用于齿轮传动涡轮风扇发动机的低噪音涡轮机制造技术

燃气涡轮发动机被与齿轮减速装置组合地使用以相对于低压涡轮机速度减少风扇的速度。燃气涡轮发动机被设计为使得在低压涡轮机内的叶片计数乘以低压涡轮机的速度将产生高于人类听觉的敏感范围的操作噪音。还公开了方法和涡轮机模块。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于齿轮传动涡轮风扇发动机的低噪音涡轮机 相关申请的交叉引用 本申请要求2012年1月31日提交的美国临时申请61/592643的优先权。
技术介绍
本申请涉及涡轮机的设计，该涡轮机可被操作以产生对人类听觉更不敏感的噪 音。 燃气涡轮发动机是已知的，并且通常包括将空气传递到压缩机内的风扇。空气在 压缩机内被压缩并且被向下游传递到燃烧器部分内，在那里器与燃料混合并被点燃。这种 燃烧的产物向下游穿过涡轮机转子，从而驱动涡轮机转子旋转。 通常，存在高压涡轮机转子，和低压涡轮机转子。涡轮机转子中的每一个都包括数 排的涡轮机叶片，这些叶片与转子一起旋转。散布在所述多排涡轮机叶片之间的是定子叶 片。 低压涡轮机可能是主要的噪音来源，因为噪音是由在叶片排和定子叶片排之间的 流体动力学相互作用产生的。这些相互作用产生了每个低压涡轮机级的叶片通道频率下的 声调，以及它们的和声。 该噪音可能经常处于对人类非常敏感的频率范围内。为了减轻这种问题，过去，已 经将定子叶片-叶片比控制为高于某个数值。作为示例，定子叶片-叶片比可被选择为1. 5 或更大，以防止基本叶片通道声调传播到远场。这被称为截止。 但是，声学上的截止设计可能的代价是重量增加和空气动力学效率降低。换句话 说，通过限制设计者到特定的定子叶片-叶片比，设计者可被限制以不能基于目标发动机 的其它特点来选择这个比。 历史上，低压涡轮机已经驱动低压压缩机部分和风扇部分。最近，齿轮减速已经被 提供以使得风扇和低压压缩机可以不同的速度被驱动。
技术实现思路
在重点的实施例中，燃气涡轮发动机具有风扇、包括低压压缩机和高压 压缩机的压缩机部分、燃烧器部分、高压涡轮机和低压涡轮机。低压涡轮机驱动 低压压缩机和风扇。利用齿轮减速来使风扇的速度从低压涡轮机的输入速度减 少。低压涡轮机具有排列在涡轮机的多个排中的每一排中的数个涡轮机叶片。低 压涡轮机叶片以旋转速度运行。叶片的数量和旋转速度被选择为使得下面的公式 对于低压涡轮机的叶片排中的至少一排来说保持成立：（叶片的数量X速度）/60 2 5500。旋转速度是以每分钟转数为单位的接近速度（approach speed)。 在根据前面的实施例的另一实施例中，该公式产生了大于或等于6000的数值。 在根据前面的实施例的另一实施例中，燃气涡轮发动机被额定为产生15000磅的 推力或更多。 在根据前面最接近的实施例的另一个实施例中，该公式对低压涡轮机的叶片排中 大多数都是成立的。 在根据前面最接近的实施例的另一个实施例中，该公式对低压涡轮机的叶片排中 的全部都是成立的。 在根据所述重点的实施例的另一个实施例中，该公式对低压涡轮机的叶片排中大 多数都是成立的。 在根据所述重点的实施例的另一个实施例中，该公式对低压涡轮机的叶片排中的 全部都是成立的。 在另一重点实施例中，设计燃气涡轮发动机的方法包括如下步骤：在低压涡轮机 和风扇之间包括齿轮减速装置，并且选择低压涡轮机转子的叶片的数量，以与低压涡轮机 的旋转速度组合地使得下面的公知对低压涡轮机的叶片排中的至少一个保持成立：（叶片 的数量X速度）/60 3 5500。旋转速度是以每分钟转数为单位的接近速度。 在根据前面的实施例的另一实施例中，该公式产生了大于或等于6000的数值。 在根据前面的实施例的另一实施例中，燃气涡轮发动机被额定为产生15000磅的 推力或更多。 在根据前面最接近的实施例的另一个实施例中，该公式对低压涡轮机的叶片排中 大多数都是成立的。 在根据前面最接近的实施例的另一个实施例中，该公式对低压涡轮机的叶片排中 的全部都是成立的。 在根据所述重点的实施例的另一个实施例中，该公式对低压涡轮机的叶片排中大 多数都是成立的。 在根据前面最接近的实施例的另一个实施例中，该公式对低压涡轮机的叶片排中 的全部都是成立的。 在另一重点实施例中，燃气涡轮发动机的涡轮机模块具有低压涡轮机，该低压涡 轮机具有排列在该涡轮机的多个排中每一排中的数个涡轮机叶片。低压涡轮机叶片以旋转 速度运行。叶片的数量和旋转速度被选择为使得下面的公式对于低压涡轮机的叶片排中的 至少一排来说保持成立：（叶片的数量X速度）/60 k ?500。旋转速度是以每分钟转数为单 位的接近速度。 在根据前面的实施例的另一实施例中，该公式产生了大于或等于6000的数值。 在根据前面的实施例的另一实施例中，燃气涡轮发动机被额定为产生15000磅的 推力或更多。 在根据前面最接近的实施例的另一个实施例中，该公式对低压涡轮机的叶片排中 大多数都是成立的。 在根据前面最接近的实施例的另一个实施例中，该公式对低压涡轮机的叶片排中 的全部都是成立的。 在根据所述重点的实施例的另一个实施例中，该公式对低压涡轮机的叶片排中大 多数都是成立的。 在根据所述重点实施例的另一实施例中，该公式对低压涡轮机的叶片排中的全部 都成立。根据下面的说明书和附图可更好地理解本专利技术的这些和其它的特征，对附图的简 要描述如下。 【附图说明】 图1示出了燃气涡轮发动机。 【具体实施方式】 图1示意性地图示了燃气涡轮发动机20。燃气涡轮发动机20在本文中被公开为 两轴涡轮风扇发动机，其通常包括风扇部分22、压缩机部分24、燃烧器部分26和涡轮机部 分28。其它的发动机除了其它系统或特征外还可包括增强器部分(未示出），或中间轴。风 扇部分22沿着函道流动路径驱动空气，而压缩机部分24沿着核心流动路径驱动空气以压 缩并传递到燃烧器部分26,然后通过涡轮机部分28膨胀。虽然在所公开的非限定性实施 例中被描述为涡轮风扇燃气涡轮发动机，但是应当理解的是，本文所描述的概念并不限于 与涡轮风扇发动机一起使用，因为这些教导可应用于包括三轴架构的其它类型的涡轮发动 机。 发动机20通常包括低速轴30和高速轴32,它们安装成用于通过若干轴承系统38 相对于发动机静止结构36绕发动机中心纵向轴线A旋转。应当理解的是，可替换地或附加 地在各种位置提供各种轴承系统38。 低速轴30通常包括内轴杆40,该内轴杆互连风扇42、低压压缩机44和低压涡轮 机46。内轴杆40通过齿轮传动架构48被连接到风扇42从而以比低速轴30低的速度驱动 风扇42。高速轴32包括外轴杆50,该外轴杆互连高压压缩机52和高压涡轮机54。燃烧器 56被布置在高压压缩机52和高压涡轮机54之间。发动机静止结构36的中间涡轮机框架 57被布置成大体在高压涡轮机54和低压涡轮机46之间。中间涡轮机框架57还支撑涡轮 机部分28中的轴承系统38。内轴杆40和外轴杆50是同心的并且通过轴承系统38绕发动 机中心纵向轴线A旋转，其与它们的纵向轴线共线。 核心空气流由低压压缩机44压缩然后由高压压缩机52压缩、在燃烧器56内与燃 料混合并燃烧、然后在高压涡轮机54和低压涡轮机46上膨胀。中间涡轮机框架57包括位 于核心空气流动路径中的翼型59。涡轮机46、54响应于膨胀旋转地驱动相应的低速轴30 和高速轴32。 被应用到轴的速度或压力、压缩机和涡轮机的术语低和高当然是彼此相对 而言的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气涡轮发动机，其包括：风扇、包括具有低压部分和高压部分的压缩机的压缩机部分，和具有低压部分的涡轮机；实现所述风扇的速度相对于所述风扇的输入速度减小的齿轮减速装置；所述涡轮机的所述低压部分具有排列在所述涡轮机部分的多个排中每一排中的数个涡轮机叶片，并且所述低压涡轮机叶片以旋转速度操作至少一定时间，并且所述叶片的数量和所述旋转速度使得下面的公式对所述低压涡轮机的叶片排中的至少一排成立：（叶片的数量×速度）/60；以及所述旋转速度是以每分钟转数为单位的接近速度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.31 US 61/592,6431. 一种燃气涡轮发动机，其包括： 风扇、包括具有低压部分和高压部分的压缩机的压缩机部分，和具有低压部分的涡轮 机；实现所述风扇的速度相对于所述风扇的输入速度减小的齿轮减速装置； 所述涡轮机的所述低压部分具有排列在所述涡轮机部分的多个排中每一排中的数个 涡轮机叶片，并且所述低压涡轮机叶片以旋转速度操作至少一定时间，并且所述叶片的数 量和所述旋转速度使得下面的公式对所述低压涡轮机的叶片排中的至少一排成立： (叶片的数量X速度）/60 ? 5500 ;以及 所述旋转速度是以每分钟转数为单位的接近速度。2. 如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中该公式产生了大于或等于6000的数值。3. 如权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中所述燃气涡轮发动机额定产生15000磅 的推力或更多。4. 如权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其中该公式对所述低压涡轮机的大多数叶片 排都成立。5. 如权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其中该公式对所述低压涡轮机的全部叶片排 都成立。6. 如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中该公式对所述低压涡轮机的大多数叶片 排都成立。7. 如权利要求6所述的燃气涡轮发动机，其中该公式对所述低压涡轮机的全部叶片排 都成立。8. -种设计燃气涡轮发动机的方法，包括如下步骤：在低压涡轮机部分和风扇之间 包括齿轮减速装置，并且选择该低压涡轮机部分的转子的每一排中的叶片数量，以与该低 压涡轮机的旋转速度组合地使得下面的公知对低压涡轮机的叶片排中的至少一排保持成 立： (叶片的数量X速...

【专利技术属性】
技术研发人员：BL莫林，D科尔特，
申请(专利权)人：联合工艺公司，MTU飞机发动机股份公司，
类型：发明
国别省市：美国;US