渦輪盤開(kāi)孔內(nèi)的聯(lián)結(jié)桿上的空氣加速器的制造方法
【專利摘要】燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子(12)的第一高壓渦輪級(jí)(55)和第二高壓渦輪級(jí)(56)包括第一級(jí)盤(60)和第二級(jí)盤(62)，其具有第一級(jí)盤開(kāi)孔(164)和第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)和穿過(guò)其間的單個(gè)聯(lián)結(jié)桿(170)。第一開(kāi)孔環(huán)形流路(184)和第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)沿徑向定位于第一級(jí)盤開(kāi)孔(164)和第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)與聯(lián)結(jié)桿(170)之間。用于在第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)中提高冷卻和/或加熱的器件沿軸向定位于第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)內(nèi)。該器件可包括空氣流加速器(188)，如聯(lián)結(jié)桿(170)上的一個(gè)或多個(gè)環(huán)形肋(190)。第二級(jí)盤轂(156)與肋(190)之間的開(kāi)孔環(huán)形截面流動(dòng)面積(200)可大致小于第二級(jí)盤轂(156)與聯(lián)結(jié)桿(170)之間。通向第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的軸向無(wú)阻入口(206)允許使第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣(180)完全軸向流動(dòng)和軸向無(wú)阻流動(dòng)到入口(206)中。
【專利說(shuō)明】渦輪盤開(kāi)孔內(nèi)的聯(lián)結(jié)桿上的空氣加速器
[0001]對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)請(qǐng)求享有2012年4月27日提交的題為〃AIR ACCELERATOR ON TIE ROD WITHINTURBINE DISK BORE〃的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列第61/639，429號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明大體上涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤的熱控制，并且更具體地涉及控制渦輪盤開(kāi)孔處的熱傳遞速率。

【背景技術(shù)】
[0003]若干類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括高壓轉(zhuǎn)子，其具有連結(jié)到高壓壓縮機(jī)(HPC)上來(lái)形成高壓轉(zhuǎn)子的軸向高壓渦輪(HPT)。HPT通常包括一個(gè)或多個(gè)連接的級(jí)。各個(gè)級(jí)均包括從渦輪盤的環(huán)形外緣沿徑向向外延伸的一排渦輪葉片或翼型件。盤腹板從盤開(kāi)孔沿徑向向外延伸至盤的外緣。穿過(guò)高壓轉(zhuǎn)子的高壓開(kāi)孔的單個(gè)聯(lián)結(jié)螺栓或聯(lián)結(jié)桿通過(guò)用于夾持在一起且定位處于壓縮中的高壓轉(zhuǎn)子的鎖定螺母上緊和裝固。盤開(kāi)孔與聯(lián)結(jié)桿間隔開(kāi)且外接聯(lián)結(jié)桿。此轉(zhuǎn)子是公知的，且一個(gè)示例在1996年7月23日公告的轉(zhuǎn)讓給本受讓人通用電氣公司(General Electric Company)且通過(guò)引用并入本文中的題為〃High pressure gasgenerator rotor tie rod system for gas turbine engine〃 的美國(guó)專利 5537814 中公開(kāi)。
[0004]在發(fā)動(dòng)機(jī)加速期間，第二級(jí)渦輪盤的外緣由于其最接近熱流路而很快地加熱。盤開(kāi)孔大得多，且并未同樣快地加熱。從邊緣到開(kāi)孔的該溫差引起第二級(jí)渦輪盤中的熱引發(fā)應(yīng)力。在發(fā)動(dòng)機(jī)減速期間，第二級(jí)渦輪盤的外緣由于盤上流動(dòng)的空氣冷卻而快速地冷卻。在此周期期間，盤開(kāi)孔仍處于高得多的溫度，直到整個(gè)渦輪盤達(dá)到熱平衡。盤開(kāi)孔大得多，且并非與盤邊緣同樣快地冷卻或加熱。從邊緣到開(kāi)孔的該溫差引起第二級(jí)渦輪盤中的熱引發(fā)應(yīng)力。熱控制空氣流過(guò)盤開(kāi)孔與聯(lián)結(jié)桿之間的環(huán)形通路。
[0005]因此，需要存在的需要在于減少發(fā)動(dòng)機(jī)加速和減速期間由第二級(jí)渦輪盤的外緣與開(kāi)孔之間的溫差和熱狀態(tài)引起的第二級(jí)渦輪盤中的熱引發(fā)應(yīng)力。繼續(xù)存在的需要在于在發(fā)動(dòng)機(jī)加速和減速期間減少第二級(jí)渦輪盤開(kāi)孔關(guān)于第二級(jí)渦輪盤的外緣的熱響應(yīng)時(shí)間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子(12)包括具有第一級(jí)盤￠0)和第二級(jí)盤(62)的第一高壓渦輪級(jí)(55)和第二高壓渦輪級(jí)(56)，盤出0，62)分別具有帶穿過(guò)其間的第一級(jí)盤開(kāi)孔(164)和第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)的第一級(jí)盤轂(154)和第二級(jí)盤轂(156)。單個(gè)聯(lián)結(jié)桿(170)設(shè)置成穿過(guò)第一級(jí)盤開(kāi)孔(164)和第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)。第一開(kāi)孔環(huán)形流路(184)和第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)沿徑向定位于第一級(jí)盤轂(154)和第二級(jí)盤轂(156)與聯(lián)結(jié)桿(170)之間，且用于提高第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)中的冷卻和/或加熱的器件沿軸向定位于第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)內(nèi)。第一級(jí)開(kāi)孔環(huán)形流路(184)可包括第一級(jí)盤轂(154)與聯(lián)結(jié)桿(170)之間的大致恒定的第一截面流動(dòng)面積(200)。
[0007]器件可包括沿軸向定位于第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)內(nèi)的空氣流加速器(188)，如，聯(lián)結(jié)桿(170)上的一個(gè)或多個(gè)環(huán)形肋(190)。第二級(jí)盤轂(156)與肋(190)之間的開(kāi)孔環(huán)形截面流動(dòng)面積(200)可大致小于第二級(jí)盤轂(156)與聯(lián)結(jié)桿(170)之間。
[0008]通向第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的軸向無(wú)阻入口(206)可用于使第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣(180)完全軸向流動(dòng)和軸向無(wú)阻流動(dòng)到入口(206)中。來(lái)自第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的軸向無(wú)阻出口(208)可用于使第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣(180)完全軸向流動(dòng)且軸向無(wú)阻流出出口(208)。第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的會(huì)聚區(qū)段(207)可在入口(206)中，且在入口(206)中會(huì)聚至最前方的一個(gè)肋(190)的最前方的脊部(plateau) (210)。第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的發(fā)散區(qū)段(209)可在出口(208)中，且在出口(208)中從最后方的一個(gè)肋(190)的最后方脊部(210)向后發(fā)散。
[0009]空氣流加速器(188)的一個(gè)特定實(shí)施例包括僅兩個(gè)環(huán)形肋(190)，且兩個(gè)環(huán)形肋(190)沿第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)內(nèi)的聯(lián)結(jié)桿(170)軸向不均勻地分布。兩個(gè)環(huán)形肋(190)可沿軸向定位于第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)的開(kāi)孔軸向長(zhǎng)度(218)的大約頭一半或上游一半(firstor upstream half)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為具有第二級(jí)渦輪盤開(kāi)孔內(nèi)的聯(lián)結(jié)桿上的空氣流加速器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性截面視圖。
[0011]圖2為圖1中所示的高壓轉(zhuǎn)子中的燃燒器和高壓渦輪的放大截面視圖。
[0012]圖3為圖2中所示的高壓渦輪的放大截面視圖，其中空氣流加速器具有高壓渦輪中的聯(lián)結(jié)桿上的環(huán)形肋。
[0013]圖4為圖3中所示的高壓渦輪中的聯(lián)結(jié)桿上的空氣流加速器的放大截面視圖。
[0014]圖5為圖4中所示的高壓渦輪中的聯(lián)結(jié)桿上的肋的透視圖。
[0015]圖6為具有在軸向上比圖4中所示的肋更長(zhǎng)的肋的空氣流加速器的放大截面視圖。
[0016]圖7為具有圖3中所示的高壓渦輪中的聯(lián)結(jié)桿上的單個(gè)軸向較長(zhǎng)的肋的空氣流加速器的放大截面視圖。
[0017]圖8為具有圖3中所示的高壓渦輪中的聯(lián)結(jié)桿上的兩個(gè)肋的空氣流加速器的放大截面視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1和2中示出了示例性飛行器渦扇燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10，其圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)中心軸線8外接且適合設(shè)計(jì)成安裝到飛行器的機(jī)翼或機(jī)身上。發(fā)動(dòng)機(jī)10包括沿下游串流連通的風(fēng)扇
14、低壓壓縮機(jī)或增壓器16、高壓壓縮機(jī)(HPC) 18、燃燒器20、高壓渦輪(HPT) 22和低壓渦輪(LPT) 24。在稱為高壓轉(zhuǎn)子12的物件中，HPT或高壓渦輪22由高壓傳動(dòng)軸23連結(jié)到高壓壓縮機(jī)18上。LPT或低壓渦輪24由低壓傳動(dòng)軸25連結(jié)到風(fēng)扇14和增壓器16兩者上。風(fēng)扇14包括具有多個(gè)沿周向間隔開(kāi)的風(fēng)扇葉片116的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子112,風(fēng)扇葉片116從風(fēng)扇盤114沿徑向向外延伸。風(fēng)扇盤114和低壓壓縮機(jī)或增壓器16連接到風(fēng)扇軸118上，風(fēng)扇軸118連接到低壓傳動(dòng)軸25上，且由LPT24供能。
[0019]參看圖1，在典型操作中，空氣26由風(fēng)扇14加壓。剛好在風(fēng)扇14后方的包繞增壓器16的分流器34包括尖銳前緣32，其將由風(fēng)扇14加壓的風(fēng)扇空氣26分成導(dǎo)送穿過(guò)增壓器16的徑向內(nèi)空氣流15和導(dǎo)送穿過(guò)旁通導(dǎo)管36的徑向外空氣流17。內(nèi)空氣流15由增壓器16進(jìn)一步加壓。包繞風(fēng)扇14的風(fēng)扇外殼30由環(huán)形風(fēng)扇框架31支承。加壓空氣然后流至高壓壓縮機(jī)18，其進(jìn)一步對(duì)空氣加壓。本文所示的高壓壓縮機(jī)18包括最后的高壓級(jí)40，其產(chǎn)生稱為壓縮機(jī)排氣壓力(⑶P)空氣76的空氣，其離開(kāi)高壓壓縮機(jī)18，且穿過(guò)擴(kuò)散器42，且進(jìn)入如圖2中所示的燃燒器20內(nèi)的燃燒室45。
[0020]參看圖2，壓縮機(jī)排氣壓力(⑶P)空氣76流入由環(huán)形徑向外燃燒器外殼46和內(nèi)燃燒器外殼47包繞的燃燒室45。燃燒器45包括包繞燃燒區(qū)21的環(huán)形徑向外燃燒襯套123和內(nèi)燃燒襯套125。加壓空氣與由多個(gè)燃料噴嘴48提供的燃料混合，且混合物在燃燒器20的燃燒區(qū)21中點(diǎn)燃以生成熱燃燒氣體28，其向下游流過(guò)HPT22和LPT24。燃燒產(chǎn)生熱燃燒氣體28，其流過(guò)高壓渦輪22，引起高壓轉(zhuǎn)子12的旋轉(zhuǎn)，且然后繼續(xù)向下游，以用于低壓渦輪24中的進(jìn)一步功獲取。
[0021]在本文所示的發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性實(shí)施例中，高壓渦輪22包括成下游串流關(guān)系的第一高壓渦輪級(jí)55和第二高壓渦輪級(jí)56，它們具有第一級(jí)盤60和第二級(jí)盤62。第一級(jí)噴嘴66直接在第一高壓渦輪級(jí)55的上游，且第二級(jí)噴嘴68直接在第二高壓渦輪級(jí)56的上游。從擴(kuò)散器42排放的壓縮機(jī)排氣壓力(CDP)空氣76用于燃燒，且冷卻經(jīng)歷熱燃燒氣體28的渦輪構(gòu)件。
[0022]參看圖2和3，由⑶P空氣76冷卻的渦輪構(gòu)件包括第一級(jí)噴嘴66、第一級(jí)護(hù)罩71和第一級(jí)盤60。環(huán)形腔74沿徑向設(shè)置在內(nèi)燃燒器外殼47與高壓轉(zhuǎn)子12的高壓傳動(dòng)軸23之間。環(huán)形腔74由前推力平衡密封件126和后推力平衡密封件128沿軸向密封。前推力平衡密封件126位于高壓壓縮機(jī)18與高壓渦輪22之間的高壓傳動(dòng)軸23的徑向外表面135上。前推力平衡密封件126抵靠安裝在內(nèi)燃燒器外殼47的徑向內(nèi)表面136上的前推力平衡臺(tái)133而密封。后推力平衡密封件128位于無(wú)螺栓葉片固持件96上，且抵靠安裝在內(nèi)燃燒器外殼47上的推力平衡臺(tái)134而密封。
[0023]參看圖3，高壓渦輪的第一級(jí)葉片91和第二級(jí)葉片92分別由第一級(jí)盤60和第二級(jí)盤62的第一外緣99和第二外緣101中的沿軸向延伸的葉片根部槽口 97中的葉片根部93安裝。盤腹板162分別從第一級(jí)盤轂154和第二級(jí)盤轂156沿徑向向外延伸至第一級(jí)盤60和第二級(jí)盤62的第一外緣99和第二外緣101。第一級(jí)盤轂154的前延伸環(huán)形盤臂167利用彎曲聯(lián)接件160連接到高壓傳動(dòng)軸23上。第一級(jí)盤轂154和第二級(jí)盤轂156包括延伸穿過(guò)其間的第一級(jí)盤開(kāi)孔164和第二級(jí)盤開(kāi)孔166。單個(gè)聯(lián)結(jié)螺栓或聯(lián)結(jié)桿170設(shè)置成穿過(guò)高壓轉(zhuǎn)子(圖2中所示)的轉(zhuǎn)子開(kāi)孔172，包括穿過(guò)第一級(jí)盤開(kāi)孔164和第二級(jí)盤開(kāi)孔166。擰到聯(lián)結(jié)桿170上的螺紋140(圖5中所示)上的鎖定螺母174用于上緊、裝固和夾持在一起，且定位處于壓縮中的高壓轉(zhuǎn)子12。無(wú)螺栓葉片固持件96將葉片根部93沿軸向固持在第一級(jí)盤60的葉片根部槽口 97中。無(wú)螺栓葉片固持件96由卡口連接103裝固到第一級(jí)盤60的外緣101上。葉片固持件96包括沿徑向定位在固持板109內(nèi)且由固持板109連接到卡口連接103上的固持件開(kāi)孔107。第一級(jí)葉片91和第二級(jí)葉片92沿徑向向外延伸穿過(guò)高壓渦輪(HPT) 22的熱流路110。
[0024]內(nèi)燃燒器外殼47中的冷卻空氣開(kāi)孔157允許來(lái)自壓縮機(jī)排氣壓力空氣76的渦輪葉片冷卻空氣80流入倉(cāng)室外殼158內(nèi)的環(huán)形冷卻空氣倉(cāng)室163中。葉片冷卻空氣80由在冷卻空氣倉(cāng)室163的后端處附接到倉(cāng)室外殼158上的一個(gè)或多個(gè)加速器165加速。加速器165將葉片冷卻空氣80通過(guò)固持板109中的冷卻孔169注入一級(jí)盤前腔168中。一級(jí)盤前腔168沿軸向定位在固持板109與第一級(jí)盤60的盤腹板162之間。加速器165在接近加速器165的徑向位置處的第一級(jí)盤60的輪速的高切向速度下噴射葉片冷卻空氣80。葉片冷卻空氣80然后流過(guò)一級(jí)盤前腔168，且冷卻第一級(jí)盤60和第一級(jí)葉片91。
[0025]在發(fā)動(dòng)機(jī)加速期間，第一級(jí)盤60和第二級(jí)盤62的外緣101趨于在它們很接近熱流路110時(shí)很快地加熱。冷卻空氣80冷卻第一級(jí)盤60、第一外緣99和安裝到其上的第一級(jí)葉片91。來(lái)自轉(zhuǎn)子開(kāi)孔172的轉(zhuǎn)子開(kāi)孔冷卻空氣176提供第一級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣178和第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣180，以及第二級(jí)葉片冷卻空氣182。由于轉(zhuǎn)子開(kāi)孔冷卻空氣176用于在冷卻第二級(jí)盤轂156之前冷卻第一級(jí)盤轂156和第二級(jí)葉片92，故發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變?nèi)缂铀俸蜏p速期間的熱反應(yīng)速率對(duì)于第一級(jí)盤轂154比對(duì)于第二級(jí)盤轂156更快。第二級(jí)盤轂156大得多，且比第二級(jí)盤62的第二外緣101更大，且并非同樣快地加熱或冷卻。邊緣與開(kāi)孔的該溫差引起并未經(jīng)歷第一級(jí)盤轂154中的相同程度的渦輪第二級(jí)盤62中的熱引發(fā)應(yīng)力。注意，第一級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣178和第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣180用于分別冷卻和加熱第一級(jí)盤轂154和第二級(jí)盤轂156兩者。
[0026]參看圖3，第一級(jí)盤轂154和第二級(jí)盤轂156的冷卻由沿徑向定位于第一級(jí)盤60和第二級(jí)盤62的第一級(jí)盤開(kāi)孔164和第二級(jí)盤開(kāi)孔166內(nèi)的第一級(jí)盤轂154和第二級(jí)盤轂156與聯(lián)結(jié)螺栓或聯(lián)結(jié)桿170之間的第一開(kāi)孔環(huán)形流路184和第二開(kāi)孔環(huán)形流路186提供。為了減輕第二級(jí)盤62中的熱應(yīng)力，第二級(jí)盤轂156由沿軸向定位于第二級(jí)盤開(kāi)孔166內(nèi)的空氣流加速器188來(lái)更快冷卻或加熱?？諝饬骷铀倨?88提高第二級(jí)盤開(kāi)孔166內(nèi)的第二開(kāi)孔環(huán)形流路186中的第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣180的速度。本文所示的空氣流加速器188包括具有對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)脊部210的一個(gè)或多個(gè)肋190。
[0027]圖2-6中所示的示例性空氣流加速器188包括聯(lián)結(jié)桿170上的三個(gè)環(huán)形肋190，且圖7中所示的示例性空氣流加速器188包括聯(lián)結(jié)桿170上的單個(gè)肋190。肋也稱為臺(tái)。這減少了第二級(jí)盤156與聯(lián)結(jié)桿170上的肋190的脊部210之間的開(kāi)孔環(huán)形截面流動(dòng)面積200。這引起流速在盤下提高，這引起更好的熱傳遞系數(shù)和對(duì)于第二級(jí)盤轂156的提高的熱傳遞速率。第二級(jí)盤轂156與肋190之間的開(kāi)孔環(huán)形截面流動(dòng)面積大致小于第二級(jí)盤轂156與聯(lián)結(jié)桿170之間的開(kāi)孔環(huán)形截面流動(dòng)面積200?？諝饬骷铀倨?88的多個(gè)肋的實(shí)施例不限于3個(gè)肋，因此，空氣流加速器188可具有一個(gè)或多個(gè)肋。
[0028]肋190在第二級(jí)盤開(kāi)孔166內(nèi)沿軸向良好位于第二級(jí)盤開(kāi)孔166的開(kāi)孔前緣202與后緣204之間。這提供了軸向無(wú)阻入口 206和軸向無(wú)阻出口 208分別通向、來(lái)自第二級(jí)盤開(kāi)孔166內(nèi)的第二開(kāi)孔環(huán)形流路186。第二開(kāi)孔環(huán)形流路186包括入口 206中的會(huì)聚區(qū)段207，其在入口 206中會(huì)聚，直到其達(dá)到最前方的一個(gè)肋190的脊部210。第二開(kāi)孔環(huán)形流路186包括出口 208中的發(fā)散區(qū)段209，其在出口 208中從最后方的肋190的脊部210發(fā)散。沿軸向無(wú)阻入口 206和出口 208提供第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣180進(jìn)入入口 206和流出出口 208的完全軸向且軸向無(wú)阻流動(dòng)，這有助于開(kāi)孔的加熱和冷卻。開(kāi)孔內(nèi)表面區(qū)域212和脊部表面區(qū)域214為相對(duì)于彼此同心的圓柱形。第二級(jí)盤轂156與聯(lián)結(jié)桿170 (沒(méi)有肋190)之間的截面流動(dòng)面積200小于第一級(jí)盤轂154與聯(lián)結(jié)桿170之間的截面流動(dòng)面積200。第一級(jí)盤轂154與沒(méi)有肋190的聯(lián)結(jié)桿170之間的截面流動(dòng)面積200大致恒定。
[0029]圖6示出了具有聯(lián)結(jié)桿170和脊部210上的在軸向上比圖3和4中所示的三個(gè)肋更長(zhǎng)的三個(gè)環(huán)形肋190的空氣流加速器188。肋的數(shù)目和肋190的脊部軸向長(zhǎng)度218考慮了由肋提高的重量和保持肋190之間的空氣腔220最小的期望，因?yàn)楦蟮目諝馇?20趨于減慢第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣180。
[0030]圖8示出了具有聯(lián)結(jié)桿170上的兩個(gè)環(huán)形肋190的空氣流加速器188的兩個(gè)肋的實(shí)施例。注意，兩個(gè)肋的實(shí)施例中的兩個(gè)環(huán)形肋190示為沿第二級(jí)盤開(kāi)孔166內(nèi)的聯(lián)結(jié)桿170沿軸向不均勻地分布。兩個(gè)環(huán)形肋190位于第二級(jí)盤開(kāi)孔166的開(kāi)孔前緣202與后緣204之間的第二級(jí)盤開(kāi)孔166的開(kāi)孔軸向長(zhǎng)度218的大約頭一半或上游一半。
[0031]圖7示出了沿軸向良好位于第二級(jí)盤開(kāi)孔166的開(kāi)孔前緣202與后緣204之間的第二級(jí)盤開(kāi)孔166內(nèi)的聯(lián)結(jié)桿170上的單個(gè)肋190。其還具有無(wú)阻入口 206和無(wú)阻出口208，其分別通向、來(lái)自在第二級(jí)盤開(kāi)孔166內(nèi)的第二開(kāi)孔環(huán)形流路186。
[0032]在發(fā)動(dòng)機(jī)加速期間，第二級(jí)盤62的外緣101在其最接近高壓渦輪(HPT) 22的熱流路110時(shí)很快加熱。第二級(jí)盤62的第二級(jí)盤轂156大得多，且并非同樣快地加熱。從邊緣到轂的該溫差引起盤中的熱應(yīng)力。空氣流加熱器188通過(guò)減少第二級(jí)盤轂156與聯(lián)結(jié)桿170上的一個(gè)或多個(gè)肋190之間的截面流動(dòng)面積200更快加熱第二級(jí)盤轂156來(lái)減輕該熱應(yīng)力。這引起第二開(kāi)孔環(huán)形流路186中的第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣180的速度在盤下增大，這引起更好的熱傳遞系數(shù)和與盤轂的熱傳遞速率的提高。
[0033]在發(fā)動(dòng)機(jī)減速期間，第二級(jí)盤62的外緣101快速冷卻，且第二級(jí)盤62的第二級(jí)盤轂156保持在其增大溫度下。從邊緣到轂的該溫差引起盤中的熱應(yīng)力與由發(fā)動(dòng)機(jī)加速引起的熱應(yīng)力方向相反。在發(fā)動(dòng)機(jī)減速期間，第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣180從發(fā)動(dòng)機(jī)減速之前的水平冷卻?？諝饬骷訜崞?88通過(guò)減少第二級(jí)盤轂156與聯(lián)結(jié)桿170上的一個(gè)或多個(gè)肋190之間的截面流動(dòng)面積200更快冷卻第二級(jí)盤轂156來(lái)減輕該熱應(yīng)力。這引起第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣180的速度在第二級(jí)盤轂156下增大，產(chǎn)生更好的熱傳遞系數(shù)，以及從盤轂到第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣180的熱傳遞速率的提高。
[0034]盡管本文已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選和示例性實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員從本文的教導(dǎo)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)清楚本發(fā)明的其它改型，且因此期望將落入本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)的所有此類改型固定在所附權(quán)利要求中。因此，期望由美國(guó)書面專利確保的是如所附權(quán)利要求限定和區(qū)分的本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子(12)，包括: 第一高壓渦輪級(jí)(55)和第二高壓渦輪級(jí)(56)，包括分別具有第一級(jí)盤轂(156)和第二級(jí)盤轂(156)的第一級(jí)盤(60)和第二級(jí)盤(62)， 單個(gè)聯(lián)結(jié)桿(170)，其設(shè)置成穿過(guò)分別穿過(guò)所述第一級(jí)盤轂(154)和所述第二級(jí)盤轂(156)的第一級(jí)盤開(kāi)孔(164)和第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)， 分別沿徑向定位于所述第一級(jí)盤轂(154)和所述第二級(jí)盤轂(156)與所述聯(lián)結(jié)桿(170)之間的第一開(kāi)孔環(huán)形流路(184)和第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)，以及 用于提高所述第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)內(nèi)的所述第二級(jí)盤轂(156)的冷卻和/或加熱的器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括:包括沿軸向定位于所述第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)內(nèi)的空氣流加速器(188)的器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括:包括所述聯(lián)結(jié)桿(170)上的一個(gè)或多個(gè)環(huán)形肋(190)的所述空氣流加速器(188)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括所述第二級(jí)盤轂(156)與所述肋(190)的脊部(210)之間的大致小于所述第二級(jí)盤轂(156)與所述聯(lián)結(jié)桿(170)之間的開(kāi)孔環(huán)形截面流動(dòng)面積(200)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子(21)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(21)還包括通向所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的軸向無(wú)阻入口(206)，以用于第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣完全沿軸向流動(dòng)且沿軸向無(wú)阻流入所述入口(206)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子(21)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(21)還包括來(lái)自所述第二級(jí)開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的軸向無(wú)阻出口(208)，以用于第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣(180)完全沿軸向流動(dòng)且沿軸向無(wú)阻流出所述出口(208)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括所述入口(206)中的所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的會(huì)聚區(qū)段(207)，且所述會(huì)聚區(qū)段(207)在所述入口(206)中會(huì)聚至最前方一個(gè)所述肋(190)的最前方一個(gè)脊部(210)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括: 所述入口(206)中的第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的會(huì)聚區(qū)段(207)， 所述會(huì)聚區(qū)段(207)在所述入口(206)中會(huì)聚至最前方一個(gè)所述肋(190)的最前方一個(gè)所述脊部(210)， 所述出口(208)中的所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的發(fā)散區(qū)段(209)，以及 所述發(fā)散區(qū)段(209)在所述出口(208)中從最后方一個(gè)所述肋(190)的最后方脊部(210)向后發(fā)散。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括僅兩個(gè)所述環(huán)形肋(190)和對(duì)應(yīng)的兩個(gè)所述脊部(210)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括沿所述第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)內(nèi)的所述聯(lián)結(jié)桿(170)沿軸向不均勻分布的所述兩個(gè)環(huán)形肋(190)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括沿軸向定位于所述第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)的開(kāi)孔軸向長(zhǎng)度(218)的大約頭一半或上游一半中的所述兩個(gè)環(huán)形肋(190)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括:包括沿軸向定位于所述第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)內(nèi)的空氣流加速器(188)和所述第一級(jí)盤轂(154)與所述聯(lián)結(jié)桿(170)之間的大致恒定的第一截面流動(dòng)面積(200)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括:包括所述聯(lián)結(jié)桿(170)上的一個(gè)或多個(gè)環(huán)形肋(190)的所述空氣流加速器(188)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括所述第二級(jí)盤轂(156)與所述肋(190)的脊部(210)之間的大致小于所述第二級(jí)盤轂(156)與所述聯(lián)結(jié)桿(170)之間的第二開(kāi)孔環(huán)形截面流動(dòng)面積(200)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括通向所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的軸向無(wú)阻入口(206)，以用于第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣(180)完全沿軸向流動(dòng)且沿軸向無(wú)阻流入所述入口(206)中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括來(lái)自所述第二級(jí)開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的軸向無(wú)阻出口(208)，以用于第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣(180)完全沿軸向流動(dòng)且沿軸向無(wú)阻流出所述出口(208)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括所述入口(206)中的所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的會(huì)聚區(qū)段(207)，且所述會(huì)聚區(qū)段(207)在所述入口(206)中會(huì)聚至最前方一個(gè)所述肋(190)的最前方一個(gè)脊部(210)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括: 所述入口(206)中的所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的會(huì)聚區(qū)段(207)， 所述會(huì)聚區(qū)段(207)在所述入口(206)中會(huì)聚至最前方一個(gè)所述肋(190)的最前方一個(gè)所述脊部(210)， 所述出口(208)中的所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的發(fā)散區(qū)段(209)，以及 所述發(fā)散區(qū)段(209)在所述出口(208)中從最后方一個(gè)所述肋(190)的最后方脊部(210)向后發(fā)散。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括僅兩個(gè)所述環(huán)形肋(190)和對(duì)應(yīng)的兩個(gè)所述脊部(210)，且所述兩個(gè)環(huán)形肋(190)沿所述第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)內(nèi)的所述聯(lián)結(jié)桿(170)沿軸向不均勻地分布。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括沿軸向定位于所述第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)的開(kāi)孔軸向長(zhǎng)度(218)的大約頭一半或上游一半中的所述兩個(gè)環(huán)形肋(1190)。
21.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子(12)，包括: 由高壓傳動(dòng)軸(23)連結(jié)到高壓壓縮機(jī)(18)上的高壓渦輪(22)， 所述高壓渦輪(22)包括第一高壓渦輪級(jí)(55)和第二高壓渦輪級(jí)(56)，包括分別具有第一級(jí)盤轂(154)和第二級(jí)盤轂(156)的第一級(jí)盤(60)和第二級(jí)盤(62)， 單個(gè)聯(lián)結(jié)桿(170)，其設(shè)置成穿過(guò)分別穿過(guò)所述第一級(jí)盤轂(154)和所述第二級(jí)盤轂(156)的第一級(jí)盤開(kāi)孔(164)和第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)， 分別沿徑向定位于所述第一級(jí)盤轂(154)和所述第二級(jí)盤轂(156)與所述聯(lián)結(jié)桿(170)之間的第一開(kāi)孔環(huán)形流路(184)和第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)，以及 用于提高所述第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)內(nèi)的第二級(jí)盤轂(156)的冷卻和/或加熱的器件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括:包括沿軸向定位于所述第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)內(nèi)的空氣流加速器(188)的器件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括:包括所述聯(lián)結(jié)桿(170)上的一個(gè)或多個(gè)環(huán)形肋(190)的所述空氣流加速器(188)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括所述第二級(jí)盤轂(156)與所述肋(190)的脊部(210)之間的大致小于所述第二級(jí)盤轂(156)與所述聯(lián)結(jié)桿(170)之間的開(kāi)孔環(huán)形截面流動(dòng)面積(200)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括通向所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的軸向無(wú)阻入口(206)，以用于第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣(180)完全沿軸向流動(dòng)且沿軸向無(wú)阻流入所述入口(206)中。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括來(lái)自所述第二級(jí)開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的軸向無(wú)阻出口(208)，以用于第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣(180)完全沿軸向流動(dòng)且沿軸向無(wú)阻流出所述出口(208)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括所述入口(206)中的所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的會(huì)聚區(qū)段(207)，且所述會(huì)聚區(qū)段(207)在所述入口(206)中會(huì)聚至最前方一個(gè)所述肋(190)的最前方一個(gè)脊部(210)。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括: 所述入口(206)中的所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的會(huì)聚區(qū)段(207)， 所述會(huì)聚區(qū)段(207)在所述入口(206)中會(huì)聚至最前方一個(gè)所述肋(190)的最前方一個(gè)所述脊部(210)， 所述出口(208)中的所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的發(fā)散區(qū)段(209)，以及 所述發(fā)散區(qū)段(209)在所述出口(208)中從最后方一個(gè)所述肋(190)的最后方脊部(210)向后發(fā)散。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括僅兩個(gè)所述環(huán)形肋(190)和對(duì)應(yīng)的兩個(gè)所述脊部(210)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括沿所述第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)內(nèi)的所述聯(lián)結(jié)桿(170)沿軸向不均勻分布的所述兩個(gè)環(huán)形肋(190)。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括沿軸向定位于所述第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)的開(kāi)孔軸向長(zhǎng)度(218)的大約頭一半或上游一半中的所述兩個(gè)環(huán)形肋(190)。
32.根據(jù)權(quán)利要求21所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括:包括沿軸向定位于所述第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)內(nèi)的空氣流加速器(188)和所述第一級(jí)盤轂(154)與所述聯(lián)結(jié)桿(170)之間的大致恒定的第一截面流動(dòng)面積(200)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括:包括所述聯(lián)結(jié)桿(170)上的一個(gè)或多個(gè)環(huán)形肋(190)的所述空氣流加速器(188)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括所述第二級(jí)盤轂(156)與所述肋(190)的脊部(210)之間的大致小于所述第二級(jí)盤轂(156)與所述聯(lián)結(jié)桿(170)之間的第二開(kāi)孔環(huán)形截面流動(dòng)面積(200)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括通向所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的軸向無(wú)阻入口(206)，以用于第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣(180)完全沿軸向流動(dòng)且沿軸向無(wú)阻流入所述入口(206)中。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括來(lái)自所述第二級(jí)開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的軸向無(wú)阻出口(208)，以用于第二級(jí)開(kāi)孔冷卻空氣(180)完全沿軸向流動(dòng)且沿軸向無(wú)阻流出所述出口(208)。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括所述入口(206)中的所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的會(huì)聚區(qū)段(207)，且所述會(huì)聚區(qū)段(207)在所述入口(206)中會(huì)聚至最前方一個(gè)所述肋(190)的最前方一個(gè)脊部(210)。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括: 所述入口(206)中的所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的會(huì)聚區(qū)段(207)， 所述會(huì)聚區(qū)段(207)在所述入口(206)中會(huì)聚至最前方一個(gè)所述肋(190)的最前方一個(gè)所述脊部(210)， 所述出口(208)中的所述第二開(kāi)孔環(huán)形流路(186)的發(fā)散區(qū)段(209)，以及 所述發(fā)散區(qū)段(209)在所述出口(208)中從最后方一個(gè)所述肋(190)的最后方脊部(210)向后發(fā)散。
39.根據(jù)權(quán)利要求33所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括僅兩個(gè)所述環(huán)形肋(190)和對(duì)應(yīng)的兩個(gè)所述脊部(210)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括沿所述第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)內(nèi)的所述聯(lián)結(jié)桿(170)沿軸向不均勻分布的所述兩個(gè)環(huán)形肋(190)。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的轉(zhuǎn)子(12)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12)還包括沿軸向定位于所述第二級(jí)盤開(kāi)孔(166)的開(kāi)孔軸向長(zhǎng)度(218)的大約頭一半或上游一半中的所述兩個(gè)環(huán)形肋(190)。
【文檔編號(hào)】F01D5/06GK104246135SQ201380022130
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月27日
【發(fā)明者】C. 馮德埃施 R., F. 佩皮 J., P. 諾爾科特 K. 申請(qǐng)人:通用電氣公司