专利名称：在压缩机的串联转子中具有惯性过滤器的排气装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及离心或或混流压缩机的二级空气系统的技术领域，特别是飞机空气涡轮的离心或混流压缩机的二级空气系统的技术领域。
背景技术：
在传统方式中，空气涡轮由一空气入口组成，该入口设计为吸入氧化剂气体，通常为空气，并将其传递至压缩该氧化剂气体的压缩系统的入口。该压缩系统由至少一个混合或离心型压缩机构成，每个离心型压缩机包括至少一个安装在传动轴上的转子和至少一个定子。由压缩系统压缩的氧化剂气体与燃料混合并在燃烧室中燃烧。安装在传动轴上的至少一个涡轮将燃烧室内气体燃烧的动能的部分转化为机械能，以至少驱动压缩机。燃烧后的气体与热部件，例如涡轮进行热交换，它们应当被冷却以限制其温度升高。在包括至少一个离心型或混流型压缩机的燃气涡轮中，已知通过二级空气系统来实现此冷却，该二级空气系统适于从离心或混流压缩机的定子排出氧化剂气体。排放通常通过设置在与流体流相切的多个排放孔来实现。然而，该氧化剂气体可包括污染颗粒，其导致至少部分阻塞所述排放孔。此阻塞现象导致由二级空气系统排出的气体量显著减少，结果是其导致热部件温度升高，这反过来导致它们寿命和/或机械强度的减少。而且，离心或混流压缩机的整体效率可由于沿压缩机转子对氧化剂气体流的扰乱而减小，例如由于与转子接触的氧化剂气体边界层分离而减小。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种二级空气系统，其可抵御氧化剂气体污染。本发明的第二个目的是提供一种二级空气系统，其可改善离心或混流压缩机内的
空气流。为了解决以上两个技术问题中的至少一个，本发明的二级空气系统设计为在适于压缩氧化剂气体的离心或混流压缩机中结合，所述离心或混流压缩机包括具有旋转轴的转子。有利地，本发明的二级空气系统包括氧化剂气体排放系统，该系统设置在压缩机的转子中。这使得可包含在氧化剂气体中的污染颗粒被离心，从而阻止，或至少限制由于所述污染颗粒而使排放系统逐渐阻塞。另外，本发明的二级空气系统通过改善沿转子的氧化剂气体流来改善压缩机的空气动力学特性。在优选实施例中，该二级空气系统设计为结合在一种燃气涡轮压缩机中，该型压缩机包括一燃烧室，适于燃烧至少该被压缩气体，并具有至少一个接触热燃烧气体的热部件。在此变例中，该二级空气系统还包括一引导系统，用于将排放气体引导至至少一个热部件以降低其温度。
在一优选实施例中，此二级空气系统设计为结合到一具有外表面的压缩机中。在此实施例中，该引导系统包括至少一个空腔向内通到转子，同时该排放系统包括至少一个在该转子中的孔。各孔从所述外表面延伸到至少一个空腔中，并具有孔轴。本发明的二级空气系统还可包括至少一个以下有利特征·该二级空气系统设计为结合到一燃气涡轮压缩机中，该型燃气涡轮包括至少一个涡轮；·该引导系统用于将排放气体传送到涡轮；·该转子具有毂和至少一个在该毂中的孔；·该二级空气系统设计为安装到一压缩机中，该压缩机具有的转子包括多个主叶片和/或中间叶片；·每个主叶片具有主引导边缘；·每个中间叶片具有中间引导边缘；·至少一个孔的至少部分相对于主引导边缘与中间引导边缘之间的旋转轴轴向定位；·至少一个孔的至少部分相对于旋转轴在中间引导边缘后沿氧化剂气体流的方向轴向定位；·至少一个孔的至少部分相对于在主叶片的引导边缘前的旋转轴轴向定位；·各主叶片或中间叶片的类型包括一吸入侧表面；和·至少一个孔的至少部分相对于一个吸入侧表面附近的旋转轴径向定位。本发明的第三个目的是提供一种压缩机转子，该转子可抵御氧化剂气体的污染。为此，本发明的压缩机转子包括以上限定的二级空气系统。本发明的第四个目的是提供一种压缩机，其可抵御氧化剂气体的污染。为此，本发明的压缩机包括以上限定的转子。本发明的第五个目的是提供一种燃气涡轮，其可抵御氧化剂气体的污染。本发明的第六个目的是提供一种优化作为压缩机转速函数的排气流速的可能。为此目的，本发明的燃气涡轮包括至少一个以上限定的压缩机。
本发明的其他特征和优点在阅读以下本发明作为非限定性例子的几个实施例的说明后将更明了。该说明参照附图，其中图1是具有配备本发明二级空气系统的压缩机的燃气涡轮的垂直面的局部截面图；图2是配备本发明二级空气系统的压缩机的转子的在图1平面上的截面中的局部视图；图3是在图2中限定的截面III-III上的图2转子的局部视图；图4是配备本发明一变例中的二级空气系统的压缩机的转子的在图1平面上的截面中的局部视图；和图5是在图4中限定的截面V-V上的图4转子的局部视图。
具体实施例方式图1显示配备有本发明的二级空气系统12的燃气涡轮10。该燃气涡轮10优选设计为安装在例如直升机的飞机中。燃气涡轮10的通常功能自身是已知的，在本说明书中不详细描述。在显示的实施例中，燃气涡轮10具有入口 14，用于接收氧化剂气体，通常为空气， 特别是在本说明书中，此为空气入口气体。空气入口气体包括或可包括悬浮颗粒形式的污染，例如灰尘、花粉、或水蒸气。该空气入口气体随后在至少一个压缩级被压缩。在此实施例中，燃气涡轮10具有串联设置的第一和第二离心压缩机16a和16b，使得该空气入口气体供给第一离心压缩机 16a,由第一离心压缩机16a压缩的气体供给第二离心压缩机16b。在常规方式中离心压缩机16a和16b各自包括一转子18，该转子可围绕旋转轴 (X)旋转移动，并适于加速气体；以及一定子20，该定子适于将气体动能的至少一部分转换为气体压力的增加。在显示的实施例中，本发明的二级空气系统12安装在第二离心压缩机16b中，即下游压缩机中。由至少一个压缩机16a、16b压缩的气体，在本说明书下文中称作“压缩气体”，随后带至燃烧室22，在燃烧室22中其与燃料混合随后燃烧。来自燃烧室22的燃烧后气体，在本说明书下文中称作“燃烧后气体”，随后带至适于将燃烧后气体的动能的至少部分转换为机械能的至少一个涡轮对，用于至少驱动压缩机 16a、16b0与燃烧后气体相接触的部件构成“热”部件26。该燃烧后气体与所述热部件沈进行热交换。热部件须冷却以限制它们的升温以限制其损坏。每个涡轮M构成热部件沈的一个例子，其中温升需要被限制以避免损坏。此排出空气还可用于压引擎的特定轴承。在一变例中，该本发明的二级空气系统12以类似方式安装，已作必要修正，在第一离心压缩机16a中。通常，如果燃气涡轮10具有多个离心压缩机，本发明的二级空气系统12可以等同方式安装在各所述离心压缩机中和/或多于一个的离心压缩机中。而且，该二级空气系统12可安装在任何类型的离心压缩机和/或任何类型的包括至少一个离心压缩机的燃气涡轮中。例如，该二级空气系统12可安装在包括多级压缩机的类型的燃气涡轮10中，所述压缩机配备有混流级或离心级的压缩端级。图2和3为配备有本发明二级空气系统12的第二离心压缩机16b的转子18的详细视图。以传统方式，转子18包括至少部分由外表面30限定的毂观，从毂观延伸出多个主型叶片3 交替中间型叶片32b。氧化剂气体穿入相对于旋转轴(X)轴向的的转子18中，随后沿外表面30流向定子20。该氧化剂气体的速度由于离心加速而沿其流动一直增加。该氧化剂气体沿流动方向 D流动，该方向从转子18的上游端引向其下游端。
每个叶片3h、32b通常具有相对的压力侧34和吸收侧36，它们从转子18的外表面30伸出。吸收侧表面36对于主叶片3 通过主引导边缘38a连接到压力侧表面34，对于中间叶片32b通过中间引导边缘38b连接到压力侧表面34。在本发明中二级空气系统12从转子18排出氧化剂气体。为此，该二级空气系统 12包括在转子18中的氧化剂气体排出系统40。由排出系统40排出的气体在本说明书下文中称作“排出气体”。氧化剂气体沿第二压缩机16b的叶片32a、32b的流动沿流体流动路线(未示出) 发生。该流体流动路线大致与外表面30相接触，叶片32a、32b的压力侧表面34或吸收侧表面36限定一边界层42。该边界层42对分离的问题敏感，这是本领域技术人员所公知的， 其产生在氧化剂气体流动内的紊乱，从而损失离心压缩机的效率。从边界层42排出氧化剂气体有利地用于将边界层42分离的任何风险减到最小， 从而增加第二离心压缩机16b的整体效率，并改善氧化剂气体沿转子18的叶片32a、32b的流动。在优选实施例中，二级空气系统12将排出气体带至至少一个热部件沈，并优选带至至少一个涡轮对，以调节其温度。为此，该二级空气系统I2包括一引导系统44，用于引导排出气体。该由引导系统44引导的气体在本说明书下文中称作“引导气体”。通过从转子18排出氧化剂气体，可离心可能包含在氧化剂气体中的污染颗粒，从而纯化氧化剂气体。这避免阻塞排出系统40，从而避免经过一段时间排出的氧化剂气体的量的减少。在所示实施例中，引导系统44包括一在转子18内部的空腔46，排出系统40包括多个在转子18的毂洲中制造的角分配孔48。在未示出的本发明的一变例中，该引导系统可包括多个可选择性互连的空腔。在此情况下，每个空腔可包括一个或多个孔，孔的位置每个空腔都不同。每个孔48从设置在转子18外表面30中的顶面50延伸，并引至轴向烟囱46中。 每个孔大致沿一孔轴(Y)延伸。另外，每个孔48优选，但不是必须地，大致为圆柱形，需说明的是，每个孔可具有不变或实际变化的截面。在所示实施例中，每个孔48的至少部分相对于主引导边缘38a与中间引导边缘 38b之间的旋转轴(X)轴向定位。更具体地，每个孔48的顶面50相对于主引导边缘38a与中间引导边缘38b之间的旋转轴(X)轴向定位。在一变化实施例中，各孔48的至少部分相对于旋转轴(X)，并在中间引导边缘38b 后沿流动方向D轴向定位。孔48还可设置在转子的上游端与主引导边缘38a之间。各孔48的至少部分还相对于接近吸入侧表面36的旋转轴(X)径向定位。更具体说，各孔48的顶面50相对于旋转轴(X)径向定位为比相邻主叶片32a的压力侧表面34更接近主叶片32a的吸入侧表面36。如图4中所示，对于各孔第一倾角α限定为在直线(Dl)与孔轴⑴之间形成的方位角，其中直线(Dl)与外表面30相切，并与旋转轴(X)共面。如图5所示，各孔的第二倾角β限定为在直线(D2)与孔轴⑴之间之间形成的方位角，其中直线(D2)与外表面30相切，并与旋转轴(X)正交。
当孔48的第一倾角α和/或第二倾角β在0_90°的范围内时，孔48改善对由二级空气系统12排出的空气量的有害物污染的抵抗力。相反，当孔48的第一倾角α和/ 或第二倾角β在90° -180°的范围内时，孔48增加由二级空气系统12排出的空气量，空气排出到对抗污染的牢固的损害。因此，可通过对组成二级空气系统12的各孔48的第一倾角α和/或第二倾角β 的作用来修改或调节所排放氧化剂气体的量与对抗二级空气系统12的污染的效果之间的折衷。另外，可通过对组成所述二级空气系统12的各孔48的第一倾角α和/或第二倾角 β的作用来调节在给定压缩机旋转速度下所排放氧化剂气体的量。因此，空气流过各孔48的流速可通过在第一预定值设置第一倾角α和/或在第二预定值设置第二倾角β而预先确定。因此可以理解，对于给定的压缩机旋转速度，第一倾角α的值和/或第二倾角β的值为能够调节流经孔48的空气的流速至一预定值的参数。自然地，孔48的上述实施例并非限制性质。例如，可使孔在转子18的部分上而不是毂观上。还可提供不同轴向定位和/或方位角定位和/或径向定位和/或第一倾角α 和/或第二倾角β的孔48。
权利要求
1.一种用于离心或混流压缩机(16b)的二级空气系统(12)，所述压缩机具有转子 (18)，该转子具有旋转轴(X)，所述压缩机(16b)适于压缩氧化剂气体，其特征在于，所述二级空气系统(1 包括设置在所述转子(18)中的氧化剂气体排出系统GO)；所述压缩机 (16b)具有外表面(30)、适于燃烧至少所述经压缩的气体的燃烧室(22)、与所述燃烧后气体接触的至少一个热部件06)，以及将所述排出气体引导至所述热部件06)以降低其温度的引导系统(44)，所述引导系统04)包括所述转子(18)内的至少一个空腔06)，以及在所述转子(18)中制成的多个孔(48)，每个孔(48)的孔轴(Y)从所述外表面(30)延伸， 引至所述空腔(46)中；所述转子(18)具有多个主叶片(32a)和中间叶片(32b)，每个主叶片(32a)具有主引导边缘(38a)，每个中间叶片(32b)具有中间引导边缘(38b)，至少一个孔G8)相对于主引导边缘(38a)和中间引导边缘(38b)之间的旋转轴(X)部分轴向定位。
2.根据权利要求1所述的二级空气系统(12)，用于包括至少一个涡轮04)的燃气涡轮(10)的压缩机(16b)，其特征在于，所述引导系统04)使所述排出气体可传送至所述涡轮(24)。
3.根据权利要求1或2所述的二级空气系统(12)，其特征在于，所述转子(18)包括毂 ( )，至少一个孔(48)在所述毂(28)中形成。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的二级空气系统(12)，其特征在于，每个主叶片(32a)或中间叶片(32b)包括相对的吸收侧表面(36)和压力侧表面(34)，至少一个孔 (48)的至少部分相对于旋转轴(X)径向定位得比邻近主叶片(32a)的压力侧表面(34)更接近主叶片(32a)的吸收侧表面(36)。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的二级空气系统(12)，其特征在于，所述流经各孔G8)的空气流通过设定为各孔G8)所限定的第一倾角(α)的第一预定值而预定，其中所述第一倾角(α)为在与所述外表面(30)相切并与所述旋转轴(X)共面的直线(Dl) 与孔轴(Y)之间形成的方位角；和/或通过设定为各孔G8)所限定的第二倾角(β)的第二预定值而预定，其中所述第二倾角(β)为在与所述外表面(30)相切并与所述旋转轴(X) 正交的直线(D2)与孔轴(Y)之间形成的方位角。
6.一种压缩机(16b)的转子(18)，其特征在于，其包括根据权利要求1至5中任何一项所述的二级空气系统(12)。
7.—种压缩机(16b)，其特征在于，其包括根据权利要求6所述的转子。
8.一种燃气涡轮(10)，其特征在于，其包括根据权利要求7所述的压缩机(16b)。
全文摘要
本发明涉及一种用于离心或混流型压缩机(16b)的二级空气系统(12)，所述压缩机具有转子(18)，该转子具有旋转轴(X)，所述压缩机适于压缩氧化剂气体。该二级空气系统(12)包括设置在所述转子(18)中的氧化剂气体排出系统(40)。
文档编号F04D27/02GK102388224SQ201080016185
公开日2012年3月21日 申请日期2010年3月31日 优先权日2009年4月6日
发明者克里斯托弗·米歇尔·乔治斯·马赛尔·布瑞礼, 劳伦特·皮埃尔·塔尔诺夫斯基, 杰罗姆·伊夫斯·费利克斯·吉尔伯特·波罗度 申请人:涡轮梅坎公司