何所結合的方法）。這些實例並非意圖為窮盡性的，或者用以將本發明限 制於所公開的精確步驟和/或形式，並且許多改動和變型根據上述教導是可能的。文中所 述的特徵可採用任何組合進行結合。文中所述的方法的步驟可採用物理上可行的任何順序 予以執行。本發明的可專利範圍由所附權利要求限定，並且可包括本領域技術人員想到的 其他實例。此類其他實例如果它們具有與權利要求的字面語言並無不同的結構元件或者如 果它們包括與權利要求的字面語言並無實質區別的同等結構元件則認為在權利要求的範 圍內。
【權利要求】
1. 一種用於燃氣渦輪發動機的噴射器，包括： 具有第一壓力下的第一流體流的第一區； 具有第二壓力下的第二流體流的第二區； 與所述第一區和油槽出口成流體連通的潤滑油槽腔；以及 噴射器閥系統，所述噴射器閥系統具有貫穿的與所述第二區和所述油槽出口成流體連 通的流體流動路徑，並且包括高度感應閥和計量壓力感應閥。
2. 根據權利要求1所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述高度感應 閥在等於以及低於海拔高度時保持打開而在所有其他條件下保持關閉。
3. 根據權利要求1所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述用於燃氣 渦輪發動機的噴射器還包括： 通過所述流體流動路徑與所述計量壓力感應閥串聯的孔板。
4. 根據權利要求1所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述用於燃氣 渦輪發動機的噴射器還包括： 通過所述流體流動路徑與所述高度感應閥串聯的第二計量壓力感應閥。
5. 根據權利要求4所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述計量壓力 感應閥在等於以及低於第一計量壓力時保持打開而在所有其他條件下保持關閉。
6. 根據權利要求5所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述第二計量 壓力感應閥在等於以及低於第二計量壓力時保持打開而在所有其他條件下保持關閉。
7. 根據權利要求6所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述第一計量 壓力小於或等於所述第二計量壓力。
8. 根據權利要求4所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述計量壓力 感應閥和所述第二計量壓力感應閥對所述第二區的計量壓力作出反應。
9. 一種用於燃氣潤輪發動機的噴射器，包括： 具有第一壓力下的第一流體流的第一區； 具有第二壓力下的第二流體流的第二區； 與所述第一區和油槽出口成流體連通的潤滑油槽腔；以及 噴射器閥系統，所述噴射器閥系統具有貫穿的與所述第二區和所述油槽出口成流體 連通的流體流動路徑，並且包括通過所述流體流動路徑與計量壓力感應閥並聯的高度感應 閥。
10. 根據權利要求9所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述高度感應 閥在等於以及低於海拔高度時保持打開而在所有其他條件下保持關閉。
11. 根據權利要求9所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述用於燃氣 渦輪發動機的噴射器還包括： 與所述計量壓力感應閥串聯的孔限制器板。
12. 根據權利要求9所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述用於燃氣 渦輪發動機的噴射器還包括： 通過所述流體流動路徑與所述高度感應閥串聯的第二計量壓力感應閥。
13. 根據權利要求9所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述計量壓力 感應閥在等於以及低於所述第二區的第一計量壓力時保持打開而在所有其他條件下保持 關閉。
14. 根據權利要求13所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述用於燃 氣渦輪發動機的噴射器還包括： 通過所述流體流動路徑與所述高度感應閥串聯的第二計量壓力感應閥； 其中，所述第二計量壓力感應閥在等於以及低於所述第二區的第二計量壓力時保持打 開而在所有其他條件下保持關閉。
15. 根據權利要求14所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述第一計 量壓力不同於所述第二計量壓力。
16. 根據權利要求14所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述第一計 量壓力小於或等於所述第二計量壓力。
17. 根據權利要求14所述的用於燃氣渦輪發動機的噴射器，其特徵在於，所述用於燃 氣渦輪發動機的噴射器還包括通過所述油槽出口和排出管與所述潤滑油槽腔成流體連通 的噴嘴。
18. -種設備，包括： 具有低壓壓縮機區和高壓壓縮機區的燃氣渦輪發動機； 所述低壓壓縮機區具有在第一壓力下的流體流，所述第一壓力對應於所述發動機的功 率輸出； 所述高壓壓縮機區具有在第二壓力下的流體流，所述第二壓力對應於所述發動機的所 述功率輸出； 與所述低壓壓縮機區和油槽腔出口成流體連通的潤滑油槽腔；以及 噴射器閥系統，所述噴射器閥系統具有貫穿的與所述高壓壓縮機區和所述油槽出口成 流體連通的流體流動路徑，並且包括高度感應閥、第一計量壓力感應閥，以及第二計量壓力 感應閥； 其中，所述高度感應閥通過所述流體流動路徑與所述第一計量壓力感應閥並聯；以及 其中，所述高度感應閥通過所述流體流動路徑與所述第二計量壓力感應閥串聯。
19. 根據權利要求18所述的設備，其特徵在於，所述第一計量壓力感應閥和所述第二 計量壓力感應閥對所述第二區的計量壓力作出反應。
20. 根據權利要求18所述的設備，其特徵在於，所述設備還包括通過所述流體流動路 徑與所述第一計量壓力感應閥串聯的孔限制器。
【文檔編號】F01D11/04GK104093941SQ201280063775
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2012年12月7日 優先權日:2011年12月20日
【發明者】方寧, B·J·辛普森, D·H·安斯蒂德, A·M·雷科德, D·J·威爾蒂 申請人:通用電氣公司