用于获取冰的燃气涡轮发动机两自由度可变泄放阀的制作方法
【专利说明】用于获取冰的燃气涡轮发动机两自由度可变泄放阀
[0001]相关申请的交叉引用
本申请请求享有2012年10月12日提交的美国临时专利申请序列号N0.61/712,944和2013年I月25日提交的美国专利申请N0.13/ 750346，它们都题为“GAS TURBINEENGINE TWO DEGREE OF FREEDOM VARIABLE BLEED VALVE FOR ICE EXTRACT1N”的优先权，其公开内容在此通过引用并入本文中。
技术领域
[0002]本发明涉及燃气涡轮发动机可变泄放阀，并且更具体地涉及用于防止喘振和从增压器与核心发动机压缩机之间的导管移除冰的此类阀。
【背景技术】
[0003]燃气涡轮发动机领域中已知的是提供一种可变泄放阀(VBV)，通常是门，其提供泄放通路来泄放增压器与燃气涡轮发动机的核心发动机压缩机之间的压缩空气。空气通常从增压器与核心发动机压缩机之间的称为鹅颈管流路的物件泄放。飞行器鼓风喷气燃气涡轮发动机和此类发动机的海洋和工业变型已使用了各种类型的弯曲流路和VBV泄放门，它们收缩到流路壳体中，以便形成去往泄放导管的入口，泄放导管泄放增压器或低压压缩机排出空气流，来以如下方式将颗粒吸出流路:如Monhardt等人的题为“Combined Surge Bleedand Dust Removal System for a Fan-Jet Engine” 的美国专利 N0.4，463，552 公开的那样。由于泄放流突然远离压缩机流的方向弯折，故由于其动量而很难保持泄放流中的较大颗粒。该问题对于飞行器、海洋和陆基燃气涡轮发动机而言是共通的。涡扇喷气发动机，如General Electric CF6和GE90系列的发动机，以串联关系具有风扇、增压器和核心发动机压缩机，由此，行进穿过风扇的空气的一部分流入增压器中，且然后流入核心发动机压缩机中。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且为了防止增压器失速，增压器可变泄放阀(VBV)以增压器泄放导管的形式提供，该泄放导管具有增压器与核心发动机压缩机之间的入口，和去往风扇导管的出口。增压器泄放导管的开启和闭合通常由沿周向设置的多个枢转门提供，这些枢转门收缩到发动机结构或壳体中，且由单个协调环(unison ring)操作，该环由一个或更多个燃料供能的促动器供能。曲拐连杆机构将收缩的枢转泄放门可操作地连接到协调环。相比于Monhardt专利中的滑动门或阀，使用收缩枢转门的此种防失速系统的实例在Shipley等人的题为“Bypass Valve Mechanism”且转让给与本发明相同的受让人且通过引用并入本文中的美国专利N0.3，638，428中公开。VBV的操作由发动机控制器计划，可使用机械或数字电子类型。
[0004]与常规泄放阀导管和阀门相关联的问题是较大的颗粒和大量颗粒如冰通常不被吸入泄放导管中。期望具有一种发动机，其提供从压缩机空气流移除大量冰且以及在增压器与核心发动机压缩机之间有效地泄放空气的能力。因此，很期望从鹅颈管流路移除冰，而不移除核心空气流或使移除的核心空气流量最小化。
[0005]现代的飞行器使用较少的较高推力、燃料效率高的很高旁通的发动机，如，双发动机波音767飞行器。具有较少发动机的飞行器要求更大的总起飞功率和更大的每发动机功率，以便满足能够在一个发动机停机的情况下飞行的要求。因此，发动机设置至较低功率设置，从而导致所有发动机操作时的下降期间的较少发动机空气流。这导致了发动机空气流的高水含量，因为只要飞行器的速度保持相同，则进入发动机中的冰、冰雹或水的量相同。
[0006]另一方面，较高的旁通比具有较小的核心流和较大的子弹形机头前区域。这意味着更多的冰、冰雹或水穿过压缩机进入燃烧器中，从而导致空气的更高水含量。这两个基本现象组合，导致燃烧器中的水与空气之比的显著增大，从而导致此种飞行器发动机更易受暴雨或雹暴中的发动机冒火问题影响。具有较大前区域的较高旁通比的发动机在结冰环境内的空转期间还导致增压器入口和增压器级上的增加的积冰。这导致了加速期间增加的冰放出，包括最大功率操作下或附近的放出。这还增大了因冰放出且更具体而言高速转子冰放出引起的压缩机失速的风险，这在历史上已经是双轴大型发动机的问题，且将继续是未来的大型发动机上的问题。
[0007]现代高旁通比发动机包括较高压力的核心压缩机和较低压力的增压器，且因此在增压器出口与风扇旁通导管之间产生较小压力差。这增大了从增压器下游泄放足量空气至风扇旁通导管来相对于失速保护增压器的难度。增压器失速裕度通过开启VBV门来控制，以向外排放一些增压器流，以便将增压器操作线控制为低于其失速线的点。
[0008]因此，很期望具有可变泄放阀和系统来用于高旁通比发动机，其包括较高压力的核心压缩机，且较低压力的增压器从增压器的下游泄放足量的空气来用于相对于失速保护增压器。还很期望具有用于此种高旁通比发动机的可变泄放阀和系统，其能够防止冰放出且更具体而言高速转子冰放出弓I起压缩机失速或燃烧器中的火焰猝熄。
【发明内容】
[0009]燃气涡轮发动机可变泄放设备(48)包括可变泄放阀(49)，其具有设置在过渡导管(29)中的泄放入口(47)中的可变泄放阀门(50)。门(50)能够围绕两个或更多个单独的枢转点(160)枢转或旋转。可变泄放阀(49)能够操作以开启和闭合后泄放槽口(170)，后泄放槽口(170)从过渡导管(29)大体上沿径向向外延伸，且在位于门(50)的下游或后端(54)处的后唇部(52)与过渡导管(29)之间延伸。可变泄放阀(49)还能够操作成开启和闭合前泄放槽口(180)，前泄放槽口(180)大体上沿径向向内延伸到过渡导管(29)中，且在位于门(50)的上游或前端(53)处的前唇部(51)与过渡导管(29)之间延伸。
[0010]可变泄放阀(49)的示例性实施例能够操作成使门(50)在后泄放槽口(170)开启且前泄放槽口(180)闭合的第一位置与后泄放槽口(170)闭合且前泄放槽口(180)开启的第二位置之间过渡而不完全闭合门(50)。门(50)可围绕轴线(160)枢转或旋转，轴线(160)能够在两个或更多个单独的枢转点之间平移。
[0011]过渡导管(29)可具有相对于发动机中心线(12)的过渡导管圆锥角(Al)，其比过渡导管(29)上游和附近的增压器外护罩(222)的增压器圆锥角(A2)大至少大约10度。
[0012]燃气涡轮发动机可变泄放设备(48)可包括加热器(202)，加热器(202)在风扇毂框架(129)的径向内和轴向后区段(208)中的冰收集隔间(204)中，以用于熔化从过渡导管(29)获取的冰。门(50)能够操作成当后泄放槽口(170)开启时将后泄放槽口(170)放置为与从隔间(204)到后泄放槽口(170)的开口(210)流体连通。门(50)能够操作成通过露出从后泄放槽口(170)到隔间(204)的开口(210)且相对于隔间(204)的隔间壁(216)密封门(50)的后唇部(52)来将后泄放槽口(170)放置成与隔间(204)流体连通。
[0013]燃气涡轮发动机可变泄放设备(48)可包括泄放阀导管(60)，其包括从门(50)大体上沿径向向外延伸的沿周向间隔开的导管侧壁(62)。泄放阀导管(60)包括与门(50)沿径向间隔开的大体上沿轴向延伸的导管外壁(64)，和柔性管(230)，柔性管(230)将门
(50)的后端(54)处的泄放阀导管(60)的出口(232)连接到毂框架(129)上的毂框架出口(234) ο
[0014]作为备选，泄放排出导管(58)的排出导管延伸部(240)可从泄放排出导管(58)向前延伸到毂框架(129)中。泄放排出导管(58)从毂框架(129)引出。排出导管延伸部(240)相对于泄放阀导管￠0)密封。排出导管延伸部(240)上的柔性排出导管密封件(242)密封地接合泄放阀导管￠0)上的柔性阀导管密封件(244)。
[0015]燃气涡轮发动机可变泄放设备(48)可包括门(50)的后端(54)附近的沿周向间隔开的第一和第二门铰链(70，72)，其将门(50)可旋转地铰接到风扇毂框架(129)。轴线(160)穿过第一和第二铰链销(74，76)，第一和第二铰链销(74，76)可旋转地延伸穿过第一和第二门铰链(70，72)的铰链孔(100)。第一和第二铰链销(74，76)可旋转地延伸穿过第一和第二铰链槽口(82，84)，第一和第二铰链槽口(82，84)在固定地附接到风扇毂框架
(129)的沿周向间隔开的第一和第二铰链凸耳(86，88)中。第一和第二铰链槽口(82，84)可为线性的。
[0016]燃气涡轮发动机可变泄放设备(48)可并入飞行器燃气涡轮发动机(10)中，该发动机包括向下游串联地流动连通的风扇(14)、增压器(16)和围绕发动机中心线(12)限定的高压压缩机(18)，和与增压器(16)沿径向向外间隔开的旁通导管(36)。支承风扇壳(30)(其包绕风扇(14)和旁通导管(36))的环形风扇框架(33)包括环形外框架壳(123)、风扇毂框架(129)，和在其间延伸的多个沿周向间隔开的导管柱(134)。过渡导管(29)位于风扇毂框架(129)的径向内端(136)处，且沿轴向设置在增压器(16)与高压压缩机(18)之间，且与它们流体地连通。泄放排出导管(58)从风扇毂框架(129)延伸至旁通导管(36)，且包括可变泄放阀门(50)的至少一个可变泄放阀(49)设置在过渡导管(29)的泄放入口
(47)中。
[0017]可并入可操作地联结到可变泄放阀(49)的径向内和外协调环(102，104)，以用于使门(50)旋