专利名称:有效间隙的控制装置的制作方法
本发明与燃气轮发动机有关，更具体地说，是一个有效间隙的控制装置，用于控制轴向压气机的叶顶与相应周向气封之间的间隙。
众所周知，由于在发动机内安装有效间隙的可控装置，航空发动机工业在推力燃料消耗率方面已经有了很大改进。例如，由普拉特和惠特尼航空技术联合公司也即本专利申请受让人，制造的JT9D型发动机，已被改进，使其带有在专利是为4，069，622的诺丁格(Redinger)等人专利中所描述的和权利要求
中所保护的有效间隙可控装置。专利号4069622的诺丁格(Reainger)专利也被转让给该受让人。在该专利的实施例中，喷气管绕在发动机壳外的适当位置，鼓风通过喷气管冲击发动机壳体，从而冷却壳体。这样，壳体收缩，并且使安装在壳体上外气封移向转子叶片的顶部。由于仅在某些型号发动机的工作外壳上有这种冲击气体，而考虑工业上的应用，因而叫做有效间隙的控制装置。该装与无源型系统大不相同。无源型系统中，空气流连续流动而冷却发动机的某些部件。
随着有效间隙可控装置在发动机内给定位置上的应用，以单位推力燃料消耗率来说，发动机的工作性能指标已提高到超过2%。显然，由于空气沿着叶片或气封流出，对发动机的整个性能有很大影响，所以最好是将动叶的间隙和迷宫式气封的间隙减到最小值。
本发明与压气机叶片和迷宫式气封的有效间隙的可控装置有关，并且涉及的是发动机内部的运行，而不是外部。同时，本发明也涉及到加热压气机上的孔，使叶片向圆周气封膨胀，将叶顶与气封之间的间隙减到最小值.，同时也保证了迷宫式气封的密闭安装。比入口空气的温度、压力要高的压气机抽气径向导入发动机中心线附近的压气机的孔内。在此，抽气冲洗压气机轮盘，并向后流去，进一步与流体工作介质混合。为了同一目的，少量的空气向前流去。这些空气在向发动机的出口端流动中，可用于冷却其他部件。例如可用于冷却或减震轴承箱、冷却燃气轮机等等。
本发明涉及到抽气压气机从低温气源排空气，比如说从第九级，和从高温气流排空气;比如说从第十五级，低温、高温或高低温混合的空气，在压气机的高压段的适当位置导入转鼓上的孔内。最好使空气在压气机中间级进入转鼓孔，而最佳方案是接近第九级。压气机的气体流入空心的静叶片，该叶片与在高压段机箱内的管汇腔连通，和通过孔而形成是在迷宫式内空气封旁边的高压段机转盘。反涡流管是用作保证空气是从空心定子流入发动机中心线的旁边。很明显，此空气将洗涤定子使定子得以冷却或加热，以保证压气机转盘适当收缩和膨胀，阀门的作用是让低温或高温空气有效地进入此未端，以致在飞机以中等速度行走时，而这高温空气将会用于压气机盘的膨胀;和其后的关闭气压机叶片相于它的气封的间隙，以及将迷宫式气封的空隙减至最少。在移开或高动力状态下，压气机在高温下开动，冷空气可进入内径以及使压气机的盘收缩和防止压气机叶的顶端摩擦附带的封密件。
本发明的目的是提供压气机内径的加热，以致气体叶轮发动机的压压气机顶端得以膨胀和移动到与园周气封件更加接近，其特点是保证在发动机运行情况下，内径不会过热。空气由较热和较冷状态出来，然后进入高压段的接近到发动机的中心线的中间位置的内径里，本发明特点是使空气流从压气机的某一状态可选择地或相伴地转动。本发明的其他特点是运送抽气通过压气机空心静子和内层迷宫式气封之间的孔。本发明的另一特征是通过适当选择随动阀，可调节空气的容积流量和温度。
发明的其它特性和优点可从说明书、权利要求
以及说明发明实施例的附图中很明显地看出。
唯一的一张双转子燃气轮发动机中的高压段的横裁面的局部剖视图，示出了本发明的详细内容。
当与双转子燃气轮发动机，例如由普拉特和惠特尼航空技术联合公司，也即本专利申请的受让人制造的JT-9，2037型和4000型发动机联系起来描述本发明时，就会知道这个发明在其他类型的燃气轮发动机中也有应用。如上所述，在本发明的最佳实施方案中，本发明被用于双转子燃气轮发动机中的高压气机，在此处压缩空气从高温压级抽出。该级的温度，压力比在发动机内回流点的温度、压力要高。从图中可以看出，指示参数10所指示的压气机高压段的一部分，由压力级和许多排静叶16组成。压力级包括带有叶片12的转子和相应的轮盘14。很明显，因为压气机动叶对气体作功，当气体向后流去时，气体的压力要升高，随之温度也上升。
按照本发明，空气从压气缸的第九级和更高压缩级即最后一级(第15级)抽出。从压气机排出的空气，通过扩压器21扩压之后，再进入燃烧室，这在发动机中是很独特的。为了设计简单起见，第15级空气从扩压器21抽出，再通过泄放孔33，进入围绕扩压器的空腔25内，在此，通过外壳31上的开口23和安装在外部的管道20，将空气从发动机中输出，再流入阀26里。类似地，由第九级抽出的空气，通过泄放孔32，进入围绕在压气机内壳39上的空腔27内，又通过发动机外壳31上的开口29导入管线22，最后进入阀26，很明显，从应用、设计简单、方便考虑，在发动机壳31中，由第9级泄放孔32出来的气体应向内部导入。
然后，抽气通过管线24以及固定的气封环支架33上的开口30，导入压气机孔腔内，再进入空腔28。在此，气体向着发动机的中心线A径向向心流动。为了使股气体逆着由转子和轴产生的离心场内的离心力方向流动，要使一个或更多个叶片40制成空心，并与空腔28相通。许多反涡流管(一个管子在图中标出，但所选择的数量由所需流动情况而定。)安装在空腔47上，并与其一起旋转，同时，与由空心叶片40的端部排出的流体相通。在轴41附近，流动终止。所选择的抽气压力由所设计的压降控制，这一压力使得一部分空气在孔腔中向前流动，而大部分气体则相对发动机的流体工作介质的流动方向向后流动。当空气通过轮盘14上的孔43后，一部分气体将冲洗腹板45和轮缘47，由于抽气放出的热量将引起轮缘膨胀，从而促使轮盘上叶片12移向周向气封53，这样控制了其间的间隙。
同理，在压气机中的各种迷宫式气封如迷宫气封44和46，将同样膨胀而将间隙减到最小值。如图，当抽气进入压气机的孔中，由于压气机孔内的抽气的温度作用，轮缘47外径上的气封片55将膨胀或收缩，而移近或离开台阶板57(虽然，一些元件具有不同的尺寸，但如果作用一样，它们则有相同的指标参数。)。
至此，在大功率运行中，如起飞，以众所周知的方法来控制阀26，以便由第9级抽出的气体通入孔腔中。在小功率运行中，如飞机巡航中，可连接第15级抽气。很明显，高压级处于高温，故可加热孔腔，使轮盘径向向外膨胀，从而减小了叶顶与其周向气封之间的间隙。同时，迷官式气封46和44也同样被加热，结果保证了叶顶与气封之间的最小间隙。
随适当的控制信号而正确地调节阀26，可以相应地调节温度和空气的容流量。关于适当的控制系统的实例，可参照前面提到的诺丁格(Reringer)专利，它包含在参考文献中。
本发明不限于这里所描述和图示的具体的实施例，而可在由以下权利要求
所确定本发明的新颖构思的精神和范围内，做各种变化和改进。
权利要求
1.用于飞机动力的燃气发动机的有效间隙可控装置，其特征在于所说的发动机具有许多轴向压气机的级，这些级在压气机孔腔中被可转动地支承着，每个所说的级有许多由轮盘支承的叶片，叶顶周围的气封环围绕着该轮盘和叶片前的一排静叶，用于有选择地从级中抽出压缩空气的装置，实际是从中间级和中间级以下的级中抽气，把所抽的空气送入带有许多级的轴向后气机的旋转轴附近的孔腔内的装置，所说的输入装置在所说的一排静叶片中至少包括一个空心静叶片和一个反涡流管，该管从空心静叶片的内径径向向内伸入所说的旋转轴。控制装置用于控制所说的有选择地抽气的装置，它借助于所说的输入装置使压缩空气进入所说的孔内，从而加热轮盘，以便在所说的发动机功率较小的条件下，使轮盘径向膨胀接近气封，缩小了所说叶顶与气封之间的间隙。
2.根据权利要求
1中所说的有效间隙可控装置，其特征在于包括迷宫式气封，该气封在静叶的内径上安有气封片，并且与从所说轮盘外径伸出的悬挂气封片一起运动，所说的控制装置用于控制所说的有选择的抽气装置，该装置通过所说的输入装置使压缩空气进入孔腔，从而加热轮盘，以便在所说的小功率条件下膨胀悬挂气封片，而将迷宫式气封的间隙减到最小值。
3.根据权利要求
2中所说的有效间隙可控装置，其特征在于，在发动机的瞬间大功率运行条件下，所说的控制装置，用来有选择地防止从所说的中间级以下的级出来的压缩空气进入所说的孔腔中。该控制装置带有一个阀。
4.根据权利要求
1中所说的有效间隙可控装置，其特征在于所说的小功率条件是飞机巡航的时候。
专利摘要
用于燃气轮发动机中的压气机孔腔由从压气机后几级中有选择地抽出的压缩空气来加热，以便在发动机运行中，只在预定的情况下开始加热。在飞机巡航中，允许抽汽进入压气机的中间级的孔腔内，这里压气机的轮盘被冲刷而膨胀，使外气封与叶顶之间的间隙减小。在发动机大功率运行中，防止加热轮盘。
文档编号F02C9/00GK85102135SQ85102135
公开日1987年1月10日 申请日期1985年4月1日
发明者哈维·欧文·韦纳 申请人:联合工艺公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan