[发明专利]具有高速低压涡轮部段的燃气涡轮发动机

说明书

一种燃气涡轮发动机包括非常高速的低压涡轮，使得由低压涡轮的出口面积乘以低压涡轮旋转速度的平方限定出的量比用于高压涡轮的相同参数为大约0.5～大约1.5之间的比值。

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年2月29日提交的美国临时申请No. 61/604,653的优先权，并且是2012年1月31日提交的且题为“GAS TURBINE ENGINE WITH HIGH SPEED LOW PRESSURETURBINE SECTION”的美国专利申请No.13/363,154的部分继续申请。

技术领域

本申请涉及燃气涡轮发动机，其中比起现有技术的发动机，低压涡轮部段相对于高压涡轮部段的速度和离心拉应力以更高的速度和离心拉应力旋转。

背景技术

燃气涡轮发动机是公知的，并且通常包括风扇，其输送空气到低压压缩器部段中。空气在低压压缩器部段中被压缩，并被传送到高压压缩器部段中。从高压压缩器部段，空气被引入燃烧部段中，在这里它与燃料混合并被点燃。该燃烧的产物向下游传送经过高压涡轮部段，然后经过低压涡轮部段。

传统上，在许多现有技术的发动机上，低压涡轮部段是直接驱动低压压缩器部段和风扇两者。由于燃料消耗随风扇直径相对于核心直径增大而改善，所以行业中的趋势是增大风扇直径。然而，随着风扇直径增大，高风扇叶片叶尖速度可能导致效率因可压缩性影响而降低。相应地，风扇速度，从而低压压缩器部段和低压涡轮部段(两者在历史上都是经由低压转轴联接至风扇)的速度，是设计约束。最近，在低压转轴(低压压缩器部段和低压涡轮部段)与风扇之间提出了齿轮减速器，以便允许风扇以不同的更理想的速度旋转。

发明内容

在一特定实施例中，一种燃气涡轮发动机具有风扇和与风扇处于流体连通的压缩器部段。所述压缩器部段包括第一压缩器部段和第二压缩器部段。燃烧部段与所述压缩器部段处于流体连通。涡轮部段与所述燃烧部段处于流体连通。所述涡轮部段包括第一涡轮部段和第二涡轮部段。所述第一涡轮部段和所述第一压缩器部段沿第一方向旋转。所述第二涡轮部段和所述第二压缩器部段沿相反的第二方向旋转。所述第一涡轮部段在第一出口点处具有第一出口面积，并以第一速度旋转。所述第二涡轮部段在第二出口点处具有第二出口面积，并以第二速度旋转，所述第二速度高于所述第一速度。第一性能量被定义为第一平方速度与第一面积的乘积。第二性能量被定义为第二平方速度与第二面积的乘积。所述第一性能量与所述第二性能量的比值在大约0.5～大约1.5之间。在所述风扇与被所述第一涡轮部段驱动的低转轴之间包括齿轮减速器，使得所述风扇以低于所述第一涡轮部段的速度旋转。

在根据前一实施例的另一实施例中，所述比值高于或等于大约0.8。

在根据前一实施例的另一实施例中，所述比值高于或等于大约1.0。

在根据前一实施例的另一实施例中，所述齿轮减速器使所述风扇沿所述相反的第二方向旋转。

在根据前一实施例的另一实施例中，所述齿轮减速器使所述风扇沿所述第一方向旋转。

在根据前一实施例的另一实施例中，所述齿轮减速器是行星齿轮减速器。

在根据前一实施例的另一实施例中，齿轮减速比大于大约2.3。

在根据前一实施例的另一实施例中，齿轮比大于大约2.5。

在根据前一实施例的另一实施例中，所述风扇输送一部分空气到涵道管道中，并且涵道比被定义为输送到所述涵道管道中的那部分空气除以输送到所述第一压缩器部段中的空气量，且所述涵道比大于大约6.0。

在根据前一实施例的另一实施例中，涵道比大于大约10.0。

在根据前一实施例的另一实施例中，所述风扇具有26个或更少的叶片。