渦輪發(fā)動機且更具體地燃氣或燃燒渦輪發(fā)動機是從氣流獲取能量的旋轉發(fā)動機，氣流穿過一系列包括成對旋轉葉片和靜止導葉的壓縮機級中的發(fā)動機、穿過燃燒器且然后到多個渦輪級上。在壓縮機級中，葉片由從轉子突出的柱支撐，而導葉安裝至定子殼。燃氣渦輪發(fā)動機用于陸地和海上移動和功率生成，但最常用于航空應用，諸如飛機，包括直升機。在飛機中，燃氣渦輪發(fā)動機用于飛行器的推進。

背景技術：

用于飛行器的燃氣渦輪發(fā)動機設計成在高溫下操作以最大化發(fā)動機推力，故在操作期間對某些發(fā)動機構件(諸如導葉)的冷卻是必需的。期望的是提高壓縮機的熱能力來執(zhí)行發(fā)動機系統(tǒng)的期望的熱管理。

技術實現(xiàn)要素：

一方面，本發(fā)明的實施例涉及一種冷卻燃氣渦輪發(fā)動機壓縮機的方法，壓縮機具有位于外壓縮機殼與內壓縮機殼之間的成對旋轉葉片和靜止導葉的多個沿軸向布置的級。該方法包括從壓縮機的下游級獲取壓縮機空氣，然后使獲取的空氣穿過換熱器以冷卻獲取的空氣，且然后將冷卻的獲取空氣引入壓縮機的上游級。

另一方面，本發(fā)明的實施例涉及一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機，壓縮機包括成對旋轉葉片和靜止導葉的多個沿軸向流動布置的級、換熱器，以及穿過換熱器的冷卻回路。流體地聯(lián)接至壓縮機的級的入口和流體地聯(lián)接至相對于該級的上游級的出口允許壓縮機空氣通過入口獲取，穿過換熱器以用于冷卻，此后冷卻的獲取空氣通過出口引入上游級。

技術方案1. 一種操作燃氣渦輪發(fā)動機壓縮機的方法，所述壓縮機具有位于外壓縮機殼與內壓縮機殼之間的成對旋轉葉片和靜止導葉的多個級，所述方法包括：

從所述壓縮機的下游級獲取壓縮機空氣；

使獲取的空氣穿過換熱器以冷卻所述獲取的空氣；以及

將冷卻的獲取空氣引入所述壓縮機的上游級。

技術方案2. 根據技術方案1所述的方法，其中，所述獲取包括在所述下游級的葉片上游和所述上游級的導葉下游獲取壓縮機空氣。

技術方案3. 根據技術方案1所述的方法，其中，所述獲取包括在所述外壓縮機殼附近獲取壓縮機空氣。

技術方案4. 根據技術方案3所述的方法，其中，所述獲取包括在所述下游級的葉片的末梢附近獲取所述空氣。

技術方案5. 根據技術方案3所述的方法，其中，所述獲取包括在所述下游級的導葉的端壁附近獲取所述空氣。

技術方案6. 根據技術方案1所述的方法，其中，所述引入包括在所述上游級的葉片上游和所述下游級的導葉上游引入所述冷卻的獲取空氣。

技術方案7. 根據技術方案1所述的方法，其中，所述引入包括在所述外壓縮機殼附近引入所述冷卻的獲取空氣。

技術方案8. 根據技術方案7所述的方法，其中，所述引入包括在所述上游級的葉片的末梢附近引入所述冷卻的獲取空氣。

技術方案9. 根據技術方案7所述的方法，其中，所述引入包括在所述上游級的導葉的端壁附近引入所述冷卻的獲取空氣。

技術方案10. 根據技術方案1所述的方法，其中，所述引入包括穿過所述上游級的導葉的內部引入所述冷卻的獲取空氣。

技術方案11. 根據技術方案1所述的方法，其中：

所述獲取包括從以下至少一者獲取壓縮機空氣：

a)所述下游級的葉片上游和所述上游級的導葉下游，

b)所述外壓縮機殼附近，

c)所述下游級的葉片的末梢附近，

d)所述下游級的導葉的端壁附近，且

所述引入包括將所述冷卻的獲取空氣引入以下至少一者：

a)所述上游級的葉片上游和所述下游級的導葉上游；

b)所述外壓縮機殼附近，

c)所述上游級的葉片的末梢附近，

d)所述上游級的導葉的端壁附近，以及

e)穿過所述上游級的導葉的內部。

技術方案12. 一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機，包括：

成對的旋轉葉片和靜止導葉的多個流動布置的級；

換熱器；以及

回路，其穿過所述換熱器且具有流體地聯(lián)接至所述壓縮機的下游級的入口和流體地聯(lián)接至所述下游級上游的級的出口；

其中壓縮機空氣在所述上游級下游通過所述入口獲取，穿過所述換熱器以用于冷卻，且冷卻的獲取空氣通過所述出口引入所述上游級。

技術方案13. 根據技術方案12所述的壓縮機，其中，所述入口位于所述下游級的葉片上游和所述上游級的導葉下游。

技術方案14. 根據技術方案12所述的壓縮機，其中，所述入口位于外壓縮機殼附近。

技術方案15. 根據技術方案12所述的壓縮機，其中，所述入口位于所述下游級的葉片的末梢附近。

技術方案16. 根據技術方案12所述的壓縮機，其中，所述入口在所述下游級的導葉的端壁附近。

技術方案17. 根據技術方案12所述的壓縮機，其中，所述出口位于所述上游級的葉片上游和所述下游級的導葉上游。

技術方案18. 根據技術方案12所述的壓縮機，其中，所述出口位于外壓縮機殼附近。

技術方案19. 根據技術方案12所述的壓縮機，其中，所述出口位于所述上游級的葉片的末梢附近。

技術方案20. 根據技術方案12所述的壓縮機，其中，所述出口位于所述上游級的導葉的端壁附近。

技術方案21. 根據技術方案12所述的壓縮機，其中，所述引入包括穿過所述上游級的導葉的內部引入所述冷卻的獲取空氣。

技術方案22. 一種操作燃氣渦輪發(fā)動機壓縮機的方法，所述壓縮機具有位于外壓縮機殼與內壓縮機殼之間的成對旋轉葉片和靜止導葉的多個布置的級，所述方法包括從所述壓縮機中的第一位置獲取壓縮機空氣，冷卻獲取的空氣，以及在所述壓縮機中的第二位置引入冷卻的獲取空氣，其中所述第二位置在所述第一位置上游。

技術方案23. 根據技術方案22所述的方法，其中：

從所述第一位置獲取包括以下至少一者的獲?。?/p>

a)下游級的葉片上游和上游級的導葉下游，

b)所述外壓縮機殼附近，

c)級的葉片的末梢附近，

d)下游級的導葉的端壁附近，且

在所述第二位置引入包括以下至少一者：

a)上游級的導葉下游和下游級的葉片上游，

b)所述外壓縮機殼附近，

c)上游級的葉片的末梢附近，

d)上游級的導葉的端壁附近，以及

e)穿過上游級的導葉的內部。

技術方案24. 一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機，包括：

成對的旋轉葉片和靜止導葉的多個流動布置的級；

換熱器；以及

冷卻回路，其穿過所述換熱器且具有流體地聯(lián)接至所述壓縮機的第一部分的入口和流體地聯(lián)接至在所述第一部分上游的第二部分的出口；

其中壓縮機空氣通過所述入口獲取，穿過所述換熱器以用于冷卻，且冷卻的獲取空氣通過所述出口引入所述第二部分。

技術方案25. 根據技術方案24所述的壓縮機，其中，所述入口在級的導葉附近，且所述出口在級的葉片附近。

技術方案26. 根據技術方案25所述的壓縮機，其中，所述導葉和所述葉片為相同級。

技術方案27. 根據技術方案25所述的壓縮機，其中，所述導葉為下游級，且所述葉片為上游級。

技術方案28. 根據技術方案25所述的壓縮機，其中：

所述入口位于以下至少一者：

a)所述葉片下游，

b)外壓縮機殼附近，

c)所述導葉下游，

d)所述導葉的端壁附近，且

所述出口位于以下至少一者：

a)所述葉片上游，

b)所述導葉上游，

c)外壓縮機殼附近，

d)所述葉片的末梢附近，

e)穿過所述導葉的內部。

附圖說明

在附圖中：

圖1為根據本發(fā)明的實施例的燃氣渦輪發(fā)動機的示意性截面視圖。

圖2為具有一些壓縮機級的中間冷卻的圖1的燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮區(qū)段的簡圖。

圖3為圖2的另一個實施例。

圖4為圖2的另一個實施例。

圖5為用于冷卻燃氣渦輪發(fā)動機的方法的流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明的描述的實施例針對關于在渦輪發(fā)動機中傳送空氣流的系統(tǒng)、方法和其它裝置。為了說明的目的，本發(fā)明將關于飛行器燃氣渦輪發(fā)動機描述。然而，將理解的是，本發(fā)明并未如此受限，且可在非飛行器應用中具有普遍適用性，諸如其它移動應用和非移動工業(yè)、商業(yè)和住宅應用。

圖1為燃氣渦輪發(fā)動機的示意性截面圖，其可包括用于飛行器的高旁通燃氣渦輪發(fā)動機10。發(fā)動機10具有從前部14向后部16延伸的大體上縱向延伸的軸線或中心線12。發(fā)動機10成下游串流關系包括：包括風扇20的風扇區(qū)段18、包括增壓器或低壓(LP)壓縮機24和高壓(HP)壓縮機26的壓縮機區(qū)段22、包括燃燒器30的燃燒區(qū)段28、包括HP渦輪34和LP渦輪36的渦輪區(qū)段32，以及排氣區(qū)段38。壓縮機區(qū)段22、燃燒區(qū)段28和渦輪區(qū)段32成軸流布置且包圍在核心殼46內。壓縮機不限于軸向定向，且可沿軸向、沿徑向或以組合方式定向。

風扇區(qū)段18包括包繞風扇20的風扇殼40。風扇20包括圍繞中心線12沿徑向設置的多個風扇葉片42。HP壓縮機26、燃燒器30和HP渦輪34形成發(fā)動機10的核心44，其生成燃燒氣體。核心44由核心殼46包繞，核心殼46可與風扇殼40聯(lián)接。風扇殼40的至少一部分包圍核心殼46以限定環(huán)形旁通通道47。

圍繞發(fā)動機10的中心線12同軸地設置的HP傳動軸或轉軸48將HP渦輪34傳動地連接至HP壓縮機26。圍繞發(fā)動機10的中心線12同軸地設置在較大直徑的環(huán)形HP轉軸48內的LP傳動軸或轉軸50將LP渦輪36傳動地連接至LP壓縮機24和風扇20。安裝至轉軸48、50中的一者或兩者且與其一起旋轉的發(fā)動機10的部分也單獨或共同地稱為轉子51。

LP壓縮機24和HP壓縮機26分別包括多個壓縮機級52、54，其中一組壓縮機葉片56、58相對于對應組的靜止壓縮機導葉60、62(也稱為噴嘴)旋轉，各組包括一對，以壓縮或加壓穿過級的流體流。在單個壓縮機級52、54中，多個壓縮機葉片56、58可設置成環(huán)，且可相對于中心線12從葉片平臺到葉片末梢沿徑向向外延伸，而對應的靜止壓縮機導葉60、62定位在旋轉葉片56、58下游且在附近。將注意的是，圖1中所示的葉片、導葉和壓縮機級的數(shù)目僅為了說明性目的選擇，且其它數(shù)目是可能的。用于壓縮機的級的葉片56、58可安裝至盤53，盤53安裝至HP轉軸48和LP轉軸50中的對應一個，其中各個級具有其自身的盤。導葉60、62以圍繞轉子51的周向布置安裝至核心殼46。

HP渦輪34和LP渦輪36分別包括多個渦輪級64、66，其中一組渦輪葉片68、70相對于對應組的靜止渦輪導葉72、74(也稱為噴嘴)旋轉以從穿過級的流體流獲取能量。在單個渦輪級64、66中，多個渦輪葉片68、70可設置成環(huán)且可相對于中心線12從葉片平臺到葉片末梢沿徑向向外延伸，而對應的靜止渦輪導葉72、74定位在旋轉葉片68、70上游且在附近。將注意的是，圖1中所示的葉片、導葉和渦輪級的數(shù)目僅為了說明性目的選擇，且其它數(shù)目是可能的。

LP壓縮機24和HP壓縮機26還可包括至少一個導向導葉，其可為定位在壓縮機區(qū)段22的上游端上的入口導向導葉55以及定位在壓縮機區(qū)段22的下游端上的出口導向導葉57。導葉不限于一種類型，且例如可為非可變定子導葉或定子導葉。

在操作中，旋轉風扇20將環(huán)境空氣供應至LP壓縮機24，LP壓縮機24然后將加壓的環(huán)境空氣供應至HP壓縮機26，HP壓縮機26進一步加壓環(huán)境空氣。來自HP壓縮機26的加壓空氣在燃燒器30中與燃料混合且點燃，從而生成燃燒氣體。一些功由HP渦輪34從這些氣體獲取，其驅動HP壓縮機26。燃燒氣體排放到LP渦輪36中，其獲取額外功來驅動LP壓縮機24，且排出氣體最終經由排氣區(qū)段38從發(fā)動機10排放。LP渦輪36的驅動會驅動LP轉軸50使風扇20和LP壓縮機24旋轉。

由風扇20供應的一些環(huán)境空氣可繞過發(fā)動機核心44作為旁通空氣流，且用于發(fā)動機10的部分(尤其是熱部分)的冷卻，且/或用于對飛行器的其它方面冷卻或供能。在渦輪發(fā)動機的背景下，發(fā)動機的熱部分一般在燃燒器30下游，尤其是渦輪區(qū)段32，其中HP渦輪34為最熱部分，因為其直接在燃燒區(qū)段28的下游。

發(fā)動機的熱部分也存在于壓縮機區(qū)段22內，且因此可使用由風扇20供應的環(huán)境空氣或來自壓縮機的較冷空氣，但不限于壓縮機區(qū)段22的冷卻部分。旁通空氣流可穿過換熱器76，其可為例如適用于表面冷卻器的任何裝置，具有平面形狀或磚形冷卻器，包括具有圓柱形形狀的棒板換熱器或管殼冷卻器，其可位于旁通通道47的旁通空氣流內。盡管示為在旁通通道47內，換熱器76的位置不限于旁通通道，且可位于發(fā)動機10內的任何適合位置處，例如，在入口導向導葉55或出口導向導葉57附近。

參看圖2，壓縮機區(qū)段22的簡圖還示出了包括轉子51的內壓縮機殼80，以及設置在核心殼46內的外壓縮機殼82。成對的旋轉葉片56、58和靜止導葉60、62的多個沿軸向布置的級52、54位于外壓縮機殼82與內壓縮機殼80之間。冷卻回路78包括流體地聯(lián)接至壓縮機26的第一部分的入口84。入口84位于外壓縮機殼82附近、葉片58的末梢附近以及導葉62的端壁86附近。第一部分可在壓縮機26的下游級54中，或下游級54的葉片58上游和上游級52的導葉62下游的任何適合的區(qū)域中。

冷卻回路78還包括流體地聯(lián)接至位于壓縮機26的第一部分上游的第二部分的出口88。出口88位于外壓縮機殼82附近、葉片56的末梢附近以及導葉60的端壁86附近。第二部分可為壓縮機24的上游級52，或上游級52的葉片56上游和下游級52的導葉62上游的任何適合的區(qū)域。

第一部分和第二部分可在壓縮機中的任何級沿壓縮機的任何下游/上游相對位置處，只要相對位置正確。第一部分和第二部分可在壓縮機的不同級或壓縮機的相同級處。例如，如圖3中所示，第一部分和第二部分可為相同壓縮機級54內的導葉和葉片附近的部分。第一部分和第二部分也可聯(lián)接至任何翼型件元件(諸如導葉)的內部。例如，如圖4中所示，第一部分在葉片58下游，且第二部分在葉片58上游，且聯(lián)接至導葉60的內部90。

圖5還示出了使用穿過換熱器76的冷卻回路78來冷卻燃氣渦輪發(fā)動機10的方法200。在第一步驟202中，壓縮機空氣92通過入口84從壓縮機26的第一部分獲取。其次204，壓縮機空氣92流過換熱器76以形成冷卻的獲取空氣94。在最后步驟206中，冷卻的獲取空氣94通過出口88引入位于壓縮機26的第一部分上游的第二部分。

換熱器76冷卻壓縮機空氣92，以便形成冷卻的獲取空氣94，其繼而又用于冷卻壓縮機26的上游級52中的區(qū)域，包括但不限于導葉60、62的內部90。在還有另一個實施例中，換熱器76可用于傳遞能量至閉環(huán)制冷器系統(tǒng)或從閉環(huán)制冷器系統(tǒng)傳遞能量，其中閉環(huán)冷卻劑然后用于其它熱管理冷卻或加熱目的。

圖2-圖4包括可為風扇空氣95的冷卻流體。風扇空氣95穿過換熱器76以冷卻壓縮機空氣92。獲取的壓縮機空氣92還可作為備選為傳送的空氣96，其引導至風扇或出口導向導葉區(qū)域且穿過其它換熱器，諸如磚形冷卻器和表面冷卻器。

例如但不限于控制閥的可選的流動控制裝置可包括在環(huán)中，使得冷卻劑流可取決于操作條件開啟、關閉或調制。

該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領域技術人員能夠實踐本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明可申請專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有不與權利要求的字面語言不同的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質差異的等同結構要素，則意在使這些其它示例處于權利要求的范圍內。