回转导叶促动器操作的空气阀的制作方法
【专利摘要】公开了与燃气涡轮发动机相关联的回转导叶促动器操作的空气阀。示例性燃气涡轮发动机可包括成串流关系的风扇、压缩机、燃烧器和涡轮；布置成将压缩空气从风扇和压缩机中的一个或更多个传送的供应管；操作性地设置在供应管中的阀，阀包括可旋转的阀部件，其布置成基于阀部件的角位置调制穿过供应管的压缩空气的流，阀部件能够在开启位置与关闭位置之间旋转；以及/或者操作性地联接成使阀部件旋转的液压操作的回转导叶促动器。
【专利说明】回转导叶促动器操作的空气阀
[0001]相关申请的交叉引用
本申请请求享有2012年4月27日提交的美国临时申请第61/ 639，605号的权益，该申请通过引用以其整体并入本文中。
【技术领域】
[0002]本文公开的主题大体上涉及燃气涡轮发动机诸如飞行器发动机，并且更具体地涉及用于控制与燃气涡轮发动机相关联的空气阀的促动器。
【背景技术】
[0003]大体上，燃气涡轮发动机(并且具体是飞行器发动机)可使用压缩空气来用于各种目的。此类压缩空气的流可使用阀来控制。
[0004]问题:一些现有的空气阀促动器可为较重、复杂和/或较大的，这可在一些燃气涡轮发动机应用中为不利的。
【发明内容】
[0005]用于(多个)上述问题的至少一个解决方案由本公开内容提供，本公开内容包括提供示范性教导并且不意在限制的示例性实施例。
[0006]根据本公开内容的至少一些方面的示例性燃气涡轮发动机可包括成串流关系的风扇、压缩机、燃烧器和涡轮；布置成将压缩空气从风扇和压缩机中的一个或更多个传送的供应管；操作性地设置在供应管中的阀，阀包括可旋转的阀部件，其布置成基于阀部件的角位置调制穿过供应管的压缩空气的流，阀部件能够在开启位置与关闭位置之间旋转；以及/或操作性地联接成使阀部件旋转的液压操作的回转导叶促动器。
[0007]根据本公开内容的至少一些方面的用于燃气涡轮发动机的示例性空气阀控制系统可包括布置成将压缩空气传送穿过其的供应管；操作性地设置在供应管中的蝶形阀，蝶形阀包括布置成调制穿过供应管的压缩空气的流的可旋转的蝶形板，蝶形板能够在开启位置与关闭位置之间旋转；可操作地联接成使蝶形板旋转的液压操作的回转导叶促动器；提供与蝶形板的角位置相关联的输出信号的位置控制器；以及/或操作性地联接成从位置传感器接收输出信号的控制器，控制器操作性地联接于回转导叶促动器，以引起回转导叶促动器使蝶形板旋转并且将蝶形板大致保持在开启位置与关闭位置之间的期望的中间角位置处。
[0008]在一方面，公开了一种用于在燃气涡轮飞行器发动机的整流罩下环境中使用的调制的回转导叶促动器(例如，回转促动器)。促动器可用于操作阀，诸如，高压涡轮主动空隙控制(HPTACC)阀、低压涡轮主动空隙控制(LPTACC)阀、核心隔间冷却(CCC)阀、增压器防冰(BAI)阀、机舱防冰(NAI)阀、启动放气阀(SBV)、瞬变放气阀(TBV)、调制的涡轮冷却(MTC)阀和/或组合阀。回转促动器可构造成将阀定位(例如，调制)在完全开启与完全闭合之间。回转促动器可构建成经得起整流罩下(例如，风扇和核心区域)环境的高温。回转促动器可使用横跨导叶的燃料差压(例如，燃料液压)来生成回转运动。促动器的角位置可使用可变差动变压器(VDT)、分解器或霍尔效应传感器(HES)来确定。中心轴(例如，转子)可将运动从回转促动器传送至相关联的阀。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]寻求专利权利要求覆盖的本主题在本文中特别指出和要求权益。然而，主题和其实施例可参照连同附图进行的以下描述来最佳地理解，在该附图中:
图1为示例性燃气涡轮发动机的示意性截面视图；
图2为包括蝶形阀的示例性空气阀控制系统的透视图；
图3为包括球阀的示例性空气阀控制系统的透视图；
图4为包括回转滑阀的示例性空气阀控制系统的局部截面透视图；
图5为示例性燃气涡轮发动机的示意性截面视图；以及
图6为所有根据本公开内容的至少一些方面的示例性回转导叶促动器200的截面视图。
【具体实施方式】
[0010]在以下详细描述中，参照形成其一部分的附图。在附图中，类似的符号典型地识别类似的构件，除非上下文另外指出。详细描述、附图和权利要求中描述的示范性实施例并非意在为限制性的。可使用其它实施例，并且可作出其它变化，而不脱离此处提出的主题的精神或范围。将容易理解，如大体上在本文中所述并且在附图中所示的本公开内容的方面可以以各种不同构造布置、替换、组合和设计，所有都明确构想出并且构成本公开内容的一部分。
[0011]本公开内容尤其包括与燃气涡轮发动机相关联的空气阀。更具体而言，本公开内容包括布置成操作与燃气涡轮发动机诸如飞行器发动机相关联的空气阀的液压驱动的回转导叶促动器。
[0012]本公开内容构想出线性促动器可用于操作一些燃气涡轮发动机诸如飞行器发动机中的空气阀。此类线性促动器可比根据本公开内容的至少一些方面的一些示例性实例更重、更复杂和/或更大。
[0013]图1为根据本公开内容的至少一些方面的示例性燃气涡轮发动机10的示意性截面视图。燃气涡轮发动机10可布置成在飞行中向飞行器提供推进，并且/或者可包括风扇组件12和/或核心发动机13。核心发动机13可包括成串流关系的高压压缩机14、燃烧器
16、涡轮(其可包括高压涡轮18和/或低压涡轮20)。风扇组件12可包括一组风扇叶片24，其可从转子盘26沿径向向外延伸。发动机10可大体上布置在进气侧28与排气侧30之间。风扇组件12和低压涡轮20可通过低压轴31机械地联接。高压压缩机14和高压涡轮18可通过高压轴32机械地联接。
[0014]大体上，在操作期间，空气可大体上沿大致平行于延伸穿过发动机10的中心轴线34的方向轴向地流过风扇组件12，并且可供应至高压压缩机14。压缩空气可输送至燃烧器16，在该处，可加入燃料。来自燃烧器16的燃烧气体流可驱动高压涡轮18和/或低压涡轮20。
[0015]一些示例性燃气涡轮发动机10可包括主动空隙控制系统100，其可包括高压涡轮主动空隙控制系统101和/或低压涡轮主动空隙控制系统103。在一些示例性实施例中，主动空隙控制系统100可安装于与风扇叶片24相关联的风扇框架毂40。主动空隙控制系统100可包括入口组件102和/或一个或更多个主动空隙控制供应管，诸如，高压涡轮主动空隙控制系统供应管104和/或低压涡轮主动空隙控制系统供应管106。供应管104和/或106可从入口组件102大体上向下游延伸，以分别朝高压涡轮18和低压涡轮20的一部分导送空气流。例如，高压涡轮主动空隙控制系统供应管104可联接于高压涡轮外壳歧管108，并且/或者低压涡轮主动空隙控制系统供应管106可联接于低压涡轮外壳歧管110。
[0016]在一些示例性实施例中，阀112，114可分别操作性地联接于供应管104和/或供应管106。例如，阀112可布置成调制穿过供应管104的空气流，并且/或者阀114可布置成调制穿过供应管106的空气流。在一些示例性实施例中，回转导叶促动器116，118可分别操作性地联接于阀112和/或阀114。尽管以下描述集中于阀112和回转导叶促动器116，但将理解，阀114和回转导叶促动器118可以以大致相同方式操作。
[0017]图2为根据本公开内容的至少一些方面的包括蝶形阀112的示例性空气阀控制系统504的透视图。空气阀控制系统504可包括阀112和相关联的回转导叶促动器116。阀112可操作性地设置在供应管104中(例如，联接于其和/或与其集成地形成)，并且/或者可包括可旋转的阀部件。例如，阀112可包括蝶形阀，并且/或者可包括可旋转的蝶形板304，其可布置成基于其角位置来调制穿过供应管104的空气流。阀部件可能够在开启位置与关闭位置之间旋转。例如，蝶形板304可能够在蝶形板304大体上平行于管104定向的完全开启位置与蝶形板304大体上垂直于管104定向的完全关闭位置之间旋转。中间位置(例如，完全开启与完全关闭之间的角位置)可允许穿过供应管104的变化量的空气流。
[0018]在一些示例性实施例中，回转导叶促动器116可为液压操作的(例如，通过加压燃料)，并且/或者可联接成使阀部件旋转。例如，回转导叶促动器116可通过使轴305旋转来可操作地联接成使蝶形板304旋转，蝶形板304可安装于轴305。
[0019]一些示例性空气阀控制系统504可包括位置传感器，其构造成提供与阀部件的角位置相关联的输出信号。例如，回转可变差动变压器(RVDT)406可操作性地联接于回转导叶促动器116和/或阀112 (例如，轴305)，并且/或者可提供关于蝶形板304的角位置的伏特/伏特输出信号。一些示例性实施例可包括位置传感器，其包括霍尔效应传感器和/或分解器。
[0020]一些示例性空气阀控制系统504可包括控制器，其可操作性地联接成从位置传感器接收输出信号。例如，全权数字发动机控制器(FADEC)500可从RVDT406接收伏特/伏特输出信号。FADEC500可操作性地联接于回转导叶促动器116，以引起蝶形板304的旋转，并且/或者大致保持蝶形板304的期望的角位置。例如，在各种操作状态下，FADEC500可引起回转导叶促动器116将蝶形板304定位和/或保持在完全关闭位置、完全开启位置，和/或完全关闭与完全开启之间的各种中间位置。在一些示例性实施例中，阀部件的期望角位置可通过FADEC500至少部分地基于至少一个测量操作参数(例如，[这里请插入示例性参数])来确定。
[0021]一些示例性空气阀控制系统504可包括电动液压伺服阀(EHSV) 502，其可操作性地联接控制器500和回转导叶促动器116。EHSV502可构造成从控制器500接收命令信号，并且/或者控制液压流体(例如，从发动机燃料系统接收到的加压燃料)供应至回转导叶促动器116的端口 402，404和/或从其供应。在一些示例性实施例中，EHSV502可布置成调节施加于端口 402，404中的各个的相应的液压压力。
[0022]图3为根据本公开内容的至少一些方面的包括球阀612的示例性空气阀控制系统604的透视图。球阀612可包括可旋转的大体上球形的转子614，其包括穿过其的流体通路616。空气阀控制系统604可大致类似于空气阀控制系统504操作，除了球形转子614可替换蝶形板304。
[0023]图4为根据本公开内容的至少一些方面的包括回转滑阀712的示例性空气阀控制系统704的局部截面透视图。回转滑阀712可包括可旋转地设置在阀体713内的大体上圆筒形的转子714，其可包括大体上圆柱形的内腔。转子714可包括在转子714处于至少一些角位置时延伸穿过其以允许空气流穿过阀712的流体通路716。流体通路716可包括大体上相对的开口 717，719，其可在分别与端口 721，723至少部分地对准时允许空气流穿过回转滑阀712。空气阀控制系统704可大致类似于空气阀控制系统504操作，除了圆筒形转子714可替换碟形板304。在本公开内容的范围内的是利用回转滑阀，其中入口和出口两者大体上相对于转子714 (例如，如图4中所示)沿径向布置，并且/或者利用回转滑阀，其中入口或出口大体上相对于转子714轴向地布置。
[0024]尽管图1-4中所示的示例性实施例特别关于主动空隙控制系统，但应当理解，根据本公开内容的至少一些方面的各种示例性空气阀控制系统504，604，704可结合与燃气涡轮发动机相关联的其它空气系统来使用。
[0025]图5为根据本公开内容的至少一些方面的示例性燃气涡轮发动机1010的示意性截面视图。燃气涡轮发动机1010可布置成在飞行中向飞行器提供推进，并且/或者可包括风扇组件1012和/或核心发动机1013。核心发动机1013可包括成串流关系的高压压缩机1014、燃烧器1016、涡轮(其可包括高压涡轮1018和/或低压涡轮1020)。风扇组件1012可包括一组风扇叶片1024，其可从转子盘1026沿径向向外延伸。发动机1010可大体上布置在进气侧1028与排气侧1030之间。风扇组件1012和低压涡轮1020可通过低压轴1031机械地联接。高压压缩机1014和高压涡轮1018可通过高压轴1032机械地联接。
[0026]大体上，在操作期间，空气可大体上沿大致平行于延伸穿过发动机1010的中心轴线1034的方向轴向地流过风扇组件1012，并且可供应至高压压缩机1014。压缩空气可输送至燃烧器1016，在该处，可加入燃料。来自燃烧器1016的燃烧气体流可驱动高压涡轮1018和/或低压涡轮1020。
[0027]一些示例性燃气涡轮发动机1010可包括空气系统1100，其可包括布置成将压缩空气从高压涡轮1014传送至一个或更多个构件1101的供应管1104。在一些示例性实施例中，可大致类似于阀112，612，712的阀1112可操作性地联接于供应管1104，并且/或者可布置成调制穿过供应管1104的空气流。在一些示例性实施例中，可大致类似于回转导叶促动器116的回转导叶促动器1116可操作性地联接于阀1112。
[0028]在各种示例性实施例中，空气系统1100可包括核心隔间冷却(CCC)系统、增压器防冰(BAI)系统、机舱防冰(NAI)系统、启动放气阀(SBV)系统、瞬变放气阀(TBV)系统，以及/或调制的涡轮冷却(MTC)系统。
[0029]图6为根据本公开内容的至少一些方面的示例性回转导叶促动器200的截面视图。回转导叶促动器200可用作上文所述的回转导叶促动器116，118，1116中的任一个。回转导叶促动器200可包括壳体202，其可大体上为圆筒形的。一个或更多个定子导叶204，206可从壳体202朝位于中心的轴208沿径向向内延伸。图6中所示的示例性实施例包括大体上设置成彼此相对(例如，分开大约180度)的两个定子导叶204，206。
[0030]回转导叶促动器200可包括操作性地联接成与轴208 —起旋转的转子210。转子210可包括从其沿径向向外延伸的一个或更多个转子导叶212，214。轴208可操作性地联接于旋转轴305，旋转轴305可联接于可旋转的阀部件。
[0031]定子导叶密封件216，218可分别设置在定子导叶204，206上，以提供定子导叶204，206和转子210之间的大致密封界面。转子导叶密封件220，222可分别设置在转子导叶212，214上，以提供转子导叶212，214与壳体202之间的大致密封界面。
[0032]壳体202、定子导叶204，206和/或转子210 (包括转子导叶212，214)可至少部分地限定第一室221 (例如，在定子导叶204与转子导叶214之间)、第二室223 (例如，在转子导叶214与定子导叶206之间)、第三室224 (例如，在定子导叶206与转子导叶212之间)和/或第四室226 (例如，在转子导叶212与定子导叶204之间)。
[0033]在一些示例性实施例中，一个或更多个室221，223，224，226可流体地连接。例如，通道228可使第一室221与第三室224连接。类似地，通道230可使第二室223与第四室226连接。
[0034]端口 402，404 (图2)可流体地联接于室221，223，224，226，以允许供应穿过端口402, 404的加压燃料引起转子210和轴208的旋转。例如，端口 402可与第二室223流体连通，第二室223可经由通道230与第四室226流体连通。端口 404可与第一室221流体连通，第一室221可经由通道228与第三室224流体连通。
[0035]大体上，轴(和联接于其的旋转阀部件)的角位置可通过控制横跨旋转导叶212，214的差压来控制。例如，如果第一室221和第三室224中的压力高于第二室223和第四室226中的压力，则转子210可顺时针旋转，使得转子导叶212朝定子导叶204移动，并且转子导叶214朝定子导叶206移动。类似地，如果第二室223和第四室226中的压力高于第一室221和第三室224中的，则转子210可沿逆时针方向旋转，使得转子导叶212朝定子导叶206移动，并且转子导叶214朝定子导叶204移动。通过调制轴208的角位置，联接于其的阀可完全开启、完全闭合和/或定位在完全开启与完全闭合之间的中间角位置。
[0036]一些示例性实施例可提供相比于线性促动器/阀组合减小的尺寸、较轻的重量和/或减小的复杂性。在一些示例性实施例中，回转促动器的动作可需要比其它类型的促动器(例如，线性促动器)更少的物理空间。此外，一些示例性回转促动器可包括比常规促动器更少的构件，这可减小促动器和附接于其的燃气涡轮发动机两者的总体重量和复杂性。
[0037]该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种燃气涡轮发动机，包括: 成串流关系的风扇、压缩机、燃烧器和涡轮； 布置成将压缩空气从所述风扇和所述压缩机中的一个或更多个传送的供应管； 操作性地设置在所述供应管中的阀，所述阀包括可旋转的阀部件，其布置成基于所述阀部件的角位置调制穿过所述供应管的所述压缩空气的流，所述阀部件能够在开启位置与关闭位置之间旋转；以及 操作性地联接成使所述阀部件旋转的液压操作的回转导叶促动器。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机布置成在飞行中向飞行器提供推进。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述回转导叶促动器由加压燃料液压地操作。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于， 所述涡轮包括高压涡轮；并且 其中所述供应管布置成将所述压缩空气从所述风扇传送至高压涡轮主动空隙控制系统。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于， 所述涡轮包括低压涡轮；并且 其中所述供应管布置成将所述压缩空气从所述风扇传送至低压涡轮主动空隙控制系统。
6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述供应管布置成将所述压缩空气传送至核心隔间冷却系统、增压器防冰系统、机舱防冰系统、启动放气系统、瞬变放气系统以及调制的涡轮冷却系统中的一个或更多个。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于， 所述阀包括蝶形阀；并且 其中所述阀部件包括蝶形板。
8.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于， 所述阀包括球阀；并且 其中所述阀部件包括大体上球形的转子，其包括延伸穿过其的流体通路。
9.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于， 所述阀包括回转滑阀；并且 其中所述阀部件包括大体上圆筒形的转子，其包括延伸穿过其的流体通路。
10.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机还包括: 提供与所述阀部件的角位置相关联的输出信号的位置传感器；以及操作性地联接成从所述位置传感器接收所述输出信号的控制器，所述控制器操作性地联接于所述回转导叶促动器，以引起所述回转导叶促动器使所述阀部件旋转，并且将所述阀部件大致保持在所述开启位置与所述关闭位置之间的期望的中间角位置处。
11.根据权利要求10所述的燃气涡轮发动机，其特征在于， 所述位置传感器包括回转可变差动变压器；并且 其中所述输出信号包括与所述阀部件的角位置相关联的电压。
12.根据权利要求10所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述位置传感器包括霍尔效应传感器和分解器中的一个或更多个。
13.—种用于燃气润轮发动机的空气阀控制系统,所述空气阀控制系统包括: 布置成将压缩空气传送穿过其的供应管； 操作性地设置在所述供应管中的蝶形阀，所述蝶形阀包括布置成调制穿过所述供应管的所述压缩空气的流的可旋转的蝶形板，所述蝶形板能够在开启位置与关闭位置之间旋转; 可操作地联接成使所述蝶形板旋转的液压操作的回转导叶促动器； 提供与所述蝶形板的角位置相关联的输出信号的位置传感器；以及 操作性地联接成从所述位置传感器接收所述输出信号的控制器，所述控制器操作性地联接于所述回转导叶促动器，以引起所述回转导叶促动器使所述蝶形板旋转并且将所述蝶形板大致保持在所述开启位置与所述关闭位置之间的期望的中间角位置处。
14.根据权利要求13所述的空气阀控制系统，其特征在于， 所述位置传感器包括回转可变差动变压器；并且 其中所述输出信号包括与所述蝶形板的角位置相关联的电压。
15.根据权利要求13所述的空气阀控制系统，其特征在于， 所述空气阀控制系统还包括电动液压伺服阀，其布置成至少部分地基于从所述控制器接收到的命令信号来调节施加于所述回转导叶促动器的第一端口的第一液压和施加于所述回转导叶促动器的第二端口的第二液压； 其中所述液压施加于所述第一端口与所述蝶形板沿第一方向的旋转相关联；并且 其中所述液压施加于所述第二端口与所述蝶形板沿第二方向的旋转相关联。
16.根据权利要求13所述的空气阀控制系统，其特征在于，所述回转导叶促动器由加压燃料液压地操作。
17.根据权利要求13所述的空气阀控制系统，其特征在于，所述供应管布置成将所述压缩空气传送至高压涡轮主动空隙控制系统。
18.根据权利要求13所述的空气阀控制系统，其特征在于，所述供应管布置成将所述压缩空气传送至低压涡轮主动空隙控制系统。
19.根据权利要求13所述的空气阀控制系统，其特征在于，所述供应管布置成将所述压缩空气传送至核心隔间冷却系统、增压器防冰系统、机舱防冰系统、启动放气系统、瞬变放气系统和调制的涡轮冷却系统中的一个或更多个。
20.根据权利要求13所述的空气阀控制系统，其特征在于，所述期望的中间角位置由数字发动机控制器基于至少一个测量的操作参数来确定。
【文档编号】F01D17/26GK104246142SQ201380022140
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年4月10日 优先权日:2012年4月27日
【发明者】D. 辛普森 A., J. 梅兰德 W., A. 莫斯特 D., J. 普拉杰 M. 申请人:通用电气公司