调节的涡轮冷却系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气涡轮发动机，更具体地，涉及用于给燃气涡轮发动机内的涡轮翼型提供冷却空气的方法和设备。
【背景技术】
[0002]在燃气涡轮发动机中，热气离开燃烧器并被涡轮利用于转换成机械能。该机械能驱动上游的高压压缩机。涡轮包括多个由涡轮转子承载的、与静止喷嘴列交替的叶片列。涡轮叶片和喷嘴经历腐蚀的高温燃气的流。这些“热段”构件通常由相对低温的冷却剂流冷却，比如从压缩机抽出(流出)的空气或压缩机排气。以这种方式使用从循环抽出的空气是可充气至热力循环，增加了燃料消耗率(“SFC”)，并且一般只要可能就避免或极小化。
[0003]—种已知类型的涡轮冷却系统使用诱导器来收集压缩机排气，使其加速并切向转弯，然后供给至涡轮转子。通常，涡轮冷却系统物理地配置成满足在例如起飞或初始爬升的高功率运行期间将经历的最大冷却需求。这导致在例如巡航飞行或下降的其他运行状态期间的过度的冷却能力。在这些状态下的冷却需求低得多，且实际地表示了发动机运行的主要时间。
[0004]已经做出尝试以在其他运行状态期间调节涡轮冷却流。这些通常需要遭受不期望的失效模式的发动机壳体外部的管系，或者在发动机内的高温环境下难以保持良好运行状态的内部控制阀。
[0005]因此，需要一种将以强健且经济的方式给翼型提供冷却的改进冷却系统。
【发明内容】
[0006]该需求通过本发明来解决，本发明提供一种涡轮冷却系统，其可操作的以调节冷却流至由诱导器阵列供给的旋转的涡轮叶片。在发动机运行期间，诱导器中的一些接收恒定的冷却空气流，同时其他诱导器通过能选择性关闭的装阀门的流路来供给。
[0007]根据本发明的一个方面，提供了调节的流传递设备，用于将冷却流从主气体流路传递至燃气涡轮发动机的涡轮转子，该设备包括:第一供应气室，其与主气体流路和多个第一诱导器连通，第一诱导器中的每一个配置成加速从第一供应气室接收的第一流体流，并且朝转子以切向速度分量排出第一流体流；第二供应气室，其与主气体流路和多个第二诱导器连通，第二诱导器中的每一个配置成朝转子以切向速度分量加速从第二供应气室接收的第二流体流；以及冷却调节阀，其可操作的以选择性地允许或阻止从主气体流路到第二供应气室的第二流体流，其中冷却调节阀包括设置在主气体流路中的流控制结构和从流控制结构延伸到限定主气体流路的壳体的径向外侧位置的阀动结构。
[0008]根据本发明的另一方面，提供了一种将冷却流从主气体流路传递至具有至少两种不同运行状态的燃气涡轮发动机的涡轮转子的方法。方法包括:在所有的发动机运行状态下，使第一流体流从主气体流路流过第一供应气室至多个第一诱导器，第一诱导器的每一个配置成加速第一流体流并朝涡轮转子以切向速度分量排出第一流体流；以及在部分但不是所有的运行状态下，使第二流体流从主气体流路流过冷却调节阀和第二供应气室至多个第二诱导器，第二诱导器中的每一个配置成加速第二流体流并朝涡轮转子以切向速度分量排出第二流体流；其中冷却调节阀包括设置在主气体流路中的流控制结构，以及从流控制结构延伸到限定主气体流路的壳体的径向外侧位置的阀动结构。
【附图说明】
[0009]本发明可通过参考下面结合附图的描述被最好地理解，其中:
[0010]图1是示例性的燃气涡轮发动机的剖视图；
[0011]图2是图1的发动机的一部分的半剖视图，示出了根据本发明的一个方面构造的涡轮冷却系统；
[0012]图3是图2的涡轮冷却系统的一部分的透视图；
[0013]图4是在关闭位置的冷却调节阀的剖视图；
[0014]图5是在打开位置的冷却调节阀的剖视图；以及
[0015]图6是并入备选的冷却调节阀的涡轮冷却系统的一部分的剖视图。
【具体实施方式】
[0016]本发明提供用于调节冷却流至由诱导器阵列供给的旋转的涡轮叶片的系统。在发动机运行期间，诱导器中的一些接收恒定的冷却空气流，同时其余诱导器通过装阀门的流路来供给，该流路能在选定的发动机运行状态期间选择性地关闭。
[0017]现在，参见附图，其中遍及各种视图相同的附图标记指示相同的元件，图1示出了示例性的燃气涡轮发动机组件10，其具有纵向轴线11。燃气涡轮发动机组件10包括风扇组件12和核心燃气涡轮发动机13。核心燃气涡轮发动机13包括高压压缩机14、燃烧器16和高压涡轮18。在示例性的实施例中，燃气涡轮发动机组件10还包括低压涡轮20和多级增压压缩机32，以及基本上围绕增压器32的分流器34。
[0018]风扇组件12包括从转子盘26径向向外延伸的风扇叶片24的阵列，其前部部分被流线型整流罩25封装。燃气涡轮发动机组件10具有进气侧28和排气侧30。风扇组件12、增压器22、和涡轮20通过第一转子轴21联接在一起，并且压缩机14和涡轮18通过第二转子轴22联接在一起。
[0019]在运行中，空气流动穿过风扇组件12且空气流的第一部分50被引导穿过增压器32。从增压器32排出的压缩空气被引导穿过压缩机14，在其中空气流被进一步压缩，然后输送到燃烧器16。来自燃烧器16的热的燃烧产物(图1中未示出)被用于驱动涡轮18和20，并且涡轮20被用于通过轴21驱动风扇组件12和增压器32。燃气涡轮发动机组件10在设计的运行状态和非设计的运行状态之间的运行状态范围内是可操作的。
[0020]从风扇组件12排出的空气流的第二部分52被引导穿过外涵道40，以使来自风扇组件12的空气流的一部分从核心燃气涡轮发动机13周围绕过。更具体地，外涵道40在风扇壳体或者护罩36与分流器34之间延伸。因此，来自风扇组件12的空气流的第一部分50如上所述的那样被引导穿过增压器32然后进入压缩机14，并且来自风扇组件12的空气流的第二部分52被引导穿过外涵道以给例如飞行器提供推力。分流器34将输入空气流分别分为第一部分50和第二部分52。燃气涡轮发动机组件10还包括风扇框架组件60，以给风扇组件12提供结构支撑，并且还被用于将风扇组件12联接至核心燃气涡轮发动机13。
[0021]风扇框架组件60包括在径向外侧安装法兰和径向内侧安装法兰之间基本径向地延伸的且在外涵道内周向地间隔的多个出口导叶70。风扇框架组件60还可包括联接在径向外侧安装法兰和径向内侧安装法兰之间的多个支柱。在一个实施例中，风扇框架组件60以弧形段制造，其中法兰联接到出口导叶70和支柱。在一个实施例中，出口导叶和支柱同轴地联接在外涵道内。任选地，出口导叶70可在外涵道40内联接在支柱的下游。
[0022]风扇框架组件60是用于有助于维持燃气涡轮发动机组件10内的各种构件的定向的燃气涡轮发动机组件10的各种框架和支撑组件中的一个。更具体地，这样的框架和支撑组件与静止的构件互连，并提供转子轴承支撑。风扇框架组件60在外涵道内联接在风扇组件12的下游，使得出口导叶70和支柱在风扇组件12的出口周围周向地隔开并延伸越过从风扇组件12排出的空气流路径。
[0023]尽管示出的发动机10是高涵道比涡轮风扇发动机，但是本文中描述的原理同样可应用于涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷射发动机、和涡轮轴发动机，以及用于其他车辆或静止应用中的涡轮发动机。
[0024]应指出，如本文中所使用的，术语“轴向的”或“纵向的”是指平行于纵向轴线11的方向，而“径向的”是指垂直于轴向方向的方向，并且“切向的”或“周向的”是指与轴向和切向方向相互垂直的方向。(见图3中的箭头“A”，“R”和“T”)。如本文中所使用的，术语“前”或“前面”是指相对于经过发动机10的空气流的相对上游的位置，术语“后”或“后面”是指在经过发动机10或在发动机10周围的空气流中的相对下游的位置。该流动的方向在图1中以箭头“F”示出。这些方向性术语仅用于方便描述，并且不要求由此描述的结构的特别定位。
[0025]图2更详细地示出了燃烧器16和直接围绕它的发动机结构。环形扩散器72设置在高压压缩机14的后面并用来引导压缩机排气到燃烧器16。扩散器72的外侧臂74连接到环形燃烧器壳体76，该壳体继而连接到环形涡轮壳体78。
[0026]扩散器72的内侧臂80连接到环形燃烧器支撑件8