本公開(kāi)的領(lǐng)域大體上涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體而言，涉及用于在各種飛行階段處使用壓縮機(jī)殼體的主動(dòng)冷卻控制壓縮機(jī)間隙的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)典型地包括多個(gè)壓縮機(jī)級(jí)，以壓縮進(jìn)入空氣流，用于輸送至燃燒器。轉(zhuǎn)子葉片和壓縮機(jī)殼體在各種操作階段(如地面操作、起飛以及巡航)期間經(jīng)受一定范圍的溫度，導(dǎo)致這些壓縮機(jī)構(gòu)件的熱膨脹或收縮。典型地，壓縮機(jī)級(jí)的構(gòu)件設(shè)計(jì)成以最小壓縮機(jī)間隙操作，以在起飛期間增強(qiáng)推力產(chǎn)生。然而，在巡航狀態(tài)期間，壓縮機(jī)級(jí)的操作溫度高于起飛時(shí)，由于壓縮機(jī)構(gòu)件的熱膨脹而導(dǎo)致較大的壓縮機(jī)間隙。較大的壓縮機(jī)間隙在巡航狀態(tài)下降低燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作效率。在巡航狀態(tài)下壓縮機(jī)間隙減小，而不影響燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)在起飛狀態(tài)下的操作可在巡航狀態(tài)期間提高燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料效率，具有對(duì)在起飛狀態(tài)下的推力產(chǎn)生的最小影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)。壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)包括冷卻空氣源、壓縮機(jī)殼體以及限定穿過(guò)壓縮機(jī)殼體的冷卻空氣流動(dòng)路徑。流動(dòng)路徑包括構(gòu)造成從冷卻空氣源接收冷卻空氣的入口，以及構(gòu)造成排出冷卻空氣的出口，使得流動(dòng)路徑限定壓縮機(jī)內(nèi)的閉環(huán)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和靜止構(gòu)件，該靜止構(gòu)件從旋轉(zhuǎn)構(gòu)件沿徑向向外定位，以限定其間的主流動(dòng)路徑。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)還包括冷卻空氣源和限定穿過(guò)靜止構(gòu)件的冷卻空氣流動(dòng)路徑。冷卻空氣流動(dòng)路徑定位在主流動(dòng)路徑附近，并且構(gòu)造成將來(lái)自冷卻空氣源的冷卻空氣引導(dǎo)穿過(guò)其，以便于冷卻靜止構(gòu)件。
在又一個(gè)實(shí)施例中，提供一種組裝燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。該方法包括使靜止構(gòu)件從旋轉(zhuǎn)構(gòu)件沿徑向向外聯(lián)接，以限定其間的主流動(dòng)路徑。冷卻空氣源與靜止構(gòu)件流動(dòng)連通聯(lián)接。該方法還包括在主流動(dòng)路徑附近使冷卻空氣流動(dòng)路徑形成在靜止構(gòu)件中，以及使冷卻空氣源與冷卻空氣流動(dòng)路徑流動(dòng)連通聯(lián)接，以將冷卻空氣引導(dǎo)穿過(guò)流動(dòng)路徑，以便于冷卻靜止構(gòu)件。冷卻空氣源和冷卻空氣流動(dòng)路徑限定壓縮機(jī)內(nèi)的閉環(huán)。
技術(shù)方案1.一種壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)，其包括：
冷卻空氣源；
壓縮機(jī)殼體，其包繞壓縮機(jī)；以及
冷卻空氣流動(dòng)路徑，其限定穿過(guò)所述壓縮機(jī)殼體，所述流動(dòng)路徑包括構(gòu)造成從所述冷卻空氣源接收冷卻空氣的入口、以及構(gòu)造成排出所述冷卻空氣的出口，使得所述流動(dòng)路徑限定所述壓縮機(jī)內(nèi)的閉環(huán)。
技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮機(jī)殼體包括聯(lián)接于彼此的多個(gè)環(huán)，并且其中所述多個(gè)環(huán)中的各個(gè)環(huán)包括至少部分地限定所述流動(dòng)路徑的腔。
技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)環(huán)中的各個(gè)環(huán)包括與所述腔流動(dòng)連通聯(lián)接的多個(gè)周向間隔的入口，和與所述多個(gè)入口相對(duì)的與所述腔流動(dòng)連通聯(lián)接的多個(gè)周向間隔的出口中的至少一種。
技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)入口中的至少一個(gè)入口與相鄰環(huán)的所述多個(gè)出口中的對(duì)應(yīng)出口流動(dòng)連通聯(lián)接，使得所述多個(gè)入口、所述多個(gè)出口以及所述腔限定所述流動(dòng)路徑。
技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮機(jī)殼體包括后部分和前部分，并且所述流動(dòng)路徑包括流動(dòng)穿過(guò)所述后部分的第一回路以及流動(dòng)穿過(guò)所述前部分的第二回路。
技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一回路和所述第二回路中的各個(gè)回路包括獨(dú)立入口和獨(dú)立出口，它們與所述冷卻空氣源流動(dòng)連通，使得所述第一回路和所述第二回路中的各個(gè)包括所述壓縮機(jī)內(nèi)的閉環(huán)。
技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一回路包括與所述第二回路的入口流動(dòng)連通聯(lián)接的出口。
技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述入口沿軸向定位在所述出口下游，使得冷卻空氣沿與主流動(dòng)路徑的方向相反的第一方向行進(jìn)。
技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流動(dòng)路徑在主流動(dòng)路徑附近形成在所述壓縮機(jī)殼體的徑向內(nèi)部分上。
技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻空氣源包括旁通空氣和風(fēng)扇空氣中的至少一種。
技術(shù)方案11.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括：
旋轉(zhuǎn)構(gòu)件；
靜止構(gòu)件，其從所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件沿徑向向外定位，以限定其間的主流動(dòng)路徑；
冷卻空氣源；以及
冷卻空氣流動(dòng)路徑，其限定穿過(guò)所述靜止構(gòu)件，其中所述冷卻空氣流動(dòng)路徑定位在所述主流動(dòng)路徑附近，所述冷卻空氣流動(dòng)路徑構(gòu)造成將來(lái)自所述冷卻空氣源的冷卻空氣引導(dǎo)穿過(guò)其，以便于冷卻所述靜止構(gòu)件。
技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案11所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述冷卻空氣流動(dòng)路徑包括構(gòu)造成從所述冷卻空氣源接收冷卻空氣的入口，以及構(gòu)造成將所述冷卻空氣排出至所述冷卻空氣源的出口，使得所述冷卻空氣流動(dòng)路徑限定所述靜止構(gòu)件內(nèi)的閉環(huán)。
技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案11所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述靜止構(gòu)件包括聯(lián)接于彼此的多個(gè)環(huán)，并且其中所述多個(gè)環(huán)中的各個(gè)環(huán)包括至少部分地限定所述冷卻空氣流動(dòng)路徑的腔，并且其中所述多個(gè)環(huán)中的各個(gè)環(huán)包括與所述腔流動(dòng)連通聯(lián)接的多個(gè)周向間隔的入口，和與所述多個(gè)入口相對(duì)的與所述腔流動(dòng)連通聯(lián)接的多個(gè)周向間隔的出口中的至少一種。
技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案13所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)入口中的至少一個(gè)入口與相鄰環(huán)的所述多個(gè)出口中的對(duì)應(yīng)出口流動(dòng)連通聯(lián)接，使得所述多個(gè)入口、所述多個(gè)出口以及所述腔限定所述冷卻空氣流動(dòng)路徑。
技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案11所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述靜止構(gòu)件包括后部分和前部分，并且所述流動(dòng)路徑包括流動(dòng)穿過(guò)所述后部分的第一回路和流動(dòng)穿過(guò)所述前部分的第二回路，并且其中所述第一回路和所述第二回路中的各個(gè)回路包括獨(dú)立入口和獨(dú)立出口，它們與所述冷卻空氣源流動(dòng)連通，使得所述第一回路和所述第二回路中的各個(gè)包括所述靜止構(gòu)件內(nèi)的閉環(huán)。
技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案11所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述靜止構(gòu)件包括后部分和前部分，并且所述冷卻空氣流動(dòng)路徑包括流動(dòng)穿過(guò)所述后部分的第一回路和流動(dòng)穿過(guò)所述前部分的第二回路，并且其中所述第一回路包括與所述第二回路的入口流動(dòng)連通聯(lián)接的出口。
技術(shù)方案17.一種組裝燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述方法包括：
使靜止構(gòu)件從旋轉(zhuǎn)構(gòu)件沿徑向向外聯(lián)接，以限定其間的主流動(dòng)路徑；
使冷卻空氣源與所述靜止構(gòu)件流動(dòng)連通聯(lián)接；
在所述主流動(dòng)路徑附近使冷卻空氣流動(dòng)路徑形成在所述靜止構(gòu)件中；以及
使所述冷卻空氣源與所述冷卻空氣流動(dòng)路徑流動(dòng)連通聯(lián)接，以將冷卻空氣引導(dǎo)穿過(guò)所述流動(dòng)路徑，以便于冷卻所述靜止構(gòu)件，其中所述冷卻空氣源和所述冷卻空氣流動(dòng)路徑限定所述靜止構(gòu)件內(nèi)的閉環(huán)。
技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案17所述的方法，其特征在于，形成所述冷卻空氣流動(dòng)路徑包括經(jīng)由添加制造形成所述冷卻空氣流動(dòng)路徑。
技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案17所述的方法，其特征在于，聯(lián)接靜止構(gòu)件包括從所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件沿徑向向外聯(lián)接多個(gè)環(huán)，并且其中形成所述冷卻空氣流動(dòng)路徑包括在各個(gè)環(huán)中形成多個(gè)周向間隔的入口、多個(gè)周向間隔的出口以及其間的腔中的至少一種。
技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，其特征在于，聯(lián)接多個(gè)環(huán)包括聯(lián)接所述多個(gè)環(huán)，使得第一環(huán)中的各個(gè)入口與相鄰第二環(huán)中的對(duì)應(yīng)出口流動(dòng)連通聯(lián)接，其中所述多個(gè)入口、所述多個(gè)出口以及所述腔限定所述冷卻空氣流動(dòng)路徑。
附圖說(shuō)明
當(dāng)參照附圖閱讀下列詳細(xì)描述時(shí)，將更好地理解本公開(kāi)的這些和其它的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在該附圖中，相似的標(biāo)記在所有附圖中表示相似的部件，其中：
圖1為示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；
圖2為可與圖1中示出的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的示例性壓縮機(jī)的截面圖；
圖3為示出示例性壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)的第二回路的、圖2中示出的壓縮機(jī)的前部分的放大視圖；以及
圖4為示出示例性壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)的第一回路的、圖2中示出的壓縮機(jī)的后部分的放大視圖。
盡管各種實(shí)施例的特定特征可在一些附圖中示出而不在其它附圖中示出，但這僅是為了方便。任何附圖的任何特征可與任何其它附圖的任何特征組合被參照和/或要求權(quán)利。
除非另外指出，否則本文中提供的附圖意在示出本公開(kāi)的實(shí)施例的特征。這些特征認(rèn)為是適用于多種系統(tǒng)，其包括本公開(kāi)的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例。就此而言，附圖不意在包括本文中公開(kāi)的實(shí)施例的實(shí)施所需的、本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有常規(guī)特征。
部件列表
10燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件
12風(fēng)扇組件
13芯部燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)
14壓縮機(jī)
16燃燒器
18高壓渦輪
20低壓渦輪
24風(fēng)扇葉片
26轉(zhuǎn)子盤(pán)
28進(jìn)氣側(cè)
30排氣側(cè)
40旁通管
42風(fēng)扇殼體或護(hù)罩
43內(nèi)壁
44分流器
45外壁
48風(fēng)扇空氣
50第一部分
52第二部分
100間隙控制系統(tǒng)
102旋轉(zhuǎn)組件
104靜止組件
106主流動(dòng)路徑
108轉(zhuǎn)子盤(pán)
110轉(zhuǎn)子葉片
112殼體
114前部分
116后部分
118定子導(dǎo)葉
120轉(zhuǎn)子葉片末端
122徑向內(nèi)表面
124間隙
126空氣源
128冷卻流動(dòng)路徑
130第一回路
132入口
134出口
136第二回路
138入口
140出口
142管
144多個(gè)環(huán)
146第一環(huán)
148后凸緣
150第二環(huán)
152前凸緣
154后凸緣
156第三環(huán)
158前凸緣
160緊固件
162第一腔
164第二腔
166第三腔
168流動(dòng)中斷特征
170入口
172出口
174入口
176出口
178多個(gè)環(huán)
180第一環(huán)
182后凸緣
184第二環(huán)
186前凸緣
188后凸緣
190第三環(huán)
192前凸緣
194后凸緣
196第四環(huán)
198前凸緣
200第一腔
202第二腔
204第三腔
206第四腔
208入口
210出口
212入口
214出口
216入口
218出口。
具體實(shí)施方式
在以下說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中，將參照一定數(shù)量的用語(yǔ)，其應(yīng)當(dāng)限定為具有以下意義。
單數(shù)形式"一"、"一個(gè)"和"該"包括復(fù)數(shù)參照，除非上下文另外清楚地指出。
"可選"或"可選地"意思是隨后描述的事件或情形可或可不發(fā)生，并且描述包括其中事件發(fā)生的情況，以及其中其不發(fā)生的情況。
如本文中遍及說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求使用的近似語(yǔ)言可應(yīng)用于修飾可在不導(dǎo)致其涉及的基本功能的變化的情況下可容許地改變的任何數(shù)量表達(dá)。因此，由用語(yǔ)或多個(gè)用語(yǔ)如"大約"、"近似"和"大致"修飾的值不限于指定的精確值。在至少一些情況中，近似語(yǔ)言可對(duì)應(yīng)于用于測(cè)量值的器具的精度。此處和遍及說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求，范圍限制可組合和/或互換，此類范圍被識(shí)別并且包括包含在其中的所有子范圍，除非上下文或語(yǔ)言另外指出。
以下詳細(xì)描述經(jīng)由實(shí)例而非經(jīng)由限制示出本公開(kāi)的實(shí)施例。設(shè)想的是，本公開(kāi)大體上應(yīng)用于用于冷卻本體的靜止部件的方法和系統(tǒng)，該本體包括靜止部件以及在形成在靜止部件內(nèi)的管內(nèi)繞著旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)部件。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，本體為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，靜止部件為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的壓縮機(jī)殼體，并且旋轉(zhuǎn)部件為在形成在壓縮機(jī)殼體內(nèi)的管內(nèi)繞著旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組件。盡管燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)間隙控制系統(tǒng)和冷卻本體的靜止部件的方法的各種實(shí)施例按照該示例性實(shí)施例來(lái)描述，但將理解的是，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)間隙控制系統(tǒng)和方法適合于冷卻任何本體的靜止部件，如在不限制的情況下在本文中限定的。
本文中描述的壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)的實(shí)施例指引冷卻空氣穿過(guò)形成在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的至少一個(gè)壓縮機(jī)殼體內(nèi)的空氣通路。壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)包括冷卻空氣源、壓縮機(jī)殼體以及限定穿過(guò)壓縮機(jī)殼體的冷卻空氣流動(dòng)路徑。流動(dòng)路徑包括構(gòu)造成從冷卻空氣源接收冷卻空氣的入口，以及構(gòu)造成將冷卻空氣排出至冷卻空氣源或壓縮機(jī)中的另一位置的出口，使得流動(dòng)路徑限定壓縮機(jī)內(nèi)的閉環(huán)。
本文中描述的壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)提供優(yōu)于冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)的構(gòu)件的已知方法的優(yōu)點(diǎn)。更具體而言，壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)防止或減少壓縮機(jī)殼體的熱膨脹，以保持壓縮機(jī)殼體與轉(zhuǎn)子葉片末端之間的最小間隙。在操作中，在空氣沿著主流動(dòng)路徑行進(jìn)穿過(guò)壓縮機(jī)并且增大壓力時(shí)，其還升高溫度。熱能的至少一部分傳遞至壓縮機(jī)殼體，這可引起殼體遭受熱膨脹。如果不采取行動(dòng)，則殼體的熱膨脹導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片末端與殼體的徑向內(nèi)表面之間的間隙大小的增大，這降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。本文中描述的壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)沿著限定在殼體的徑向內(nèi)部分中的流動(dòng)路徑引導(dǎo)冷卻空氣流，以便于冷卻殼體并且最小化或防止熱膨脹，這提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。
圖1為具有縱向軸線11的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件10的示意圖。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件10包括風(fēng)扇組件12和芯部燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)13。芯部燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)13包括高壓壓縮機(jī)14、燃燒器16以及高壓渦輪18。在示例性實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件10還可包括低壓渦輪20。風(fēng)扇組件12包括從轉(zhuǎn)子盤(pán)26沿徑向向外延伸的風(fēng)扇葉片24的排列。發(fā)動(dòng)機(jī)10具有進(jìn)氣側(cè)28和排氣側(cè)30。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件10還包括多個(gè)軸承組件(圖1中未示出)，其用于向例如風(fēng)扇組件12、壓縮機(jī)14、高壓渦輪18以及低壓渦輪20提供旋轉(zhuǎn)和軸向支承。
在操作中，入口空氣流48流動(dòng)穿過(guò)風(fēng)扇組件12，并且由空氣流分流器44分成第一部分50和第二部分52。空氣流的第一部分50引導(dǎo)穿過(guò)壓縮機(jī)14，其中空氣流進(jìn)一步壓縮并且輸送至燃燒器16。來(lái)自燃燒器16的熱燃燒產(chǎn)物(圖1中未示出)用于驅(qū)動(dòng)渦輪18和20，并且因此產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)推力。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)組件10還包括旁通管40，其用于使從風(fēng)扇組件12排放的空氣流的第二部分52圍繞芯部燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)13繞過(guò)。更具體而言，旁通管40在風(fēng)扇殼體或護(hù)罩42的內(nèi)壁43與分流器44的外壁45之間延伸。
圖2為可與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10一起使用的壓縮機(jī)14和示例性壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)100的截面圖。在圖2中示出的示例性實(shí)施例中，壓縮機(jī)14為高壓壓縮機(jī)。壓縮機(jī)14包括旋轉(zhuǎn)組件102和靜止組件104，它們聯(lián)接在一起以限定穿過(guò)壓縮機(jī)14的主流動(dòng)路徑106。具體而言，旋轉(zhuǎn)組件102包括均包括聯(lián)接于其的轉(zhuǎn)子葉片110的多個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)108。靜止組件104包括具有前部分114和后部分116的壓縮機(jī)殼體112。靜止組件104還包括聯(lián)接于殼體112的多個(gè)定子導(dǎo)葉118。壓縮機(jī)14包括多個(gè)級(jí)，并且各個(gè)級(jí)包括一排轉(zhuǎn)子葉片110和一排定子導(dǎo)葉118。在該布置中，主流動(dòng)路徑106包括多個(gè)相互交叉的定子導(dǎo)葉118和轉(zhuǎn)子葉片110。在示例性實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子葉片110均包括末端部分120，其定位在殼體112的徑向內(nèi)表面122附近，使得間隙124限定在其間。如本文中描述的，間隙控制系統(tǒng)100便于最小化間隙124的大小，以提高燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的操作效率。
在示例性實(shí)施例中，壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)100包括冷卻空氣源126，冷卻空氣流從冷卻空氣源126抽取并且沿著限定穿過(guò)壓縮機(jī)殼體112的流動(dòng)路徑128引導(dǎo)。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻空氣源126為來(lái)自旁通管40的旁通空氣52。在另一個(gè)實(shí)施例中，冷卻空氣源126為來(lái)自風(fēng)扇組件12的風(fēng)扇空氣48。大體上，冷卻空氣源為來(lái)自芯部13外側(cè)的任何空氣源，其將低溫、低壓空氣提供至間隙控制系統(tǒng)100。此類空氣在間隙控制系統(tǒng)100中的使用最小化將空氣的一部分從其它發(fā)動(dòng)機(jī)10系統(tǒng)除去的影響，并且因此最小化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)10性能的影響。
在示例性實(shí)施例中，流動(dòng)路徑128包括將冷卻空氣引導(dǎo)穿過(guò)殼體112的后部分116的第一回路130。第一回路130包括與空氣源126流動(dòng)連通聯(lián)接的入口132，其從源126接收冷卻空氣并且將冷卻空氣引導(dǎo)穿過(guò)后部分116。第一回路130還包括與空氣源126流動(dòng)連通聯(lián)接的出口134，其將冷卻空氣流從后部分116內(nèi)排出回至冷卻空氣源126。就此而言，流動(dòng)路徑128的第一回路130限定壓縮機(jī)14內(nèi)的閉環(huán)系統(tǒng)。在示例性實(shí)施例中，入口132相對(duì)于主流動(dòng)路徑106的方向定位在出口134下游，使得間隙控制系統(tǒng)100沿與主流動(dòng)路徑106的方向相反的方向沿著冷卻流動(dòng)路徑128引導(dǎo)冷卻空氣。此類構(gòu)造便于將冷卻空氣首先引導(dǎo)穿過(guò)后部分116的后級(jí)，因?yàn)槟切樽顭岬?，并且冷卻空氣將在其流動(dòng)穿過(guò)殼體112時(shí)升高溫度。作為備選，入口132定位在出口134上游，使得間隙控制系統(tǒng)100沿與主流動(dòng)路徑106相同的下游方向沿著冷卻流動(dòng)路徑128引導(dǎo)冷卻空氣。
類似地，在示例性實(shí)施例中，流動(dòng)路徑128包括將冷卻空氣引導(dǎo)穿過(guò)殼體112的前部分114的第二回路136。第二回路136包括與空氣源126流動(dòng)連通聯(lián)接的入口138，其從源126接收冷卻空氣并且將冷卻空氣引導(dǎo)穿過(guò)前部分114。第二回路136還包括與空氣源126流動(dòng)連通聯(lián)接的出口140，其將冷卻空氣流從前部分114內(nèi)排出回至冷卻空氣源126。就此而言，流動(dòng)路徑128的第二回路136也限定壓縮機(jī)14內(nèi)的閉環(huán)系統(tǒng)。在示例性實(shí)施例中，入口138相對(duì)于主流動(dòng)路徑106的方向定位在出口140下游，使得間隙控制系統(tǒng)100沿與主流動(dòng)路徑106的方向相反的方向沿著冷卻流動(dòng)路徑128引導(dǎo)冷卻空氣。此類構(gòu)造便于將冷卻空氣首先引導(dǎo)穿過(guò)前部分114的后級(jí)，因?yàn)槟切樽顭岬?，并且冷卻空氣將在其流動(dòng)穿過(guò)殼體112時(shí)升高溫度。作為備選，入口138定位在出口140上游，使得間隙控制系統(tǒng)100沿與主流動(dòng)路徑106相同的下游方向沿著冷卻流動(dòng)路徑128引導(dǎo)冷卻空氣。
如以上描述的，第一回路130和第二回路136中的各個(gè)包括它們自身的獨(dú)立入口132,138和出口134,140，使得回路130和136為獨(dú)立閉環(huán)回路。在另一個(gè)實(shí)施例中，間隙控制系統(tǒng)100包括管142(以虛線示出)，其將第一回路130的出口134與第二回路136的入口138聯(lián)接，使得回路130和136形成單個(gè)連續(xù)閉環(huán)流動(dòng)路徑128。
圖3為示出壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)100的冷卻空氣流動(dòng)路徑第二回路136的壓縮機(jī)殼體112的前部分114的放大視圖。在示例性實(shí)施例中，前部分114包括聯(lián)接于彼此的多個(gè)環(huán)144。更具體而言，前部分114包括包含后凸緣148的第一環(huán)146、包含前凸緣152和后凸緣154的第二環(huán)150，以及包含前凸緣158的第三環(huán)156。在示例性實(shí)施例中，第一環(huán)146的后凸緣148經(jīng)由將緊固件160插入穿過(guò)限定在后凸緣148和前凸緣152中的對(duì)準(zhǔn)的開(kāi)口(未示出)來(lái)聯(lián)接于相鄰第二環(huán)150的前凸緣152。類似地，第二環(huán)150的后凸緣154經(jīng)由將緊固件160插入穿過(guò)限定在后凸緣154和前凸緣158中的對(duì)準(zhǔn)的開(kāi)口(未示出)來(lái)聯(lián)接于相鄰第三環(huán)156的前凸緣158。盡管圖3將前部分114示為包括三個(gè)環(huán)144，但前部分114包括任何數(shù)量的環(huán)144，其便于間隙控制系統(tǒng)100的操作，如本文中描述的。
在示例性實(shí)施例中，第一環(huán)146包括第一腔162，第二環(huán)150包括第二腔164，并且第三環(huán)156包括第三腔166。腔162,164和166在殼體112的徑向內(nèi)表面122附近限定在相應(yīng)的環(huán)146,150和156中，并且組合成形成穿過(guò)殼體112的流動(dòng)路徑128的一部分。各個(gè)腔162,164和166包括至少一個(gè)流動(dòng)中斷特征168，其在腔162,164和166內(nèi)形成曲折路徑，使得冷卻空氣在各個(gè)腔162,164和166內(nèi)沿著流動(dòng)路徑128流動(dòng)達(dá)預(yù)定量的時(shí)間，以優(yōu)化前部分114的各個(gè)環(huán)146,150和156的冷卻。
在示例性實(shí)施例中，第一環(huán)146包括第一多個(gè)周向間隔的入口170，第二環(huán)150包括第一多個(gè)周向間隔的出口172和第二多個(gè)周向間隔的入口174，并且第三環(huán)156包括第二多個(gè)周向間隔的出口176。入口170與第一環(huán)146的腔162流動(dòng)連通聯(lián)接。類似地，出口176與第三環(huán)156的腔166流動(dòng)連通聯(lián)接。入口174和出口172與第二環(huán)150的腔164流動(dòng)連通聯(lián)接并且定位成與其相對(duì)。在示例性實(shí)施例中，各個(gè)入口170還與對(duì)應(yīng)的出口172流動(dòng)連通聯(lián)接，使得第二環(huán)150的腔164內(nèi)的冷卻空氣引導(dǎo)至第一環(huán)146的腔162。類似地，各個(gè)入口174還與對(duì)應(yīng)的出口176流動(dòng)連通聯(lián)接，使得第三環(huán)156的腔166內(nèi)的冷卻空氣引導(dǎo)至第二環(huán)150的腔164。就此而言，冷卻空氣從源126引導(dǎo)到入口138中，并且接著在經(jīng)由出口140排出回至源126之前沿著流動(dòng)路徑128的第二回路136串聯(lián)穿過(guò)腔166、出口176、入口174、腔164、出口172、入口170以及腔162中的各個(gè)。
在示例性實(shí)施例中，前部分114的環(huán)144經(jīng)由也稱為3d打印的添加制造來(lái)制造。更具體而言，添加制造使得腔162,164和166連同入口170和174以及出口172和176能夠形成在殼體112內(nèi)。作為備選，環(huán)144由任何制造方法制造，如但不限于鑄造、機(jī)加工以及edm。
圖4為示出壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)100的冷卻空氣流動(dòng)路徑第一回路130的壓縮機(jī)殼體112的后部分116的放大視圖。在示例性實(shí)施例中，后部分116包括聯(lián)接于彼此的多個(gè)環(huán)178。更具體而言，后部分116包括包含后凸緣182的第一環(huán)180、包含前凸緣186和后凸緣188的第二環(huán)184、包含前凸緣192和后凸緣194的第三環(huán)190，以及包含前凸緣198的第四環(huán)196。在示例性實(shí)施例中，第一環(huán)180的后凸緣182經(jīng)由將緊固件160插入穿過(guò)限定在后凸緣182和前凸緣186中的對(duì)準(zhǔn)的開(kāi)口(未示出)來(lái)聯(lián)接于相鄰第二環(huán)184的前凸緣186。類似地，第二環(huán)184的后凸緣188經(jīng)由將緊固件160插入穿過(guò)限定在后凸緣188和前凸緣192中的對(duì)準(zhǔn)的開(kāi)口(未示出)來(lái)聯(lián)接于相鄰第三環(huán)190的前凸緣192。仍然類似地，第三環(huán)190的后凸緣194經(jīng)由將緊固件160插入穿過(guò)限定在后凸緣194和前凸緣198中的對(duì)準(zhǔn)的開(kāi)口(未示出)來(lái)聯(lián)接于相鄰第四環(huán)196的前凸緣198。盡管圖4將后部分116示為包括四個(gè)環(huán)178，但后部分116包括任何數(shù)量的環(huán)178，其便于間隙控制系統(tǒng)100的操作，如本文中描述的。
在示例性實(shí)施例中，第一環(huán)180包括第一腔200，第二環(huán)184包括第二腔202，第三環(huán)190包括第三腔204，并且第四環(huán)196包括第四腔206。腔200,202,204和206在殼體112的徑向內(nèi)表面122附近限定在相應(yīng)的環(huán)180,184,190和196中，并且組合成形成穿過(guò)殼體112的流動(dòng)路徑128的一部分。各個(gè)腔200,202,204和206包括至少一個(gè)流動(dòng)中斷特征168，其在腔200,202,204和206內(nèi)形成曲折路徑，使得冷卻空氣在各個(gè)腔200,202,204和206內(nèi)沿著流動(dòng)路徑128流動(dòng)達(dá)預(yù)定量的時(shí)間，以優(yōu)化后部分116的各個(gè)環(huán)180,184,190和196的冷卻。
在示例性實(shí)施例中，第一環(huán)180包括第一多個(gè)周向間隔的入口208；第二環(huán)184包括第一多個(gè)周向間隔的出口210和第二多個(gè)周向間隔的入口212。類似地，第三環(huán)190包括第二多個(gè)周向間隔的出口214和第三多個(gè)周向間隔的入口216，同時(shí)第四環(huán)196包括第三多個(gè)周向間隔的出口218。入口208與第一環(huán)180的腔200流動(dòng)連通聯(lián)接，并且出口218與第四環(huán)196的腔206流動(dòng)連通聯(lián)接。入口212和出口210與第二環(huán)184的腔202流動(dòng)連通聯(lián)接并且定位成與其相對(duì)，并且入口216和出口214與第三環(huán)190的腔204流動(dòng)連通聯(lián)接并且定位成與其相對(duì)。在示例性實(shí)施例中，各個(gè)入口208還與對(duì)應(yīng)的出口210流動(dòng)連通聯(lián)接，使得第二環(huán)184的腔202內(nèi)的冷卻空氣引導(dǎo)至第一環(huán)180的腔200。類似地，各個(gè)入口212還與第三環(huán)190的對(duì)應(yīng)出口214流動(dòng)連通聯(lián)接，使得第三環(huán)190的腔204內(nèi)的冷卻空氣引導(dǎo)至第二環(huán)184的腔202。此外，各個(gè)入口216還與第四環(huán)196的對(duì)應(yīng)出口218流動(dòng)連通聯(lián)接，使得第四環(huán)196的腔206內(nèi)的冷卻空氣引導(dǎo)至第三環(huán)190的腔204。就此而言，冷卻空氣從源126引導(dǎo)到入口132中，并且接著在經(jīng)由出口134排出回至源126之前沿著流動(dòng)路徑128的第一回路130串聯(lián)穿過(guò)腔206、出口218、入口216、腔204、出口214、入口212、腔202、出口210、入口208以及腔200中的各個(gè)。
在示例性實(shí)施例中，后部分116的環(huán)178也經(jīng)由也稱為3d打印的添加制造來(lái)制造。更具體而言，添加制造使得腔200,202,204和206連同入口208,212和216以及出口210,214和218能夠形成在殼體112內(nèi)。
在操作中，間隙124限定在轉(zhuǎn)子葉片末端120與壓縮機(jī)殼體112的徑向內(nèi)表面122之間。如本文中描述的，間隙124的大小最小化成提高發(fā)動(dòng)機(jī)10的效率。在空氣沿著主流動(dòng)路徑106行進(jìn)并且增大壓力時(shí)，其還升高溫度。熱能的至少一部分傳遞至壓縮機(jī)殼體112，這可引起殼體112遭受熱膨脹。如果不采取行動(dòng)，則殼體112的熱膨脹導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片末端120與徑向內(nèi)表面122之間的間隙124的大小增大，這降低發(fā)動(dòng)機(jī)10的效率。
在示例性實(shí)施例中，間隙控制系統(tǒng)100沿著限定在殼體112的徑向內(nèi)部分中的流動(dòng)路徑128引導(dǎo)冷卻空氣流，以便于冷卻殼體112并且最小化或防止熱膨脹，這提高發(fā)動(dòng)機(jī)10的效率。冷卻空氣從低溫、低壓空氣的源126收獲，引導(dǎo)穿過(guò)殼體112，并且接著排出回至源126以限定壓縮機(jī)14內(nèi)的閉環(huán)系統(tǒng)。此類空氣而不是較高壓力放出空氣的使用例如對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)10的效率具有減小的影響。
本文中描述的示例性系統(tǒng)和方法克服已知的壓縮機(jī)殼體的至少一些缺點(diǎn)。此外，本文中描述的系統(tǒng)和方法包括限定在壓縮機(jī)殼體的徑向內(nèi)部分中的冷卻空氣流動(dòng)路徑。更具體而言，流動(dòng)路徑將低溫、低壓空氣引導(dǎo)穿過(guò)壓縮機(jī)殼體，以冷卻在主流動(dòng)路徑內(nèi)的相對(duì)高溫空氣流附近的殼體的部分。就此而言，減少或防止壓縮機(jī)殼體的熱膨脹，并且限定在轉(zhuǎn)子葉片末端與殼體的徑向內(nèi)表面之間的間隙的大小控制至最小。
以上描述的壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)的技術(shù)效果為間隙的最小化，其導(dǎo)致總體發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高。此外，間隙控制系統(tǒng)將來(lái)自風(fēng)扇組件和/或旁通管的低溫、低壓空氣用于引導(dǎo)穿過(guò)殼體。由于系統(tǒng)閉合，故進(jìn)出冷卻回路的泄漏最小化。這實(shí)現(xiàn)低溫、低壓冷卻空氣的使用。通過(guò)不使用來(lái)自主流動(dòng)路徑的放出空氣，比較多的空氣引導(dǎo)穿過(guò)主流動(dòng)路徑，并且發(fā)動(dòng)機(jī)的效率提高。
壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)的示例性實(shí)施例在上面詳細(xì)地描述。壓縮機(jī)間隙控制系統(tǒng)，和操作此類系統(tǒng)和裝置的方法不限于本文中描述的特定實(shí)施例，而是相反地，系統(tǒng)的構(gòu)件和/或方法的步驟可與本文中描述的其它構(gòu)件和/或步驟獨(dú)立且分開(kāi)地利用。例如，方法還可與要求冷卻系統(tǒng)的其它系統(tǒng)組合使用，并且不限于僅利用如本文中描述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和方法來(lái)實(shí)踐。
盡管本發(fā)明的各種實(shí)施例的特定特征可在一些附圖中示出并且在其它附圖中未示出，但這僅是為了方便。根據(jù)本發(fā)明的原理，附圖的任何特征可與任何其它附圖的任何特征組合來(lái)參照和/或要求權(quán)利。
該書(shū)面的描述使用實(shí)例以公開(kāi)本發(fā)明(包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例具有不與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實(shí)例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。