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CN103998720A - 燃气涡轮发动机集油槽加压系统 - Google Patents

燃气涡轮发动机集油槽加压系统 Download PDF

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的集油槽加压系统包括第一中空轴和设置在第一中空轴内且在其间限定腔的第二中空轴。第一中空轴和第二中空轴中的各个具有共同的旋转轴线。还包括加压空气源，用以将腔和设置在腔中的多个中空管加压。该管垂直于旋转轴线而定向，且连接于第一中空轴并且能够与第一中空轴一起旋转。第二中空轴中的多个孔口与管流体连通，使得流动穿过管的加压空气穿过孔口进入到第二中空轴的内部。

Description

燃气涡轮发动机集油槽加压系统
 
相关申请的交叉引用
本申请要求在2012年2月10日提交的美国临时申请序列号No.61/597,439号的优先权。
关于联邦赞助的研究&发展的声明
按照由美国空军部授予的No.FA8650-07-C-02802号合同，美国政府可享有本发明中的某些权利。
技术领域
在本文中描述的技术大致涉及集油槽加压(sump pressurization)系统，且更具体而言，涉及用于燃气涡轮发动机的此类系统。
背景技术
后集油槽加压对防止油泄漏和涡轮腔着火是很重要的。这通常通过用作增压器或压缩机空气的导管的双壁旋转管道来实现，以用于将后集油槽加压，并且还使来自高压压缩机(HPC)和高压涡轮(HPT)开孔的吸热量最小化。
在目前的设计中，通常通过穿过旋转的径向管径向向内地从压缩机前级获取空气，且穿过双壁管道(其与围绕发动机中心线的HP轴一起旋转)将空气向后运送到后集油槽来实现燃气轮机后集油槽加压。
还存在对改善的后集油槽加压系统的需要，该改善的后集油槽加压系统将以可靠且经济的方式提供加压。
发明内容
在一个方面中，一种用于燃气涡轮发动机的集油槽加压系统包括第一中空轴和设置在第一中空轴内且在其间限定腔的第二中空轴。第一中空轴和第二中空轴中的各个具有共同的旋转轴线。还包括加压空气源以将腔和设置在腔中的多个中空管加压。该管垂直于旋转轴线而定向，并且连接于第一中空轴且能够与第一中空轴一起旋转。第二中空轴中的多个孔口与管流体连通，使得流动穿过管的加压空气穿过孔口行进到第二中空轴的内部中。
附图说明
图1为示范燃气涡轮发动机组件的截面示图；
图2为示范集油槽加压系统的放大部分立面示图；并且
图3为与图2类似的代表性现有技术集油槽加压系统的放大部分立面截面示图。
具体实施方式
图1为具有纵轴线11的示范燃气涡轮发动机组件10的截面示意性示图。燃气涡轮发动机组件10包括风扇组件12和核心燃气涡轮发动机13。核心燃气涡轮发动机13包括高压压缩机14、燃烧器16、和高压涡轮18。在示范实施例中，燃气涡轮发动机组件10还包括低压涡轮20和多级增压压缩机32、和大致环绕增压器32的分流器34。
风扇组件12包括从转子盘26径向地向外延伸的风扇叶片阵列24，其前部由流线形整流罩(spinner)25包封。燃气涡轮发动机组件10具有进气侧28和排气侧30。风扇组件12、增压器32和涡轮20由第一转子轴21联接在一起，且压缩机14和涡轮18由第二转子轴22联接在一起。
在操作中，空气流动穿过风扇组件12且空气流的第一部分50被引导穿过增压器32。从增压器32排出的压缩空气被引导穿过压缩机14，该空气流在其中被进一步压缩且输送到燃烧器16。来自燃烧器16的热燃烧产物(图1未示出)用于驱动涡轮18和20，且涡轮20用于经由轴21驱动风扇组件12和增压器32。燃气涡轮发动机组件10能够在设计操作条件与非设计操作条件之间的操作条件范围下操作。
从风扇组件12排出的空气流的第二部分52被引导穿过旁通管道40，以使来自风扇组件12的空气流的一部分在核心燃气涡轮发动机13周围绕过。更具体而言，旁通管道40在风扇外壳或护罩36与分流器34之间延伸。因此，来自风扇组件12的空气流的第一部分50被如上所述地引导穿过增压器32且然后进入到压缩机14中，且来自风扇组件12的空气流的第二部分52被引导穿过旁通管道40以对例如飞行器提供推力。分流器34将进入空气流分别分成第一部分50和第二部分52。燃气涡轮发动机组件10还包括风扇框架组件60，以为风扇组件12提供结构性支承且还用于将风扇组件12联接于核心燃气涡轮发动机13。
风扇框架组件60包括多个出口导叶70，多个出口导叶70在径向外部安装凸缘与径向内部安装凸缘之间大致径向地延伸，且在旁通管道40内周向地间隔开。风扇框架组件60可还包括多个支柱，该多个支柱联接在径向外部安装凸缘与径向内部安装凸缘之间。在一个实施例中，风扇框架组件60以拱形的节段来制造，其中凸缘联接于出口导叶70和支柱。在一个实施例中，出口导叶和支柱在旁通管道40内同轴地联接。可选地，出口导叶70可在旁通管道40内在支柱的下游联接。
风扇框架组件60为用于帮助保持各种构件在燃气涡轮发动机组件10内的定向的燃气涡轮发动机组件10的各种框架和支承组件中的一者。更具体而言，此类框架和支承组件将静止的构件互连且提供转子轴承支承。风扇框架组件60在旁通管道40内在风扇组件12的下游联接，使得出口导叶70和支柱在风扇组件12的出口周围周向地间隔开且横跨从风扇组件12排出的空气流路径而延伸。
图2为示范集油槽加压系统80的放大部分立面示图。该设计消除了图3示出的示范现有技术系统中所示的旋转管道90。作为替代，其将加压压缩机空气83从压缩机14引导(例如，在所示出的实施例中的轴向压缩机的情况下，向内穿过相邻的压缩机叶片排87之间的HP轴22中的多个源孔口82)穿过多个旋转的高压压缩机(HPC)径向涡流管81且穿过轴21中的多个低压涡轮(LP)轴孔口84，且如由箭头89所示地迫使空气向后穿过LP轴开孔以将后集油槽加压，并且如由箭头88所示地迫使空气向前以将中部集油槽加压。例如，涡流管81可位于相邻的压缩机盘86之间。涡流管81垂直于旋转轴线11而定向，且连接于第一中空轴22并且能够与第一中空轴22一起旋转。第二中空轴21中的多个孔口84与管81流体连通，使得流动穿过管的加压空气穿过孔口行进到第二中空轴的内部中。如图2所示，孔口84与管81轴向地对准，即，沿中心线11以相同的轴向距离定位。LP轴21可与高压涡轮(HP)轴22共向或反向旋转，且在所示出的实施例中，轴21和22共用共同的旋转轴线。其还将空气与热的HPC和高压涡轮(HPT)腔隔离开。图2和图3还示出中心放气管道91，其横穿轴21的长度。
图3示出的双壁旋转管道90的消除减少了每个发动机的重量和成本，并且提供额外的设计工程节省。这还通过消除因破裂引起的管道损坏或替换而改善了区域可靠性。
图3为与图2类似的代表性现有技术集油槽加压系统80的放大部分立面截面示图。并排比较图2与图3突出了图3的现有技术的集油槽加压系统80与图2的示范系统之间的差异。
如图3所示，在目前的设计中，通常通过穿过旋转的径向涡流管81径向向内地从压缩机前级获取加压空气83，且穿过双壁管道90(其与围绕发动机中心线11的HP轴22一起旋转)将该空气向后如以箭头89所示地运送到后集油槽来实现燃气涡轮后集油槽加压。如图2所示，在新的示范设计中，这由新的方法来实现，该方法在没有双壁轴向流动管道90的帮助下，迫使空气径向地向内穿过旋转的HP径向涡流管81，且然后穿过共向/反向旋转的LP轴孔口84。行进穿过LP轴孔口22的空气向后流动穿过中空LP轴21的中心且进入到后集油槽加压腔中。
使压缩机空气径向地向内穿过以HP速度旋转且经由机械连接件85而连接于HP轴22的径向的管，且在入口处从管退出到旋转的LP轴孔84中。允许空气从HP管出口自由涡流到LP轴孔口进口。LP轴中的孔口84可相对于径向的HP管而共向旋转或反向旋转。通过设置LP孔口84和进口拐角半径的尺寸，使损耗最小化。一旦空气进入LP轴孔口84，则其向内流动且然后轴向地向后沿发动机中心线如由箭头89所示地朝后集油槽流动。
在不使用双壁旋转管道的情况下对后集油槽供给加压空气。这通过作为替代将空气穿过LP轴的中心输送到后集油槽和通过消除双壁管道而简化了设计。
涡流管和孔口的尺寸和形状以及数量可根据需要来选择，来以适当的压力且以所需的适当体积输送加压空气。它们可围绕中心旋转轴线而径向地分布。
虽然已经根据各种具体实施例描述了本发明，但本领域技术人员将认识到的是，本发明可以通过权利要求的精神与范围内的变型来实践。

Claims (15)

1. 一种用于燃气涡轮发动机的集油槽加压系统，包括：
第一中空轴；
第二中空轴，所述第二中空轴设置在所述第一中空轴内且在其间限定腔，所述第一中空轴和所述第二中空轴中的各个具有共同的旋转轴线；
加压空气源，所述加压空气源用以将所述腔加压；
设置在所述腔中的多个中空管，所述管垂直于所述旋转轴线而定向，且连接于所述第一中空轴并且能够与所述第一中空轴一起旋转；和
所述第二中空轴中的多个孔口，所述多个孔口与所述管流体连通，使得流动穿过所述管的加压空气穿过所述孔口行进到所述第二中空轴的内部中。
2. 根据权利要求1所述的集油槽加压系统，其特征在于，所述加压空气经由所述第二中空轴而输送到集油槽腔。
3. 根据权利要求2所述的集油槽加压系统，其特征在于，所述集油槽腔为后集油槽腔。
4. 根据权利要求1所述的集油槽加压系统，其特征在于，所述第一中空轴为高压轴。
5. 根据权利要求1所述的集油槽加压系统，其特征在于，所述第二中空轴为低压轴。
6. 根据权利要求1所述的集油槽加压系统，其特征在于，所述多个管围绕所述共同的旋转轴线而径向地分布。
7. 根据权利要求1所述的集油槽加压系统，其特征在于，所述管和所述孔口轴向地对准。
8. 根据权利要求1所述的集油槽加压系统，其特征在于，所述加压空气源为压缩机。
9. 根据权利要求8所述的集油槽加压系统，其特征在于，所述压缩机为轴向压缩机。
10. 根据权利要求1所述的集油槽加压系统，其特征在于，所述加压空气经由所述第一中空轴中的多个源孔口进入所述腔。
11. 根据权利要求10所述的集油槽加压系统，其特征在于，所述多个源孔口位于压缩机叶片排之间。
12. 根据权利要求11所述的集油槽加压系统，其特征在于，所述多个源孔口位于相邻的压缩机叶片排之间。
13. 根据权利要求1所述的集油槽加压系统，其特征在于，所述多个管位于相邻的压缩机盘之间。
14. 根据权利要求1所述的集油槽加压系统，其特征在于，所述多个管径向地定向。
15. 一种用于燃气涡轮发动机的集油槽加压系统，包括：
第一高压中空轴；
第二低压中空轴，所述第二低压中空轴设置在所述第一中空轴内且在其间限定腔，所述第一中空轴和所述第二中空轴中的各个具有共同的旋转轴线；
加压空气源，所述加压空气源用以将所述腔加压；
设置在所述腔中的多个中空管，所述管垂直于所述旋转轴线而定向且围绕所述旋转轴线而径向地分布，并且连接于所述第一中空轴且能够与所述第一中空轴一起旋转；和
所述第二中空轴中的多个孔口，所述多个孔口与所述管流体连通且与所述管轴向地对准，使得流动穿过所述管的加压空气穿过所述孔口行进到所述第二中空轴的内部中，且经由所述第二中空轴而输送到后集油槽腔。
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