CN106438497A - 用于轴向涡轮压缩机的除冰分离器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种除冰且防冰的分离器(22)，该分离器用于轴向涡轮机低压压缩机。该分离器(22)具有外侧环形壁(28)和内侧环形壁(30)特别是外侧定子罩，该外侧环形壁限定次气流或分流气流，该内侧环形壁限定基本气流或主气流。该内侧壁(30)的上游边缘(44)被固定到该外侧壁(28)的上游环形钩(42)。它具有一系列的切口(52)，该切口径向地穿过内侧壁(30)以允许除冰流体(38)流通穿过钩(42)。该切口(52)可形成新月形。该分离器(22)变得更简单同时保持最佳效率。

Description

用于轴向涡轮压缩机的除冰分离器

技术领域

本发明涉及一种用于轴向涡轮机的除冰分离器。特别地，本发明涉及一种通过将热气体再注入分离器的分离器的除冰。本发明还涉及一种轴向涡轮机，尤其飞机涡轮喷气发动机或飞机涡轮螺旋桨发动机。

背景技术

飞机多流涡轮螺旋桨发动机被设计为环境友好。在最优化插入和效率，同时减少噪音损害的观点下，涡轮螺旋桨发动机使用几个环形气流操作。为此，该涡轮螺旋桨发动机将进入的气流分为基本气流或主气流和次气流或分流气流。该气流通过被放置在压缩机上游的圆形分离器分离开。在这方面，它形成用于压缩机的空气入口。

进入涡轮机的空气在分离器处的保持大气温度。因为这些温度可在大小上降低至-50℃，冰可随着湿气形成在分离器中。在飞行期间，冰可传播和积聚直到它在压缩机定子叶片的末端处形成阻碍。这些阻碍还可改变分离器的几何结构，且影响进入压缩机的空气流，且这可损害它的效能。

随着它们的发展，该阻碍变得越来越巨大，且于是中断(作为涡轮机振动的结果)。被携带在进入的气流中，这些阻碍可被压缩机摄取，带来在它们路上损坏转子叶片的风险。当它不预先穿过风扇时，这个摄取是特别有害的。为了限制冰的形成，分离器被提供具有除冰设备。

文档US6561760B2暴露了一种被提供具有除冰分离器的轴向涡轮机压缩机。该除冰分离器通过从涡轮机的压缩机放出的热空气的循环被加热。该热空气被注入分离器，然后逸散，渗透分离器的外壁和外部罩之间的上游钩。轴向槽被形成在外部罩中以形成穿过钩的通道，其意味着除冰流动是最佳的。然而，由于接口布置的方法，这样的分离器是昂贵的。该通道的几何结构是复杂的，且这由于制造公差损害实际操作条件而有损于操作。

发明内容

技术问题

本发明的目标是解决先前技术所提出的问题中的至少一个。更特别地，本发明的目标是简化除冰分离器。本发明的另一目标是使分离器更轻。

技术解决方案

本发明的一个主题是分离器，该分离器用于轴向涡轮机，尤其用于轴向涡轮机的压缩机，该分离器包括：外侧环形壁，和被连接到外侧壁的圆形上游边缘的内侧环形壁，该内侧壁被配置为限定由分离器分离的内侧环形气流，特别是基本气流或主气流，尤其在于内侧壁的上游边缘包括至少一个切口，该切口径向地穿过内侧壁以便允许除冰流体循环穿过内侧壁。

根据本发明的有利的实施例中，该内侧壁包括被形成在它的厚度中的至少一个槽，其轴向地延伸所述切口或每个切口。

根据本发明的有利的实施例，该切口或每个切口是新月形，可能具有新月形轮廓。

根据本发明的一个有利的实施例，该内侧壁包括平滑外侧环形表面，其轴向地限定该切口或每个切口，该外侧壁可能地沿下游方向朝向所述外侧表面的外侧逐渐地径向偏离。

根据本发明的一个有利的实施例，该内侧壁包括上游支承表面，它的上游边缘被形成在该上游支承表面上，且其形成直径的增加，该上游支承表面优选形成环形台阶。

根据本发明的一个有利的实施例，该内侧壁包括内侧环形表面和被形成在上述内侧表面上的内侧环形槽道，上述环形槽道轴向地限定该切口或每个切口和/或与该切口或每个切口连通。

根据本发明的一个有利的实施例，所述内侧壁是外侧罩和/或支撑从上述内侧壁朝向内侧径向地延伸的环形叶片排，和/或支撑内侧环形密封件，尤其环形耐磨材料层。

根据本发明的一个有利的实施例，该外侧壁包括与切口流体连通的至少一个通道，优选包括每个与切口的一个流体连通的几个通道。

根据本发明的一个有利的实施例，该通道或每个通道是轴向槽，可能关于分离器的中心轴线倾斜。

根据本发明的一个有利的实施例，该通道或每个通道轴向地远离内侧壁的该切口或每个切口。

根据本发明的一个有利的实施例，该外侧壁包括环形钩，该内侧壁的上游边缘被固定到所述环形钩，该环形钩优选具有环形槽，该环形槽面向下游方向且内侧壁的上游边缘被安装在环形槽中。

根据本发明的一个有利的实施例，该环形钩形成外侧壁的上游端部，该分离器优选包括被形成在环形钩上的圆形引导边缘。

根据本发明的一个有利的实施例，该上游边缘与外侧壁轴向对齐，该分离器优选包括在上游边缘和外侧壁之间的环形机械间隙，其小于该切口或每个切口的深度，和/或小于或等于5.00毫米，更优选小于或等于2.00毫米，且可能小于或等于0.50毫米。

根据本发明的一个有利的实施例，该外侧壁包括内侧环形部分和外侧环形部分，该内侧壁的上游边缘被插入其间，该内侧部分比该外侧部分径向地更厚。

根据本发明的一个有利的实施例，该内侧环形部分和外侧环形部分轴向地重叠，该外侧部分通常优选为不变的厚度和/或所述外侧环形部分为外侧壁的主要部分。

根据本发明的一个有利的实施例，分离器包括环形空间，该环形空间与该切口或每个切口流体连通，上述空间由内侧壁和外侧壁限定。

根据本发明的一个有利的实施例，内侧壁和外侧壁包括被固定到彼此的环形固定凸缘，且其被放置在该切口或每个切口的下游，所述凸缘可能地限定环形空间。

根据本发明的一个有利的实施例，该分离器是除冰和/或防冰分离器，尤其被配置为允许热空气的循环和/或将除冰空气再注入到内侧气流。

根据本发明的一个有利的实施例，该外侧环形壁适用于引导涡轮机内的外侧环形气流，尤其次气流或分流气流。

根据本发明的一个有利的实施例，该内侧环形壁是在外侧壁的内侧上，所述壁是同轴的。

根据本发明的一个有利的实施例，该通道或每个通道与环形槽道流体连通，和/或该环形槽道轴向地和/或径向地被插入通道和切口之间。

根据本发明的一个有利的实施例，该引导边缘将上游气流分为外侧气流和内侧气流(其轴向地流动)。

根据本发明的一个有利的实施例，该外侧壁具有可变的厚度，且可能地上游为最大厚度。

根据本发明的一个有利的实施例，该内侧壁和/或外侧壁是每个一件元件优选形成为不可分割的部分，和/或可由金属制造，且通道可被加工在其间。

本发明的另一目标是涡轮机的外侧罩，尤其轴向涡轮机压缩机的外侧罩，该罩包括环形叶片排，或环形区域，该环形区域可能通过环形开口排形成，用于接收叶片以接收叶片平台，和圆形上游边缘，尤其在于外侧罩的上游边缘包括至少一个切口，该切口径向地穿过它以便允许除冰流体循环穿过所述边缘。

本发明的另一目标是具有外侧罩的分离器，其能够接收环形定子叶片排，该外侧罩具有被固定到上述分离器的圆形上游边缘，尤其在于上游边缘包括至少一个切口，该切口径向地穿过外侧罩以便允许除冰流体循环穿过外侧罩。通过这个方法，该分离器在这里被比作上文陈述的外侧壁。

本发明的另一目标是涡轮机压缩机，其包括分离器，尤其在于该分离器是依照本发明的分离器。

本发明的另一目标是涡轮机，其包括分离器，尤其在于该分离器是依照本发明的分离器。

根据本发明的一个有利的实施例，该涡轮机包括压缩机尤其高压压缩机，和排气管，该排气管与上述压缩机和该切口或每个切口流体连通，以便将除冰空气供应到分离器。

根据本发明的一个有利的实施例，该涡轮机包括压缩机，尤其低压压缩机，该分离器形成上述压缩机的入口。

通常地，本发明的每个目标事件的有利的实施例还应用于本发明的其他目标事件。在任何可能的情况下，本发明的每个目标事件可与其他目标事件组合。

优势提供

本发明简化了分离器同时形成用于热气体的环绕走廊。部件的数量被减少，且罩的形状由于切口的尺寸允许控制流动。发生的情况是它们的通道横截面区域限制穿过它们的流体量。而且，这个解决方案使它可能减少质量，因为外侧壁可在内侧壁的上游边缘之上保持不变的厚度。

该布置使分离器经济合算的。特别地，该切口是在被减少的长度上容易实现的形状。当它们被加工，被移除的材料的数量被限制。它们被切割的区域可被容易地接近，且它们是坚硬的，适于涉及的切割负载。切口的孔区域上的膨胀效应是较低的。该布置使它可能保持独立于温度的除冰效力，这在壁容易冰冻的情况下是特别重要的。

本结构优化操作因为升温可在所有点处一致地被实现。外侧壁内侧的厚度被形成在其间的槽被补偿。因此，被供应的空气的温度可被减少同时保持安全性。

附图说明

图1描述了依照本发明的轴向涡轮机。

图2是依照本发明的涡轮机的压缩机的图示。

图3示出了依照本发明的分离器。

图4是依照本发明的涡轮机的上游末端的放大图。

图5示出了从内侧观察的本发明的内壁。

具体实施方式

在下面的描述中，术语内部或内侧和外部或外侧指关于轴向涡轮机的旋转轴线的定位。轴向方向相当于沿涡轮机的旋转轴线的方向。径向方向垂直于旋转轴线。上游和下游是指主流体穿过涡轮机的方向。

图1是轴向涡轮机的简图。在这个特殊实施例中，它可为双涡轮喷气发动机。该涡轮喷气发动机2包括第一压缩水平压缩机(其被称为低压压缩机4)，第二压缩水平压缩机(其被称为高压压缩机6)，燃烧腔8和一个或多个水平的涡轮机10。在操作中，自涡轮机10的机械功率通过中心轴被传输到转子12，进而传输到两个压缩机4和6。该两个压缩机4和6包括与定子叶片排相关联的几个排的转子叶片。转子围绕它的旋转轴线14的旋转因此使它可产生空气流，且逐渐压缩这个空气流直到到燃烧腔8的入口。减速齿轮装置允许被传输到压缩机的旋转速度增大。

入口鼓风机(通常地被称为风扇16)被联接到转子12且产生空气流，该空气流被分为基本气流或主气流18(其穿过涡轮机的各种上述水平)和次气流或分流气流20(其沿环形管道(部分显示)沿机械行进且在从涡轮机的出口处与基本气流或主气流汇合)。该次气流或分流气流可被加速以便产生反推力。该主18或分流20气流是环形气流且通过涡轮机的外壳管道输送。每个流体都是轴向的。为此，该外壳具有圆柱形壁或罩，其可为内侧或外侧的。

图2是相似于图1中的轴向涡轮机的压缩机的截面视图。该压缩机可为低压压缩机4。可看到风扇16和分离器22的一部分，该分离器22将主气流18从分流气流20分离开。该转子12包括几排转子叶片24，在这个实施例中是三排。

该低压压缩机4包括几个定子，在这个实施例中是4个，每个包含一排定子叶片26。该定子与风扇16相关联或与转子叶片排相关联以便矫直气流，以便将气流的速度转换为静压。该定子叶片26从外壳或外罩基本上径向地延伸且可被使用销固定在那里不可动。替代地，它们可使用激光焊接技术被焊接。某些叶片可不同于它们排中的其余的叶片。

图3描述分离器22，该分离器分离进入涡轮机的气流。该分离器22可相当于图2中所示的低压压缩机的入口处的那个。

该分离器22包括外侧环形壁28和内侧环形壁30。这些壁28、30是同中心的，它们引导且限定相应的次气流或分流气流20和基本气流或主气流18。更确切地说，这些气流18、20通过圆形引导边缘32或分离边缘(其形成上述分离器22的上游端部)分离开。这是接收摄入物的第一部件。

该壁28、30可包括环形固定凸缘34，其可使用有角度地分布的固定销(没有被描述)固定在一起。它们可形成壁28、30之间的流体密封隔离部。总体而言，壁28、30限定环形空间36，该环形空间在下游端部处通过固定凸缘34封闭。这个环形空间36被供应有除冰流体，在这个实施例中是热气体。该流体38或热气体的存在使得可以除冰和/或防止分离器22上的冰的积累，不论它与基本气流或主气流18还是与次气流或分流气流20接触。

该分离器20可包括热气体供应管道40。这可为用于从涡轮机的压缩机(例如高压压缩机)排出空气的管道40。该排出有利地在所述压缩机的下游，可选地在压缩机的最后压缩阶段。该管道40与分离器的内侧环形空间36流体连通，且因此与用于将除冰流体再注入压缩机的通道流体连通。该通道可形成排气。

该外侧壁28可包括环形钩42，其形成它的上游端部，且特别地它的引导边缘32。内侧壁30的上游边缘44被固定到上述环形钩42，使钩42可保持内侧壁30(其为悬臂)的上游端部。限定基本气流和主气流18的表面的居中和配合也被确保。该环形钩42可具有环形凹部，该环形凹部沿下游方向敞开。该凹部接受内侧壁30的上游边缘44且将它附接到那儿。

该内侧壁30通常具有多区段配置，其中各区段尤其具有不同的直径。它包括上游支承表面46，用于安装上游边缘且与外侧壁28接触。该上游支承表面46形成直径的增加且展示两个环形台阶(内侧的一个和外侧的一个)。该主区段48或中心区段可支撑环形排的定子叶片26。下游区段可容纳内部环形密封件50，尤其是环形耐磨材料层50。这样的层50形成密封件，当涡轮机运行时如果它与转子叶片接触其能够逐渐瓦解。

图4是分离器22在引导边缘32处的放大图。这里描述了内侧壁30和外侧壁28，特别地，它们的接口被人为地允许除冰的流动38。

允许除冰流体38的流动的通道具有至少一个切口52，其形成在内侧壁30的上游边缘44中。优选地，上游边缘44具有多个切口52，其围绕上游边缘的周边分布，且与接收除冰流体的环形空间36流体连通。每个切口52形成边缘44中的缩进处，轴向地穿入内侧壁30的间隙。每个切口52径向地穿过上游边缘44且促进从内侧壁30的外侧朝向内侧的通道。在这个特殊实施例中，该切口52允许除冰流体38朝向分离器22的内侧流动，朝向内侧壁30的内表面的内侧流动，且这个最优化除冰。该切口52可每个具有曲线形状，比如新月形。何为新月形是第一圆盘的内表面，其中与第一圆盘在两个点处相交的另一圆盘的表面从其去除。

每个切口52通过槽54延伸，该槽切入内侧壁30的径向厚度。这使得切口52径向地延伸，且遵循面向该切口的外侧壁28的外侧表面。壁的相交形成大体封闭轮廓的管道，以引导和控制除冰流体38的流动。

该内侧壁30包括平滑的外侧环形表面56，其轴向地限定切口52且其向上游延伸到切口52之间。该外侧壁28从所述外侧表面56沿下游方向径向地朝向外部逐渐地分开。由此，环形空间36延伸直到外侧壁30的上游边缘44，促使热能的应用直到引导边缘32。

该内侧壁32可能地包括内侧表面，该内侧表面具有内侧环形槽道58，径向地向外切入内侧壁30的厚度。这个环形槽道58与每个切口52(限定为相同的)流体连通。特别地，每个轴向槽54敞开到环形槽道58，允许它们被连接。

该外侧壁28包括至少一个通道60，该通道60与切口52连通。优选地，它包括几个通道60，每个通道60被定位为与至少一个切口52对齐以便允许从一个到另一个的通道。例如，通道60可被定位为面向至少三个切口52且可与它们流体连通。该通道或每个通道60是轴向槽，该槽的底部可能地关于涡轮机14的旋转轴线倾斜，这个轴线可能地与分离器2的中心轴线相一致。该倾斜的通道60允许流体38更好地再注入基本气流或主气流。涡流的形成被减少且涡轮机的效率被保持。替代地，一个或多个通道是穿过外侧壁的孔口。

该通道60和切口52可通过环形槽道58连通，由此允许位置偏差。该通道60和切口52可由此轴向地且有角度地远离彼此，因为槽道被插入在它们之间的接口处。然而，槽道的存在是可选择的，因为通道和切口可直接地流体连通。

该外侧壁28的环形钩42包括内侧环形部分62和外侧环形部分64，其占据一个且相同的轴向区段。该内侧壁30的上游边缘44是在它们之间滑动的。该内侧部分62比外侧部分64径向更厚以便提供较大的强度，因为它是支撑内侧壁30的那个。该外侧部分64是大体不变的厚度且因为它的轴向长度形成外侧壁28的主要部分。该内侧壁30的上游边缘44轴向地拥抱环形钩42。这个边缘44与钩的底部齐平。然而，环形机械间隙66分开它们。这个间隙66小于切口52的轴向深度。它可为小于或等于0.05毫米。

图5示出了内侧壁30的一部分的内侧视图。被示出在那里的是一系列的定子叶片26，和基本气流或主气流18。为了清晰起见，外侧壁没有被示出。

该内侧壁支撑环形排的几个定子叶片26。该上游边缘44形成切口52之间的雉堞。这些朝向叶片26切入上游边缘44，于是由于它们的槽54而沿这个相同的方向延伸。该槽54在环形槽道58(其通常被形成在上游支承表面46的中心部分中和/或内侧壁30的内侧台阶上)内汇合。

该叶片26的翼面可被直接地固定到罩的内侧表面68。替代地，它们可具有平台或根部球茎，其被焊接入被形成在罩中的开口。该内侧壁30可为在压缩机入口处的外侧罩。

Claims (20)

1.一种用于轴向涡轮机(2)，特别是用于轴向涡轮机(2)的压缩机(4；6)的分离器(22)，所述分离器(22)包括：

外侧环形壁(28)；

内侧环形壁(30)，具有被连接到外侧壁(28)的圆形上游边缘(44)，所述内侧壁(30)被配置为限定由分离器(22)分离的内侧环形气流(18)，特别是基本气流或主气流；

其特征在于：

内侧壁(30)的上游边缘(44)包括至少一个切口(52)，所述切口径向地穿过内侧壁(30)以便允许除冰流体(38)流通穿过内侧壁(30)。

2.根据权利要求1中所述的分离器(22)，其特征在于，所述内侧壁(30)包括被形成在它的厚度中的至少一个槽，其轴向地延伸所述切口或每个切口(52)。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的分离器(22)，其特征在于所述切口或每个切口(52)是新月形，可能具有新月形轮廓。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的分离器(22)，其特征在于所述内侧壁(30)包括平滑外侧环形表面(56)，其轴向地限定所述切口或每个切口(52)，所述外侧壁(28)可能沿下游方向径向地朝向所述外侧表面(56)的外部逐渐地分开。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的分离器(22)，其特征在于，所述内侧壁(30)包括上游支承表面(46)，它的上游边缘(44)被形成在所述上游支承表面上，且其形成直径的增加，所述上游支承表面(46)优选形成环形台阶。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的分离器(22)，其特征在于所述内侧壁(30)包括内侧环形表面(66)和被形成在所述内侧表面上的内侧环形槽道(58)，所述环形槽道(58)轴向地限定所述切口或每个切口(52)和/或与所述切口或每个切口(52)连通。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的分离器(22)，其特征在于，所述内侧壁(30)是外侧罩和/或支撑从所述内侧壁(30)朝向内侧径向地延伸的环形叶片排(26)，和/或支撑内侧环形密封件，特别是环形耐磨材料层(50)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的分离器(22)，其特征在于，所述外侧壁(28)包括与切口(52)连通的至少一个通道(60)，且优选为每个与切口(52)的一个连通的几个通道(60)。

9.根据权利要求8中所述的分离器(22)，其特征在于，所述通道(60)或每个通道(60)是轴向槽，可能关于分离器(22)的中心轴线(14)倾斜。

10.根据权利要求8和9中任一项所述的分离器(22)，其特征在于，所述通道(60)或每个通道(60)轴向地远离所述内侧壁(30)的所述切口(52)或每个切口(52)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的分离器(22)，其特征在于，所述外侧壁(28)包括环形钩(42)，所述内侧壁(30)的上游边缘(44)被固定到所述环形钩(42)，所述环形钩(42)优选具有环形槽，所述环形槽面向下游方向且内侧壁(30)的上游边缘(44)被安装在环形槽中。

12.根据权利要求11所述的分离器(22)，其特征在于，所述环形钩(42)形成外侧壁(28)的上游端部，所述分离器(22)优选包括被形成在环形钩(42)上的圆形引导边缘(32)。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的分离器(22)，其特征在于，所述上游边缘(44)与外侧壁(28)轴向地对齐定位，所述分离器(22)优选包括在上游边缘(44)和外侧壁(28)之间的环形机械间隙(66)，其小于所述切口(52)或每个切口(52)的深度，和/或小于或等于5.00毫米，更优选小于或等于2.00毫米，且可能小于或等于0.50毫米。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的分离器(22)，其特征在于所述外侧壁(28)包括内侧环形部分(62)和外侧环形部分(64)，所述内侧壁(30)的上游边缘(44)被插入其间，所述内侧部分(62)比所述外侧部分(64)径向地更厚。

15.根据权利要求14所述的分离器(22)，其特征在于，所述内侧环形部分(62)和外侧环形部分(64)轴向重叠，所述外侧部分(64)通常优选为不变的厚度和/或所述外侧环形部分(64)为外侧壁(28)的主要部分。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的分离器(22)，其特征在于，它包括环形空间(36)，所述环形空间与所述切口或每个切口(52)连通，所述空间(36)由内侧壁(30)和外侧壁(28)限定。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的分离器(22)，其特征在于内侧壁(30)和外侧壁(28)包括被固定到彼此的环形固定凸缘(34)，且其被定位在所述切口或每个切口(52)的下游，所述凸缘(34)可能限定环形空间(36)。

18.一种包括分离器(22)的涡轮机(2)，其特征在于，所述分离器(22)为依照权利要求1至17中任一项的分离器。

19.根据权利要求18所述的涡轮机(2)，其特征在于，它包括压缩机(4；6)，特别是高压压缩机(6)，和排气管(40)，所述排气管(40)与所述压缩机(6)和所述切口或每个切口(52)连通，以便将除冰空气供应到分离器(22)。

20.根据权利要求18和19中任一项所述的涡轮机(2)，其特征在于它包括压缩机(4；6)，特别是低压压缩机(4)，所述分离器(22)形成所述压缩机(4)的入口。