[发明专利]基于抽吸装置的主动间隙控制系统

说明书

技术领域

本发明大体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于主动控制在这样的发动机的涡轮区段中的转子和护罩之间的径向间隙的装置和方法。

背景技术

典型的燃气涡轮发动机包括涡轮机械核心，其以连续的流动关系具有高压压缩机、燃烧器以及高压涡轮。可以以已知的方式操作核心以生成主气流。高压涡轮或(“HPT”)包括从主气流提取能量的一个或更多个转子。每个转子包括由旋转盘运载的叶片或动叶片的环形阵列。穿过转子的流路部分地由护罩限定，该护罩是由涡轮壳体运载的固定式结构，并约束叶片或动叶片的尖端。这些构件在极度高温的环境下运转。

叶片尖端间隙是整体发动机性能的关键构件，尤其是HPT中的尖端间隙。因为燃气涡轮发动机在很宽的运转条件范围内运转，所以通常不可能设置不变的叶片尖端间隙以便在所有发动机运转条件下避免叶片尖端与周围的结构之间的“摩擦”的同时还维持最佳效率。因此得知通过选择性地加热和/或冷却涡轮壳体来主动地控制叶片尖端间隙。

然而，这样的系统典型地取决于将加热或冷却空气递送至涡轮壳体的复杂的且昂贵的歧管结构的使用，并且还要求复杂的装阀和配管以控制高压放气到歧管的抽气和递送。

因此，需要以最小的重量和费用在燃气涡轮发动机中提供主动间隙控制的机构。

发明内容

通过本发明来解决该需要，本发明提供使用位于主动间隙控制歧管的下游的阀来控制流量的基于抽吸装置的主动间隙控制系统。

根据本发明的一方面，一种用于燃气涡轮发动机的间隙控制装置，包括：环形涡轮壳体，其具有相对的内和外表面；环形歧管，其环绕涡轮壳体的一部分，歧管包括：入口，其与歧管和涡轮壳体的外表面流体连通；以及出口；以及旁通管，其具有联接至出口的上游端、联接至低压槽的下游端、以及布置于上游与下游端之间的阀，阀在阻止上游与下游端之间的流动的第一位置与许可上游与下游端之间的流动的第二位置之间可选择地移动。

根据本发明的另一方面，歧管包括多个出口，以及多个旁通管布置于歧管周围，各个旁通管具有：上游端，其联接出口中的一个；下游端，其联接至低压槽；以及阀，其布置于上游与下游端之间，阀在阻止上游与下游端之间的流动的第一位置与许可上游与下游端之间的流动的第二位置之间可选择地移动。

根据本发明的另一方面，致动器联接至阀。

根据本发明的一方面，一种用于具有中心轴线的燃气涡轮发动机的间隙控制装置，包括：环形涡轮壳体，其具有从其径向地向外突出的前和后环形环，其中环中的至少一个包括穿过其的入口；环形盖，其具有形成于其中的口，盖约束涡轮壳体，盖的内表面接触环的径向外面，使得涡轮壳体、环、以及盖共同地限定歧管；以及旁通管，其具有联接至出口的上游端、联接至低压槽的下游端，以及布置于上游与下游端之间的阀，阀在阻止上游与下游端之间的流动的第一位置与许可上游与下游端之间的流动的第二位置之间可选择地移动。

根据本发明的另一方面，盖包括：后区段，其环绕环，后区段包括出口；以及前区段，其包括轴向地延伸且间隔开的指状物的环形阵列。

根据本发明的另一方面，各个指状物具有布置于其远端处的凸缘；涡轮壳体包括轴向地布置于前环的前部的径向地延伸的前安装凸缘；以及指状物的凸缘通过机械接头连接至涡轮壳体的前安装凸缘。

根据本发明的另一方面，前和后环中的每一个包括与歧管连通的形成于环中的孔的环形阵列。

根据本发明的另一方面，环中的孔以相对于中心轴线非垂直且非平行的角度布置。

根据本发明的另一方面，护罩布置于涡轮壳体内并环绕可围绕中心轴线旋转的一排涡轮叶片。

根据本发明的另一方面，一种控制具有如下部件的类型的燃气涡轮发动机中的涡轮间隙的方法：环形涡轮壳体，其环绕涡轮转子，涡轮壳体具有在发动机运转中暴露于相对地较冷的旁通空气的恒流的外表面和在发动机运转中暴露于相对地更热的空气的相对的内表面；以及环形歧管，其环绕涡轮壳体的外表面的一部分并包括与外表面连通的入口。方法包括：联接与歧管流体连通的旁通管的上游端；联接与低压槽流体连通的旁通管的下游端；以及使用布置于上游与下游端之间的阀，在发动机运转期间定位阀以便在期望冷却涡轮壳体时许可期望的量的旁通空气流动穿过歧管。

根据本发明的另一方面，在第一发动机运转状态期间，将阀定位于第一位置使得旁通空气不能流动穿过歧管；以及在第二发动机运转状态期间，将阀定位于第二位置以便许可旁通空气流动穿过歧管，并由此冷却涡轮壳体。