多工位碎屑分离系统技术方案

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。一种用于分离碎屑的系统包括：第一分离装置(88)，其与压缩机的入口流动路径流体连通；以及第二分离装置(340)，其与压缩机的出口流动路径和燃烧器的入口流动路径流体连通。第一分离装置适于从气流中清除粗颗粒。第二分离装置适于从气流中清除细颗粒。粗颗粒具有比细颗粒更大的平均颗粒直径。

Multi-station detritus separation system

The present disclosure generally relates to the separation of solid particles from the airflow in a gas turbine engine. A system for separating debris includes a first separating device (88), which is fluidly connected with the inlet flow path of the compressor, and a second separating device (340), which is fluidly connected with the outlet flow path of the compressor and the inlet flow path of the burner. The first separating device is suitable for removing coarse particles from the airflow. The second separator is suitable for removing fine particles from the airflow. Coarse particles have larger average particle diameter than fine particles.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多工位碎屑分离系统
本公开一般涉及燃气涡轮发动机中的碎屑分离。
技术介绍
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。作为另一个例子，灰尘可能堵塞冷却孔和/或降低涡轮中的冷却性能，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。
技术实现思路
以下呈现了本专利技术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碎屑的系统。该系统包括与压缩机的入口流动路径流体连通的第一分离装置。该第一分离装置适于从气流中清除粗颗粒。该系统还包括与压缩机的出口流动路径和燃烧器的入口流动路径流体连通的第二分离装置。第二分离装置适于从气流中清除细颗粒。粗颗粒具有比细颗粒更大的平均颗粒直径。在另一方面，本公开提供了一种燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括第一分离装置，该第一分离装置接收包括夹带固体颗粒的环境空气，并从环境空气中清除至少百分之80的具有在80微米和1000微米之间的平均颗粒直径的固体颗粒。燃气涡轮发动机还包括压缩机，该压缩机接收来自第一分离装置的环境空气并产生压缩空气。燃气涡轮发动机还包括第二分离装置，其接收来自压缩机的包括具有小于5微米的平均颗粒直径的夹带固体颗粒的压缩空气，并从压缩空气中清除至少百分之70的夹带固体颗粒。在另一方面，本公开提供了一种从包括压缩机和燃烧器的燃气涡轮发动机中的气流中清除固体颗粒的方法。该方法包括接收包括夹带固体颗粒的环境空气。该方法还包括在压缩机之前从环境空气中清除至少百分之80的具有在80微米和1000微米之间的平均颗粒直径的夹带固体颗粒。该方法还包括在压缩机中压缩环境空气以产生压缩空气，该压缩空气包括具有小于5微米的平均颗粒直径的夹带固体颗粒。该方法另外包括在燃烧器之前从压缩空气中清除至少百分之80的夹带固体颗粒。通过阅读下面的详细描述，将更全面地理解本专利技术的这些和其他方面。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是带有多工位碎屑分离系统的示例性燃气涡轮发动机的示意图。图4是示例性入口颗粒分离器的侧剖视图。图5是示例性多级颗粒分离器的侧剖视图。图6是显示图5的示例性多级颗粒分离器内的流动路径的侧剖视图。图7是涡旋分离器的透视图。图8是图7中的涡旋分离器的轴向剖视图。图9是图7中的涡旋分离器的横向剖视图。具体实施方式以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而不意在表示仅可实践本文所描述的概念的配置。详细描述包括用于提供对各种概念的透彻理解的具体细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在一些实例中，众所周知的部件以框图形式示出，以避免模糊这些概念。此书面描述使用示例来公开本专利技术，包括优选实施例，并且还使任何本领域的技术人员能够实践本专利技术，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本专利技术可申请专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则意在使这些其他示例处于权利要求的范围内。来自所描述的各种实施例的方面以及每个这样的方面的其他已知等同物可以由本领域普通技术人员混合和匹配，以构建根据本申请的原理的另外的实施例和技术。如本文所用，术语“轴向的”或“轴向地”是指沿发动机的纵向轴线的尺寸。与“轴向的”或“轴向地”结合使用的术语“向前(或称为前部，即forward)”是指朝向发动机入口的方向移动，或者与另一个部件相比相对更靠近发动机入口的部件。与“轴向的”或“轴向地”结合使用的术语“向后(或称为后部，即aft)”是指朝向发动机的后部或出口的方向移动，或者是比入口相对更靠近出口的部件。如本文所用，术语“径向的”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线和外部发动机圆周之间延伸的尺寸。术语“近侧的”或“近侧地”，或者自身单独使用或者与术语“径向的”或“径向地”一起使用，是指朝向中心纵向轴线的方向移动，或者是与另一个部件相比相对更靠近中心纵向轴线的部件。术语“远侧的”或“远侧地”，或者自身单独使用或者与术语“径向的”或“径向地”一起使用，是指朝向外发动机圆周的方向移动，或者是与另一个部件相比相对更靠近外发动机圆周的部件。如本文所用，术语“侧向的”或“侧向地”是指垂直于轴向和径向尺寸两者的尺寸。图1是用于飞行器的燃气涡轮发动机10的示意性横截面图。发动机10具有大致纵向延伸的轴线或中心线12，其从前部14至后部16延伸。发动机10以下游串联流动关系包括：包括增压器或低压(LP)压缩机24和高压(HP)压缩机26的压缩机区段22、包括燃烧器30的燃烧区段28、包括HP涡轮34和LP涡轮36的涡轮区段32、和排放区段38。HP压缩机26、燃烧器30和HP涡轮34形成发动机10的核心44，其产生燃烧气体。核心壳体46围绕核心44。绕发动机10的中心线12同轴设置的HP轴或卷轴48将HP涡轮34驱动地连接到HP压缩机26。在更大直径环形HP卷轴48内绕发动机10的中心线12同轴设置的LP轴或卷轴50将LP涡轮36驱动地连接到LP压缩机24。安装到卷轴48,50中的任一个或两个并与其一起旋转的发动机10的部分被单独地或共同地称为转子51。LP压缩机24和HP压缩机26分别包括多个压缩机级52,54，其中一组压缩机叶片58相对于相应的一组静态压缩机导叶60,62(也称为喷嘴)旋转以压缩或加压通过级的流体的流。在单个压缩机级52,54中，多个压缩机叶片56,58可以成环设置并且可以相对于中心线12径向向外延伸，从叶片平台到叶片尖端，而对应的静态压缩机导叶60,62定位成下游于且毗邻于旋转叶片56,58。应注意的是，在图1中示出的叶片、导叶和压缩机级的数量仅选择用于说明目的，并且其他数量是可能的。用于压缩机级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种用于从燃气涡轮发动机中的气流分离碎屑的系统，包括：第一分离装置，其与压缩机的入口流动路径流体连通，所述第一分离装置适于从所述气流中清除粗颗粒；和第二分离装置，其与所述压缩机的出口流动路径和燃烧器的入口流动路径流体连通，所述第二分离装置适于从所述气流中清除细颗粒，其中，所述粗颗粒具有比所述细颗粒更大的平均颗粒直径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.20 US 15/2153531.一种用于从燃气涡轮发动机中的气流分离碎屑的系统，包括：第一分离装置，其与压缩机的入口流动路径流体连通，所述第一分离装置适于从所述气流中清除粗颗粒；和第二分离装置，其与所述压缩机的出口流动路径和燃烧器的入口流动路径流体连通，所述第二分离装置适于从所述气流中清除细颗粒，其中，所述粗颗粒具有比所述细颗粒更大的平均颗粒直径。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一分离装置是径向入口颗粒分离器。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一分离装置包括多个圆周导叶，所述多个圆周导叶在径向近侧方向上沿着入口延伸至所述燃气涡轮发动机的核心。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述导叶朝向所述燃气涡轮发动机的前部空气入口成角度。5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一分离装置朝旁路气流排气。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二分离装置是多级分离系统。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述多级分离系统包括涡旋分离器和自所述涡旋分离器下游的清洁空气排出口。8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述多级分离系统从所述气流中排出空气用于多个冷却系统。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述压缩机将在所述第一分离装置之后剩余在所述空气的流中的粗颗粒粉碎成细颗粒。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述粗颗粒具有在80微米和1000微米之间的平均颗粒直径，并且所述第一分离装置从环境空气供应中清除至少百分之80的粗颗粒。11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述第一分离装置从所述环境空气供应中清除至少百分之95的粗颗粒。12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述第一分离装置从环境空气供应中清除至少百分之70的具有在5微米和80微米之间的平均颗粒直径的细颗粒。13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第一分离装置清除至少百分之80的所述细颗粒。14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述细颗粒包括具有小于5微米的平均颗粒直径的超细颗粒，并且所述第二分离装置清除离开所述压缩机的至少百分之70的超细颗粒。15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第二分离装置清除离开所述压缩机的至少百分之80的超细颗粒。16.一种燃气涡轮发动机，包括：第一分离装置，所述第一分离装置接收包括夹带固体颗粒的环境空气，并从所述环境空气中清除至少百分之80的具有在80微米和1000微米之间的平均颗粒直径的固体颗粒；压缩机，所述压缩机接收来自所述第一分离装置的...

【专利技术属性】
技术研发人员：JT穆克，JA曼泰加，GH威尔逊，SJ维迈尔，CR威廉斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US