安装在推进器上的涡旋扰流器的制作方法

本发明整体涉及燃气涡轮发动机，更具体地，本发明涉及用于将空气从燃气涡轮发动机的压缩气体路径排出的系统。

背景技术：

燃气涡轮发动机整体上按照串联流动顺序包括进气部段、压缩机部段、燃烧部段、涡轮部段和排气部段。在操作中，空气进入进气部段并流到压缩机部段，在该压缩机部段处，一个或多个轴向压缩机渐次地压缩空气，直到空气到达燃烧部段。燃料与压缩空气混合，并且在燃烧部段内燃烧，由此产生燃烧气体。燃烧气体从燃烧部段流过在涡轮部段中限定的热气体路径，然后经由排气部段离开涡轮部段。

压缩机部段可以包括一个或多个轴向间隔开的级。每个级可以包括沿周向间隔开的一排定子轮叶以及定位在所述一排定子轮叶下游的沿周向间隔开的一排转子叶片。定子轮叶将流过压缩机部段的空气引导到转子叶片上，转子叶片将动能施加到空气中，以增大空气的压力。

在具体的构造中，压缩空气可以从压缩机部段排出，以用于各种用途，例如加压贮槽和/或冷却各种部件(例如涡轮部段中的部件)。通常，该空气从压缩机部段的外周边排出，由此需要复杂的管道系统来将排出的空气引导到合适的位置(例如贮槽)。该外部管道系统是不期望的，原因在于其增加了燃气涡轮发动机的重量、复杂度和整体成本。

技术实现要素：

本发明的各方面和优点将在以下的描述中部分地说明，或者可以从说明书中是明显的，或者可以通过实施本发明而得以获悉。

在一个方面中，本发明涉及用于将空气从燃气涡轮发动机的压缩气体路径排出的系统。该系统包括推进器，该推进器定位在燃气涡轮发动机中的压缩机的下游端部处。推进器包括推进器毂、与推进器毂联接的推进器臂以及从推进器臂沿径向向外延伸的沿周向间隔开的多个推进器轮叶。推进器臂限定了贯穿延伸的推进器臂孔口。涡旋扰流器定位在推进器臂径向内侧，并且限定了沿径向贯穿延伸的涡旋扰流器通道。排出空气从压缩气体路径沿径向向内流过推进器臂孔口和涡旋扰流器通道两者。

根据本发明的一个实施例，推进器臂孔口定位在多个推进器轮叶中的每个推进器轮叶的前边缘的下游。

根据本发明的一个实施例，推进器臂孔口沿周向定位在多个推进器轮叶中相邻的一对推进器轮叶之间。

根据本发明的一个实施例，推进器臂孔口包括入口和与入口间隔开的出口，并且其中出口沿轴向定位在入口的下游。

根据本发明的一个实施例，推进器臂限定了贯穿延伸的多个推进器臂孔口，并且涡旋扰流器限定了贯穿延伸的多个涡旋扰流器通道。

根据本发明的一个实施例，多个推进器臂孔口中的每一个推进器臂孔口与多个涡旋扰流器通道中的一个涡旋扰流器通道沿轴向和周向对准。

根据本发明的一个实施例，涡旋扰流器包括第一环形壁、与第一环形壁沿轴向间隔开的第二环形壁、以及从第一环形壁延伸到第二环形壁的沿周向间隔开的多个翅片。

根据本发明的一个实施例，在多个推进器轮叶中相邻的每一对推进器轮叶之间沿周向定位有多个推进器臂孔口中的一个推进器臂孔口。

根据本发明的一个实施例，推进器包括推进器延伸部，推进器延伸部从推进器毂沿轴向向外延伸并且从涡旋扰流器沿径向向内定位，推进器延伸部限定了沿径向贯穿延伸的推进器延伸部孔口，并且其中排出空气从涡旋扰流器通道流过推进器延伸部孔口。

根据本发明的一个实施例，涡旋扰流器通道限定了纵向轴线，推进器延伸部孔口限定了纵向轴线，并且其中涡旋扰流器通道的纵向轴线与推进器延伸部孔口的纵向轴线共线。

根据本发明的一个实施例，离开涡旋扰流器通道的排出空气向下游流过轴和推进器毂限定的腔体。

根据本发明的一个实施例，离开涡旋扰流器的排出空气加压贮槽。

本发明的另一个方面涉及燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括限定了压缩气体路径的燃烧部段、涡轮和压缩机。压缩机包括推进器，该推进器具有推进器毂、与推进器毂联接的推进器臂以及从推进器臂沿径向向外延伸的沿周向间隔开的多个推进器轮叶。推进器臂限定了贯穿延伸的推进器臂孔口。涡旋扰流器定位在推进器臂的径向内侧，并且限定了沿径向贯穿延伸的涡旋扰流器通道。排出空气从压缩气体路径沿径向向内流过推进器臂孔口和涡旋扰流器通道两者。

根据本发明的一个实施例，推进器臂孔口沿周向定位在多个推进器轮叶中相邻的一对推进器轮叶之间，并且定位在多个推进器轮叶中每个推进器轮叶的前边缘的下游。

根据本发明的一个实施例，推进器臂孔口包括入口和与入口间隔开的出口，并且其中出口与入口沿轴向间隔开。

根据本发明的一个实施例，推进器臂限定了贯穿延伸的多个推进器臂孔口，涡旋扰流器限定了贯穿延伸的多个涡旋扰流器通道，并且其中多个推进器臂孔口中的每一个推进器臂孔口都与多个涡旋扰流器通道中的一个涡旋扰流器通道沿轴向和周向对准。

根据本发明的一个实施例，在涡旋扰流器内的多个涡旋扰流器通道中相邻的每一对涡旋扰流器通道之间沿周向定位有翅片。

根据本发明的一个实施例，推进器包括推进器延伸部，推进器延伸部限定了沿径向贯穿延伸的推进器延伸部孔口，并且其中排出空气从涡旋扰流器通道流过推进器延伸部孔口。

根据本发明的一个实施例，涡旋扰流器通道和推进器延伸部孔口沿轴向是对准的。

根据本发明的一个实施例，离开涡旋扰流器通道的排出空气向下游流过由推进器毂和燃气涡轮发动机的中心线限定的腔体以加压贮槽。

参考以下的说明书和所附的权利要求，将会更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。被并入本文中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图说明

参考附图，在说明书中描述了针对本领域普通技术人员的本发明的完全和全部公开，包括其最佳模式，其中：

图1为根据本文公开的实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面图；

图2为图1所示的燃气涡轮发动机的压缩机的横截面侧视图，示出了推进器以及用于将压缩空气从压缩气体路径排出的系统的一个实施例；

图3为图2所示的用于将压缩空气从压缩气体路径排出的系统的实施例的特写横截面侧视图，示出了一个或多个推进器臂孔口、涡旋扰流器以及一个或多个推进器延伸部孔口；

图4为图2所示的推进器的前视图，示出了一个或多个推进器臂孔口以及涡旋扰流器的相对定位；

图5为图3和4所示的一个或多个推进器臂孔口之一的特写横截面图，示出了其各个特征结构；

图6为图3和4所示的涡旋扰流器的俯视图，示出了其各个特征结构；以及

图7为图3所示的一个或多个推进器延伸部孔口之一的特写横截面图，示出了其各个特征结构。

在说明书和附图中重复使用的附图标记旨在表示本发明相同或类似的部件或元件。

具体实施方式

现在，将详细参照本发明的实施例，在附图中示出了这些实施例的一个或多个实例。每个例子都提供为解释本发明，而非限制本发明。事实上，对于本领域的技术人员将显而易见的是，可在不脱离本发明范围或精神的前提下对本发明作出各种修改和变化。例如，示出为或描述为一个实施例的一部分的特征可以用于另一个实施例，从而又得到另一个实施例。因而，拟由本发明涵盖这些修改和变更，只要这些修改和变更落入后附的权利要求书及其等同物的范围即可。

如在此所用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换地使用，以将一个部件与另一个部件区分开，而并不表明各个部件的位置或重要性。

术语“上游”和“下游”指的是相对于流动通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”指的是流体流自的方向，“下游”指的是流体流向的方向。

现在参考附图，其中在整个图中相同的附图表示表示相同的元件，图1为示例性燃气涡轮发动机10的示意性横截面图，其可以结合本文公开的各个实施例。如图1所示，燃气涡轮发动机10限定了贯穿延伸以用于参考的纵向或轴向中心线轴线12。

燃气涡轮发动机10整体上可以包括大致管状的外部壳体13，该外部壳体限定了环形入口14。外部壳体13可以由单个壳体或多个壳体形成。外部壳体13以串联流动的关系封闭压缩机16、燃烧部段18、涡轮20和排气部段22。压缩机16包括限定了压缩气体路径42的压缩机定子轮叶26的一个或多个顺序级、压缩机叶片28的一个或多个顺序级以及推进器30。涡轮20包括限定了热气体路径44的涡轮定子轮叶32的一个或多个顺序级以及涡轮叶片34的一个或多个顺序级。轴或线轴24驱动地联接涡轮20和压缩机16。轴24可以由单个轴或多个轴节段形成。一个或多个轴承(未示出)可以定位在一个或多个贮槽64中，以可旋转地支撑轴24。

尽管没有示出，但是燃气涡轮发动机10可以包括多个压缩机和/或多个涡轮。在一些实施例中，例如，燃气涡轮发动机10可以包括通过高压线轴(未示出)联接到高压涡轮(未示出)的高压压缩机(未示出)以及通过低压线轴(未示出)联接到低压涡轮(未示出)的低压压缩机(未示出)。

在燃气涡轮发动机的操作期间，空气36进入燃气涡轮发动机10的入口部分14。空气36流入到压缩机16，在压缩机处，与轴24联接的压缩机定子轮叶26和压缩机叶片28的一个或多个顺序级逐步地压缩流过压缩气体路径42的空气36。推进器30将压缩的空气38引导到燃烧部段18中，在该燃烧部段处，空气与燃料混合并且燃烧以提供燃烧气体40。燃烧气体40流过涡轮20，在该涡轮处，与轴24联接的涡轮定子轮叶32和涡轮叶片34的一个或多个顺序级从燃烧气体中提取动能和/或热能。这种能量提取支持压缩机16的操作。然后，燃烧气体40通过排气部段22离开燃气涡轮发动机10。

尽管上述燃气涡轮发动机10是用于飞行器或直升机的涡轮喷射发动机，但是燃气涡轮发动机10可以是任何合适类型的燃气涡轮或用于任何应用。例如，燃气涡轮发动机10可以是高旁路涡轮风扇、无导管涡轮风扇或者用于发电的工业燃气涡轮。

图2更详细地示出了压缩机16的下游部分。如这里所示，压缩机16限定了轴向方向90、径向方向92和周向方向94。总体上，轴向方向90与纵向轴线12平行地延伸，径向方向92与纵向轴线12正交地向外延伸，周向方向94围绕纵向轴线12同中心地延伸。

压缩机16包括一个或多个顺序级。为了清楚起见，图2仅仅示出了压缩机16的最后一个级66(即最远的下游级)。然而，压缩机16可以包括定位在级66上游的需要或期望数量的级(例如零个、一个、两个、三个等)。级66包括沿周向间隔开的压缩机定子轮叶26的行46以及沿周向间隔开且定位在压缩机定子轮叶26的行46的下游的压缩机叶片28的行48。图2中所示的实施例还包括定位在压缩机叶片28的行48下游的压缩机定子轮叶26的行68，但是一些实施例可以不包括行68。

如上所述，压缩机16包括推进器30，该推进器定位在压缩机16的下游端部58，以将压缩空气38引导到燃烧部段18中。更具体地，推进器30包括推进器毂50和从推进器毂50沿轴向和径向向外延伸的推进器臂52。沿周向间隔开的推推进器轮叶56的行54从推进器臂52沿径向向外延伸。在一些实施例中，推进器30可以任选地包括推进器延伸部60，该推进器延伸部在上游方向上从推进器毂50沿轴向向外延伸。推进器延伸部60(如果具有的话)定位在推进器臂52的径向内侧并且与推进器臂52沿径向间隔开。

压缩机定子轮叶26的行46、68、压缩机叶片28的行48以及推进器轮叶56的行54共同限定了压缩气体路径42，空气36流过该压缩气体路径。具体地，压缩机定子轮叶26将空气36引导到压缩机叶片28上，该压缩机叶片将动能施加到空气36中。在这个方面中，压缩机叶片28将流过压缩机16的空气36转换为压缩空气38。推进器轮叶56将压缩空气38流引导到燃烧部段18中。

图2和3示出了用于将空气36的一部分从燃气涡轮发动机10的压缩气体路径42排出的系统100的一个实施例。空气36的由系统100从压缩气体路径42排出的部分在下文中将被称为排出空气108。如以下将更详细地讨论的，系统100包括一个或多个推进器臂孔口102、涡旋扰流器104以及任选的一个或多个推进器延伸部孔口106。在这个方面中，来自压缩气体路径42的排出空气108通过一个或多个推进器臂孔口102流入到涡旋扰流器104中。然后，排出空气108从涡旋扰流器104通过一个或多个推进器延伸部孔口106(如果具有的话)流入到腔体122中，该腔体由推进器毂50和中心线12限定并且定位在推进器毂50和中心线12之间。从这里，排出空气108可以用于任何合适的目的，例如加压贮槽(例如贮槽64)或者冷却燃气涡轮发动机10的各个部件。

图4为推进器30的前视图，示出了一个或多个推进器臂孔口102的定位的一个实施例。更具体地，在图4所示的实施例中，推进器臂52限定了多个推进器臂孔口102，图4所示的多个推进器臂孔口102中的每个都沿周向定位在相邻的一对推进器轮叶56之间。也就是，多个推进器臂孔口102中的每个都与多个推进器轮叶56中的每个沿周向偏移。此外，推进器臂孔口102可以定位在一个或多个推进器轮叶56中的每个推进器轮叶的前边缘62的下游，并且与所述每个推进器轮叶的前边缘62沿轴向间隔开，如图3所示。

如图4所示，在一些实施例中，多个推进器臂孔口102可以沿周向定位在每一对相邻的推进器轮叶56之间。例如，在图4中，第一推进器臂孔口102(a)和第二推进器臂孔口102(b)沿周向定位在第一推进器轮叶56(a)和与第一推进器轮叶56(a)相邻的第二推进器轮叶56(b)之间。第三推进器臂孔口102(c)和第四推进器臂孔口102(d)沿周向定位在第二推进器轮叶56(b)和与第二推进器轮叶56(b)相邻的第三推进器轮叶56(c)之间。第五推进器臂孔口102(e)和第六推进器臂孔口102(f)沿周向定位在第三推进器轮叶56(c)和与第三推进器轮叶56(c)相邻的第四推进器轮叶(未示出)之间。然而，在其它实施例中，更多的或更少的推进器臂孔口102可以定位在每一对相邻的推进器轮叶56之间。在一些实施例中，多个推进器臂孔口102中的至少一个定位在每一对相邻的推进器轮叶56之间。然而，推进器臂52可以限定根据需要或期望一样多或更少的推进器臂孔口102，只要推进器臂52限定至少一个推进器臂孔口102。

图5更详细地示出了一个推进器臂孔口102。推进器臂孔口102允许压缩气体路径42和涡旋扰流器104之间的流体连通。在这个方面中，推进器臂孔口102从入口124通过推进器臂52延伸到出口126，并且限定了贯穿延伸的纵向轴线128。在图4所示的实施例中，出口126与入口124沿轴向间隔开，并且定位在入口124的下游。也就是，一个或多个推进器臂孔口102沿着轴向方向和径向方向90、92延伸穿过推进器臂52。然而，在其它实施例中，入口124和出口126可以沿轴向对准(即仅仅沿着径向方向92延伸穿过推进器臂52)。推进器臂孔口102可以具有任何合适的横截面形状(例如圆形、椭圆形、矩形等)。

如上所述且图3和4所示，涡旋扰流器104沿径向定位在推进器臂52和中心线12之间。在包括推进器延伸部60的实施例中，涡旋扰流器104定位在推进器臂52和推进器延伸部60之间。涡旋扰流器104限定了沿径向贯穿延伸的一个或多个涡旋扰流器通道114。在这个方面中，离开一个或多个推进器臂孔口102的排出空气108流过一个或多个涡旋扰流器通道114，取道流到推进器毂50和中心线12之间的腔体122。保持隆起物138可以将涡旋扰流器104联接到推进器臂56。

图3和6示出了限定出多个涡旋扰流器通道114的涡旋扰流器104的一个实施例。更具体地，涡旋扰流器104包括第一环形壁110和沿轴向与第一环形壁110间隔开的第二环形壁112。多个径向延伸的翅片136从第一环形壁110延伸到第二环形壁112。在这个方面中，第一环形壁110、第二环形壁112以及相邻的成对的多个翅片136共同限定了具有入口116和出口118的一个或多个涡旋扰流器通道114中的每一个。在这个方面中，翅片136的数量控制延伸穿过涡旋扰流器104的涡旋扰流器通道114的数量。在一些实施例中，涡旋扰流器104限定了与推进器臂孔口102一样多的涡旋扰流器通道114。然而，涡旋扰流器104可以限定比推进器臂孔口102多的涡旋扰流器通道114(例如，单个推进器臂孔口102进给到多个涡旋扰流器通道114中)，或者涡旋扰流器104可以限定比推进器臂孔口102少的涡旋扰流器通道114(例如，多个推进器臂孔口102进给到单个涡旋扰流器通道114中)。涡旋扰流器通道114可以具有任何合适的横截面形状(例如，圆形、矩形、三角形等)。

再次参考图3和4，每个推进器臂孔口102与多个涡旋扰流器通道114中对应的涡旋扰流器通道沿轴向对准并且沿径向间隔开。更具体地，延伸穿过涡旋扰流器104的多个涡旋扰流器通道114中的每一个限定了纵向轴线120。例如，在图4所示的实施例中，涡旋扰流器104包括限定了第一纵向轴线120(a)的第一涡旋扰流器通道114(a)、限定了第二纵向轴线120(b)的第二涡旋扰流器通道114(b)、限定了第三纵向轴线120(c)的第三涡旋扰流器通道114(c)、限定了第四纵向轴线120(d)的第四涡旋扰流器通道114(d)、限定了第五纵向轴线120(e)的第五涡旋扰流器通道114(e)、以及限定了第六纵向轴线120(f)的第六涡旋扰流器通道114(f)。相似地，第一推进器臂孔口102(a)限定了第一纵向轴线128(a)，第二推进器臂孔口102(b)限定了第二纵向轴线128(b)，第三推进器臂孔口102(c)限定了第三纵向轴线128(c)，第四推进器臂孔口102(d)限定了第四纵向轴线128(d)，第五推进器臂孔口102(e)限定了第五纵向轴线128(e)，第六推进器臂孔口102(f)限定了第六纵向轴线128(f)。因此，每个涡旋扰流器通道114(a-f)的纵向轴线120(a-f)与对应推进器臂孔口102(a-f)的纵向轴线128(a-f)共线。也就是，第一纵向轴线120(a)与第一纵向轴线128(a)共线，第二纵向轴线120(b)与第二纵向轴线128(b)共线，第三纵向轴线120(c)与第三纵向轴线128(c)共线，第四纵向轴线120(d)与第四纵向轴线128(d)共线，第五纵向轴线120(e)与第五纵向轴线128(e)共线，第六纵向轴线120(f)与第六纵向轴线128(f)共线。如图4所示，涡旋扰流器104可以限定一个或多个涡旋扰流器通道114，其不与一个或多个推进器臂孔口102之一沿轴向和周向对准(例如，定位在第二和第三涡旋扰流器通道114(b)、114(c)之间的涡旋扰流器通道)。

图7更详细地示出了一个或多个推进器延伸部孔口106。一个或多个推进器延伸部孔口106(如果具有的话)允许涡旋扰流器104与推进器毂50和中心线12之间的腔体122之间的流体连通。如上所述，推进器延伸部60(如果具有的话)在上游方向上从推进器毂50沿轴向向外延伸。一个或多个推进器延伸部孔口106中的每一个都从入口130通过推进器延伸部60延伸到出口132，并且限定了贯穿延伸的纵向轴线134。在图7所示的实施例中，入口130和出口132是沿轴向对准的。然而，在其它实施例中，入口130和出口132可以沿轴向间隔开。此外，每个推进器延伸部孔口106可以与多个涡旋扰流器通道114中对应的涡旋扰流器通道沿轴向对准、沿周向对准且沿径向间隔开。也就是，每个推进器延伸部孔口106的纵向轴线134可以与对应涡旋扰流器通道114的纵向轴线120共线。推进器延伸部孔口106可以具有任何合适的形状(例如圆形、椭圆形、矩形等)。在不包括推进器臂延伸部60的实施例中，离开涡旋扰流器通道114的排出空气108直接流入到推进器毂50和中心线12之间的腔体122中。

如上所述，排出空气108通过一个或多个推进器臂孔口102离开压缩气体路径42，然后流过涡旋扰流器104和一个或多个推进器延伸部孔口106(如果具有的话)，流入到推进器毂50和中心线12之间的腔体122中。在这个方面中，系统100通过推进器臂52中的推进器臂孔口102吸取排出空气108，并且将排出空气108引导到燃气涡轮发动机10的径向内部部分(即腔体122)中。因此，排出空气108在内部通过燃气涡轮发动机10(即通过推进器毂50和中心线12之间的腔体122)引导到合适的位置(例如贮槽64)。因此，系统100不需要复杂的外部管道系统来引导排出空气108，由此与采用从压缩机排出空气的常规系统的燃气涡轮发动机相比降低了燃气涡轮发动机10的重量、成本和复杂度。

书写的说明书利用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其它例子。如果这样的其它例子具有与权利要求的文字语言不是不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言差别不太明显的等同结构元件，那么它们将处于权利要求的范围内。