專利名稱：用于使外來物質(zhì)從燃氣輪機主流道內(nèi)排出的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機，尤其涉及與飛機推進器相連接的燃氣輪機。在一個優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明涉及一種用于將諸如冰和碎屑的外來物質(zhì)從最接近燃氣輪機的壓氣器進口的主流通或中心流道內(nèi)去除并排入第二或旁通流道內(nèi)的方法和裝置。
當(dāng)大量的冰粒進入中心流道，特別是當(dāng)發(fā)動機正在以由惰轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的低功率和低推力工況運轉(zhuǎn)時，燃氣輪機可能遇到燃燒不穩(wěn)定問題。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，冰在加力器級之后頗嚴重地撞擊中心流道。尤其是已發(fā)現(xiàn)由于離心效應(yīng)的結(jié)果，冰凝結(jié)在環(huán)形通道的10%外側(cè)上。
雖然本發(fā)明具體地針對一種用于控制結(jié)冰的排出物勺形收集器的，應(yīng)該認識到本發(fā)明的勺形收集器是能夠并且事實上確導(dǎo)致其它的碎屑或外來物質(zhì)從燃氣輪機的中心流道內(nèi)去除并排出。
授于Vanfleet等人的用于限制碎屑吸入燃氣輪機內(nèi)的方法和裝置的美國專利US-4，070，827是針對一種用于消除或避免在不同情況下與燃氣輪機進氣管相關(guān)的真空效應(yīng)的特殊發(fā)動機結(jié)構(gòu)的。該專利從試圖減小進入中心流道的碎屑顆粒量的角度敘述了碎屑問題，而并非試圖從中心流通內(nèi)清除任何早先已進入中心流道的顆粒。該文獻并不具體地敘述內(nèi)部冰和碎屑問題，并不講授使用處于燃氣輪機主、付流道間的特殊形狀的冰和碎屑排出物勺形收集器。
還應(yīng)認識到燃氣輪機一般包括諸如可變放氣閥(VBV)的操作器閥，它們可以安裝在燃氣輪機的加力器出口和壓氣機進口之間，以放出一部分中心流道內(nèi)的空氣進入旁通流道，使一部分被夾帶的碎屑排出中心流道。在傳統(tǒng)應(yīng)用方面，可變放氣閥包括多個處于加力器出口和壓氣機進口的實際平面型閥門。通常，發(fā)動機可采用一打或更多的閥門，它們可圍繞發(fā)動機中心流道多少以等間距沿圓周配置。然而，冰吸入試驗業(yè)已表明可變放氣閥門由于冰的堆積而可能受到約束或被阻塞。
因此，存在一種還未實現(xiàn)的需求來提供一種包括用以從中心流道內(nèi)消除和排出冰、碎屑以及其它外來物的裝置的改進了的燃氣輪機。
本發(fā)明考慮到在正常運轉(zhuǎn)過程中諸如冰和碎屑的外來物可能會進入燃氣輪機內(nèi)，并且尤其在惰轉(zhuǎn)或低功率運轉(zhuǎn)工況下，此種外來物能進入中心區(qū)。盡管避免吸入此類物質(zhì)無疑是需要的，然而，使可能已進入發(fā)動機的任何此類物質(zhì)分離，清除、轉(zhuǎn)向并排出是同樣重要的。本發(fā)明的目的特別致力于可能已進入燃氣輪機的諸如冰和碎屑的外來物的分離、清除和排出。
本發(fā)明提供一種用于俘獲和去除可能已進入發(fā)動機并存留在主流道或中心流道內(nèi)的冰、碎屑和其它外來物的具有特殊形狀的排出物勺形收集器，本發(fā)明保證從主流道內(nèi)去除冰、碎屑和其它外物，使它們轉(zhuǎn)向，并排入輔助或旁通流道內(nèi)，最后排出發(fā)動機。該勺形收集器可滑動地裝于通過處于主、付流道之間的安裝座牢固地安裝在發(fā)動機上的一系列導(dǎo)向裝置或平行導(dǎo)軌上。該勺形收集器借助一連桿可轉(zhuǎn)動地連接于操作機構(gòu)，諸如連接于被用于調(diào)節(jié)勺形收集器在中心流道內(nèi)的位置的可變氣閥操作器，或在另一種情況下通過縮回收集器整個地或部分地離開中心流道，使勺形收集器停留在非作用位置。本發(fā)明的方法為從燃氣輪機的主流道中冰和碎屑的分離、去除、置身和排冰提供了保證，并包括裝備一個可滑動地安裝在主、付流道之間的弧形收集器的一些步驟，使操作機構(gòu)經(jīng)一連桿聯(lián)接于最接近輔助流道的所述收集器，并在低率工況下，讓操作機構(gòu)起作用，使收集器突入主流道，從而使冰和碎屑從中心流道流入旁通流道。
經(jīng)轉(zhuǎn)向道并經(jīng)過排出物收集器流出的空氣量可通過調(diào)節(jié)放氣閥門的開變來控制。
在一個優(yōu)先的實施例中，所述收集器的形狀做成一光滑的弧線，其半徑由收集器唇部和可變旁通閥區(qū)界限之間的軸向與徑向距離來確定。
在連同參照附圖一起閱讀下列說明時，便會明白本發(fā)明上列和其它的目的及其特點。


圖1為一燃氣輪機的軸測示意圖，部分已被切去;
圖2為一燃氣輪面的放大插圖，尤其表示一可變放氣閥;
圖3包括圖3a-3e，表示在運轉(zhuǎn)期間可變放氣閥門的各種位置;
圖4包括圖4a和4b，為本發(fā)明的排出和勺形收集器的細圖，表示某個延伸位置和收縮位置;
圖5為本發(fā)明勺形收集器的另一實施例插圖;
圖6表示按照本發(fā)明一個實施例的又一個勺形收集器實施例;
圖7表示按照本發(fā)明一個實施例的再一個勺形收集器實施例;
圖8表示一種跟按照本發(fā)明的勺形收集器實施例結(jié)合在一起的具有特殊形狀的放氣閥門;
圖9表示和中心環(huán)與旁通氣流有關(guān)的排出物勺形收集器的橫剖視圖。
已經(jīng)認識到燃氣輪機能夠并且會把包括各種各樣諸如碎片和冰的外來物質(zhì)吸入到中心流通內(nèi)。尤其在低功率工況下這種吸入可能會出現(xiàn)故障的。因此希望提供一種從主流道中俘獲和去除外來物質(zhì)并使所收集的物質(zhì)自中心流道轉(zhuǎn)向并排入旁通流道來提高發(fā)動機工作適應(yīng)性的裝置。
現(xiàn)在參照圖1，它表示一種典型的燃氣輪機10的軸測示意圖，部分已被切去。該發(fā)動機在主要部分內(nèi)包括葉片部件12，分離裝置14，助力器16，旁通件18和壓氣機20，助力器出口和壓氣機進口分別標(biāo)以17和23。如在圖2中所示，可變放氣閥26可包括能被一放氣閥扭矩驅(qū)動桿(未示出)用機械方法打開的操作門27，放氣閥扭矩驅(qū)動桿能被發(fā)動機驅(qū)動，并且為一適當(dāng)?shù)膫鞲袡C構(gòu)所控制。箭頭A指示主流道或中心流道，而箭頭B則指示旁通流道。
現(xiàn)在參照圖2，它表示了一種典型的燃氣輪機的一部分(不必和圖1相對應(yīng))的放大詳盡的橫剖視圖。該發(fā)動機可包括一可變放氣閥操作器30，它用于操作一個位于助力器出口17和壓氣機進口23之間的鉸連的放氣閥門27，以便能使一部分中心氣流和碎片離開中心。然而，冰吸入試驗業(yè)已表明由于積累的冰，放氣閥門可能受到限制和/或被阻塞，門的最佳操作可能受到損害。
圖3包括圖3a，3b，3c、3d和3e，表示放氣閥門27的各種相關(guān)位置和本發(fā)明的最佳勺形收集器45。要指出的是隨著門27繼續(xù)開大，勺形收集器45突入開啟的門及中心區(qū)內(nèi)一段較大的距離。
現(xiàn)在參照圖4，本發(fā)明的操作機構(gòu)被表示為包括自可變放氣閥門操作器32至勺形收集器45的一根直連桿40，收集器借助于適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌或?qū)蜓b置(未示出)可滑動地裝在固定座50內(nèi)。
如圖示那樣，連桿直接接于勺形收集器45的最接近旁通流道的部分，以允許勺形收集器45從中心流道內(nèi)被拉出或推入。更詳細地說，勺形收集器的滑動將它從一個可能不突入中心流道內(nèi)的縮回位置移到一個使勺形收集器的唇區(qū)55突入中心流道(見圖4a)內(nèi)的延伸位置。直連桿機構(gòu)能被聯(lián)結(jié)到最接近或最靠近旁通流道的收集器45的后面部分46。在此情況下，當(dāng)可變放氣閥門操作器30和閥門32處于關(guān)閉位置(圖4b)時，收集器呈現(xiàn)為收縮位置，收集器45突入中心流道的部分減少了或消除了。最好收集器呈現(xiàn)一種全收縮位置，但一英寸或多一些的突入量是可以有的。另一方面，當(dāng)可變放氣閥門32和操作器30處于開啟位置時，收集器45在其座內(nèi)滑入使收集器突入中心流道的某一預(yù)定位置。收集器45的前緣47能從燃氣輪機的中心流道或主流道內(nèi)俘獲并去除諸如冰和碎片。該收集器被制成特殊形狀，以便從主氣道中使外來物質(zhì)轉(zhuǎn)向并將其排出。
在一個優(yōu)先的實施例中，勺形收集器具有園弧外形以確保外來物質(zhì)不阻塞勺形收集器，并確保勺形收集器能繼續(xù)按所希望的方式起作用，使諸如冰和碎片的外來物質(zhì)從中心流道中轉(zhuǎn)向并排入旁通流道內(nèi)。該勺形收集器機構(gòu)是經(jīng)特殊設(shè)計的，發(fā)動機處于低功率運轉(zhuǎn)工況下，當(dāng)勺形收集器45呈現(xiàn)延伸或工作位置時，增加它的俘獲面積或暴露于主流道的表面積，而在發(fā)動相處于高功率工況下，當(dāng)勺形收集器45呈現(xiàn)縮回或準備位置時，使空氣動力學(xué)的牽連減少或最小。應(yīng)該認識到，在高功率工況下，發(fā)動機吸入冰的問題是不甚疑慮的。
如圖5所示，滑動收集器原理可以通過勺形收集器45及經(jīng)臂70連于門27上的操作器連桿64用另一種方式來實現(xiàn)。鉸鏈71將沖板和排冰裝置的外環(huán)安裝在一起，它是不能操作的。
現(xiàn)在參照圖6，它表示了本發(fā)明的一個優(yōu)先的并具有特殊形狀的勺形收集器45。更詳細地說，如圖6中所示那樣，可以把勺形收集器的可能被冰撞擊的所有部分，尤其是勺形收集器45的所有前緣47設(shè)計得能保證冰撞擊角度或者說主流道矢量跟勺形收集器的前緣之間的角度為25°或小些。這一特殊的形狀確保了由于加力器影響而在中心流道10%外側(cè)上凝結(jié)的冰不會粘住，因而不能在可變放氣閥門孔座上積聚。
而且，這一設(shè)計形狀導(dǎo)致穩(wěn)定和基本上無紊流的放氣氣流，從此，在任何點上冰不會遇到能引起結(jié)冰的滯止流區(qū)。勺形收集器形狀最好為一光滑的園弧，從可變放氣閥門孔延伸到在旁通氣流內(nèi)的排出口。在一優(yōu)先的實施例中，這一園弧被發(fā)展成朝可變放氣閥門12邊緣延伸的碗形表面。勺形收集器的弧線半徑盡量大，以保持冰撞擊角度盡量大，此時保持了冰的有效撞擊角度，以確保將其排入旁通流道內(nèi)。
要認識到勺形收集器的形狀在完成冰和碎屑從中心流道迅速去除并將這些物質(zhì)排入旁通管道內(nèi)是一個主要因素，在這里，它并不損害發(fā)動機的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的機構(gòu)提示了燃氣輪機對于吸入諸如冰的外來物質(zhì)到中心流道而不損失發(fā)動機穩(wěn)定性的能力。本發(fā)明的機構(gòu)同樣減少了在可變放氣閥門孔中冰塊堆積的潛在危險。
本發(fā)明，連同加力器的離心力一起，成為一種在達到壓氣機之前碎屑的有效去除器，并改善了發(fā)動機總的耐磨性以及它對外來物損傷的敏感性。
參照圖7，形成一層防冰涂層可以提高結(jié)冰阻力，這一涂層能跟或由于熱的放氣或由于電阻型加熱而引起的收集器本身的加熱一起使用。
如在圖7中所示的，本發(fā)明的有效性由于允許收集器45的前緣唇部47突入主流A內(nèi)以確保發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間收集器接收到清潔氣流也能提高。在一些應(yīng)用場合，由于允許收集器45的唇部47永久突入氣流內(nèi)而能達到本發(fā)明的有效性提高。這種永久的突入必須是符合空氣動力學(xué)的流線型的，以避免對下游葉柵的任何空氣動力學(xué)的影響。這種流線型可包括改變成在圖8中所示的另一種可變放氣閥設(shè)計，當(dāng)該閥門處于關(guān)閉位置時，賦于閥門前半部一種流線型外罩形狀。
如圖9所示，在一個優(yōu)先的實施例中，收集器45的半徑可由一個包括收集器唇部82和可變放氣閥組件后壁84的位置的方程式來確定，收集器唇部和中心外環(huán)86的交點構(gòu)成一角度。該交點和可變放氣閥組件的后壁隔離一軸向距離X。該交點和旁通流隔離一徑向距離h。交點處(收集器和外環(huán)之間)收集器的切線跟發(fā)動機中心線之間的夾角為α。收集器的曲率半徑可由下列方程式(1)來確定R= (a2+b2)/(2b)其中a＝(x-1)cosα+(h-shinα)sniαb＝(b-sinα)cosα-(x-1)sinα
然而，曲率半徑不應(yīng)超過由下面給出的最大半徑方程式(2)確定的值((x-1))/((1-sinα))貫穿在本公開說明書內(nèi)，收集器45一直是指單式的，因為討論的僅僅單個收集器。然而，凡熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人會明白，收集器能有效地和每一放氣閥相連接，因此，一臺典型的發(fā)動機有12個放氣閥，也可方便地有12個收集器45，一個收集器和各自的放氣閥相連接。
雖然至此已描繪了本發(fā)明的優(yōu)先實施例，然而，本發(fā)明的外物碎屑排出物勺形收集器可能有其它的形式和結(jié)構(gòu)，并且凡熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人按照本公開說明書會很快明白的，因此，所述其它的形式和結(jié)構(gòu)都落在由附加的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.在燃氣輪機中，從中心流道內(nèi)將外來物質(zhì)排入旁通流道的方法包括下列步驟裝備一個可滑動地安裝在所述中心流道和旁通流道之間的安裝座內(nèi)的勺形收集器；裝備一個用于改變所述勺形收集器位置的操作機構(gòu)；在低功率范圍內(nèi)操作所述的操作機構(gòu)，使所述勺形收集器突入所述中心流道，并使在相反情況下會存在于所述中心流道的冰和碎屑從中心流道排入到旁通流道內(nèi)。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述裝備操作機構(gòu)的步驟包括裝備一根自勺形收集器上靠近旁通流道的部分到機械操作器的直連桿的其它步驟。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在所述連桿和可變放氣門操作器之間裝備一聯(lián)接器的步驟。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于還包括裝備一個用于控制放氣閥門并將所述直連桿聯(lián)接到所述可變放氣閥的可變放氣閥操作器的步驟。
5.在一種具有中心和旁通流道的飛機發(fā)動機中，一種用于將外來物質(zhì)自中心流道排入旁通流道的裝置，所述裝置包括一個安裝于燃氣輪機中主流道和旁通流道之間的可滑移的勺形收集器，所述勺形收集器有一光滑的園弧，并可滑動地安裝在靠近放氣閥門和旁通流道處。
6.按權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于還包括一根連接于勺形收集器上靠近旁通流道的部分的連桿。
7.按權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于包括一個在低功率工況下，用于驅(qū)動所述勺形收集器突入所述中心流道的操作器。
8.按權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于還包括一個用于開啟位于主流道和旁通流道之間的文丘利效應(yīng)閥門的可變放氣閥操作器。
9.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述連桿和可變放氣閥操作器閥門聯(lián)接，并在所述閥門開啟時，伸入主流道內(nèi)。
10.一種用于將外來物質(zhì)自燃氣輪機中心流道排入旁通流道內(nèi)的裝置，所述裝置包括一個處于燃機輪機主流道和旁通道之間的安裝座，一個處于主流道和旁通流道之間具有光滑園弧的勺形收集器，所述收集器具有最接近主流道的第一邊緣和最接近旁通流道的第二邊緣，以及聯(lián)接第二邊緣以便在低功率工況下驅(qū)動該收集器伸入主流道內(nèi)的連桿機構(gòu)。
11.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述連桿包括一可變放氣閥，還包括一個用于測定發(fā)動機轉(zhuǎn)速和壓氣機供氣壓力以便作出應(yīng)答而提供機械操作的傳感器，所述可變放氣閥聯(lián)接于所述連桿。
全文摘要
公開了一種用于處理燃氣輪機中冰和碎屑的方法和裝置。尤其是一種形狀特殊的可滑動的勺形收集器安裝在燃氣輪機中加力器出口和壓氣機進口之間。一操作機構(gòu)可經(jīng)一連桿聯(lián)接于收集器，以便在低功率狀況下把收集器定位在中心流道內(nèi)，而在高功率狀況下使收集器從主流道內(nèi)縮回。
文檔編號F02C7/05GK1055037SQ9110164
公開日1991年10月2日 申請日期1991年3月19日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月19日
發(fā)明者威爾遜·弗羅斯特, 彼得·J·伍德, 梅爾文·博博, 丹尼爾·R·利特爾 申請人:通用電器公司