專利名稱：多轉(zhuǎn)子旁通渦扇發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及燃氣輪機，尤其涉及一種多轉(zhuǎn)子旁通渦扇發(fā)動機，它能夠用作噴氣式飛機的輔助發(fā)動機或主發(fā)動機。
背景技術(shù)：
一架現(xiàn)代化的噴氣式飛機需要有電力來驅(qū)動許多輔助設(shè)備，以支持飛機在地面時的操作，尤其是當(dāng)該飛機停在停機坪上時。通常情況下，這些輔助設(shè)備的功率是由地面的支持設(shè)備或由飛機上的輔助發(fā)動機(APU)所提供的，以避免由于飛機主發(fā)動機運轉(zhuǎn)而導(dǎo)致燃料過多消耗、噪聲以及擾流等問題。雖然機載輔助發(fā)動機具有最大的靈活性，但是它對于飛機的凈載重及有效裝載容積具有負面影響。而地面的支持設(shè)備又經(jīng)常是無法具備的。
因此，至今為止對噴氣式發(fā)動機進行了改進以解決這個問題。例如，在美國專利No.5,487,717中公開的，并轉(zhuǎn)讓本發(fā)明的受讓人的雙轉(zhuǎn)子旁通渦扇發(fā)動機，包括在前端具有一個風(fēng)扇，以及在后端有一個低壓渦輪的的低壓轉(zhuǎn)子。一個具有高壓渦輪的同軸高壓轉(zhuǎn)子，它具有一個在流體流動方面與低壓轉(zhuǎn)子的風(fēng)扇后面相通的高壓壓氣機，以及具有一個在流體流動方面與位于燃燒器后面以及在低壓轉(zhuǎn)子的低壓渦輪的前方相通的高壓渦輪。燃氣從該低壓渦輪上游的一個點旁泄進發(fā)動機的旁通通道，因此而降低了風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。
但是當(dāng)把這個原理應(yīng)用于三轉(zhuǎn)子噴氣式發(fā)動機時，問題就變得比較復(fù)雜了。一個旁通渦扇的空氣動力要素分成三轉(zhuǎn)子使得各個轉(zhuǎn)子的速度以一種有利于偏離設(shè)計工作點的方式自行調(diào)節(jié)。在把總的壓縮比設(shè)計得相當(dāng)高以實現(xiàn)可能的最好燃料經(jīng)濟性以及在用于推進目的而實現(xiàn)最好的推力/重量比時，這一點尤其是正確的。具體說，該風(fēng)扇通常在排列方向上位于一個環(huán)形旁通通道的前方，該通道圍繞著高、中、低壓轉(zhuǎn)子。該風(fēng)扇被低壓轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)所驅(qū)動。分析表明當(dāng)推力的需求減少時，低壓轉(zhuǎn)子的速度降低的程度比高壓轉(zhuǎn)子的更大。低壓壓氣機較低的轉(zhuǎn)速使得它能在較低的流量下運轉(zhuǎn)而不會導(dǎo)致壓氣機失速。但是，在全部輔助設(shè)備的負荷條件下的最佳性能要求精細校準(zhǔn)該高壓燃氣的級間旁泄。
在該三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，中壓壓氣機通常被支撐在風(fēng)扇下游和高壓壓氣機前方的中間轉(zhuǎn)子上。這個中間轉(zhuǎn)子被一個中壓渦輪所驅(qū)動，這個中壓渦輪位于高壓渦輪和低壓渦輪之間。發(fā)動機的輔助設(shè)備，例如發(fā)電機，是被高壓轉(zhuǎn)子所驅(qū)動的。這樣，在地面運轉(zhuǎn)要產(chǎn)生輔助功率時盡量提高高壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速而同時盡量降低低壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是很重要的。
發(fā)明概述本發(fā)明使得一個三轉(zhuǎn)子旁通渦扇發(fā)動機能夠以一個可編程的精細校準(zhǔn)的良好模式運轉(zhuǎn)，這樣，當(dāng)飛機在停機坪上時，發(fā)動機只需發(fā)出供飛機當(dāng)時對電能、液壓能和壓縮空氣需求所需要的功率，這就減少了飛機的燃料消耗和對人員的干擾。本發(fā)明的這個原理涉及到利用布置在高壓渦輪下游和在中壓渦輪上游的機械分流裝置來實現(xiàn)熱氣從高壓渦輪后部有效而精確、可控地旁泄。使用了提升閥來控制分流器并因此而使旁泄的氣體進入旁通通道而不進一步去做功。從流經(jīng)中壓和低壓渦輪的流量中除去相當(dāng)大部分工作流體極大地降低了它們分別推動中壓壓氣機和低壓風(fēng)扇的能力，并因此而降低了進入高壓壓氣機的空氣的溫度和壓力。降低了進入高壓壓氣機的壓力就減少了流經(jīng)那里并進入發(fā)動機燃燒室的質(zhì)量流量，這也就減少了所要求的燃料流量，而仍然使得高壓級能夠以足以驅(qū)動發(fā)動機的發(fā)電機、泵等輔助設(shè)備的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。另外，由于入口處較低壓力而造成的高壓壓氣機入口溫度的降低也使得高壓壓氣機的出口溫度得以降低，而這又在從高壓壓氣機出來的空氣能夠被作為旁泄空氣而利用以前，就減少或消除了對它進行冷卻的必要。
更具體地說，按照本發(fā)明，一組連接分流器的沿圓周間隔的提升閥布置在高壓渦輪的下游以使燃氣旁泄。使用多個高效、單獨控制的提升閥使得能夠?qū)θ細馀孕沟臄?shù)量進行計算機控制。因此，按照編好程序的順序開啟這些閥，可以以分散、精確的增量而改變旁泄量。經(jīng)過控制的旁泄使得低壓渦輪以某個轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，這個轉(zhuǎn)速足以提供一定數(shù)量的空氣給發(fā)動機的高壓部分，這個數(shù)量的空氣僅供產(chǎn)生飛機上的電力、液壓或空氣設(shè)備所需要的功率。
需要注意的是當(dāng)發(fā)動機處于惰轉(zhuǎn)工況時，排去從高壓渦輪的后部鄰近處進入發(fā)動機的旁通通道的級間壓力的概括的構(gòu)思在轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的Williams專利No.3,363,415中公開了。此外，轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的Williams專利No.5,687,563也公開了使用數(shù)字化計算機控制的提升閥連接到杠桿型的機械分流器以把空氣排離中壓渦輪。但是，靠開啟提升閥而強制進入流體流道的杠桿型的機械分流器具有對流出高壓渦輪的流體產(chǎn)生不必要的限制的缺點。
本發(fā)明提供一組在高壓和中壓渦輪之間的燃氣通道中沿圓周布置的提升閥裝置。每套閥裝置包括三個提升閥。每組閥裝置的中間閥控制一個分流器，這個分流器是設(shè)計用來當(dāng)這些閥處于開啟位置時有效地使流體的流動從高壓渦輪轉(zhuǎn)向，而當(dāng)這些閥處于關(guān)閉位置時，又能把流體流動的擾流減到最小。
本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施例提供一個渦輪旁泄系統(tǒng)，它使用連接到渦輪殼體的閥支撐殼體。這個閥支撐殼體有一個可以在該閥支撐殼體的頂部表面上滑動的滑閥。該滑閥在發(fā)動機處于惰轉(zhuǎn)工況時可以工作并且將開啟從燃氣通道到燃氣輪機風(fēng)扇旁通通道的流體流道，即渦輪旁泄模式。當(dāng)在關(guān)閉位置時，該滑閥將阻止任何從燃氣通道通向旁通通道的流體流動，即此時發(fā)動機處于全負荷運轉(zhuǎn)工況。
附圖簡述

圖1是一個本發(fā)明特別適用的三轉(zhuǎn)子渦扇燃氣輪機的橫斷面正視圖；圖2是沿圖1中的2-2線切開的視圖，其中各個閥和分流器顯示為開啟位；圖3是圖2中沿箭頭3的方向所取的橫斷面視圖，其中各個閥和分流器顯示為關(guān)閉位；圖4是類似于圖3的一個視圖，其中提升閥和分流器顯示為開啟位；圖5是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的一個同等大小的視圖，顯示圍繞發(fā)動機的周邊布置的一組閥裝置。
圖6是另一種優(yōu)選實施例的一般原理視圖，顯示滑閥在關(guān)閉位。
圖7是另一種優(yōu)選實施例的透視圖，顯示渦輪殼體。
圖8a-8d是按照另一種優(yōu)選實施例的渦輪旁泄通道的透視圖。
圖9是按照另一種優(yōu)選實施例的閥支撐殼體的透視圖。
圖10是按照優(yōu)選實施例的滑閥剖面透視圖。
圖11是另一種優(yōu)選實施例的透視圖。
圖12是另一種優(yōu)選實施例的橫斷面圖，其中滑閥在關(guān)閉位。
圖13是另一種優(yōu)選實施例的橫斷面圖，其中滑閥在開啟位。
圖14是另一種渦輪旁泄系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的透視圖。
優(yōu)選實施例詳述如圖1，示意性地顯示了一個三轉(zhuǎn)子旁通渦扇發(fā)動機6，并包括一個圓柱形的罩殼8，它的最外部確定了環(huán)形旁通通道10的外壁。一個低壓轉(zhuǎn)子12可以繞發(fā)動機6的中心縱軸14旋轉(zhuǎn)并包括一個軸16，該軸具有一個風(fēng)扇18并且在軸的前端有一個低壓壓氣機19，在軸的后端有一個低壓渦輪20。
一個中壓轉(zhuǎn)子22繞低壓級12的軸16同軸布置，還包括一個軸24，一個中間壓氣機26和一個中間渦輪28。一個高壓轉(zhuǎn)子裝置30分別在低壓轉(zhuǎn)子和中壓轉(zhuǎn)子12和22的軸16和24上可以伸縮，并包括一個軸32，這個軸的前端有一個高壓壓氣機34，它的后端有一個高壓渦輪36。
一個環(huán)形燃燒器40分別位于低、中、高壓轉(zhuǎn)子12，22和30的附近，在高壓壓氣機34和高壓渦輪36之間。一個燃氣通道42位于環(huán)形燃燒器40的后部并分別位于高、中、低壓渦輪36，28和20的附近。
一個輔助驅(qū)動軸50與高壓轉(zhuǎn)子30的軸32相嚙合。傳統(tǒng)的輔助設(shè)備，例如起動機/發(fā)電機52是被輔助驅(qū)動軸50驅(qū)動的，其轉(zhuǎn)速與高壓轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)速直接有關(guān)。
風(fēng)扇18所產(chǎn)生的氣流的一部分流到低壓壓氣機19，然后又分別到達中壓和高壓壓氣機26和34，而另一部分氣流則流到旁通通道10。從高壓壓氣機34出來的燃燒空氣流到燃燒器40，燃料就被噴進那里并燃燒。燃氣首先流經(jīng)高壓渦輪36，然后先后通過中壓和低壓渦輪28和20。
當(dāng)發(fā)動機6在地面運轉(zhuǎn)并處在情轉(zhuǎn)工況時，靠把從高壓渦輪36出來的熱氣分開而使得輔助功率達到最大而噪聲和燃料消耗最小。一部分熱氣徑向向外轉(zhuǎn)向然后流經(jīng)緊靠高壓渦輪36后部的一個或幾個提升閥58。這些提升閥58沿圓周布置，并且可以被計算機控制的空氣驅(qū)動系統(tǒng)單獨或共同開啟。
如圖2所示，每個提升閥58包括一個閥桿62和一個閥頭64，它適合坐落在閥座66上。安裝在一個閥筒72內(nèi)可以滑動并可以在閥桿62上伸縮活動的一個活塞68在空氣壓力的作用下把閥58開啟。一個排氣管78從每個閥58的后部延伸進入旁通通道10內(nèi)。
按照如圖2所示的本發(fā)明的一個特點，三個提升閥80的一組線性裝置繞燃氣通道42成環(huán)形排列。每組閥80的中間閥控制一個流量分流器82。每個分流器82包括一個從分流器桿86懸掛的沿圓周被斜截的環(huán)84。這個分流器桿86從閥頭64徑向向內(nèi)懸掛。該沿圓周斜截的環(huán)84確定了在高壓渦輪36與中壓渦輪28之間的熱氣通道內(nèi)的一個流動開口88，并且當(dāng)與它相關(guān)的提升閥58開啟時，它伸進從高壓渦輪36出來的熱氣流中。這個分流器82增加熱氣的旁泄，超過由熱氣流與旁通通道10內(nèi)相對較低的壓力之間的壓力差所產(chǎn)生的旁泄量。
如圖4所示，提升閥58和分流器82在傳統(tǒng)的計算機(未顯示)的控制下已經(jīng)被一個作用到活塞68的空氣壓力移到開啟位。當(dāng)使活塞68移動的空氣作用力消失時，被熱氣流作用以抵抗分流器82的這個力就把閥58移到關(guān)閉位，如圖3所示。
在發(fā)動機6以最大推力位運轉(zhuǎn)期間，這些提升閥58是關(guān)閉的，而分流器82是縮回的。分流器的這些圓周上截短的環(huán)84就成為通到中間渦輪28的燃氣通道42的外壁的一部分。該提升閥58被作用在分流器82上的燃氣壓力保持在收縮位。當(dāng)提升閥58開啟時，它把分流器82推入到流動環(huán)腔內(nèi)。這個動作在燃氣通道42的外壁上留下一個孔，熱氣可以通過它分流。然后這熱氣流經(jīng)開啟的提升閥58到達發(fā)動機的旁通通道10。每個分流器82的進入到熱氣流動環(huán)腔中把熱氣導(dǎo)向與它相關(guān)的提升閥開口并部分地堵塞通向處于它的下游的中壓渦輪28的熱氣通道。分流器82的橫斷面積使得從高壓渦輪36出來的流體流動的中斷是最少的。
在輔助發(fā)動機(APU)模式時流體分流的數(shù)量可以靠控制與每個分流器82相關(guān)的提升閥58的行程以及有選擇地開啟不控制分流器的提升閥58以控制每個分流器82的徑向伸入來調(diào)整到最佳值。
如圖6-14所示為渦輪旁泄原理的一個優(yōu)選實施例。圖6顯示了渦輪旁通的另一個優(yōu)選實施例構(gòu)思，其燃氣輪機位于封閉或非旁通位置。渦輪殼體90具有任何被人們已知的一種固定方式緊固在前端法蘭表面上的閥支撐殼體92。閥支撐殼體92具有與閥支撐殼體92的外表面有滑動接觸的滑閥96。這個閥支撐殼體92包括圍繞著殼體92外周邊緣的一組槽98?；y96可以沿閥支撐殼體92的外表面軸向移動。在閥支撐殼體92和渦輪殼體90的一個表面之間的是一組渦輪旁泄通道100和蓋102。當(dāng)發(fā)動機處于惰轉(zhuǎn)工況，例如當(dāng)飛機在起飛前在瀝青路面上時，渦輪旁泄通道100和蓋102用于引導(dǎo)燃氣流入風(fēng)扇旁通通道。這個閥支撐殼體92也在一個內(nèi)緣處連接到渦輪護罩104。一組中壓渦輪噴嘴106位于渦輪護罩104的下游并且在徑向上位于渦輪殼體90的內(nèi)表面內(nèi)。滑閥96包括密封件(108，110)和一個擋熱板112，當(dāng)滑閥處于關(guān)閉位或非旁通位置時，它保護這個滑閥。當(dāng)發(fā)動機處于全功率工況時密封件108、110幫助把通過風(fēng)扇旁通通道114逃逸出來的渦輪廢氣密封起來。這個渦輪旁泄系統(tǒng)還包括一個旁通卸載通道116，它把風(fēng)扇通道114連接到渦輪的燃氣通道118。當(dāng)發(fā)動機處于惰轉(zhuǎn)工況時，滑閥96在軸向上移動到開啟位置，從而在燃氣通道118和風(fēng)扇通道114之間經(jīng)由旁通卸載通道116形成一個流動通道，旁通卸載通道116就允許流體流動。
如圖7所示，另一個優(yōu)選實施例包括一個渦輪殼體90。該渦輪殼體90具有一個整環(huán)部分120，它帶有一個后連接法蘭122，從120處延伸。這個連接法蘭122包括一組孔124，它們用來連接發(fā)動機的其他部件或中間渦輪。箍環(huán)部分120包括若干突起物126，它們用于保養(yǎng)服務(wù)及安裝在渦輪殼體90外部的部件。這個渦輪殼體90還包括一個中等跨度的法蘭128，它是用于安裝旁通卸載通道116，而這通道116把風(fēng)扇旁通通道114連接到燃氣輪機的燃氣通道118上。這個中等跨度的法蘭128從渦輪殼體90的外表面延伸并具有在那里成環(huán)形排列以連接旁通卸載通道116的一組孔130。這個渦輪殼體90具有一個前連接法蘭132，它用于把渦輪殼體90與閥支撐殼體92連接起來。前連接法蘭132被一組軸向支撐134連接到渦輪殼體90的體上，這個支撐134繞渦輪殼體90的直徑而成環(huán)形排列。這支撐134的每一側(cè)包括一個孔136并且穿過每個支撐134的中央部分有一個槽孔138。當(dāng)滑閥96處于關(guān)閉位或發(fā)動機處于正常運轉(zhuǎn)位時，這些孔136、138用于為密封件108、110的冷卻空氣/清掃空氣確定流動路徑。渦輪殼體90還包括多個繞渦輪殼體90的內(nèi)周面均勻布置的安裝吊鉤140。這些安裝吊鉤140用于把第2級或中壓渦輪噴嘴106以及把旁泄通道100固定到渦輪殼體90上。渦輪殼體90將具有用于渦輪上靜止零部件的所有必要的結(jié)構(gòu)支撐。并且它還將把任何渦輪負荷傳遞到燃氣輪機的安裝基座上。制在渦輪殼體90內(nèi)的這組軸向支撐134用來支持渦輪的靜止結(jié)構(gòu)，而同時又部分地確定并提供渦輪旁泄的流動范圍。
圖8a-8d顯示用在另一個優(yōu)選旁泄系統(tǒng)的實施例中的旁泄通道100。這個旁泄通道100包括一個內(nèi)前通道段144和外前通道段142以及一個內(nèi)后通道段146和外后通道148。這些內(nèi)和外前通道142、144段和內(nèi)和外后通道段146、148利用一個搭接頭分別在內(nèi)外段之間互相連接。這些搭接頭150將與閥支撐殼體92和渦輪殼體90等連接部件上的圓周形槽相嚙合。這搭接頭150把旁泄通道100相對于閥支撐殼體92和閥密封件96徑向地安放。旁泄通道100還包括一左一右兩個流線型擋板152和154以及一左一右兩個加強肋板156和158。這些左右流線型擋板152和154及左右加強肋板156和158在外觀上通常是彎曲的。加強肋板156和158為通道100提供了抗彎剛度，這樣就保證了在發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間結(jié)構(gòu)上的牢固性。
在渦輪旁泄系統(tǒng)內(nèi)的旁泄期間，在優(yōu)選實施例中是焊接金屬板裝置的渦輪通道段142、144、145、148將引導(dǎo)發(fā)動機氣體通過渦輪殼體90，而同時又把相鄰的渦輪靜止結(jié)構(gòu)防護起來。應(yīng)該注意到，也可以采用全機械加工的或鑄造的旁泄通道作為旁泄通道100的制造選擇方案。左右擋板152，154和左右加強肋板156，158都接近流經(jīng)高壓渦輪的排氣流道在圓周上成一個角度。旁泄通道100前后壁的內(nèi)部是圓形的以減小在旁泄模式運轉(zhuǎn)時的任何入口損失。還使用線型的加強肋板來引導(dǎo)旁通流動，使得它徑向地流過渦輪殼體90并進入旁通卸載通道116。旁泄通道108的左右流線型擋板152、154還將防護每個渦輪軸向支撐134。在把旁泄通道100繞渦輪殼體90的軸向支撐134組裝好以后，把一個蓋160焊接到每個流線型擋板上，以把每個渦輪殼體的軸向支撐134封閉住。因此，組裝好的旁泄通道100將在渦輪殼體的徑向支撐134之間形成一系列為旁通流體流動的徑向槽道。在相鄰的旁泄通道100之間是一種魚鱗式搭接密封件以便減小在運轉(zhuǎn)期間熱氣的漏泄。這些旁泄通道100在渦輪殼體90和閥支撐殼體92的安裝位置處還有一組密封件164，它們將減少熱氣的再循環(huán)。旁泄通道100包括一個軸向接片166，從搭接頭150的后表面延伸，它為旁泄通道100相對于渦輪殼體90進行圓周方向的定位。因此，利用搭接頭150和軸向接片166，把旁泄通道100與渦輪靜止結(jié)構(gòu)之間的任何接觸限制為渦輪殼體90上的槽形連接位置處。
閥支撐殼體92顯示于按照另一種優(yōu)選渦輪旁泄系統(tǒng)實施例的圖9。該閥支撐殼體92與渦輪殼體90的前法蘭相連接并通過任何已知的固定方式而緊固，但是最好還是采用螺栓或螺釘。閥支撐殼體92通常具有象環(huán)那樣的外觀并且與渦輪殼體前法蘭132的外徑以及中間法蘭128的前表面相連接并互相作用以把閥支撐殼體92密封及定位在渦輪殼體90上。閥支撐殼體92包括一個渦輪護罩連接鉤168，它用于把渦輪護罩或渦輪葉片的護蓋104連接到閥支撐殼體92和渦輪殼體90上。這個閥支撐殼體92具有一個環(huán)形的前連接槽170，它用來確定旁泄通道100相對于渦輪殼體90和閥支撐殼體92的位置并把它固定好。這個閥支撐殼體92還包括一個支撐安裝法蘭172，它用來連接到渦輪殼體90的前法蘭。閥支撐殼體92包括一組滑閥座的表面174、176和178，它們是用來為滑閥96提供從關(guān)閉位移動到開啟位的軸向移動的表面。這個閥支撐殼體92還包括一組穿過滑閥座表面176、178的清掃孔180。這組清掃空氣孔180與渦輪殼體90的軸向支撐134上的孔136相連接及對準(zhǔn)，這樣就提供了冷卻清掃空氣進入密封件108、110的流動路徑。這個閥支撐殼體92在滑閥座表面上具有一個后槽182和一個前槽184?；y表面的后槽182在它的一端與旁泄通道100對齊，在它的另一端與旁通泵通道116對齊。因此后槽182與閥支撐殼體92為旁泄流體的旁通提供了流動面積，使得流體的流動能夠適當(dāng)?shù)貜娜細馔ǖ?18轉(zhuǎn)向進入旁通泵通道116并進一步進入風(fēng)扇旁通通道114。當(dāng)滑閥96處于關(guān)閉位時，槽180、182的象全環(huán)一樣的前后段和滑閥座的表面提供了滑閥座密封件108、110的密封表面。這些象環(huán)一樣的前段和后段被一組筋肋186連接，它部分地幫助確定槽并防止滑閥密封件108、110在工作中損壞并掉進旁泄通道100內(nèi)并卡住滑閥96。在開啟位時，象環(huán)一樣的支撐174的前部把滑閥96及密封件108，110定位。槽184的前部主要用于減輕重量并且在必要時可以去掉。如上所述，在滑閥座表面的這組孔180位于接近滑閥座表面的筋肋186處并與位于渦輪殼體90的送氣孔136對齊，并在密封閥96處于關(guān)閉位時提供清掃空氣以冷卻密封件108、110。
如圖10所示，在另一優(yōu)選的實施例中滑閥96通常具有一個象圓環(huán)一樣的外觀。該滑閥96用來轉(zhuǎn)換軸向運動以便在發(fā)動機惰轉(zhuǎn)工況時啟動渦輪旁泄?；y96在它的一個內(nèi)表面上分別包括一個前密封槽188和后密封槽190。這兩個密封槽188，190每個槽內(nèi)有一個象環(huán)那樣的第1密封件108和第2密封件110。當(dāng)滑閥96處于關(guān)閉位或非旁泄位時，這些密封件108，110用來防止任何熱氣繞滑閥96泄漏。該滑閥96還包括一組前連接片192，它用來連接到一個作動器，該作動器提供必要的力以使滑閥96在滑閥殼體92上軸向移動。當(dāng)滑閥96在關(guān)閉位工作時，在滑閥96前后端的第1和第2密封件108和110將幫助減小漏泄。一個擋熱板112，它通常具有一個象環(huán)腔或圓環(huán)一樣的形狀并固定到滑閥96的內(nèi)周面上，將幫助保護滑閥96部分免受燃氣的高壓和高溫影響。另外，當(dāng)處于關(guān)閉位時，滑閥96將通過渦輪殼體90以及閥支撐殼體92上的孔被提供清掃空氣，以幫助冷卻密封件108和110。這個擋熱板112最好是用耐高溫和抗氧化的材料制成，它允許很高的溫度而不容易產(chǎn)生裂紋或變脆，但是應(yīng)該注意到也可以使用其他任何材料。
圖11和14分別顯示了渦輪殼體90，旁泄通道100和閥支撐殼體92組件的剖面切開圖和透視圖。
圖12顯示了在關(guān)閉位或非渦輪旁泄位時的發(fā)動機渦輪。這是在正常的發(fā)動機渦輪運轉(zhuǎn)位時滑閥96的位置?；y96的密封件108，110與閥支撐殼體92相連接，而擋熱板112將保護滑閥96免受從高壓渦輪出來的燃氣的極高溫度和高壓的破壞?；y96的第1和第2密封件108，110通過渦輪殼體的軸向支撐134上的清掃空氣孔和閥支撐殼體92上的清掃空氣孔而被冷卻?；y96關(guān)閉通過渦輪殼體90和閥支撐殼體92的孔，這樣就強迫所有的燃氣流經(jīng)燃氣通道118并在那以后流向中壓渦輪和低壓渦輪。
圖13顯示滑閥96在開啟位或渦輪旁通旁泄位。滑閥96在前方向上軸向移動，使得它支撐在閥支撐殼體92的前支撐174和后支撐176上?；y96在前進方向移動時，就開啟了從燃氣通道118通過渦輪旁泄通道100以及通過渦輪殼體90的槽的一個流動通道進入旁通泵通道116，它連接到渦輪發(fā)動機的風(fēng)扇旁通通道116。這將在發(fā)動機惰轉(zhuǎn)工況強迫高壓渦輪旋轉(zhuǎn)并提供必要的功率以驅(qū)動交流發(fā)電機以滿足飛機在地面或瀝青路面時的任何要求。這些要求包括諸如照明、空調(diào)、以及飛機在地面時所需要的其他功率?；y在軸向滑動的控制最好由飛機的一個機載計算機執(zhí)行，這個計算機連接到一個馬達和燃氣輪機機殼內(nèi)的作動器臂。但是，應(yīng)該注意的是任何的機械、電氣、液壓或組合系統(tǒng)等，都可以用來控制這個滑閥。計算機將被控制器控制，使得當(dāng)在地面時以及在燃氣輪機啟動時滑閥96將是開啟的，這樣就使得當(dāng)飛機在地面上時，旁通循環(huán)可以進行，而這個循環(huán)將使得更加有效地利用高壓渦輪并向飛機提供適當(dāng)大小的功率。在飛機起飛以前，這個控制器將通過計算機化的開關(guān)把滑閥96關(guān)閉并把發(fā)動機返回到正常的三轉(zhuǎn)子燃氣輪機運轉(zhuǎn)方式，使得所有的燃氣經(jīng)過燃氣通道進入中間渦輪并最后進入低壓渦輪，然后從發(fā)動機排出。應(yīng)該注意的是這個系統(tǒng)可以使用任何類型的燃氣輪機，但是優(yōu)選實施例是用于三轉(zhuǎn)子燃氣輪機。
應(yīng)該注意的是這個渦輪旁泄系統(tǒng)的另一種實施例是位于與提升閥所示的發(fā)動機上的相同部分。最好是在緊靠高壓渦輪的后面，但是也可以在高壓渦輪與中間渦輪前端之間的任何地方。這樣，可以使得在飛機在地面并使輔助發(fā)動機運轉(zhuǎn)時不增加中間渦輪和低壓渦輪的流速而降低了發(fā)動機效率，而最有效地使用旁泄循環(huán)。
雖然已經(jīng)公開了本發(fā)明的實施例，但業(yè)內(nèi)人士明白在不背離以下權(quán)利要求書的范圍的條件下本發(fā)明是可以修改的。
權(quán)利要求
1.在一臺包括一個在前端有一個風(fēng)扇，后端有一個低壓渦輪的低壓轉(zhuǎn)子，以及一個在前端有一個與上述低壓轉(zhuǎn)子上的風(fēng)扇成流動連通的高壓壓氣機和在后端有一個高壓渦輪的高壓轉(zhuǎn)子的多轉(zhuǎn)子旁通渦扇發(fā)動機中，一個燃燒器在上述高壓轉(zhuǎn)子上的高壓壓氣機與高壓渦輪之間成流動連通，一燃氣通道分別在上述高壓和低壓轉(zhuǎn)子上的高壓和低壓渦輪之間，一旁通通道從上述低壓轉(zhuǎn)子的風(fēng)扇延伸到上述高壓轉(zhuǎn)子上的高壓渦輪后的一點處、一交流發(fā)電機受上述發(fā)動機的高壓轉(zhuǎn)子驅(qū)動，多個沿圓周間隔的提升閥在上述高壓轉(zhuǎn)子上的高壓渦輪緊后部的上述燃氣通道內(nèi)，上述提升閥處在發(fā)動機惰轉(zhuǎn)工況下可以單獨工作，其改進包括多個被上述提升閥分別控制的分流器，上述分流器具有沿圓周被斜截的環(huán)形空間，當(dāng)上述提升閥關(guān)閉并可以移動進入上述燃氣通道時形成一部分上述燃氣通道，一旦上述閥開啟時，形成從該高壓渦輪經(jīng)由上述閥到上述旁通通道的流體流道，同時使從高壓渦輪流出的流體流動的流動阻力減至最小，從而增大該高壓渦輪前后的膨脹比，以在發(fā)動機惰轉(zhuǎn)工況時產(chǎn)生一個相當(dāng)高的轉(zhuǎn)速，而同時又隨之降低該低壓渦輪前后的的膨脹比，以降低上述低壓轉(zhuǎn)子和其上風(fēng)扇的速度，由此引導(dǎo)空氣質(zhì)量流到上述高壓轉(zhuǎn)子上的高壓壓氣機并使惰轉(zhuǎn)速度時的燃料消耗減至最小。
2.權(quán)利要求1的發(fā)動機，其特征在于上述提升閥在上述燃氣通道上沿圓周布置，每三個閥成一直線組。
3.權(quán)利要求2的發(fā)動機，其特征在于上述三個閥為一直線組的每一組中，上述提升閥中的一個控制一分流器。
4.一個多轉(zhuǎn)子旁通渦扇發(fā)動機，上述發(fā)動機包括一個在其前端具有一個風(fēng)扇以及在其后端具有一個低壓渦輪的低壓轉(zhuǎn)子；一個與上述低壓轉(zhuǎn)子共軸線配置并且位于上述風(fēng)扇和上述低壓渦輪之間的高壓轉(zhuǎn)子，上述高壓轉(zhuǎn)子在前端具有一個高壓壓氣機，配置在上述低壓轉(zhuǎn)子的風(fēng)扇后方，以及在后端有一個高壓渦輪。一個在上述高壓壓氣機與上述高壓轉(zhuǎn)子的高壓渦輪之間成流動連通的燃燒器；一個配置在上述高壓和低壓轉(zhuǎn)子之間的燃氣通道；一個從上述低壓轉(zhuǎn)子的風(fēng)扇后的一點延伸到上述低壓轉(zhuǎn)子的低壓渦輪后的一點的旁通通道，上述旁通通道將上述風(fēng)扇后的空氣流分配在上述旁通通道與上述高壓轉(zhuǎn)子上的高壓壓氣機之間；一個受上述高壓轉(zhuǎn)子驅(qū)動的交流發(fā)電機；以及一個在上述高壓轉(zhuǎn)子上的高壓渦輪后的燃氣通道內(nèi)的滑閥，上述滑閥在一個閥支撐殼體上可以軸向移動，上述閥支撐殼體有一個孔，上述孔位于上述燃氣通道與上述旁通通道之間，上述滑閥在發(fā)動機惰轉(zhuǎn)工況下可以開啟，上述滑閥的開口形成了一個從上述高壓渦輪經(jīng)上述孔通向上述旁通通道的流動通道，而同時使從上述高壓渦輪流出的上述流動的流動阻力減至最小，從而增大上述高壓渦輪前后的膨脹比，以在惰轉(zhuǎn)工況下產(chǎn)生較高的轉(zhuǎn)速，同時隨之降低上述低壓渦輪內(nèi)前后的膨脹比，以降低上述低壓轉(zhuǎn)子及其上風(fēng)扇的速度。
5.權(quán)利要求4的發(fā)動機，其特征在于還包括一個渦輪旁泄通道，上述渦輪旁泄通道與上述孔對齊，并固定在上述閥支撐殼體上。
6.權(quán)利要求4的發(fā)動機，其特征在于還包括一個擋熱板，上述擋熱板固定于上述滑閥的內(nèi)表面上。
7.權(quán)利要求4的發(fā)動機，其特征在于上述高壓渦輪包括一個渦輪殼體，上述渦輪殼體有多個軸向支撐。
8.權(quán)利要求7的發(fā)動機，其特征在于上述軸向支撐有一個孔，用于引導(dǎo)冷卻和清掃空氣。
9.權(quán)利要求8的發(fā)動機，其特征在于上述軸向支撐支持上述渦輪的靜止結(jié)構(gòu)，并部分地界定了旁泄通道的流動面積。
10.權(quán)利要求4的發(fā)動機，其特征在于上述滑閥有一個第1和第2密封槽，上述槽容納并安置一個第1和第2密封件。
11.權(quán)利要求10的發(fā)動機，其特征在于上述滑閥在其滑動表面上有一個接頭，上述接頭連接到一個作動器以使上述滑閥沿軸向移動。
12.權(quán)利要求的發(fā)動機，其特征在于上述閥支撐殼體有一個通過其外表面的前槽和后槽。
13.權(quán)利要求12的渦扇發(fā)動機，其特征在于上述閥支撐殼體有一個穿過上述外表面的第1和第2孔，當(dāng)上述滑閥處于關(guān)閉位時上述第1和第2孔提供清掃空氣以冷卻一個密封件。
14.在一臺包括一個在前端有一個風(fēng)扇，后端有一個低壓渦輪的低壓轉(zhuǎn)子，以及一個在前端有與上述低壓轉(zhuǎn)子上的風(fēng)扇成流動連通的高壓壓氣機和在后端有一個高壓渦輪的高壓轉(zhuǎn)子的多轉(zhuǎn)子旁通渦扇發(fā)動機中，一個燃燒器在上述高壓轉(zhuǎn)子上的高壓壓氣機與高壓渦輪之間成流動連通，一燃氣通道分別在上述高壓和低壓轉(zhuǎn)子上的高壓和低壓渦輪之間，旁通通道從上述低壓轉(zhuǎn)子的風(fēng)扇延伸到上述高壓轉(zhuǎn)子上的高壓渦輪后的一點處，一交流發(fā)電機受上述發(fā)動機的高壓轉(zhuǎn)子驅(qū)動，其改進內(nèi)容包括連接到上述高壓渦輪的一個閥支撐殼體，上述閥支撐殼體有多個沿圓周間隔的槽；以及與上述閥支撐殼體外表面接觸的一個滑閥，上述滑閥在上述閥支撐殼體上可軸向移動，上述滑閥在發(fā)動機惰轉(zhuǎn)工況下可以開啟。
15.權(quán)利要求14的發(fā)動機，其特征在于上述槽在上述燃氣通道與上述旁通通道之間形成一條流動通道。
16.權(quán)利要求15的發(fā)動機，其特征在于上述滑閥一旦開啟便形成一條從上述高壓渦輪經(jīng)上述孔通到上述旁通通道的流動通道，同時使從上述高壓渦輪流出的上述流動的流動阻力減至最小，從而增大了上述高壓渦輪前后的膨脹比，而在惰轉(zhuǎn)工況下產(chǎn)生較高的轉(zhuǎn)速，同時隨之減小上述低壓渦輪前后的膨脹比，以降低上述低壓轉(zhuǎn)子和其上的風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。
17.權(quán)利要求14的發(fā)動機，其特征在于上述滑閥有一個擋熱板以保護當(dāng)處于關(guān)閉位時的上述滑閥。
18.權(quán)利要求14的發(fā)動機，其特征在于還包括多個渦輪旁泄通道和與上述槽對齊的蓋以形成一條經(jīng)上述高壓渦輪殼體的徑向流道。
19.權(quán)利要求14的發(fā)動機，其特征在于上述多條槽配置在上述閥支撐殼體的前后，并且被多條沿圓周間隔的肋所隔開，上述肋具有一個第1和第2孔，當(dāng)上述滑閥處于關(guān)閉位時供應(yīng)清掃空氣，對密封件進行冷卻。
20.權(quán)利要求14的發(fā)動機，其特征在于上述滑閥具有一條第1和第2密封槽以及至少一個接頭，該接頭連接于一個作動器，使上述滑閥軸向移動。
全文摘要
一個多級渦扇發(fā)動機具有多個沿沿圓周配置的提升閥，這些閥上固定著分流器，用于精確地控制高壓渦輪后燃氣的旁泄，由此該高壓轉(zhuǎn)子在高惰轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下工作，以便為輔助設(shè)備提供動力，而該低壓轉(zhuǎn)子在低轉(zhuǎn)速下工作，以便使噪聲和燃料消耗減至最低。
文檔編號F02C7/18GK1639451SQ03805324
公開日2005年7月13日 申請日期2003年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月5日
發(fā)明者M·博恩霍夫特, D·亞雷爾 申請人:威廉斯國際有限公司