專利名稱:在壓縮機的串聯轉子中具有慣性過濾器的排氣裝置的制作方法
技術領域:
本發明涉及離心或或混流壓縮機的二級空氣系統的技術領域,特別是飛機空氣渦輪的離心或混流壓縮機的二級空氣系統的技術領域。
背景技術:
在傳統方式中,空氣渦輪由一空氣入口組成,該入口設計為吸入氧化劑氣體,通常為空氣,并將其傳遞至壓縮該氧化劑氣體的壓縮系統的入口。該壓縮系統由至少一個混合或離心型壓縮機構成,每個離心型壓縮機包括至少一個安裝在傳動軸上的轉子和至少一個定子。由壓縮系統壓縮的氧化劑氣體與燃料混合并在燃燒室中燃燒。安裝在傳動軸上的至少一個渦輪將燃燒室內氣體燃燒的動能的部分轉化為機械能,以至少驅動壓縮機。燃燒后的氣體與熱部件,例如渦輪進行熱交換,它們應當被冷卻以限制其溫度升高。在包括至少一個離心型或混流型壓縮機的燃氣渦輪中,已知通過二級空氣系統來實現此冷卻,該二級空氣系統適于從離心或混流壓縮機的定子排出氧化劑氣體。排放通常通過設置在與流體流相切的多個排放孔來實現。然而,該氧化劑氣體可包括污染顆粒,其導致至少部分阻塞所述排放孔。此阻塞現象導致由二級空氣系統排出的氣體量顯著減少,結果是其導致熱部件溫度升高,這反過來導致它們壽命和/或機械強度的減少。而且,離心或混流壓縮機的整體效率可由于沿壓縮機轉子對氧化劑氣體流的擾亂而減小,例如由于與轉子接觸的氧化劑氣體邊界層分離而減小。
發明內容
本發明的第一個目的是提供一種二級空氣系統,其可抵御氧化劑氣體污染。本發明的第二個目的是提供一種二級空氣系統,其可改善離心或混流壓縮機內的
空氣流。為了解決以上兩個技術問題中的至少一個,本發明的二級空氣系統設計為在適于壓縮氧化劑氣體的離心或混流壓縮機中結合,所述離心或混流壓縮機包括具有旋轉軸的轉子。有利地,本發明的二級空氣系統包括氧化劑氣體排放系統,該系統設置在壓縮機的轉子中。這使得可包含在氧化劑氣體中的污染顆粒被離心,從而阻止,或至少限制由于所述污染顆粒而使排放系統逐漸阻塞。另外,本發明的二級空氣系統通過改善沿轉子的氧化劑氣體流來改善壓縮機的空氣動力學特性。在優選實施例中,該二級空氣系統設計為結合在一種燃氣渦輪壓縮機中,該型壓縮機包括一燃燒室,適于燃燒至少該被壓縮氣體,并具有至少一個接觸熱燃燒氣體的熱部件。在此變例中,該二級空氣系統還包括一引導系統,用于將排放氣體引導至至少一個熱部件以降低其溫度。
在一優選實施例中,此二級空氣系統設計為結合到一具有外表面的壓縮機中。在此實施例中,該引導系統包括至少一個空腔向內通到轉子,同時該排放系統包括至少一個在該轉子中的孔。各孔從所述外表面延伸到至少一個空腔中,并具有孔軸。本發明的二級空氣系統還可包括至少一個以下有利特征·該二級空氣系統設計為結合到一燃氣渦輪壓縮機中,該型燃氣渦輪包括至少一個渦輪;·該引導系統用于將排放氣體傳送到渦輪;·該轉子具有轂和至少一個在該轂中的孔;·該二級空氣系統設計為安裝到一壓縮機中,該壓縮機具有的轉子包括多個主葉片和/或中間葉片;·每個主葉片具有主引導邊緣;·每個中間葉片具有中間引導邊緣;·至少一個孔的至少部分相對于主引導邊緣與中間引導邊緣之間的旋轉軸軸向定位;·至少一個孔的至少部分相對于旋轉軸在中間引導邊緣后沿氧化劑氣體流的方向軸向定位;·至少一個孔的至少部分相對于在主葉片的引導邊緣前的旋轉軸軸向定位;·各主葉片或中間葉片的類型包括一吸入側表面;和·至少一個孔的至少部分相對于一個吸入側表面附近的旋轉軸徑向定位。本發明的第三個目的是提供一種壓縮機轉子,該轉子可抵御氧化劑氣體的污染。為此,本發明的壓縮機轉子包括以上限定的二級空氣系統。本發明的第四個目的是提供一種壓縮機,其可抵御氧化劑氣體的污染。為此,本發明的壓縮機包括以上限定的轉子。本發明的第五個目的是提供一種燃氣渦輪,其可抵御氧化劑氣體的污染。本發明的第六個目的是提供一種優化作為壓縮機轉速函數的排氣流速的可能。為此目的,本發明的燃氣渦輪包括至少一個以上限定的壓縮機。
本發明的其他特征和優點在閱讀以下本發明作為非限定性例子的幾個實施例的說明后將更明了。該說明參照附圖,其中圖1是具有配備本發明二級空氣系統的壓縮機的燃氣渦輪的垂直面的局部截面圖;圖2是配備本發明二級空氣系統的壓縮機的轉子的在圖1平面上的截面中的局部視圖;圖3是在圖2中限定的截面III-III上的圖2轉子的局部視圖;圖4是配備本發明一變例中的二級空氣系統的壓縮機的轉子的在圖1平面上的截面中的局部視圖;和圖5是在圖4中限定的截面V-V上的圖4轉子的局部視圖。
具體實施例方式圖1顯示配備有本發明的二級空氣系統12的燃氣渦輪10。該燃氣渦輪10優選設計為安裝在例如直升機的飛機中。燃氣渦輪10的通常功能自身是已知的,在本說明書中不詳細描述。在顯示的實施例中,燃氣渦輪10具有入口 14,用于接收氧化劑氣體,通常為空氣, 特別是在本說明書中,此為空氣入口氣體。空氣入口氣體包括或可包括懸浮顆粒形式的污染,例如灰塵、花粉、或水蒸氣。該空氣入口氣體隨后在至少一個壓縮級被壓縮。在此實施例中,燃氣渦輪10具有串聯設置的第一和第二離心壓縮機16a和16b,使得該空氣入口氣體供給第一離心壓縮機 16a,由第一離心壓縮機16a壓縮的氣體供給第二離心壓縮機16b。在常規方式中離心壓縮機16a和16b各自包括一轉子18,該轉子可圍繞旋轉軸 (X)旋轉移動,并適于加速氣體;以及一定子20,該定子適于將氣體動能的至少一部分轉換為氣體壓力的增加。在顯示的實施例中,本發明的二級空氣系統12安裝在第二離心壓縮機16b中,即下游壓縮機中。由至少一個壓縮機16a、16b壓縮的氣體,在本說明書下文中稱作“壓縮氣體”,隨后帶至燃燒室22,在燃燒室22中其與燃料混合隨后燃燒。來自燃燒室22的燃燒后氣體,在本說明書下文中稱作“燃燒后氣體”,隨后帶至適于將燃燒后氣體的動能的至少部分轉換為機械能的至少一個渦輪對,用于至少驅動壓縮機 16a、16b0與燃燒后氣體相接觸的部件構成“熱”部件26。該燃燒后氣體與所述熱部件沈進行熱交換。熱部件須冷卻以限制它們的升溫以限制其損壞。每個渦輪M構成熱部件沈的一個例子,其中溫升需要被限制以避免損壞。此排出空氣還可用于壓引擎的特定軸承。在一變例中,該本發明的二級空氣系統12以類似方式安裝,已作必要修正,在第一離心壓縮機16a中。通常,如果燃氣渦輪10具有多個離心壓縮機,本發明的二級空氣系統12可以等同方式安裝在各所述離心壓縮機中和/或多于一個的離心壓縮機中。而且,該二級空氣系統12可安裝在任何類型的離心壓縮機和/或任何類型的包括至少一個離心壓縮機的燃氣渦輪中。例如,該二級空氣系統12可安裝在包括多級壓縮機的類型的燃氣渦輪10中,所述壓縮機配備有混流級或離心級的壓縮端級。圖2和3為配備有本發明二級空氣系統12的第二離心壓縮機16b的轉子18的詳細視圖。以傳統方式,轉子18包括至少部分由外表面30限定的轂觀,從轂觀延伸出多個主型葉片3 交替中間型葉片32b。氧化劑氣體穿入相對于旋轉軸(X)軸向的的轉子18中,隨后沿外表面30流向定子20。該氧化劑氣體的速度由于離心加速而沿其流動一直增加。該氧化劑氣體沿流動方向 D流動,該方向從轉子18的上游端引向其下游端。
每個葉片3h、32b通常具有相對的壓力側34和吸收側36,它們從轉子18的外表面30伸出。吸收側表面36對于主葉片3 通過主引導邊緣38a連接到壓力側表面34,對于中間葉片32b通過中間引導邊緣38b連接到壓力側表面34。在本發明中二級空氣系統12從轉子18排出氧化劑氣體。為此,該二級空氣系統 12包括在轉子18中的氧化劑氣體排出系統40。由排出系統40排出的氣體在本說明書下文中稱作“排出氣體”。氧化劑氣體沿第二壓縮機16b的葉片32a、32b的流動沿流體流動路線(未示出) 發生。該流體流動路線大致與外表面30相接觸,葉片32a、32b的壓力側表面34或吸收側表面36限定一邊界層42。該邊界層42對分離的問題敏感,這是本領域技術人員所公知的, 其產生在氧化劑氣體流動內的紊亂,從而損失離心壓縮機的效率。從邊界層42排出氧化劑氣體有利地用于將邊界層42分離的任何風險減到最小, 從而增加第二離心壓縮機16b的整體效率,并改善氧化劑氣體沿轉子18的葉片32a、32b的流動。在優選實施例中,二級空氣系統12將排出氣體帶至至少一個熱部件沈,并優選帶至至少一個渦輪對,以調節其溫度。為此,該二級空氣系統I2包括一引導系統44,用于引導排出氣體。該由引導系統44引導的氣體在本說明書下文中稱作“引導氣體”。通過從轉子18排出氧化劑氣體,可離心可能包含在氧化劑氣體中的污染顆粒,從而純化氧化劑氣體。這避免阻塞排出系統40,從而避免經過一段時間排出的氧化劑氣體的量的減少。在所示實施例中,引導系統44包括一在轉子18內部的空腔46,排出系統40包括多個在轉子18的轂洲中制造的角分配孔48。在未示出的本發明的一變例中,該引導系統可包括多個可選擇性互連的空腔。在此情況下,每個空腔可包括一個或多個孔,孔的位置每個空腔都不同。每個孔48從設置在轉子18外表面30中的頂面50延伸,并引至軸向煙囪46中。 每個孔大致沿一孔軸(Y)延伸。另外,每個孔48優選,但不是必須地,大致為圓柱形,需說明的是,每個孔可具有不變或實際變化的截面。在所示實施例中,每個孔48的至少部分相對于主引導邊緣38a與中間引導邊緣 38b之間的旋轉軸(X)軸向定位。更具體地,每個孔48的頂面50相對于主引導邊緣38a與中間引導邊緣38b之間的旋轉軸(X)軸向定位。在一變化實施例中,各孔48的至少部分相對于旋轉軸(X),并在中間引導邊緣38b 后沿流動方向D軸向定位。孔48還可設置在轉子的上游端與主引導邊緣38a之間。各孔48的至少部分還相對于接近吸入側表面36的旋轉軸(X)徑向定位。更具體說,各孔48的頂面50相對于旋轉軸(X)徑向定位為比相鄰主葉片32a的壓力側表面34更接近主葉片32a的吸入側表面36。如圖4中所示,對于各孔第一傾角α限定為在直線(Dl)與孔軸⑴之間形成的方位角,其中直線(Dl)與外表面30相切,并與旋轉軸(X)共面。如圖5所示,各孔的第二傾角β限定為在直線(D2)與孔軸⑴之間之間形成的方位角,其中直線(D2)與外表面30相切,并與旋轉軸(X)正交。
當孔48的第一傾角α和/或第二傾角β在0_90°的范圍內時,孔48改善對由二級空氣系統12排出的空氣量的有害物污染的抵抗力。相反,當孔48的第一傾角α和/ 或第二傾角β在90° -180°的范圍內時,孔48增加由二級空氣系統12排出的空氣量,空氣排出到對抗污染的牢固的損害。因此,可通過對組成二級空氣系統12的各孔48的第一傾角α和/或第二傾角β 的作用來修改或調節所排放氧化劑氣體的量與對抗二級空氣系統12的污染的效果之間的折衷。另外,可通過對組成所述二級空氣系統12的各孔48的第一傾角α和/或第二傾角 β的作用來調節在給定壓縮機旋轉速度下所排放氧化劑氣體的量。因此,空氣流過各孔48的流速可通過在第一預定值設置第一傾角α和/或在第二預定值設置第二傾角β而預先確定。因此可以理解,對于給定的壓縮機旋轉速度,第一傾角α的值和/或第二傾角β的值為能夠調節流經孔48的空氣的流速至一預定值的參數。自然地,孔48的上述實施例并非限制性質。例如,可使孔在轉子18的部分上而不是轂觀上。還可提供不同軸向定位和/或方位角定位和/或徑向定位和/或第一傾角α 和/或第二傾角β的孔48。
權利要求
1.一種用于離心或混流壓縮機(16b)的二級空氣系統(12),所述壓縮機具有轉子 (18),該轉子具有旋轉軸(X),所述壓縮機(16b)適于壓縮氧化劑氣體,其特征在于,所述二級空氣系統(1 包括設置在所述轉子(18)中的氧化劑氣體排出系統GO);所述壓縮機 (16b)具有外表面(30)、適于燃燒至少所述經壓縮的氣體的燃燒室(22)、與所述燃燒后氣體接觸的至少一個熱部件06),以及將所述排出氣體引導至所述熱部件06)以降低其溫度的引導系統(44),所述引導系統04)包括所述轉子(18)內的至少一個空腔06),以及在所述轉子(18)中制成的多個孔(48),每個孔(48)的孔軸(Y)從所述外表面(30)延伸, 引至所述空腔(46)中;所述轉子(18)具有多個主葉片(32a)和中間葉片(32b),每個主葉片(32a)具有主引導邊緣(38a),每個中間葉片(32b)具有中間引導邊緣(38b),至少一個孔G8)相對于主引導邊緣(38a)和中間引導邊緣(38b)之間的旋轉軸(X)部分軸向定位。
2.根據權利要求1所述的二級空氣系統(12),用于包括至少一個渦輪04)的燃氣渦輪(10)的壓縮機(16b),其特征在于,所述引導系統04)使所述排出氣體可傳送至所述渦輪(24)。
3.根據權利要求1或2所述的二級空氣系統(12),其特征在于,所述轉子(18)包括轂 ( ),至少一個孔(48)在所述轂(28)中形成。
4.根據權利要求1至3中任何一項所述的二級空氣系統(12),其特征在于,每個主葉片(32a)或中間葉片(32b)包括相對的吸收側表面(36)和壓力側表面(34),至少一個孔 (48)的至少部分相對于旋轉軸(X)徑向定位得比鄰近主葉片(32a)的壓力側表面(34)更接近主葉片(32a)的吸收側表面(36)。
5.根據權利要求1至4中任何一項所述的二級空氣系統(12),其特征在于,所述流經各孔G8)的空氣流通過設定為各孔G8)所限定的第一傾角(α)的第一預定值而預定,其中所述第一傾角(α)為在與所述外表面(30)相切并與所述旋轉軸(X)共面的直線(Dl) 與孔軸(Y)之間形成的方位角;和/或通過設定為各孔G8)所限定的第二傾角(β)的第二預定值而預定,其中所述第二傾角(β)為在與所述外表面(30)相切并與所述旋轉軸(X) 正交的直線(D2)與孔軸(Y)之間形成的方位角。
6.一種壓縮機(16b)的轉子(18),其特征在于,其包括根據權利要求1至5中任何一項所述的二級空氣系統(12)。
7.—種壓縮機(16b),其特征在于,其包括根據權利要求6所述的轉子。
8.一種燃氣渦輪(10),其特征在于,其包括根據權利要求7所述的壓縮機(16b)。
全文摘要
本發明涉及一種用于離心或混流型壓縮機(16b)的二級空氣系統(12),所述壓縮機具有轉子(18),該轉子具有旋轉軸(X),所述壓縮機適于壓縮氧化劑氣體。該二級空氣系統(12)包括設置在所述轉子(18)中的氧化劑氣體排出系統(40)。
文檔編號F04D27/02GK102388224SQ201080016185
公開日2012年3月21日 申請日期2010年3月31日 優先權日2009年4月6日
發明者克里斯托弗·米歇爾·喬治斯·馬賽爾·布瑞禮, 勞倫特·皮埃爾·塔爾諾夫斯基, 杰羅姆·伊夫斯·費利克斯·吉爾伯特·波羅度 申請人:渦輪梅坎公司