CN105102767B - 航空涡轮发动机的分离器前端除冰装置 - Google Patents

航空涡轮发动机的分离器前端除冰装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种对航空涡轮机分离器除冰的装置，所述装置包括：分离器(20)，分离器用来定位在涡轮机风扇下游，以形成来自涡轮机的一次气流(16)和二次气流的环形通道之间的分离；以及外壳(28)，其固定到分离器以便在下游处延伸它，所述外壳具有形成一次气流流道外面的内部屏蔽环(30)；所述外壳包括至少一个纳入在内部屏蔽环内的空气导管(36)，以便与屏蔽罩形成单个部件，所述空气导管在下游处开口面向空气源(38)，而在上游处开口分离器内部。

Description

航空涡轮发动机的分离器前端除冰装置
技术领域
本发明涉及气流分离器前端的总领域，该气流分离器前端形成双转子旁路型航空涡轮发动机的部分。更具体来说，本发明涉及用于如此分离器前端除冰的装置。
背景技术
在双转子旁路型航空涡轮发动机中，一次气流(或热气流)的流道和二次气流(或冷气流)的流道通过分离器前端在风扇下游分离。
为了优化发动机的重量，同时保留一次气流的流道部分和二次气流的流道截面之间相同的比例，制造商寻求减小这些流道的半径。尤其是为了减小二次气流流道的内半径，有利地是，尽可能限制分离器前端和位于分离器前端下游的结构外壳之间的连接区域的半径尺寸。将该半径尺寸减到最小还通过能够增大一次和二次气流之间的共线性程度而呈现出空气动力学的优点。
此外，分离器前端是发动机的内部元件，当在结冰条件下飞行时，其特别暴露在结冰的条件中。在如此的条件下，高湿度的空气和雨水可穿透到发动机内部，并变得以结冰的形式堆积在分离器前端上，带来的风险是，如此的结冰变得脱落下来而损坏位于一次气流流道中下游的压缩机。
为了避免在分离器前端上结冰，已知的做法是将热空气注入到分离器内，该热空气取自发动机的压缩机级。该热空气典型地通过管道传输，该管道由通过外壳并紧固在分离器前端上的单独的配件构成，以将热空气排入到分离器内。可特别地参照文献US 2003/0035719，该文献描述了如此除冰装置的实例。
然而，用来传输防止在分离器前端上结冰的热空气的已知方案，却与减小分离器前端和外壳之间连接区域的半径尺寸不相容。
发明内容
因此，存在着这样的需求，能够具有用来对分离器前端除冰的装置，同时采用最小的径向空间量。
该目的通过对航空涡轮发动机分离器前端除冰的装置来达到，该装置包括分离器前端和外壳，分离器前端用来定位在发动机风扇下游，以分离分别通过来自发动机的一次气流和二次气流的环形通道，外壳紧固到分离器前端以便在下游处延伸它，外壳具有形成一次气流流道外面的内部屏蔽罩，根据本发明，外壳包括至少一个纳入在内部屏蔽罩内的空气导管，以便与屏蔽罩一体地形成，空气导管在下游处展开面向空气馈入，而在上游处展开通向分离器前端内部。
将空气导管纳入到外壳内部屏蔽罩内以使它们形成单一件，这能够限制分离器前端所占据的径向空间。与现有技术的除冰方案相比，空气导管停驻在分离器前端内，停驻的方式是包括外壳内部屏蔽罩的停驻，由此，相应地限制组件所占据的径向空间。换句话说，将空气导管纳入到外壳内部屏蔽罩内，能够使空气导管和下游的分离器前端之间的固定偏移，由此，能够共享该在空气导管和分离器前端之间的停驻。
较佳地，通过使用模具的铸造来制造外壳，该模具具有占据空气导管部位的内芯。外壳可由钛合金制造。
空气馈入可以是空气馈送管，该馈送管在上游端处连接到注入集管。在如此的情况下，外壳可具有六个空气导管，它们彼此角度地间距开，并连接到单个注入集管。
空气导管可开口通向分离器前端内形成的除冰空腔的内部，并开口通向到一次气流流道内。
有利地，空气导管不具有位于分离器前端上的任何紧固件。
本发明还提供包括如上所定义的除冰装置的航空涡轮发动机。
附图说明
从以下参照附图所作的描述中，可显现本发明其它的特征和优点，附图示出没有限制特征的实施例。在附图中：
图1是沿配装有根据本发明的除冰装置的航空涡轮发动机的纵向截面中的局部剖视图；
图2是图1的除冰装置的立体图；以及
图3是图2的纵向剖视图。
具体实施方式
图1示出本发明所适用的双转子旁路型航空涡轮发动机10的一部分。
在已知的方式中，发动机10是关于纵向轴线12呈轴对称的，在其上游端处具有入口，该入口接纳外面的空气，该空气是馈送到风扇14的。
在风扇14的下游处，空气在一次气流流道(或通道)16和二次气流流道18之间分流，二次气流流道18围绕一次气流流道同心地布置。这两个通道16和18通过分离器前端20彼此分开。
如图2和3所示，分离器前端20具有V形的纵向截面，并包括内部环形壁22和外部环形壁24，内部环形壁22形成一次气流流道16的外侧，而外部环形壁24形成二次气流流道18的内侧。在其下游端处，分离器前端的内壁22由朝向外部壁24径向地突出的环形凸缘26延伸出来。
一排入口导向叶片(IGV)27紧固到分离器前端的内壁22。
在下游处，分离器前端20紧固到具有内部屏蔽罩30的结构外壳28，该内部屏蔽罩30形成一次气流流道16的外侧，一次气流流道16延伸在分离器前端的内壁22的下游。
更精确地说，在其上游端处，结构外壳28的内部屏蔽罩30由上游环形凸缘32延伸出来，上游环形凸缘32径向朝外地突出出来，并通过螺母-和-螺栓型的紧固件系统(图中未示出)紧固到分离器前端的凸缘26，紧固件系统围绕发动机纵向轴线12分布。
在其下游端处，外壳的内部屏蔽罩30同样地由下游环形凸缘34延伸出来，下游环形凸缘34径向朝外地突出出来，以便能将外壳紧固到发动机的另一元件上(图中未示出)。
此外，用来紧固到外壳28的外部屏蔽罩(图中未示出)用于形成二次气流流道18的内侧，其延伸在分离器前端的外壁24的下游。
根据本发明，外壳28具有至少一个空气导管36，其纳入在内部屏蔽罩30内以便与其形成一体，空气导管36在下游开口朝向空气馈送管38，而在上游开口通向分离器前端20的内部。
为此，外壳28通过使用模具的铸造(例如，钛合金)来进行制造，该模具具有占据相应数量的空气导管36部位的一个或多个内芯(空气导管36与外壳一起模制)。举例来说，可采用失蜡铸造方法或沙铸造方法。替代地，也可以求助于机焊接或在材料体内进行机械加工。作为另一替代方案，如果空气导管由一个或多个直线部构成，则它可以直接在外壳内钻出。
其结果，空气导管36和外壳28形成单一件。尤其是，应该看到，没有如此的空气导管来构成单独的配件，其结果，没有紧固件用来紧固到分离器前端。
还更加精确地说，空气导管36形成为沿着发动机纵向轴线12延伸，延伸在外壳的内部屏蔽罩30的上游凸缘32和下游凸缘34之间。空气导管36还可部分地与内部屏蔽罩30一起形成。
在其上游端处，通过穿过其内壁22的凸缘26内形成的孔口39，空气导管36开口通向分离器前端的内部，而在其下游端处，其通过内部屏蔽罩的下游凸缘34连接到空气馈送管38。
外壳28较佳地具有多个空气导管36(例如，六个)，它们围绕发动机纵向轴线12彼此角度地间距开。这些空气导管36各开口通向空气馈送管38，令空气馈送管连接到对中在发动机纵向轴线12上的共同的注入集管40。
以已知的方式，注入集管40自身用取自发动机压缩机级(图中未示出)的空气进行馈送。
在其上游端处，空气导管36各开口通向分离器前端20内形成的除冰空腔42的内部，并又通向到一次气流流道16内。该除冰空腔42径向地由内壁22和外壁24形成，而轴向地由凸缘26形成。
除冰空腔42通过形成在分离器前端的内壁22和外壁24内的空气-通过狭槽44，通向一次气流流道16。
如此除冰装置的操作很显然源于以上的描述。已经受压缩的(因此其是热的)空气取自发动机的压缩机级，并通过注入集管40围绕发动机的纵向轴线分布，空气从注入集管40借助于空气馈送管38注入到各个空气导管36内。空气沿着空气导管36从下游流动到上游，并流入形成在分离器前端20内的除冰空腔42内。该热空气因此能使分离器前端的壁22和24加热，从而在结冰条件下飞行时避免出现任何的结冰。空气然后通过空气-通过狭槽44而排入到一次气流流道16内。
如图3更加特别地示出，如此的除冰装置占据非常小的径向空间。该空间由以下组成：空间A、空间B和空间C，空间A对应于用来停驻外壳28内部屏蔽罩30的径向空间；空间B对应于用来停驻空气导管36的径向空间；以及空间C对应于用来停驻外部屏蔽罩(未示出)和分离器前端的径向空间。
如此的径向空间特别地小，尤其是因为空气导管36与分离器鼻部的停驻，使得其纳入在外壳的内部屏蔽罩30的停驻中。对于给定的流道截面之间的比例，如此径向空间的节约能够节省发动机的重量。

Claims (8)

1.一种对航空涡轮发动机分离器前端除冰的装置，所述装置包括：
分离器前端，所述分离器前端用来定位在发动机风扇(14)下游，以分离通过来自发动机的一次气流和二次气流的环形通道；以及
外壳，所述外壳紧固到所述分离器前端以便在下游处延伸所述分离器前端，所述外壳具有形成一次气流流道外侧的内部屏蔽罩；
其中所述外壳包括纳入在内部屏蔽罩内的至少一个空气导管，以便与所述内部屏蔽罩一体地形成，所述空气导管在下游处开口面向空气馈入，而在上游处开口通向所述分离器前端内部。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，通过使用模具的铸造来制造所述外壳，所述模具具有占据所述空气导管部位的内芯。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述外壳由钛合金制造。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空气馈入是空气馈送管，所述空气馈送管在上游端处连接到注入集管。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述外壳具有六个空气导管，所述六个空气导管彼此角度地间距开，并连接到单个注入集管。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空气导管开口通向所述分离器前端内形成的除冰空腔的内部，并开口通向到一次气流流道内。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空气导管(36)不具有位于所述分离器前端上的任何紧固件。
8.一种航空涡轮机，包括如权利要求1所述的对航空涡轮发动机分离器前端除冰的装置。
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