[发明专利]用于涡轮机械的高压气旋分离器

说明书

本公开一般涉及从燃气涡轮发动机中的气流分离固体颗粒。分离器(700)包括围绕燃气涡轮发动机的纵向轴线布置的多个涡流室，每个涡流室具有在第一端的清洁空气出口、在第二端的脏出口、和横向于涡流室定位在第一端的空气入口。分离器还包括可密封的收集室，其与多个涡流室中的每一个的脏出口流体连通。

技术领域

本公开一般涉及燃气涡轮发动机中的碎屑分离。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，进口空气被压缩机压缩。燃料被添加到压缩空气中并在燃烧器中点燃。膨胀的热空气通过涡轮并从喷嘴中出来，从而提供推力。涡轮将膨胀的热空气的能量中的一些转换成旋转能量，以便为压缩机提供动力。

当进口空气含有诸如沙子和灰尘的颗粒时，燃气涡轮发动机的各种部件可能被损坏和/或劣化。例如，沙子可能会对压缩机叶片造成磨损。作为另一个示例，灰尘可能堵塞冷却孔和/或降低涡轮中的冷却有效性，导致更高的涡轮温度。对发动机部件的损坏降低了发动机的效率和寿命。

用于燃气涡轮发动机的碎屑清除系统通常试图使用单个分离器从进口空气中清除所有类型的碎屑。虽然单个分离器可以减少进入燃气涡轮发动机的部件的碎屑的总量，但是单个分离器可能无法有效地清除不同类型的碎屑。例如，如果单个分离器被优化用于清除大颗粒，则小颗粒可以通过压缩机到达燃烧器和涡轮。另一方面，如果单个分离器被优化用于清除较小的颗粒，则大颗粒可能通过压缩机，从而损坏压缩机。此外，压缩机可以将较大的颗粒粉碎成较小的颗粒，这些颗粒也可能损坏涡轮。

鉴于上述情况，可以理解的是，存在与燃气涡轮发动机中的与碎屑分离相关的问题、不足或缺点，并且将可取的是如果设计用于从燃气涡轮发动机中的气流中分离碎屑的改进系统和方法。

发明内容

以下呈现了本发明的一个或多个方面的简要概述，以便提供对这些方面的基本理解。该概述不是对所有预期方面的广泛概述，并且既不旨在标识所有方面的关键或重要元素，也不旨在描绘任何或所有方面的范围。其目的是以简化形式呈现一个或多个方面的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。

在一方面，本公开提供了一种用于从燃气涡轮发动机中的气流分离固体颗粒的分离器。分离器包括围绕燃气涡轮发动机的纵向轴线布置的多个涡流室，每个涡流室具有在第一端的清洁空气出口、在第二端的脏出口、和横向于涡流室定位在第一端的空气入口。分离器还包括可密封的收集室，其与多个涡流室中的每一个涡流室的脏出口流体连通。

在另一方面，本公开提供了一种用于从燃气涡轮发动机中的气流分离夹带固体颗粒的另一分离器。该分离器包括围绕燃气涡轮发动机的纵向轴线布置的多个涡流室。该分离器还包括可密封的收集室，其与多个涡流室中的每一个涡流室的脏出口连通。所述多个涡流室将至少百分之70的夹带固体颗粒从气流分离到可密封的收集室中。

在另一方面，本公开提供了一种用于从燃气涡轮发动机中的压缩气流分离夹带固体颗粒的方法。该方法包括经由围绕压缩机叶轮的叶轮护罩中的多个开口从压缩气流中提取二次气流。该方法还包括使用多个涡流室将夹带固体颗粒从二次气流分离。该方法还包括在燃气涡轮发动机的操作期间从密封的收集室中的涡流室中的每个涡流室的脏出口收集固体颗粒。

通过阅读下面的详细描述，将更全面地理解本发明的这些和其他方面。

附图说明

图1是示出传统燃气涡轮发动机的各方面的侧剖视图的示意图。

图2是示出碎屑颗粒尺寸的示例分类的图。

图3是示例性多级颗粒分离器的侧剖视图。

图4是显示图3的示例性多级颗粒分离器内的流动路径的侧剖视图。

图5是气旋分离器的透视图。

图6是图5中的气旋分离器的轴向剖视图。

图7是图5中的气旋分离器的横向剖视图。