专利名称：用于使外来物质从燃气轮机主流道内排出的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，尤其涉及与飞机推进器相连接的燃气轮机。在一个优选的实施例中，本发明涉及一种用于将诸如冰和碎屑的外来物质从最接近燃气轮机的压气器进口的主流通或中心流道内去除并排入第二或旁通流道内的方法和装置。
当大量的冰粒进入中心流道，特别是当发动机正在以由惰转运转所产生的低功率和低推力工况运转时，燃气轮机可能遇到燃烧不稳定问题。
业已发现，冰在加力器级之后颇严重地撞击中心流道。尤其是已发现由于离心效应的结果，冰凝结在环形通道的10%外侧上。
虽然本发明具体地针对一种用于控制结冰的排出物勺形收集器的，应该认识到本发明的勺形收集器是能够并且事实上确导致其它的碎屑或外来物质从燃气轮机的中心流道内去除并排出。
授于Vanfleet等人的用于限制碎屑吸入燃气轮机内的方法和装置的美国专利US-4，070，827是针对一种用于消除或避免在不同情况下与燃气轮机进气管相关的真空效应的特殊发动机结构的。该专利从试图减小进入中心流道的碎屑颗粒量的角度叙述了碎屑问题，而并非试图从中心流通内清除任何早先已进入中心流道的颗粒。该文献并不具体地叙述内部冰和碎屑问题，并不讲授使用处于燃气轮机主、付流道间的特殊形状的冰和碎屑排出物勺形收集器。
还应认识到燃气轮机一般包括诸如可变放气阀(VBV)的操作器阀，它们可以安装在燃气轮机的加力器出口和压气机进口之间，以放出一部分中心流道内的空气进入旁通流道，使一部分被夹带的碎屑排出中心流道。在传统应用方面，可变放气阀包括多个处于加力器出口和压气机进口的实际平面型阀门。通常，发动机可采用一打或更多的阀门，它们可围绕发动机中心流道多少以等间距沿圆周配置。然而，冰吸入试验业已表明可变放气阀门由于冰的堆积而可能受到约束或被阻塞。
因此，存在一种还未实现的需求来提供一种包括用以从中心流道内消除和排出冰、碎屑以及其它外来物的装置的改进了的燃气轮机。
本发明考虑到在正常运转过程中诸如冰和碎屑的外来物可能会进入燃气轮机内，并且尤其在惰转或低功率运转工况下，此种外来物能进入中心区。尽管避免吸入此类物质无疑是需要的，然而，使可能已进入发动机的任何此类物质分离，清除、转向并排出是同样重要的。本发明的目的特别致力于可能已进入燃气轮机的诸如冰和碎屑的外来物的分离、清除和排出。
本发明提供一种用于俘获和去除可能已进入发动机并存留在主流道或中心流道内的冰、碎屑和其它外来物的具有特殊形状的排出物勺形收集器，本发明保证从主流道内去除冰、碎屑和其它外物，使它们转向，并排入辅助或旁通流道内，最后排出发动机。该勺形收集器可滑动地装于通过处于主、付流道之间的安装座牢固地安装在发动机上的一系列导向装置或平行导轨上。该勺形收集器借助一连杆可转动地连接于操作机构，诸如连接于被用于调节勺形收集器在中心流道内的位置的可变气阀操作器，或在另一种情况下通过缩回收集器整个地或部分地离开中心流道，使勺形收集器停留在非作用位置。本发明的方法为从燃气轮机的主流道中冰和碎屑的分离、去除、置身和排冰提供了保证，并包括装备一个可滑动地安装在主、付流道之间的弧形收集器的一些步骤，使操作机构经一连杆联接于最接近辅助流道的所述收集器，并在低率工况下，让操作机构起作用，使收集器突入主流道，从而使冰和碎屑从中心流道流入旁通流道。
经转向道并经过排出物收集器流出的空气量可通过调节放气阀门的开变来控制。
在一个优先的实施例中，所述收集器的形状做成一光滑的弧线，其半径由收集器唇部和可变旁通阀区界限之间的轴向与径向距离来确定。
在连同参照附图一起阅读下列说明时，便会明白本发明上列和其它的目的及其特点。
图1为一燃气轮机的轴测示意图，部分已被切去;
图2为一燃气轮面的放大插图，尤其表示一可变放气阀;
图3包括图3a-3e，表示在运转期间可变放气阀门的各种位置;
图4包括图4a和4b，为本发明的排出和勺形收集器的细图，表示某个延伸位置和收缩位置;
图5为本发明勺形收集器的另一实施例插图;
图6表示按照本发明一个实施例的又一个勺形收集器实施例;
图7表示按照本发明一个实施例的再一个勺形收集器实施例;
图8表示一种跟按照本发明的勺形收集器实施例结合在一起的具有特殊形状的放气阀门;
图9表示和中心环与旁通气流有关的排出物勺形收集器的横剖视图。
已经认识到燃气轮机能够并且会把包括各种各样诸如碎片和冰的外来物质吸入到中心流通内。尤其在低功率工况下这种吸入可能会出现故障的。因此希望提供一种从主流道中俘获和去除外来物质并使所收集的物质自中心流道转向并排入旁通流道来提高发动机工作适应性的装置。
现在参照图1，它表示一种典型的燃气轮机10的轴测示意图，部分已被切去。该发动机在主要部分内包括叶片部件12，分离装置14，助力器16，旁通件18和压气机20，助力器出口和压气机进口分别标以17和23。如在图2中所示，可变放气阀26可包括能被一放气阀扭矩驱动杆(未示出)用机械方法打开的操作门27，放气阀扭矩驱动杆能被发动机驱动，并且为一适当的传感机构所控制。箭头A指示主流道或中心流道，而箭头B则指示旁通流道。
现在参照图2，它表示了一种典型的燃气轮机的一部分(不必和图1相对应)的放大详尽的横剖视图。该发动机可包括一可变放气阀操作器30，它用于操作一个位于助力器出口17和压气机进口23之间的铰连的放气阀门27，以便能使一部分中心气流和碎片离开中心。然而，冰吸入试验业已表明由于积累的冰，放气阀门可能受到限制和/或被阻塞，门的最佳操作可能受到损害。
图3包括图3a，3b，3c、3d和3e，表示放气阀门27的各种相关位置和本发明的最佳勺形收集器45。要指出的是随着门27继续开大，勺形收集器45突入开启的门及中心区内一段较大的距离。
现在参照图4，本发明的操作机构被表示为包括自可变放气阀门操作器32至勺形收集器45的一根直连杆40，收集器借助于适当的导轨或导向装置(未示出)可滑动地装在固定座50内。
如图示那样，连杆直接接于勺形收集器45的最接近旁通流道的部分，以允许勺形收集器45从中心流道内被拉出或推入。更详细地说，勺形收集器的滑动将它从一个可能不突入中心流道内的缩回位置移到一个使勺形收集器的唇区55突入中心流道(见图4a)内的延伸位置。直连杆机构能被联结到最接近或最靠近旁通流道的收集器45的后面部分46。在此情况下，当可变放气阀门操作器30和阀门32处于关闭位置(图4b)时，收集器呈现为收缩位置，收集器45突入中心流道的部分减少了或消除了。最好收集器呈现一种全收缩位置，但一英寸或多一些的突入量是可以有的。另一方面，当可变放气阀门32和操作器30处于开启位置时，收集器45在其座内滑入使收集器突入中心流道的某一预定位置。收集器45的前缘47能从燃气轮机的中心流道或主流道内俘获并去除诸如冰和碎片。该收集器被制成特殊形状，以便从主气道中使外来物质转向并将其排出。
在一个优先的实施例中，勺形收集器具有园弧外形以确保外来物质不阻塞勺形收集器，并确保勺形收集器能继续按所希望的方式起作用，使诸如冰和碎片的外来物质从中心流道中转向并排入旁通流道内。该勺形收集器机构是经特殊设计的，发动机处于低功率运转工况下，当勺形收集器45呈现延伸或工作位置时，增加它的俘获面积或暴露于主流道的表面积，而在发动相处于高功率工况下，当勺形收集器45呈现缩回或准备位置时，使空气动力学的牵连减少或最小。应该认识到，在高功率工况下，发动机吸入冰的问题是不甚疑虑的。
如图5所示，滑动收集器原理可以通过勺形收集器45及经臂70连于门27上的操作器连杆64用另一种方式来实现。铰链71将冲板和排冰装置的外环安装在一起，它是不能操作的。
现在参照图6，它表示了本发明的一个优先的并具有特殊形状的勺形收集器45。更详细地说，如图6中所示那样，可以把勺形收集器的可能被冰撞击的所有部分，尤其是勺形收集器45的所有前缘47设计得能保证冰撞击角度或者说主流道矢量跟勺形收集器的前缘之间的角度为25°或小些。这一特殊的形状确保了由于加力器影响而在中心流道10%外侧上凝结的冰不会粘住，因而不能在可变放气阀门孔座上积聚。
而且，这一设计形状导致稳定和基本上无紊流的放气气流，从此，在任何点上冰不会遇到能引起结冰的滞止流区。勺形收集器形状最好为一光滑的园弧，从可变放气阀门孔延伸到在旁通气流内的排出口。在一优先的实施例中，这一园弧被发展成朝可变放气阀门12边缘延伸的碗形表面。勺形收集器的弧线半径尽量大，以保持冰撞击角度尽量大，此时保持了冰的有效撞击角度，以确保将其排入旁通流道内。
要认识到勺形收集器的形状在完成冰和碎屑从中心流道迅速去除并将这些物质排入旁通管道内是一个主要因素，在这里，它并不损害发动机的稳定性。
本发明的机构提示了燃气轮机对于吸入诸如冰的外来物质到中心流道而不损失发动机稳定性的能力。本发明的机构同样减少了在可变放气阀门孔中冰块堆积的潜在危险。
本发明，连同加力器的离心力一起，成为一种在达到压气机之前碎屑的有效去除器，并改善了发动机总的耐磨性以及它对外来物损伤的敏感性。
参照图7，形成一层防冰涂层可以提高结冰阻力，这一涂层能跟或由于热的放气或由于电阻型加热而引起的收集器本身的加热一起使用。
如在图7中所示的，本发明的有效性由于允许收集器45的前缘唇部47突入主流A内以确保发动机运转期间收集器接收到清洁气流也能提高。在一些应用场合，由于允许收集器45的唇部47永久突入气流内而能达到本发明的有效性提高。这种永久的突入必须是符合空气动力学的流线型的，以避免对下游叶栅的任何空气动力学的影响。这种流线型可包括改变成在图8中所示的另一种可变放气阀设计，当该阀门处于关闭位置时，赋于阀门前半部一种流线型外罩形状。
如图9所示，在一个优先的实施例中，收集器45的半径可由一个包括收集器唇部82和可变放气阀组件后壁84的位置的方程式来确定，收集器唇部和中心外环86的交点构成一角度。该交点和可变放气阀组件的后壁隔离一轴向距离X。该交点和旁通流隔离一径向距离h。交点处(收集器和外环之间)收集器的切线跟发动机中心线之间的夹角为α。收集器的曲率半径可由下列方程式(1)来确定R= (a2+b2)/(2b)其中a＝(x-1)cosα+(h-shinα)sniαb＝(b-sinα)cosα-(x-1)sinα
然而，曲率半径不应超过由下面给出的最大半径方程式(2)确定的值((x-1))/((1-sinα))贯穿在本公开说明书内，收集器45一直是指单式的，因为讨论的仅仅单个收集器。然而，凡熟悉本技术领域的人会明白，收集器能有效地和每一放气阀相连接，因此，一台典型的发动机有12个放气阀，也可方便地有12个收集器45，一个收集器和各自的放气阀相连接。
虽然至此已描绘了本发明的优先实施例，然而，本发明的外物碎屑排出物勺形收集器可能有其它的形式和结构，并且凡熟悉本技术领域的人按照本公开说明书会很快明白的，因此，所述其它的形式和结构都落在由附加的权利要求书所限定的本发明的保护范围内。
权利要求
1.在燃气轮机中，从中心流道内将外来物质排入旁通流道的方法包括下列步骤装备一个可滑动地安装在所述中心流道和旁通流道之间的安装座内的勺形收集器；装备一个用于改变所述勺形收集器位置的操作机构；在低功率范围内操作所述的操作机构，使所述勺形收集器突入所述中心流道，并使在相反情况下会存在于所述中心流道的冰和碎屑从中心流道排入到旁通流道内。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述装备操作机构的步骤包括装备一根自勺形收集器上靠近旁通流道的部分到机械操作器的直连杆的其它步骤。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于还包括在所述连杆和可变放气门操作器之间装备一联接器的步骤。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于还包括装备一个用于控制放气阀门并将所述直连杆联接到所述可变放气阀的可变放气阀操作器的步骤。
5.在一种具有中心和旁通流道的飞机发动机中，一种用于将外来物质自中心流道排入旁通流道的装置，所述装置包括一个安装于燃气轮机中主流道和旁通流道之间的可滑移的勺形收集器，所述勺形收集器有一光滑的园弧，并可滑动地安装在靠近放气阀门和旁通流道处。
6.按权利要求5所述的装置，其特征在于还包括一根连接于勺形收集器上靠近旁通流道的部分的连杆。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于包括一个在低功率工况下，用于驱动所述勺形收集器突入所述中心流道的操作器。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于还包括一个用于开启位于主流道和旁通流道之间的文丘利效应阀门的可变放气阀操作器。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于所述连杆和可变放气阀操作器阀门联接，并在所述阀门开启时，伸入主流道内。
10.一种用于将外来物质自燃气轮机中心流道排入旁通流道内的装置，所述装置包括一个处于燃机轮机主流道和旁通道之间的安装座，一个处于主流道和旁通流道之间具有光滑园弧的勺形收集器，所述收集器具有最接近主流道的第一边缘和最接近旁通流道的第二边缘，以及联接第二边缘以便在低功率工况下驱动该收集器伸入主流道内的连杆机构。
11.按权利要求8所述的方法，其特征在于所述连杆包括一可变放气阀，还包括一个用于测定发动机转速和压气机供气压力以便作出应答而提供机械操作的传感器，所述可变放气阀联接于所述连杆。
全文摘要
公开了一种用于处理燃气轮机中冰和碎屑的方法和装置。尤其是一种形状特殊的可滑动的勺形收集器安装在燃气轮机中加力器出口和压气机进口之间。一操作机构可经一连杆联接于收集器，以便在低功率状况下把收集器定位在中心流道内，而在高功率状况下使收集器从主流道内缩回。
文档编号F02C7/05GK1055037SQ9110164
公开日1991年10月2日 申请日期1991年3月19日 优先权日1990年3月19日
发明者威尔逊·弗罗斯特, 彼得·J·伍德, 梅尔文·博博, 丹尼尔·R·利特尔 申请人:通用电器公司