CN101368513A - 带有扩散器的涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涡轮机，其包括：环形的燃烧室(40)；离心式压缩机(10)；环形的扩散器(20)，其能使离开压缩机的气流被扩散，并且向燃烧室引导该气流，该扩散器包括：径向并且具有连接压缩机出口的扩散通道(22)的上游部分(21)；弯管形的中间部分(24)；和具有一系列成圆形地间隔的直流叶片(26)的下游部分(25)；以及围绕着燃烧室和下游部分外面的外部的壳体(32)。该涡轮机的特征在于：外部的壳体(32)外部地限定下游部分(25)中流动气流。

Description

带有扩散器的涡轮机
技术领域
本发明涉及涡轮机。它适应于无论是陆地还是航空的任何类型的涡轮机，并且更特别地，它涉及飞机的涡轮喷气发动机。
在本申请中，术语“上游”和“下游”是相对于气体(从上游到下游)通过涡轮机的正常流动方向而定义的。而且，术语“涡轮机轴线”用于表示涡轮机转子的旋转轴线。轴向对应于涡轮机轴线的方向，而径向是垂直于所述轴线的方向。相似地，轴平面是包含涡轮机轴线的平面，而径平面是垂直于所述轴线的平面。最后，除了相反的说明外，形容词诸如“内部的”和“外部的”是相对于径向而使用，这样元件的(径向)内部的部分或表面更接近涡轮机的轴线，而不是相同元件的(径向)外部的部分或表面。
背景技术
本发明涉及的涡轮机类型包括：
环形的燃烧室；
离心式压缩机；
环形的扩散器，其能使离开压缩机的气流被扩散，并且向燃烧室引导该气流，该扩散器包括：径向并且具有连接压缩机出口的扩散通道的上游部分；弯管形的中间部分；和具有一系列成圆形地间隔的直流叶片的下游部分；
以及围绕着燃烧室和下游部分的外面的外部的壳体。
离心式压缩机包括用于加速通过其的气体的离心式叶轮，并且因此增加所述气体的动能。
扩散器具有围绕压缩机的环形空间。扩散器用于减慢离开压缩机的气体的速度，因此增加它的静压力。扩散器可以是具有叶片的类型或者具有管道的类型。
这两种类型的扩散器都包括环形上游部分，该上游部分径向定向，并且具有与压缩机出口连接的一系列扩散通道以吸收离开压缩机的加速的气体。扩散器通道截面从内向外逐渐地增加，以扩散离开压缩机的气流。叶片类型的扩散器利用了一系列成圆形地间隔的扩散叶片，并且相互之间形成了扩散通道。在管道类型的扩散器中，扩散通道是由管子或管道元件构成。
从所述的上游部分的下游，扩散器具有环形中间部分，该环形中间部分是弯管形，用于弯曲扩散器的流动路径及用于使气体向燃烧室流动。
从中间部分的下游，扩散器具有环形下游部分，该环形下游部分带有一系列成圆形地间隔的直流叶片，用于使气体直线流动，由此在气流进入燃烧室前，减少离开扩散通道的气体流动的回转部分。
图1表示上述类型涡轮机的已知例子，其在气流方向包括：离心式压缩机110；具有扩散叶片123的环形的扩散器120；和环形的燃烧室140。围绕燃烧室140和扩散器120的外面的外部的壳体132。
扩散器120包括：径向定向的上游部分121，具有扩散通道122；弯管形的中间部分124；和下游部分125，其包括一系列成圆形地间隔的直流叶片126。
流动气流解释为是气体在其中流动的空间。
在上游和中间部分121和124中的流动气流被第一端板127和第二端板128所限定。在下游部分126中的流动气流内部被第一端板127和外部被外部的护罩129所限定。
扩散器的下游部分125的方向平行于涡轮机的轴线A。换而言之，在包含涡轮机轴线A的截面平面中，离开扩散器下游部分125的流动气流的中轴线M平行涡轮机的轴线A。在该结构中，离开扩散器的主气流外部地通过燃烧室140周围。
在未示出的可替代实施方式中，为了使离开扩散器120的主气流被引向燃烧室140，以便于更好地给燃烧室输送气体，扩散器的下游部分125相对于涡轮机的轴线A倾斜，以指向燃烧室140。换而言之，在包含涡轮机轴线A的截面平面中，离开扩散器下游部分125的流动气流的中轴线M与轴线A形成(非零的)锐角。
已知扩散器的缺陷在于组成它们的部件很难组装在一起。特别地，当下游部分125相对于轴线A倾斜时，通过铜焊或通过卷边将外部的护罩129固定到下游部分125特别困难，因为下游部分125外部的表面是圆锥形，并且外部的护罩129倾向于向下游部分126的自由端滑动。
发明内容
本发明的目的是提出上述类型带有扩散器的涡轮机，所述扩散器比现有技术的扩散器更容易装配。
为了达到上述目的，本发明提供了一种涡轮机，其包括：
环形的燃烧室；
离心式压缩机；
环形的扩散器，其能使离开压缩机的气流被扩散，并且向燃烧室引导该气流，该扩散器包括：径向并且具有连接压缩机出口的扩散通道的上游部分；弯管形的中间部分；和具有一系列成圆形地间隔的直流叶片的下游部分；
以及围绕着燃烧室和下游部分的外面的外部的壳体。
其中，下游部分中的流动气流被外部的壳体外部地限定。
因此，本发明在于利用了外部的壳体形成了下游部分的外部的壁。这可以省去正常使用的护罩，因此避免了与固定该护罩相关的问题。此外，不再有外部的护罩通常可以减轻扩散器的重量。
此外，根据本发明，外部的壳体具有扩散器中间部分外部的下游边缘邻接抵靠的凸肩。通过该凸肩，中间部分可以相对于壳体被正确地和容易地定位。这使得装配扩散器更容易。
在本发明的特别的实施方式中，直流叶片不固定到外部的壳体，因此进一步简化了扩散器的组装。在这种情况下，并且有利地，为了避免与涡轮机工作期间出现的膨胀现象相关的缺陷，当冷却时，在直流叶片和外部的壳体之间提供了间隙。当热时，该间隙减小，并且优选地该间隙变为零，或者稍微地是负值。
在本发明特别优选的实施方式中，上游和中间部分的面对的壁由第一端板和第二端板形成，所述第一和第二端板不同于壳体，并且限定了上游和中间部分中流动气流。
通过阅读以非限制性示例方式给出的本发明实施方式的详细描述，可以更好地理解本发明和其优点。
附图说明
图1是示意的轴向半截面图，表示飞机涡轮喷气发动机现有技术例子中压缩机、扩散器和燃烧室模块。
图2是图1扩散器的透视图。
图3是示意的轴向半截面图，表示根据本发明的飞机涡轮喷气发动机实施例中压缩机、扩散器和燃烧室模块。
图4表示图3扩散器的详图。
图5是示意的轴向半截面图，表示根据本发明的飞机涡轮喷气发动机另一个实施例中压缩机、扩散器和燃烧室模块。
图6表示图5扩散器的详图。
具体实施方式
图1和图2表示现有技术，前面已经进行了描述。
图3表示本发明涡轮机实施例的一部分。更特别地，涡轮机是飞机涡轮喷气发动机。通过涡轮喷气发动机的气体是空气。
涡轮喷气发动机包括离心式高压压缩机10，连接压缩机10下游的环形扩散器20，所述扩散器向空间30开口，空间30围绕着环形燃烧室40。外部的壳体32和与其同轴的内部的壳体34限定了空间30。燃烧室40由固定凸缘支撑，该固定凸缘连接壳体32和34。
离心式压缩机10是离心式叶轮。该叶轮包括一系列被旋转驱动的动叶片。这些叶片轴向地接收空气，加速空气，并且径向地将空气释放到扩散器20中。
扩散器20具有围绕压缩机10的环形空间。扩散器20用于降低离开压缩机10的空气速度，由此用于增加其静压。图示中的扩散器20是具有叶片类型的扩散器。
扩散器20包括径向的环形上游部分21，该上游部分21具有连接压缩机10出口的一系列扩散通道22，以吸收离开压缩机10的被加速的空气。这些扩散通道22具有在径向方向上从内部向外部逐渐增加的截面以扩散离开压缩机10的气体流动。这些扩散通道22是由一系列成圆形地间隔扩散叶片23形成。在上游部分21的入口，这些叶片23互相靠近。在从上游部分21接近出口处，这些扩散叶片23进一步地开始相互之间圆周形地间隔。
上游部分21的下游，扩散器20具有环形中间部分24，该中间部分24是弯管形以弯曲扩散器的流动路径，并且使朝向燃烧室40的空气流动偏斜。
从中间部分24的下游，扩散器20具有环形下游部分25，该环形下游部分25包括一系列成圆形地间隔的直流叶片26，以在气流进入空间30前减少离开扩散通道22的气流的回旋成分。
第一端板27形成下游部分25的内部的壁，因此下游部分25中流动气流被第一端板27内部地限定。该端板27带有直流叶片26(即，叶片26固定于端板27)。
上游和中间部分21和24的面对的壁由第一端板27和第二端板28形成。因此，这些第一和第二端板27和28限定了上游和中间部分21和24中流动气流。
第二端板28带有扩散叶片23，并且在扩散器20的组装期间，第一端板27铜焊于扩散叶片23上。
燃烧室40包括环形内部的壁42，环形外部的壁43，和环形腔室端壁41，该环形腔室端壁41设置在所述腔室的上游区域中所述内部和外部的壁42和43之间。所述腔室端壁41具有围绕着轴线A圆形地分布的注射口44。注射器系统45通过所述注射口44安装在腔室端壁41上(每个注射口44带有一个注射系统45)。这些注射系统45用于注射燃烧室40中燃烧的气体和燃料混合物。该混合物中的燃料通过各自的燃料输送管46递送到注射系统45，燃料输送管46通过空间30。
燃烧室40(即，腔室的主轴P)相对于涡轮喷气发动机的轴线A倾斜形成(非零)锐角B。该角度B越大，燃烧室模块的轴向长度被缩短的程度越大。
在图3的实施例中，在离开扩散器下游部分25的流动气流的中轴线M平行于轴线A的情况下，扩散器的下游部分25轴向定向。
外部的壳体32径向地设置于燃烧室40和扩散器20下游部分25的外部。
根据本发明，外部的壳体32构成下游部分25的外部的壁，以限定所述下游部分25中空气流动气流的外面。更精确地，外部的壳体32的内部的壁限定该流动气流。
如图4中所详细地示意，直流叶片26不固定于外部的壳体32。
当冷却时，在直流叶片26和外部的壳体32之间保留有间隙J。由于外部的壳体32和连同叶片26的第一端板27之间膨胀的差异，该间隙J随着涡轮喷气发动机加热而减少。当加热时，间隙J可以是零，乃至轻微的负值，这样叶片26与外部的壳体32齐平，或者轻微地压靠外部的壳体32。这种接触不应该被压靠的太用力以避免损坏叶片26或者壳体32。
外部的壳体32具有凸肩36，在扩散器组装期间，中间部分24外部的下游边缘37邻靠该凸肩36。凸肩36因此用作中间部分24正确定位的参考和导向。
仍旧是为了更容易地定位中间部分24的目的，中间部分24外部的壁39承靠外部的壳体32，外部的壁39和壳体之间的承靠界面35是旋转的圆柱形表面，具有明显的轴向宽度。
参看图5和6，是本发明涡轮喷气发动机另一个实施例的描述。在该实施例及图3和4的实施例之间的类似元件给出了相同的附图标记。
该涡轮喷气发动机不同于图3和4的涡轮喷气发动机，不同之处在于扩散器的下游部分25相对于涡轮机的轴向A向燃烧室40倾斜，因此，在包含涡轮机轴线A的截面平面中，离开扩散器下游部分25的流动气流的中轴线M与轴线A形成了非零的锐角，所述的轴线M优选地与腔室端壁41相交。
扩散器20下游部分25相对于涡轮机轴线A倾斜的该角度用于减少扩散器20的出口和燃烧室40之间气体中的压头损失。它也使气体以更对称的方式被输送到内外部地环绕腔室40的旁路区域，并且也用于更好地将气体输送到内部的旁路区域。而且，输送到注射器系统45的气体也更对称。
在该实施例中，外部的壳体32具有面对直流叶片26的截头圆锥形内表面50，因此该截头圆锥形表面部分50是围绕直流叶片26所限定外轮廓的紧密配合(忽略间隙J)。在该实施例中，截头圆锥形表面部分50制成外部的壳体32的额外厚度部分52。

Claims (9)

1.一种涡轮机，其包括：
环形的燃烧室(40)；
离心式压缩机(10)；
环形的扩散器(20)，其能使离开压缩机的气流被扩散，并且向燃烧室引导该气流，该扩散器包括：径向并且具有连接压缩机出口的扩散通道(22)的上游部分(21)；弯管形的中间部分(24)；和具有一系列成圆形地间隔的直流叶片(26)的下游部分(25)；
以及围绕着燃烧室和下游部分的外面的外部的壳体(32)。
该涡轮机的特征在于：外部的壳体(32)外部地限定下游部分(25)中流动气流，外部的壳体(32)具有凸肩(36)，中间部分(24)外部的下游边缘(37)邻靠该凸肩(36)。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中直流叶片(26)不固定于外部的壳体(32)。
3.根据权利要求2所述的涡轮机，其中，当冷却时，在直流叶片(26)和外部的壳体(32)之间存在间隙(J)。
4.根据权利要求1所述的涡轮机，其中第一端板(27)和第二端板(28)形成上游和中间部分(21，24)的面对的壁，所述第一和第二端板(27、28)不同于壳体(32)，并且限定上游和中间部分(21、24)中的流动气流。
5.根据权利要求1所述的涡轮机，其中中间部分(24)外部的壁(39)承靠外部的壳体(32)，所述外部的壁(39)和壳体(32)之间的承靠界面(35)是圆柱形表面。
6.根据权利要求1所述的涡轮机，其中外部的壳体(32)具有面对直流叶片(26)的截头圆锥形内部的表面部分(50)。
7.根据权利要求1所述的涡轮机，其中端板(27)内部地限定下游部分(25)中流动气流，该端板也限定上游和中间部分(21、24)中流动气流。
8.根据权利要求7所述的涡轮机，其中所述端板(27)带有直流叶片(26)。
9.根据权利要求7所述的涡轮机，其中上游部分(21)包括一系列成圆形地间隔的扩散叶片(23)，在该扩散叶片(23)之间形成所述的扩散通道(22)，并且其中端板(27)铜焊到所述扩散叶片(23)上。
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