用于引出冰的燃气涡轮发动机可变放气阀的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气涡轮发动机可变放气阀，并且更特别地，涉及用来防止喘振和从升压器和核心发动机压缩机之间的导管中移除冰的这样的阀。
【背景技术】
[0002]在燃气涡轮发动机领域中众所周知的是提供可变放气阀(VBV)，典型地提供门，可变放气阀打开，以提供放气流径来在升压器和燃气涡轮发动机的核心发动机压缩机之间放出压缩空气。空气流通常从升压器和核心发动机压缩机之间的所谓的鹅颈流径放出。航空器风扇喷气燃气涡轮发动机和这样的发动机的船舶和工业衍生物已经采用了各种形式的弯曲流径和VBV放气门，弯曲流径和VBV放气门缩回到流径壳中，以便形成通往放气导管的入口，放气导管放出升压器或低压压缩机的排出空气流，以用诸如Monhardt等人的名称为“Combined Surge Bleed and Dust Removal System for a Fan-Jet Engine (用于风扇喷气发动机的联合喘振放气和除尘系统)”的美国专利N0.4，463，552中公开的方式从流径中抽出颗粒。
[0003]由于放气流突然弯曲远离压缩机流的方向，所以由于它们的动量的原因，很难将较大的颗粒保持在放气流中。这个问题对于航空器、船舶和基于地面的燃气涡轮发动机是普遍的。涡轮风扇喷气发动机(诸如通用电气CF6和GE90系列发动机)具有成串联关系的风扇、升压器和核心发动机压缩机，其中，传送通过风扇的一部分空气输送到升压器，然后传送到核心发动机压缩机。为了使核心发动机压缩机的入口空气流与其飞行操作要求匹配以及防止升压器失速，提供呈升压器放气导管的形式的升压器可变放气阀(VBV)，升压器放气导管具有在升压器和核心发动机压缩机之间的入口和通往风扇导管的出口。
[0004]打开和关闭升压器放气导管在传统上由沿周向设置的多个枢转门提供，枢转门缩回到发动机结构或发动机壳中，并且一个或多个燃料动力促动器提供动力的单个同步(unison)环操作枢转门。钟形曲柄联动件可操作地将缩回的枢转放气门连接到同步环上。与Monhardt的专利中的滑动门或阀相比，这种使用缩回的枢转门的失速预防系统的示例在Shipley等人的名称为“Bypass Valve Mechanism(旁通阀机构)”的美国专利N0.3，638，428中公开，该专利转让给与本发明相同的受让人且通过引用而结合在本文中。VBV的操作由发动机控制器安排，可使用机械型或数字电子型发动机控制器。
[0005]与传统放气阀导管和阀门相关联的问题在于，较大的颗粒和较大量的颗粒(诸如冰)往往不会吸到放气导管中。合乎需要的是具有一种发动机，其提供从压缩机空气流中移除大量冰以及高效地在升压器和核心发动机压缩机之间放出空气的能力。因而，非常合乎需要的是从鹅颈流径中移除冰，而不移除核心空气流，或者最大程度地减少移除的核心空气流的量。
[0006]另一方面，旁通比较高的发动机具有较小的核心流和较大的弹头前部区域。这意味着有较多冰、冰雹或水通过压缩机进入到燃烧器中，导致空气的含水量较高。这两个基本现象共同导致燃烧器中的水-空气比显著增大，使得这样的航空器发动机在下雨或降雹时更容易受发动机熄火问题的影响。具有较大前部区域的旁通比较高的发动机还会在结冰环境内在空转操作期间，导致在升压器入口和升压器级上积冰。这在加速期间导致冰脱落增加，包括在最大功率操作下或其附近的脱落。它还会提高冰脱落且尤其是高速转子冰脱落引起压缩机失速的风险，这在历史上对于双轴发动机一直是个问题，而且将继续成为未来大型发动机的问题。
[0007]现代高旁通比发动机结合较高压力的核心压缩机和较低压力的升压器，并且因而，在升压器出口和风扇旁通导管之间产生较小压差。这会增加从升压器的下游对风扇旁通导管放出足够量的空气来保护升压器不失速的难度。通过打开VBV门而将一些升压器流卸放到机外，来控制升压器失速边界，以便将升压器操作线路控制到低于其失速线的点。
[0008]因而，非常合乎需要的是使用于高旁通比发动机的可变放气阀和系统结合较高压力的核心压缩机和较低压力的升压器，从升压器的下游放出足够量的空气来保护升压器不失速。也非常高合乎需要的是使用于高旁通比发动机的可变放气阀和系统能够防止冰脱落且更特别地是高速转子冰脱落导致压缩机失速或者导致燃烧器中的熄火。
【发明内容】
[0009]燃气涡轮发动机可变放气设备(48)包括可变放气阀(49)，可变放气阀(49)包括设置在过渡导管(29)中的放气入口(47)中的可变放气阀门(50)，以及位于门(50)的上游端或前端和下游端或后端(53，54)处的前部唇缘和后部唇缘(51，52)。门(50)可围绕门(50)的前端(53)处或其附近的轴线(160)枢转或旋转，可变放气阀(49)可操作来打开和关闭通往升压器放气流径(46)的放气槽口(170)，升压器放气流径(46)位于过渡导管
(29)的径向外侧。放气槽口(170)在放气入口(47)处从过渡导管(29)的外部环形壁(67)大体沿径向向外延伸到VBV门(50)的后部唇缘(52)，并且空气流限制器(88)设置在升压器放气流径(46)中。空气流限制器(88)可为可变空气流限制器(90)，诸如瓣阀(92)。
[0010]过渡导管(29)可相对于发动机中心线(12)具有过渡导管圆锥角(Al)，升压器外部护罩(222)在过渡导管(29)的上游和附近，升压器外部护罩(222)相对于发动机中心线
(12)具有升压器圆锥角(A2)，并且过渡导管圆锥角(Al)大于升压器圆锥角(A2)。
[0011]升压器放气流径(46)可延伸通过分叉式放气导管(64)，分叉式放气导管(64)包括内部通道和外部通道出0，62)、沿径向间隔开的内部放气壁和中间放气壁(70，72)沿径向界定内部通道(60)，并且中间放气壁(72)和与中间放气壁(72)沿径向间隔开的外部放气壁(74)沿径向界定外部通道(62)。空气流限制器(88)可位于内部通道(60)的内部通道出口(80)处，并且在内部通道出口(80)处包括内部通道(60)的出口区域(AO)，出口区域(AO)大于内部通道(60)的入口区域(Al)。
[0012]门(50)可操作来与中间放气壁(72)协作，以及使门(50)的后端(54)处的后部唇缘(52)基本密封性地抵靠着后部唇缘(52)，以完全打开内部通道(60)，而且门(50)可操作来与外部放气壁(74)协作，以及使后部唇缘(52)基本密封性地抵靠着外部放气壁(74)，以完全打开内部通道和外部通道出0，62)。
[0013]升压器放气流径(46)还可延伸通过放气导管(66)，放气导管￠6)不分叉，并且被沿径向间隔开且弯曲的内部放气壁和外部放气壁(70，74)沿径向界定，内部放气壁和外部放气壁(70，74)沿径向向内弯曲。放气导管(66)从放气导管入口(77)向下游或向后延伸到放气导管出口(78)，并且可变空气流限制器(90)可操作地位于放气导管出口(78)处。
[0014]升压器放气流径(46)还可在没有放气导管和升压器放气流径(46)被沿径向向内弯曲的内部放气壁(70)沿径向向内界定的情况下从VBV门(50)向下游或向后延伸通过升压器放气流径(46)。空气流限制器(88)是可变空气流限制器(90)。可变空气流限制器(90)可为瓣阀(92)，瓣阀(92)可以可操作地联动到门(50)的径向外部端(128)上。
[0015]操作可变放气阀(49)的方法包括围绕门(50)的前端(53)处或附近的轴线(160)旋转设置在过渡导管(29)中的放气入口(47)中的燃气涡轮发动机可变放气阀(49)的可变放气阀门(50)，以打开和关闭分叉式放气导管(64)的入口(77)处的放气槽口(170)。放气槽口(170)从过渡导管(29)大体沿径向向外延伸到门(50)的后端(54)处的后部唇缘
(52)。
[0016]方法可进一步包括打开和关闭分叉式放气导管￠4)的内部通道和外部通道(60，62)，其中，沿径向间隔开的内部放气壁和中间放气壁(70，72)沿径向界定内部通道(60)，并且中间放气壁(72)和与中间放气壁(72)沿径向间隔开的外部放气壁(74)沿径向界定外部通道(62)。通过围绕轴线(160)旋转门(50)，以使后端(54)基本密封性地抵靠着中间放气壁(72)，来完全打开内部通道￠0)，以及通过围绕轴线(160)旋转门(50)，以使后端(54)基本密封性地抵靠着外部放气壁(74)，来完全打开内部通道和外部通道(60，62)两者。
[0017]方法可进一步包括通过围绕轴线(160)旋转门(50)以使后部唇缘(52)在中间放气壁和外部放气壁(72，74)之间移动，来完全打开内部通道￠0)和部分地完全打开外部通道(62)，以调节来自过渡导管(29)中的核心空气流(15)的放气空气(19)，以便进行升压器操作线路控制。
[0018]另一种操作燃气涡轮发动机可变放气阀(49)的方法，燃气涡轮发动机可变放气阀(49)包括可变放气阀门(50)，可变放气阀门(50)设置在过渡导管(29)中的放气入口
(47)中，并且可旋转地附连到毂框架(129)上，该方法包括:围绕门(50)的前端(53)处或其附近的轴线(160)旋转门(50)，以打开和关闭通往升压器放气流径(46)的放气槽口(170)，升压器放气流径(46)设置成通过毂框架(129);同时打开或关闭设置在升压器放气流径(46)中的可变空气流限制器(90);以及操作阀和限制器，以放出过渡导管(29)中的核心空气流(15)，以及/或者引出过渡导管(29)中的冰。
【附图说明】
[0019]在结合附图得到的以下描述中阐明本发明的前述方面和其它特征，其中:
图1是航空器涡轮风扇燃气涡轮发动机的示例性实施例的纵向部分截面图和部分简图，航空器涡轮风扇燃气涡轮发动机具有在升压器和高压压缩机之间的过渡导管中的可变放气阀(VBV)，过渡导管使离开升压器的核心空气流转向。
[0020]图2是在图1中示出的发动机中处于关闭位置的阀的门的放大部分截面图和部分简图。
[0021]图3是处于部分地打开位置的阀相对于发动机中的过渡导管处于第一向外旋转位置的图2中示出的门的截面图。
[0022]图4是处于完全打开位置的阀和相对于发动机中的过渡导管处于第二向外旋转位置的图2中示出的门的截面图。
[0023]图5是备选门的截面图，备选门具有弯曲内表面和比图2中示出的门更深的阀铲(scoop)O
[0024]图6是相对于发动机中的过渡导管处于第一向外旋转位置的图5中示出的门的截面图。
[0025]图7是相对于发动