燃气涡轮发动机及其一个或多个部件的冷却和加压方法技术

本公开内容提供了具有改进的空气输送系统的燃气涡轮发动机，燃气涡轮发动机包括用于加压和/或冷却发动机的各种部件，同时最小化对发动机的循环效率的影响、减轻发动机的重量和减少发动机的比燃料消耗的特征。本公开内容还提供了一种用于冷却和加压燃气涡轮发动机的一个或多个部件的方法。

Cooling and Compression Method for Gas Turbine Engine and Its One or more Components

The present disclosure provides a gas turbine engine with an improved air conveying system, comprising various components for pressurizing and/or cooling the engine, while minimizing the impact on engine cycle efficiency, reducing engine weight and reducing specific fuel consumption of the engine. The present disclosure also provides a method for cooling and pressurizing one or more components of a gas turbine engine.

【技术实现步骤摘要】
燃气涡轮发动机及其一个或多个部件的冷却和加压方法
本主题大体上涉及燃气涡轮发动机，且更具体地涉及用于冷却燃气涡轮发动机的各种部件的空气输送系统。
技术介绍
结合飞行器使用的燃气涡轮发动机通常包括用于收纳轴承组件和冷却流体(例如，油)的各种储槽组件(sumpassembly)。常规储槽组件大体上需要加压空气流来设置穿过其密封元件的压差。储槽加压空气流必须冷却到足以防止油火和焦化。因此，通常称为P25空气的中间压缩机空气通常从压缩机放出，且用于此储槽组件的加压。尽管P25空气足够冷而防止油火和焦化，但P25空气大体上未充分加压来正确设置穿过密封元件的压差，导致穿过密封件的高泄漏。此外，常规燃气涡轮发动机通常包括缓冲腔，其提供此储槽组件周围的缓冲物或隔层，使得输送至储槽组件的P25空气不会与通常称为P3空气的压缩机排出空气混合，压缩机排出空气大体上太热而不能加压此储槽组件，因为压缩机排出空气引起油焦化。因此，常规储槽组件通常需要复杂的密封元件，例如，压缩机排气密封件，以防止P3空气与输送至储槽的缓冲腔的P25空气的混合。此外，常规燃气涡轮发动机通常使用P3空气来冷却和支持发动机的压缩机(例如，叶轮)的后级。P3空气在相对较高温度(即，T3)下经由扩散器流出发动机的压缩机区段。在某些压力比下，P3空气的流出温度变得过高，使得轻质材料(例如，钛)用于压缩机部件是不可行的。因此，必须使用较重的材料，增加了发动机的重量。此外，常规燃气涡轮发动机通常包括用于涡轮盘，以及此发动机的涡轮的定子轮叶和涡轮叶片的冷却空气流。P3空气、P25空气、叶轮尖端空气和其它源所有都用作这些部件的冷却空气流。然而，由于P3、P25和/或叶轮尖端空气放出且用于冷却和/或加压，故发动机的整体循环效率受到损害。由于空气流从发动机的核心空气流径放出或去除，故空气不再可用于有用功。因此，具有改进的空气输送系统的燃气涡轮发动机将是有用的。
技术实现思路
本专利技术的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本专利技术的实施而得知。在一个示例性方面中，本公开内容针对一种限定轴向、径向和周向的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括具有围绕轴向可旋转的压缩机的压缩机区段。燃气涡轮发动机还包括具有围绕轴向可旋转的涡轮的涡轮区段。燃气涡轮发动机还包括在压缩机与涡轮之间延伸且联接压缩机和涡轮的轴。燃气涡轮发动机还包括设置在压缩机区段下游和涡轮区段上游的燃烧区段，燃烧区段限定扩散器腔，且包括限定燃烧室的燃烧器，扩散器腔位于燃烧室上游。此外，燃气涡轮发动机包括储槽组件，储槽组件包括储槽框架和定位在储槽框架与轴之间的轴承组件，储槽框架至少部分地限定储槽腔。燃气涡轮发动机还包括储槽增压室，储槽增压室至少部分地由与储槽腔相对的储槽框架限定。此外，燃气涡轮发动机包括空气输送系统。空气输送系统包括换热器。空气输送系统还包括从压缩机区段延伸至换热器来提供冷却空气流至换热器的冷却管。空气输送系统还包括高压放气管，高压放气管从燃烧区段延伸至换热器，且与扩散器腔空气流连通，高压放气管用于将P3空气流输送至换热器。此外，空气输送系统包括从换热器延伸至储槽增压室的高压管。换热器构造成使用冷却空气流来冷却P3空气流以形成P3X空气流，并且其中高压管构造成将P3X空气流输送至储槽增压室来加压储槽组件的储槽腔。在另一个示例性方面中，本公开内容针对一种限定轴向、径向和周向的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括具有围绕轴向可旋转的压缩机的压缩机区段。燃气涡轮发动机还包括具有围绕轴向可旋转的涡轮的涡轮区段。燃气涡轮发动机还包括在压缩机与涡轮之间延伸且联接压缩机和涡轮的轴。燃气涡轮发动机还包括设置在压缩机区段下游和涡轮区段上游的燃烧区段，燃烧区段限定燃烧室。此外，燃气涡轮发动机包括储槽组件，储槽组件包括至少部分地限定储槽腔的储槽框架。燃气涡轮发动机还包括储槽增压室，储槽增压室至少部分地由与储槽腔相对的储槽框架限定。此外，燃气涡轮发动机包括空气输送系统。空气输送系统包括构造成接收冷却空气流和P3空气流的换热器，其中换热器构造成使用冷却空气流来冷却P3空气流，以形成P3X空气流。空气输送系统还包括从换热器延伸至储槽增压室的高压管，以用于将P3X空气流输送至储槽增压室来用于加压储槽组件的储槽腔。在另一个示例性方面中，本公开内容针对一种用于冷却和加压燃气涡轮发动机的一个或多个部件的方法。燃气涡轮发动机包括具有压缩机的压缩机区段、涡轮、在压缩机与涡轮之间延伸且联接压缩机和涡轮的轴，以及设置在压缩机下游和涡轮上游的燃烧区段，燃烧区段限定扩散器腔和燃烧室，扩散器腔位于燃烧室上游。燃气涡轮发动机还包括具有储槽框架的储槽组件，以及定位在储槽框架与轴之间的轴承组件，储槽框架至少部分地限定轴承组件收纳在其中的储槽腔，以及与储槽腔相对的储槽增压室。燃气涡轮发动机还包括空气输送系统，空气输送系统包括换热器和喷射器。该方法包括提取冷却空气流；从扩散器腔下游和燃烧室上游的燃烧区段提取P3空气流；将冷却空气流和P3空气流输送至换热器；用冷却空气流经由换热器冷却P3空气流来形成P3X空气流；以及将P3X空气流发送至储槽增压室来用于加压储槽腔。技术方案1.一种限定了轴向、径向和周向的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：压缩机区段，其具有围绕所述轴向可旋转的压缩机；涡轮区段，其具有围绕所述轴向可旋转的涡轮；在所述压缩机与所述涡轮之间延伸且联接所述压缩机和所述涡轮的轴；设置在所述压缩机区段下游和所述涡轮区段上游的燃烧区段，所述燃烧区段限定了扩散器腔，且包括限定了燃烧室的燃烧器，所述扩散器腔位于所述燃烧室上游；储槽组件，其包括储槽框架和定位在所述储槽框架与所述轴之间的轴承组件，所述储槽框架至少部分地限定了储槽腔；至少部分地由与所述储槽腔相对的所述储槽框架所限定的储槽增压室；以及空气输送系统，所述空气输送系统包括：换热器；从所述压缩机区段延伸至所述换热器来将冷却空气流提供至所述换热器的冷却管；从所述燃烧区段延伸至所述换热器且与所述扩散器腔空气流连通的高压放气管，所述高压放气管用于将P3空气流输送至所述换热器；以及从所述换热器延伸至所述储槽增压室的高压管；其中所述换热器构造成使用所述冷却空气流来冷却所述P3空气流，以形成P3X空气流，并且所述高压管构造成将所述P3X空气流输送至所述储槽增压室来加压所述储槽组件的储槽腔。技术方案2.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述压缩机区段包括具有后壁的叶轮，并且所述燃气涡轮发动机还包括：邻近所述后壁的叶轮框架，其中所述叶轮的后壁和所述叶轮框架至少部分地限定了叶轮腔；以及其中所述叶轮框架和所述储槽框架限定了提供所述储槽增压室与所述叶轮腔之间的空气流连通的叶轮通路，并且在所述高压管将P3X空气提供至所述储槽增压室时，所述P3X空气的至少一部分经由所述叶轮通路流至所述叶轮腔来冷却所述叶轮。技术方案3.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述叶轮由钛形成。技术方案4.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述空气输送系统还包括：沿所述冷却管定位的喷射器，用来卷吸所述冷却空气流与湾空气流。技术方案5.根据技术方案1所述的燃气轮发动机，其中所述冷却空气流包括湾空气流和来自所述压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种限定了轴向、径向和周向的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：具有围绕所述轴向方向可旋转的压缩机的压缩机区段；具有围绕所述轴向方向可旋转的涡轮的涡轮区段；在所述压缩机与所述涡轮之间延伸且联接所述压缩机和所述涡轮的轴；设置在所述压缩机区段下游和所述涡轮区段上游的燃烧区段，所述燃烧区段限定了扩散器腔，且包括限定了燃烧室的燃烧器，所述扩散器腔位于所述燃烧室上游；包括储槽框架和定位在所述储槽框架与所述轴之间的轴承组件的储槽组件，所述储槽框架至少部分地限定了储槽腔；至少部分地由与所述储槽腔相对的所述储槽框架限定的储槽增压室；以及空气输送系统，所述空气输送系统包括：换热器；从所述压缩机区段延伸至所述换热器来将冷却空气流提供至所述换热器的冷却管；从所述燃烧区段延伸至所述换热器且与所述扩散器腔空气流连通的高压放气管，所述高压放气管用于将P3空气流输送至所述换热器；以及从所述换热器延伸至所述储槽增压室的高压管；其中所述换热器构造成使用所述冷却空气流来冷却所述P3空气流，以形成P3X空气流，并且所述高压管构造成将所述P3X空气流输送至所述储槽增压室来加压所述储槽组件的储槽腔。

【技术特征摘要】
2017.08.31 EP 17461597.11.一种限定了轴向、径向和周向的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：具有围绕所述轴向方向可旋转的压缩机的压缩机区段；具有围绕所述轴向方向可旋转的涡轮的涡轮区段；在所述压缩机与所述涡轮之间延伸且联接所述压缩机和所述涡轮的轴；设置在所述压缩机区段下游和所述涡轮区段上游的燃烧区段，所述燃烧区段限定了扩散器腔，且包括限定了燃烧室的燃烧器，所述扩散器腔位于所述燃烧室上游；包括储槽框架和定位在所述储槽框架与所述轴之间的轴承组件的储槽组件，所述储槽框架至少部分地限定了储槽腔；至少部分地由与所述储槽腔相对的所述储槽框架限定的储槽增压室；以及空气输送系统，所述空气输送系统包括：换热器；从所述压缩机区段延伸至所述换热器来将冷却空气流提供至所述换热器的冷却管；从所述燃烧区段延伸至所述换热器且与所述扩散器腔空气流连通的高压放气管，所述高压放气管用于将P3空气流输送至所述换热器；以及从所述换热器延伸至所述储槽增压室的高压管；其中所述换热器构造成使用所述冷却空气流来冷却所述P3空气流，以形成P3X空气流，并且所述高压管构造成将所述P3X空气流输送至所述储槽增压室来加压所述储槽组件的储槽腔。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述压缩机区段包括具有后壁的叶轮，并且所述燃气涡轮发动机还包括：邻近所述后壁的叶轮框架，其中所述叶轮的后壁和所述叶轮框架至少部分地限定了叶轮腔；以及其中所述叶轮框架和所述储槽框架限定了提供所述储槽增压室与所述叶轮腔之间的空气流连通的叶轮通路，并且在所述高压管将P3X空气提供至所述储槽增压室时，所述P3X空气的至少一部分经由所述叶轮通路流至所述叶轮腔来冷却所述叶轮。3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述空气输送系统还包括：沿所述冷却管定位的喷射器，用来卷吸所述冷却空气流与湾空气流。4.根据权利要求1所述的燃气轮发动机，其中所述冷却空气流包括湾空气流和来自所述压缩机的P25空气流。5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述涡轮还包括涡轮定子轮叶和涡轮叶片的第一级和第二级，并且所述轴限定了从所述储槽增压室延伸至所述第二级涡轮叶片的涡轮冷却通路；并且在所述高压管将P3X空气提供至所述储槽增压室时，所述P3X空气的至少一部分经由所述涡轮冷却通路流至所述第二级涡轮叶片来冷却所述涡轮叶片。6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述储槽组件是沿所述轴向定位在所述压缩机与所述涡轮之间的B储槽组件。7.一种限定了轴向、径向和周向的燃气涡轮发动机...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·A·古尔德，A·沙米姆，J·H·德科夫斯基，P·S·汉斯，P·S·塔卡齐克，M·P·费伯，A·克里斯托帕，P·L·巴尔，K·切尔斯多夫斯基，C·A·贡佑，R·J·帕克斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，通用电气波兰有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US