用于獲取冰的燃氣渦輪發動機兩自由度可變泄放閥的制作方法
【專利說明】用于獲取冰的燃氣渦輪發動機兩自由度可變泄放閥
[0001]相關申請的交叉引用
本申請請求享有2012年10月12日提交的美國臨時專利申請序列號N0.61/712,944和2013年I月25日提交的美國專利申請N0.13/ 750346，它們都題為“GAS TURBINEENGINE TWO DEGREE OF FREEDOM VARIABLE BLEED VALVE FOR ICE EXTRACT1N”的優先權，其公開內容在此通過引用并入本文中。
技術領域
[0002]本發明涉及燃氣渦輪發動機可變泄放閥，并且更具體地涉及用于防止喘振和從增壓器與核心發動機壓縮機之間的導管移除冰的此類閥。
【背景技術】
[0003]燃氣渦輪發動機領域中已知的是提供一種可變泄放閥(VBV)，通常是門，其提供泄放通路來泄放增壓器與燃氣渦輪發動機的核心發動機壓縮機之間的壓縮空氣。空氣通常從增壓器與核心發動機壓縮機之間的稱為鵝頸管流路的物件泄放。飛行器鼓風噴氣燃氣渦輪發動機和此類發動機的海洋和工業變型已使用了各種類型的彎曲流路和VBV泄放門，它們收縮到流路殼體中，以便形成去往泄放導管的入口，泄放導管泄放增壓器或低壓壓縮機排出空氣流，來以如下方式將顆粒吸出流路:如Monhardt等人的題為“Combined Surge Bleedand Dust Removal System for a Fan-Jet Engine” 的美國專利 N0.4，463，552 公開的那樣。由于泄放流突然遠離壓縮機流的方向彎折，故由于其動量而很難保持泄放流中的較大顆粒。該問題對于飛行器、海洋和陸基燃氣渦輪發動機而言是共通的。渦扇噴氣發動機，如General Electric CF6和GE90系列的發動機，以串聯關系具有風扇、增壓器和核心發動機壓縮機，由此，行進穿過風扇的空氣的一部分流入增壓器中，且然后流入核心發動機壓縮機中。為了使核心發動機壓縮機的入口空氣流與其飛行操作要求匹配且為了防止增壓器失速，增壓器可變泄放閥(VBV)以增壓器泄放導管的形式提供，該泄放導管具有增壓器與核心發動機壓縮機之間的入口，和去往風扇導管的出口。增壓器泄放導管的開啟和閉合通常由沿周向設置的多個樞轉門提供，這些樞轉門收縮到發動機結構或殼體中，且由單個協調環(unison ring)操作，該環由一個或更多個燃料供能的促動器供能。曲拐連桿機構將收縮的樞轉泄放門可操作地連接到協調環。相比于Monhardt專利中的滑動門或閥，使用收縮樞轉門的此種防失速系統的實例在Shipley等人的題為“Bypass Valve Mechanism”且轉讓給與本發明相同的受讓人且通過引用并入本文中的美國專利N0.3，638，428中公開。VBV的操作由發動機控制器計劃，可使用機械或數字電子類型。
[0004]與常規泄放閥導管和閥門相關聯的問題是較大的顆粒和大量顆粒如冰通常不被吸入泄放導管中。期望具有一種發動機，其提供從壓縮機空氣流移除大量冰且以及在增壓器與核心發動機壓縮機之間有效地泄放空氣的能力。因此，很期望從鵝頸管流路移除冰，而不移除核心空氣流或使移除的核心空氣流量最小化。
[0005]現代的飛行器使用較少的較高推力、燃料效率高的很高旁通的發動機，如，雙發動機波音767飛行器。具有較少發動機的飛行器要求更大的總起飛功率和更大的每發動機功率，以便滿足能夠在一個發動機停機的情況下飛行的要求。因此，發動機設置至較低功率設置，從而導致所有發動機操作時的下降期間的較少發動機空氣流。這導致了發動機空氣流的高水含量，因為只要飛行器的速度保持相同，則進入發動機中的冰、冰雹或水的量相同。
[0006]另一方面，較高的旁通比具有較小的核心流和較大的子彈形機頭前區域。這意味著更多的冰、冰雹或水穿過壓縮機進入燃燒器中，從而導致空氣的更高水含量。這兩個基本現象組合，導致燃燒器中的水與空氣之比的顯著增大，從而導致此種飛行器發動機更易受暴雨或雹暴中的發動機冒火問題影響。具有較大前區域的較高旁通比的發動機在結冰環境內的空轉期間還導致增壓器入口和增壓器級上的增加的積冰。這導致了加速期間增加的冰放出，包括最大功率操作下或附近的放出。這還增大了因冰放出且更具體而言高速轉子冰放出引起的壓縮機失速的風險，這在歷史上已經是雙軸大型發動機的問題，且將繼續是未來的大型發動機上的問題。
[0007]現代高旁通比發動機包括較高壓力的核心壓縮機和較低壓力的增壓器，且因此在增壓器出口與風扇旁通導管之間產生較小壓力差。這增大了從增壓器下游泄放足量空氣至風扇旁通導管來相對于失速保護增壓器的難度。增壓器失速裕度通過開啟VBV門來控制，以向外排放一些增壓器流，以便將增壓器操作線控制為低于其失速線的點。
[0008]因此，很期望具有可變泄放閥和系統來用于高旁通比發動機，其包括較高壓力的核心壓縮機，且較低壓力的增壓器從增壓器的下游泄放足量的空氣來用于相對于失速保護增壓器。還很期望具有用于此種高旁通比發動機的可變泄放閥和系統，其能夠防止冰放出且更具體而言高速轉子冰放出弓I起壓縮機失速或燃燒器中的火焰猝熄。
【發明內容】
[0009]燃氣渦輪發動機可變泄放設備(48)包括可變泄放閥(49)，其具有設置在過渡導管(29)中的泄放入口(47)中的可變泄放閥門(50)。門(50)能夠圍繞兩個或更多個單獨的樞轉點(160)樞轉或旋轉。可變泄放閥(49)能夠操作以開啟和閉合后泄放槽口(170)，后泄放槽口(170)從過渡導管(29)大體上沿徑向向外延伸，且在位于門(50)的下游或后端(54)處的后唇部(52)與過渡導管(29)之間延伸。可變泄放閥(49)還能夠操作成開啟和閉合前泄放槽口(180)，前泄放槽口(180)大體上沿徑向向內延伸到過渡導管(29)中，且在位于門(50)的上游或前端(53)處的前唇部(51)與過渡導管(29)之間延伸。
[0010]可變泄放閥(49)的示例性實施例能夠操作成使門(50)在后泄放槽口(170)開啟且前泄放槽口(180)閉合的第一位置與后泄放槽口(170)閉合且前泄放槽口(180)開啟的第二位置之間過渡而不完全閉合門(50)。門(50)可圍繞軸線(160)樞轉或旋轉，軸線(160)能夠在兩個或更多個單獨的樞轉點之間平移。
[0011]過渡導管(29)可具有相對于發動機中心線(12)的過渡導管圓錐角(Al)，其比過渡導管(29)上游和附近的增壓器外護罩(222)的增壓器圓錐角(A2)大至少大約10度。
[0012]燃氣渦輪發動機可變泄放設備(48)可包括加熱器(202)，加熱器(202)在風扇轂框架(129)的徑向內和軸向后區段(208)中的冰收集隔間(204)中，以用于熔化從過渡導管(29)獲取的冰。門(50)能夠操作成當后泄放槽口(170)開啟時將后泄放槽口(170)放置為與從隔間(204)到后泄放槽口(170)的開口(210)流體連通。門(50)能夠操作成通過露出從后泄放槽口(170)到隔間(204)的開口(210)且相對于隔間(204)的隔間壁(216)密封門(50)的后唇部(52)來將后泄放槽口(170)放置成與隔間(204)流體連通。
[0013]燃氣渦輪發動機可變泄放設備(48)可包括泄放閥導管(60)，其包括從門(50)大體上沿徑向向外延伸的沿周向間隔開的導管側壁(62)。泄放閥導管(60)包括與門(50)沿徑向間隔開的大體上沿軸向延伸的導管外壁(64)，和柔性管(230)，柔性管(230)將門
(50)的后端(54)處的泄放閥導管(60)的出口(232)連接到轂框架(129)上的轂框架出口(234) ο
[0014]作為備選，泄放排出導管(58)的排出導管延伸部(240)可從泄放排出導管(58)向前延伸到轂框架(129)中。泄放排出導管(58)從轂框架(129)引出。排出導管延伸部(240)相對于泄放閥導管￠0)密封。排出導管延伸部(240)上的柔性排出導管密封件(242)密封地接合泄放閥導管￠0)上的柔性閥導管密封件(244)。
[0015]燃氣渦輪發動機可變泄放設備(48)可包括門(50)的后端(54)附近的沿周向間隔開的第一和第二門鉸鏈(70，72)，其將門(50)可旋轉地鉸接到風扇轂框架(129)。軸線(160)穿過第一和第二鉸鏈銷(74，76)，第一和第二鉸鏈銷(74，76)可旋轉地延伸穿過第一和第二門鉸鏈(70，72)的鉸鏈孔(100)。第一和第二鉸鏈銷(74，76)可旋轉地延伸穿過第一和第二鉸鏈槽口(82，84)，第一和第二鉸鏈槽口(82，84)在固定地附接到風扇轂框架
(129)的沿周向間隔開的第一和第二鉸鏈凸耳(86，88)中。第一和第二鉸鏈槽口(82，84)可為線性的。
[0016]燃氣渦輪發動機可變泄放設備(48)可并入飛行器燃氣渦輪發動機(10)中，該發動機包括向下游串聯地流動連通的風扇(14)、增壓器(16)和圍繞發動機中心線(12)限定的高壓壓縮機(18)，和與增壓器(16)沿徑向向外間隔開的旁通導管(36)。支承風扇殼(30)(其包繞風扇(14)和旁通導管(36))的環形風扇框架(33)包括環形外框架殼(123)、風扇轂框架(129)，和在其間延伸的多個沿周向間隔開的導管柱(134)。過渡導管(29)位于風扇轂框架(129)的徑向內端(136)處，且沿軸向設置在增壓器(16)與高壓壓縮機(18)之間，且與它們流體地連通。泄放排出導管(58)從風扇轂框架(129)延伸至旁通導管(36)，且包括可變泄放閥門(50)的至少一個可變泄放閥(49)設置在過渡導管(29)的泄放入口
(47)中。
[0017]可并入可操作地聯結到可變泄放閥(49)的徑向內和外協調環(102，104)，以用于使門(50)旋