CN104279010A - 具有形成引导流动的表面并用作除冰管的片材的分流器鼻件 - Google Patents

具有形成引导流动的表面并用作除冰管的片材的分流器鼻件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及轴向涡轮机组的设计用于将流入涡轮机组的环形流分成一次流和二次流的分流器鼻件(22)，并且包括：大体圆形的前缘(34)、从前缘延伸并且限定二次流的环壁(36)、用于分流器鼻件的除冰流体的至少一个管(46)，该管(46)沿着壁大致轴向地延伸并且通出进入一次流。所述壁(36)的外表面由界定除冰管(46)的片(54)形成。

Description

具有形成引导流动的表面并用作除冰管的片材的分流器鼻件
技术领域
本发明涉及双流轴向涡轮机。更具体地，本发明涉及双流轴向涡轮机组的分流器鼻件，该鼻件将进气流分流为主流和次流。更精确地，本发明涉及设置有除冰系统的轴向涡轮机组的分流器鼻件。
背景技术
为了优化涡轮喷气发动机的推力，涡轮喷气发动机使用几种环形气流工作。主流经过压缩机、燃烧室，然后在涡轮机中膨胀。次流绕过燃烧室、涡轮和压缩机外面然后在涡轮喷气机的出口与主流重新结合。主流和次流被位于压缩机上游的分流器鼻件分隔。鼻件的形状使得进入涡轮机组的气流被分开并且被限制进入压缩机。因为鼻件处于涡扇叶片下游，因此其容易受到外来物体吸入的影响。
轴向涡轮机组的分流器鼻件通常包括外环壁和外定子壳。这些元件包括环形气流的来自分流器的前缘的引导表面。引导表面的几何精确度和相对定位是所限定的空气动力气流的保证因素。
引导表面之间的相对定位取决于环壁和外壳之间的同心度。为了获得同心度，公认的是需要在外壳和环壁之间设置定心器件。定心器件使得被环壁分隔的主流能够被定心在压缩机上。这促使主流均匀进入低压压缩机并避免产生振动。
进入涡轮机组的空气在分流器鼻件保持大气温度。在一定高度下，这些温度能够下降至-50℃。当湿气出现时，鼻件上可形成冰。在飞行时，冰能够扩展并且聚集以在压缩机定子叶片的顶部形成块体。
这些块体可改变鼻件的几何形状并且影响进入压缩机的空气流，这能够降低压缩机的效率。当块体发展时，这些块体能够变得非常重。之后，块体可能断裂然后被压缩机吸入，这可嫩在它们穿过时损坏转子和定子叶片。
为了限制这样的冰的形成，分流器鼻件安装有除冰器。
美国6,561,760 B2公开了用于涡轮机组的轴向压缩机的分流器鼻件，该鼻件具有使用排气的除冰系统。鼻件形成有外壁和外壳。该外壳支撑环形排列的定子叶片。分流器鼻件包括圆槽，外壳的上游边缘接合于其中。槽的边缘被加工为在元件的厚度中设置轴向管。这些管使得排气能够循环，这具有加热分流器鼻件的前缘的效果。分流器鼻件的前边缘因此很好地防护了冰的形成。然而，这种类型的鼻件要求精确和准确的加工以容纳所述管。因此，制造成本很高。此外，外壁具有降低热传导的实体外形。因此，这些大区域的外表面不能被很好地除冰。尤其是与大量气流接触的前缘没有像环形排列的叶片的轴向外表面那样被有效地除冰。
发明内容
技术问题
本发明目的是解决现有技术中提出的至少一个问题。本发明还目的是提高轴向涡轮机的除冰鼻件的有效性的均匀性。更具体地，本发明目的是提高除冰鼻件在其前缘的有效性。
技术方案
本发明涉及轴向涡轮机组的设计用于将流入涡轮机组的环形流分成一次流和二次流的分流器鼻件，并且包括：大体圆形的前缘、从前缘延伸并且限定二次流的环壁、用于分流器鼻件的除冰流体的至少一个管，该管沿着壁开口大致轴向地延伸进入一次流，其中壁的外表面由界定除冰管的片形成。
根据本发明的有利实施例，管(一个或多个)在其轴向地沿着壁的大部分上具有大致恒定的厚度。
根据本发明的有利实施例，片是环形片或多个环形片，并且具有大致直的下游部分和形成前缘的弯曲的上游部分的外形。
根据本发明的有利实施例，片具有小于1.50毫米的厚度，优选地小于1.00毫米，更优选地小于0.50毫米。
根据本发明的有利实施例，除冰管径向地延伸在环形片的旋转表面的大部分上。
根据本发明的有利实施例，环壁包括片支撑部，该支撑部的外表面中具有用于片的下游边缘的台阶，从而片的外表面与支撑部的外表面在所述台阶处齐平。
根据本发明的有利实施例，环壁在前缘处形成环形钩，优选地具有轴向地向下游敞开的环形凹槽。
根据本发明的有利实施例，鼻件包括具有叶片的定子的外壳，所述外壳的上游边缘包括环形定心表面，该表面与壁上的设计为确保所述壁和所述外壳之间的同心度的对应的定心表面配合。
根据本发明的有利实施例，外壳包括环形凹槽，环形凹槽设计为容纳可研摩材料的环形层。
根据本发明的有利实施例，外壳和环壁两者都包括在定心表面下游的径向延伸的凸缘，所述凸缘固定至彼此并且轴向地和/或径向地重叠。
根据本发明的有利实施例，鼻件包括至少一个除冰流体供给管道，其与除冰管连通并且优选地横过两个环形凸缘。
根据本发明的有利实施例，鼻件包括几个除冰管，除冰管轴向地延伸并且沿着环壁的外周分布。
根据本发明的有利实施例，除冰管由片和所述片的支撑部形成，支撑部优选地在外表面上具有沿着其周边分布并且对应管的容腔。
根据本发明的有利实施例，鼻件包括增压室，其优选地为环形的，用于将流体分配至除冰管，该腔室优选地通过穿过支撑部的通路连接至管。
根据本发明的有利实施例，管或每个管包括环形狭缝形式的出口，其可能是分段的、径向向内并且轴向向下游指向。
根据本发明的有利实施例，环壁包括至少一个通路，该通路与环壁的除冰管连通。
根据本发明的有利实施例，片是第一环形片，环壁包括安装在第一片内侧的第二环形片，除冰管由第一片和第二片界定。
根据本发明的有利实施例，鼻件包括在第一和第二片之间大致轴向地延伸的壁，以形成多个除冰管。
本发明还涉及轴向涡轮机组，其包括分流器鼻件，其中分流器鼻件是根据本发明的分流器鼻件，优选地涡轮机组包括具有在压缩机进口并且由分流器鼻件支撑的定子叶片的第一环形排。
要求的权益
本发明允许分流器鼻件被均匀地除冰。前缘还接收仅横穿环形片的厚度的热量。该厚度可被慎重地选择以有利于热传导。环形片还具有恒定的厚度，这进一步改善了除冰的均匀性。
本方案允许使用已经核准在涡轮机组中使用的元件。因此，本发明限制了需要被核准的部件的数量，因此它们能够被安装在民用飞机的涡轮机组中。
附图说明
图1示出了根据本发明的轴向涡轮机组；
图2示出了根据本发明的涡轮机组压缩机的图解；
图3显示了根据本发明的第一实施例的分流器鼻件；
图4是图3的分流器鼻件的上游部分的细节视图；
图5是图3和4中示出的分流器鼻件的等轴视图；
图6显示了具有根据本发明的第二实施例的分流器鼻件的轴向涡轮机组；
图7示出了图6的分流器鼻件的上游部分；
图8示出了沿着图7中示出的轴线8-8截取的分流器鼻件的剖视图。
具体实施方式
在以下的描述中，术语内或内部以及外或外部指的是相对于轴向涡轮机组的旋转轴线的位置。
图1示出了轴向涡轮机组的示意性视图。在本例中，该轴向涡轮机组是双流涡轮喷气发动机。涡轮喷气发动机2包括第一压缩级(称为低压压缩机4)、第二压缩级(称为高压压缩机6)、燃烧室7和一个或多个涡轮机级10。操作中，涡轮机10的机械功率通过中央轴传递至转子12并且驱动两个压缩机4和6。减速机构可提高传递至压缩机的旋转速度。替代地，不同的涡轮机级每一个能通过同心轴与压缩机级连通。这些同心轴包括与定子叶片排相关联的几排转子叶片。转子围绕其旋转轴线14的旋转产生空气流动并且逐渐地将其压缩至燃烧室7的进口。
通常标示为风扇16的进气风扇联接至转子12并且产生空气流，该股空气流被分成经过涡轮机组的多个上述级的一次流18和沿着涡轮机组的长度经过环形管道(部分地示出)并且然后在涡轮机出口重新结合主流的二次流20。一次流18和二次流20是环形流并且通过涡轮机组的壳体作为管道输送。为此，壳体具有柱形壁或壳，所述柱形壁或壳可为内部的或外部的，这取决于柱形壁或壳相对于它们所限定的流体流的位置。
图2是如图1中的轴向涡轮机组的压缩机的剖面图。压缩机可以是低压压缩机4(图1)。所示的是风扇16的部分以及用于一次流18和二次流20的分流器鼻件22。转子12包括几排转子叶片24，在本例中是三排。
低压压缩机4包括几个定子，在本例中为四个，每个包括一排定子叶片26。定子与风扇16或一排转子叶片关联以使空气流变直，从而将气流速度转换成压力。
定子叶片26从外部机壳大致轴向地延伸，并且能够通过销固定到所述机壳。定子叶片彼此等距地分开并且具有关于空气流相同的角度取向。有利地，一个排的叶片是相同的。可选地，叶片之间的间距能够因为它们的角度取向而局部地变化。一些叶片可不同于它们的排中的其它叶片。
分流器鼻件22包括前缘34，前缘34的直径确定能够进入压缩机4的一次流。分流器鼻件22还包括界定一次流18的外侧的外壳28及限定和/或界定二次流20的内侧的环壁36。作为外壳28的延伸部，鼻件包括沿着所述压缩机轴向地延伸的外罩30。外壳28和外罩30包括可研磨材料的环形层32。环形层32每一个提供转子叶片24的尖部的密封，尖部与环形层通过研磨配合。
图3例示了根据本发明的第一实施例的分流器鼻件22。
环壁36和外壳28包括环形凸缘38和40，所述环形凸缘38和40径向地延伸朝向彼此并且其可轴向地和/或径向地重叠。这些凸缘38和40固定至彼此。凸缘38和40可包括用于定位和/或取向的器件。凸缘布置在前缘34和除冰管和/或增压室的下游，这将在下面描述。
分流器鼻件22包括除冰系统，其设计为防止冰的形成和/或使已经形成的冰融化。除冰系统意图运送热流体以使分流器鼻件除冰，并且可选地，使诸如定子叶片26的表面等上游表面除冰。热流体可包括来自涡轮机的排气。排气还可以来自压缩机。除冰系统顺序地包括进气歧管42、增压室44、除冰管46和出口48，它们全部都是连通的。
进气歧管42形成在环形凸缘38和40中。歧管42轴向地穿过两个环形凸缘38和40。增压室44优选地为环形。其由环形凸缘38轴向地界定并且由环壁36的内表面和连接的环形外壳50径向地界定。环形外壳50可固定在环形凸缘38的下游以及形成在环壁36上的脊部52的上游。环形壳50使得外壳28的增压室44能够分开，尤其是热分开。
管46的出口48轴向地定位在环壁36的上游边缘。其轴向地定位在外壳28的上游，优选为远离地。其形成狭缝，优选地为环形的并可能是分段的。其被向内和/或向下游取向。
除冰管46在增压室44的上游被界定在支撑壁55和环形片54之间。管46主要轴向地延伸。其也可以相对于其倾斜度部分地径向延伸。
图4是图3的分流器鼻件22的上游部分的更详细的视图。
环形片54位于支撑壁55的上游侧上。环形片54从前缘34向内延伸进入一次流18，并向外延伸进入二次流20。
环形片54包括围绕分流器鼻件22的轴线旋转的表面，所述轴线对应于涡轮机组的旋转轴线。其外形在上游为钩形并且在下游具有大致直的部分。除冰管46经由穿过环壁36的开口或通路56与增压室44连通。
环壁36具有带有旋转实体57的旋转表面。除冰管46延伸到环形片54和支撑壁55之间的连结处。除冰管46优选局部地沿周向方向形成在旋转实体57的厚度中。本发明通过将管包括在旋转实体57中而充分利用由旋转实体57提供的强度。旋转实体57仅稍微并局部地降低了环壁36的强度。
支撑壁55和外壳28包括定位器件。定位器件包括定心器件，优选地位于上游。外壳28和环壁36的定心器件包括同心的定心表面，所述表面配合在一起以确保环壁36和外壳28之间的同心度。
支撑壁55包括向下游轴向地敞开的环形凹槽58。凹槽58形成在支撑壁的厚度中。环壁36包括第一定心器件，比如可形成在环形凹槽58中的第一定心表面59。外壳28包括安装在环形凹槽58中的管状座60。外壳28包括互补的定心器件，比如，例如形成在管状座60上的第二定心表面61。第一表面59和第二表面61是匹配的，固定至彼此并且被机械地调节。
定心表面通过转动被机加工，并且优选被打磨。定心表面可以是柱形的。定心器件为了更高的准确度而直接接触。定心器件确保了直径上小于0.50毫米的同心度，优选地为小于0.20毫米，更优选地为小于0.07毫米。
定心器件具有轴向余隙。因为外壳28和环壁36也在下游附接，该轴向余隙被要求允许不同的膨胀。它们暴露在不同的温度下并且也可由不同的材料制成。外壳28可由铝制成并且环壁36由钛制成，反之亦然。它们中的其中一个可由复合材料制成。
图5是图3和4中示出的分流器鼻件22的等轴视图。
优选地，分流器鼻件包括几个除冰管46，除冰管46周向地分布。环形片54在除冰管46的下游轴向地延伸并且与环形附接区62配合。该环形附接区62形成在环壁36的厚度中，从而使得外表面能够相切。附接区62由形成在环壁的边界表面上的环形台阶或凸出部63轴向地定界。台阶63的高度使得环形片54能够安装到环壁36的厚度中。
除冰管46在上游侧上形成容腔或凹部。它们能够被机加工成支撑壁55的本体。容腔由支撑壁55中厚度减少的区域形成。除冰管46由形成与附接区62连续的表面的分隔带64彼此分隔。
除冰管46基本是宽的。它们在分流器鼻件22的周边的大部分上延伸，优选地超过80％。每个除冰管46延伸跨过相同定子的两个相邻的叶片，优选地跨过超过相同定子的五个相邻的叶片。每个除冰管46可比其轴向长度更宽。
图6例示了包括根据本发明的第二实施例的分流器鼻件122的压缩机。对于相同或相似的元件，图6具有与之前的附图中相同的编号方案，但是编号增加了100。特定的编号用于本实施例中特定的元件。
环形片154是第一环形片154。环壁136包括第二环形片166。第二片166的厚度大于第一片154的厚度的至少20％，优选地为至少70％，更优选地为至少200％。环壁136的环形凸缘138附接至第二片166并且接合外壳128的环形凸缘140。环形凸缘138包括大的旋转表面，使得第二片166能够被制造得更坚硬。
增压室144轴向地位于压缩机104的下游半部中。增压室144由环壁片136的支撑部155和第一片154界定，增压室144具有带有矩形旋转表面的部分。该部分具有轴向的延伸部，第二片166固定在该延伸部上。
除冰管46在压缩机104的大部分上轴向地延伸。除冰管146轴向地延伸在转子叶片124的环形排的至少约一半和/或定子叶片126的环形排的一半上。
图7显示了根据本发明的第二实施例的分流器鼻件122的上游部分。
环壁136的环形凹槽158形成在第二片166上。第二片166的旋转表面大致成圆角并且形成钩。这种形状能够通过弯折第二片166而实现，由此降低了制造成本。
环形凸缘138和140彼此配合。它们能够在柱形区域上接触。它们可附接至彼此，从而支撑彼此。
第二片166和外壳128包括定心器件。定心器件每一个包括定心表面，所述定心表面配合从而确保定心在第二片166和外壳128之间。定心表面能够通过转动被机加工并且可选地具有圆柱形形状。
图8是沿着图7中示出的8-8截取的剖视图，其示出了根据本发明第二实施例的分流器鼻件122。
分流器鼻件122包括径向地延伸的分隔带164。分隔带164用作保持第一片154和第二片166之间的分隔的间隔件。分隔带164连接并固定至第二片166，并可选地连接并固定至第一片。轴向分隔件164分布在第二片166的周边上。

Claims (15)

1.一种轴向涡轮机组(2)的设计为使进入所述涡轮机组的流动分为一次流(18、118)和二次流(20、120)的分流器鼻件(22、122)，并且包括：
—大体圆形的前缘(34、134)；
—环壁(36、136)，其从所述前缘延伸并且界定所述二次流；
—至少一个管(46、146)，其用于所述分流器鼻件的除冰流体，所述管(46,146)沿着所述壁大致轴向地延伸并且敞开到所述一次流中；
其中所述壁(36、136)的外表面由界定所述除冰管(46、146)的片(54、154)形成。
2.如权利要求1所述的分流器鼻件(22、122)，其中所述一个或多个管(46、146)在其轴向地沿着所述壁的长度的大部分上具有基本恒定的厚度。
3.如权利要求1至2中任意一项所述的分流器鼻件(22、122)，其中所述片(54、154)是环形片或环形片的多个段，并且具有下游部分是大致直的以及形成所述前缘(34、134)的弯曲的上游部分的外形。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的分流器鼻件(22、122)，其中所述环壁(36、136)包括所述片(54、154)的支撑部(55、155)，在支撑部(55、155)上所述外表面具有面向所述片(54、154)的下游边缘的台阶(63、163)，从而所述片的外表面与所述支撑部的在所述台阶的外表面齐平。
5.如权利要求1至4的任意一项所述的分流器鼻件(22、122)，其中所述环壁(36、136)在前缘形成环形钩，优选地为具有轴向地向下游敞开的环形凹槽(58、158)。
6.如权利要求1至5的任意一项所述的分流器鼻件(22、122)，其中所述鼻件包括具有叶片的定子的外壳(28、128)，所述外壳的上游边缘包括与所述壁上对应的定心表面(59、159)配合的环形定心表面(61、161)，所述定心表面(59、159)设计为确保所述壁(36、136)与所述外壳(28、128)之间的同心度。
7.如权利要求6所述的分流器鼻件(22、122)，其中所述外壳(28、128)和所述环壁(36、136)两者包括在所述定心表面(61、59、161、159)的下游径向地延伸的凸缘(38、40、138、140)，所述凸缘附接至彼此并且轴向地和/或径向地重叠。
8.如权利要求1至7的任意一项所述的分流器鼻件(22)，其中其包括至少一个用于供给除冰流体的歧管(42)，所述歧管(42)与所述除冰管(46)连通并且优选地穿过所述两个环形凸缘(38、40)。
9.如权利要求1至8的任意一项所述的分流器鼻件(22、122)，其中其包括几个除冰管(46、146)，除冰管(46、146)轴向地延伸并且沿着所述环壁(36、136)的外周分布。
10.如权利要求9所述的分流器鼻件(22、122)，其中所述除冰管(46、146)由所述片(54、154)和所述片的支撑部(55、155)形成，所述支撑部优选地包括沿着其周边分布在其外表面上并且对应所述管的容腔。
11.如权利要求9和10之一所述的分流器鼻件(22、122)，其中其包括增压室(44、144)，增压室(44、144)优选地为环形，设计为将所述除冰流体分配至所述管(46、146)，所述增压室优选地通过穿过所述支撑部的通路(56)连接至所述管(46)。
12.如权利要求1至11的任意一项所述的分流器鼻件(22、122)，其中所述或每个除冰管(46、146)包括形式为环形间隙、可选地是分段的、径向地向内并且轴向地向下游指向的出口(48、148)。
13.如权利要求1至12的任意一项所述的分流器鼻件(122)，其中所述片是第一环形片(154)，所述环壁(136)包括安装在所述第一片(154)内侧的第二环形片(166)，所述除冰管由所述第一片(154)和第二片(166)界定。
14.如权利要求13所述的分流器鼻件(122)，其中其包括在所述第一和第二片(154、166)之间大致轴向地延伸以形成多个除冰管(146)的分隔带(164)。
15.一种包括分流器鼻件(22、122)的轴向涡轮机组(2)，其中所述分流器鼻件(22、122)是根据权利要求1至14之一的分流器鼻件，所述涡轮机组优选地包括压缩机(4、104)，所述压缩机(4、104)具有在压缩机进口处并且被所述分流器鼻件支撑的定子叶片(26、126)的第一环形排。
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