CN106948943B - 用于涡轮发动机的气旋分离器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于涡轮发动机的气旋分离器。具体而言，一种包括气旋分离器(102)的燃气涡轮发动机(10)提供压缩机区段(22)与涡轮区段(32)之间的流体连通。气旋分离器(102)包括环形容积(150)，其接收来自入口(110)的冷却流体流，且将空气流分到较清洁空气出口(164)和扫气出口(162)中。冷却流体流在与环形容积(150)相切的方向上提供至气旋分离器(102)，使得冷却流体的气旋流在环形容积(150)内移动，将夹带在空气流内的颗粒离心地分离至环形容积(150)的径向外区域以用于通过扫气出口(162)移除，且将较清洁空气流提供至较清洁空气出口(164)。

Description

用于涡轮发动机的气旋分离器
技术领域
涡轮发动机且特别是燃气或燃烧涡轮发动机是从穿过发动机流到多个涡轮叶片上的燃烧气体获得能量的旋转发动机。燃气涡轮发动机用于陆地和海上移动和发电，但最常用于航空应用，诸如用于飞行器，包括直升机。在飞行器中，燃气涡轮发动机用于飞行器的推进。在陆地应用中，涡轮发动机通常用于发电。
背景技术
用于飞行器的燃气涡轮发动机设计成在高温下操作以最大限度提高发动机效率，所以某些发动机构件(诸如高压涡轮和低压涡轮)的冷却可能是必需的。通常，冷却通过将较冷的空气从高压和/或低压压缩机导送至需要冷却的发动机构件来实现。高压涡轮中的温度为大约1000℃到2000℃，且来自压缩机的冷却空气为大约500℃到700℃。尽管压缩机空气为高温的，但其相对于涡轮空气较冷，且可用于冷却涡轮。当冷却涡轮时，冷却空气可供应至各种涡轮构件，包括涡轮护罩和涡轮叶片的内部。
冷却空气中的颗粒(诸如污垢、灰尘、沙、火山灰和其它环境污染物)可引起冷却损失和飞行器环境中的缩短的操作时间或"在翼时间"。该问题在世界各处的其中涡轮发动机遭受大量气载颗粒的某些操作环境中加剧。供应至涡轮构件的颗粒可阻塞、阻碍或涂布流动通路和构件的表面，这可缩短构件的寿命。
发明内容
一种燃气涡轮发动机包括发动机核心，其具有成轴向流动布置的压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段。燃气涡轮发动机还包括将压缩机区段流体地联接至涡轮区段和气旋分离器的冷却空气回路。气旋分离器包括限定内部的壳体、位于内部内以限定中心体与壳体之间的壳体内的环形容积来形成环形气旋分离室的中心体、将环形容积沿切向联接至冷却空气回路的入口、将环形容积在入口下游联接至冷却空气回路的较清洁空气出口，以及流体地联接至环形容积的扫气出口。
一种用于燃气涡轮发动机的诱导器组件包括盘，其包括多个沿周向布置的诱导器，诱导器具有带入口和出口的转向通路，且限定流动流线，以及与诱导器成对的多个气旋分离器。气旋分离器具有带空气入口、较清洁空气入口和扫气出口的环形气旋分离室，且限定环带中心线。空气入口与环形分离室相切，较清洁空气出口联接至诱导器入口且限定较清洁空气出口流线，较清洁空气出口联接至诱导器入口，使得较清洁空气出口流线与诱导器入口流线对准。
一种燃气涡轮发动机具有发动机中心线和围绕发动机中心线沿周向布置的至少一个气旋分离器，该至少一个气旋分离器具有带空气入口、较清洁空气出口和扫气出口的环形气旋分离室，限定环带中心线。空气入口与环形分离室相切。
技术方案1. 一种燃气涡轮发动机，包括：
发动机核心，其具有成轴向流动布置的压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段；
冷却空气回路，其将所述压缩机区段流体地联接至所述涡轮区段；以及
气旋分离器，包括：
壳体，其限定内部，
中心体，其位于所述内部内以在所述中心体与所述壳体之间限定所述壳体内的环形容积以形成环形气旋分离室，
入口，其将所述环形容积沿切向联接至所述冷却空气回路，
较清洁空气出口，其将所述环形容积在所述入口下游联接至所述冷却空气回路，以及
扫气出口，其流体地联接至所述环形容积。
技术方案2. 根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述燃气涡轮发动机还包括诱导器区段，其在所述涡轮区段的轴向上游且具有带转向通路的至少一个诱导器，所述转向通路具有联接至所述气旋分离器较清洁空气出口的入口和流体地联接至所述涡轮区段的出口。
技术方案3. 根据技术方案2所述的燃气涡轮发动机，其中，所述转向通路和较清洁空气出口具有对准的中心线。
技术方案4. 根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述气旋分离器入口具有带减小的截面区域的部分以加速冷却空气。
技术方案5. 根据技术方案4所述的燃气涡轮发动机，其中，所述部分具有连续地减小的截面区域。
技术方案6. 根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述气旋分离器包括位于所述环形容积内的转向元件。
技术方案7. 根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述扫气出口与所述环形容积相切。
技术方案8. 根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述核心限定发动机中心线，所述气旋分离器限定气旋中心线，且所述发动机中心线和气旋中心线平行。
技术方案9. 一种用于燃气涡轮发动机的诱导器组件，包括：
盘，其包括多个沿周向布置的诱导器，所述诱导器具有带入口和出口的转向通路且限定流动流线；以及
与所述诱导器成对的多个气旋分离器，所述气旋分离器具有带空气入口、较清洁空气出口和扫气出口的环形气旋分离室，且限定环带中心线；
其中所述空气入口与所述环形分离室相切，所述较清洁空气出口联接至所述诱导器入口且限定较清洁空气出口流线，且所述较清洁空气出口联接至所述诱导器入口，使得所述较清洁空气出口流线与所述诱导器流线对准。
技术方案10. 根据技术方案9所述的诱导器组件，其中，所述气旋分离器空气入口具有带减小截面的区域的部分以加速冷却空气流。
技术方案11. 根据技术方案10所述的诱导器组件，其中，所述部分具有连续地减小的截面区域。
技术方案12. 根据技术方案9所述的诱导器组件，其中，所述气旋分离器包括位于所述环形分离室内的转向元件。
技术方案13. 根据技术方案9所述的诱导器组件，其中，所述扫气出口与所述环形容积相切。
技术方案14. 根据技术方案9所述的诱导器组件，其中，所述盘限定盘中心线，所述气旋分离器限定多个气旋中心线，且所述盘中心线和所述气旋中心线平行或成角度地偏移。
技术方案15. 根据技术方案14所述的诱导器组件，其中，所述气旋中心线从所述盘中心线按复合角度成角度地偏移，所述复合角度包括相对于所述盘中心线的轴向分量和径向分量两者。
技术方案16. 根据技术方案15所述的诱导器组件，其中，所述气旋分离器围绕所述盘中心线沿周向布置。
技术方案17. 一种燃气涡轮发动机，具有发动机中心线和围绕所述发动机中心线沿周向布置的至少一个气旋分离器，所述至少一个气旋分离器具有带空气入口、较清洁空气出口和扫气出口的环形气旋分离室，且限定环带中心线，其中所述空气入口与所述环形分离室相切。
技术方案18. 根据技术方案17所述的燃气涡轮发动机，其中，所述至少一个气旋分离器包括多个气旋分离器。
技术方案19. 根据技术方案17所述的燃气涡轮发动机，其中，所述气旋分离器包括限定内部的壳体和位于所述内部内以限定所述壳体内的环形容积的中心体，且所述环形容积形成所述环形气旋分离室。
技术方案20. 根据技术方案17所述的燃气涡轮发动机，其中，所述燃气涡轮发动机还包括诱导器，其具有围绕所述发动机中心线沿周向布置的多个诱导器，所述诱导器具有带入口和出口的转向通路且限定流动流线，且所述较清洁空气出口联接至所述诱导器入口且限定较清洁空气出口流线，其中所述较清洁空气出口联接至所述诱导器入口，使得所述较清洁空气出口流线与所述诱导器入口流线对准。
技术方案21. 根据技术方案17所述的燃气涡轮发动机，其中，所述燃气涡轮发动机还包括在所述诱导器入口的上游位于所述环带内的转向元件。
技术方案22. 根据技术方案17所述的燃气涡轮发动机，其中，所述扫气出口与所述环带相切。
附图说明
在附图中：
图1为用于飞行器的燃气涡轮发动机的示意性截面图。
图2为包括气旋分离器的冷却空气回路的示意性截面视图。
图3为示出气旋分离器的图2的截面的局部放大图。
图4为图3的气旋分离器的截面视图。
图5为图3的气旋分离器的入口的透视图。
图6为示出切向喷射管道的图3的气旋分离器的径向截面视图。
图7为示出气旋分离器内的流动通路的图3的截面视图。
图8为示出可结合到图1的发动机中的联接至诱导器区段的气旋分离器的透视图。
图9为图8的诱导器区段的一部分的局部放大图，示出进入诱导器区段的穿过气旋分离器的流体流。
零件清单
10 燃气涡轮发动机
12 纵轴线(中心线)
14 前部
16 后部
18 风扇区段
20 风扇
22 压缩机区段
24 低压(LP)压缩机
26 高压(HP)压缩机
28 燃烧区段
30 燃烧器
32 涡轮区段
34 HP涡轮
36 LP涡轮
38 排气区段
40 风扇壳
42 风扇叶片
44 核心
46 核心壳
48 HP轴/HP转轴
50 LP轴/LP转轴
52 压缩机级
54 压缩机级
56 压缩机叶片
58 压缩机叶片
60 压缩机导叶(喷嘴)
62 压缩机导叶(喷嘴)
64 涡轮级
66 涡轮级
68 涡轮叶片
70 涡轮叶片
72 涡轮导叶
74 涡轮导叶
98 冷却回路
100 区段
102 气旋分离器
104 诱导器区段
106 壳体
108 内部
110 入口
112 第一出口
114 第二出口
116 箭头
118 导叶
120 箭头
140 入口管道
142 切向喷射区域
144 肋条
146 后壁
148 中心体
150 环形容积
152 减小的截面面积
154 增大的截面面积
156 环形出口管道
158 径向外容积
160 径向内容积
162 扫气出口
164 较清洁空气出口
166 旋流器
168 扫气容积
170 带
172 支座
174 紧固件
176 移位轴线
178 箭头
180 切向入口
182 外表面
184 侧壁
186 箭头
188 箭头
190 箭头
200 箭头
202 箭头
204 箭头
206 扫气流
208 较清洁空气流
218 盘
220 诱导器
222 转向通路
224 诱导器流
226 出口
228 开口
228 侧面
230 入口。
具体实施方式
本发明的所述实施例针对关于特别是涡轮发动机中的颗粒移除的系统、方法和其它装置，且更具体地针对从涡轮发动机中的冷却空气流移除颗粒。为了图示的目的，本发明将关于飞行器燃气涡轮发动机描述。然而，将理解的是，本发明并未如此受限，且可在非飞行器应用中具有普遍应用，诸如其它移动式应用和非移动式工业、商业和住宅应用。
如本文使用的用语"轴向"或"轴向地"是指沿发动机的纵轴线或沿设置在发动机内的构件的纵轴线的维度。连同"轴向"或"轴向地"使用的用语"前"是指朝发动机入口的方向移动，或构件相比于另一个构件相对更接近发动机入口。连同"轴向"或"轴向地"使用的用语"后"是指相对于发动机中心线朝发动机的后部或出口的方向。
如本文使用的用语"径向"或"径向地"是指在发动机的中心纵轴线、发动机外周或设置在发动机内的圆形或环形构件之间延伸的维度。以其自身或结合用语"径向"或"径向地"使用的用语"近侧"或"向近侧"是指在朝中心纵轴线的方向上移动，或构件相比于另一个构件相对更接近中心纵轴线。
如本文使用的用语"切向"或"切向地"是指相对于发动机的纵轴线或设置在其中的构件的纵轴线垂直于径向线延伸的维度。
所有方向参考(例如，径向、轴向、上、下、向上、向下、左、右、侧向、前、后、顶部、底部、上方、下方、垂直、水平、顺时针、反时针等)仅用于标识目的，以有助于读者对本公开内容的理解，且不产生特别是对其位置、定向或使用的限制。连接参考(例如，附接、联接、连接和接合)宽泛地构想，且可包括一系列元件之间的中间部件，以及元件之间的相对移动，除非另外指出。因此，连接参考不一定是指两个元件直接地连接且与彼此成固定关系。示例性附图仅出于图示目的，且附于此的附图中反映的大小、位置、顺序和相对尺寸可变化。
所述公开内容针对一种涡轮叶片，且具体针对冷却涡轮叶片。出于图示的目的，将关于用于飞行器燃气涡轮发动机的涡轮叶片描述本发明。然而，将理解的是，本发明并未如此受限，且可在非飞行器应用得到普通应用，诸如其它移动式应用和非移动式工业、商业和住宅应用。其还可具有对涡轮发动机中除叶片外的翼型件(诸如静止导叶)的应用。
图1为用于飞行器的燃气涡轮发动机10的示意性截面图。发动机10具有从前部14向后部16延伸的大体上纵向延伸的轴线或中心线12。发动机10包括(成下游串流关系)：包括风扇20的风扇区段18、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，以及排气区段38。
风扇区段18包括包绕风扇20的风扇壳40。风扇20包括围绕中心线12沿径向设置的多个风扇叶片42。HP压缩机26、燃烧器30和HP涡轮34形成发动机10的核心44，其生成燃烧气体。核心44由核心壳46包绕，核心壳46可与风扇壳40联接。
围绕发动机10的中心线12同轴地设置的HP轴或转轴48将HP涡轮34传动地连接到HP压缩机26。围绕发动机10的中心线12同轴地设置在较大直径的环形HP转轴48内的LP轴或转轴50将LP涡轮36传动地连接到LP压缩机24和风扇20。安装至转轴48、50且与其中的一者或两者一起旋转的发动机10的部分单独或共同地称为转子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56、58相对于对应组的静止压缩机导叶60、62(也称为喷嘴)旋转以压缩或加压穿过级的流体流。在单个压缩机级52、54中，多个压缩机叶片56、58可设成环，且可相对于中心线12从叶片平台到叶片末梢沿径向向外延伸，而对应的静止压缩机导叶60、62定位在旋转叶片56、58下游和附近。将注意的是，图1中所示的叶片、导叶和压缩机级的数目仅为了说明性目的选择，且其它数目是可能的。压缩机级的叶片56、58可安装至盘53，盘53安装至HP转轴和LP转轴48、50中的对应一个，其中各个级具有其自身的盘。导叶60、62以围绕转子51的周向布置安装至核心壳46。
HP涡轮34和LP涡轮36分别包括多个涡轮级64、66，其中一组涡轮叶片68、70相对于对应组的静止涡轮导叶72、74(也称为喷嘴)旋转以从穿过级的流体流获得能量。在单个涡轮级64、66中，多个涡轮叶片68、70可设成环，且可相对于中心线12从叶片平台到叶片末梢沿径向向外延伸，而对应的静止涡轮导叶72、74定位在旋转叶片68、70上游和附近。将注意的是，图1中所示的叶片、导叶和涡轮级的数目仅为了说明性目的选择，且其它数目是可能的。
在操作中，旋转风扇70将环境空气供应至LP压缩机24，LP压缩机然后将加压环境空气供应至HP压缩机26，这进一步加压环境空气。来自HP压缩机26的加压空气在燃烧器30中与燃料混合且点燃，从而生成燃烧气体。一些功由HP涡轮34从这些气体获得，其驱动HP压缩机26。燃烧气体排放到LP涡轮36中，其获得额外功来驱动LP压缩机24，且排出气体最终经由排气区段38从发动机10排放。LP涡轮36的驱动会驱动LP转轴50以使风扇20和LP压缩机24旋转。
由风扇20供应的一些环境空气可绕过发动机核心44且用于发动机10的部分(尤其是热部分)的冷却，且/或用于对飞行器的其它方面冷却或供能。在涡轮发动机的背景下，发动机的热部分一般在燃烧器30下游，尤其是涡轮区段32，其中HP涡轮34为最热部分，因为其正好在燃烧区段28的下游。其它冷却流体源可为但不限于从LP压缩机24或HP压缩机26排放的流体。
因此，空气流可通过关于发动机中心线12在燃烧器30内和外沿径向设置的旁通区段76绕过燃烧器30。诱导器区段78可使用来自旁通区段76的空气来提供空气流以用于冷却下游发动机构件，例如，诸如导叶、叶片或护罩组件。空气流用作冷却空气流，其相对于通过燃烧器30生成的空气流的温度具有较低的温度。
图2为图1的燃烧器区段28与涡轮区段32之间的接合处附近的发动机10的区段的示意图，示出了联接至诱导器区段104的气旋分离器102。气旋分离器102可给送有冷却流体流以限定燃烧器30的径向内侧的绕过燃烧器区段28的冷却回路98。因此，例如，来自压缩机区段22的旁通空气流可通过出口导向导叶118传送至气旋分离器102，出口导向导叶118与诱导器区段104流体连通。冷却回流98可从诱导器区段104给送涡轮区段34，以及其中的构件，诸如叶片68、导叶72、盘53或密封件(未示出)。还应当认识到的是，如图2中所示的出口导向导叶118是示例性的，且不应当理解为限制性的。
图3为图2的发动机10的区段100的示意图，示出了与设置在气旋分离器102下游的诱导器区段104结合的气旋分离器102。气旋分离器102可包括限定环形内部108的壳体106。内部108可通过空气入口110与发动机区段100流体连通，且可通过第一出口112和第二出口114排出冷却流体。第二出口114也可与诱导器区段104流体连通。例如，冷却回路98可由从出口导向导叶118引入发动机区段100的冷却流体流进一步限定。冷却回路98的冷却流体流然后可通过入口110流到气旋分离器102中，穿过内部108，且通过出口112、114排出至诱导器区段104，在那里冷却流体可流至涡轮区段32。因此，冷却回路98包括将冷却流体流从压缩机区段22引导，穿过气旋分离器102，且穿过诱导器区段104，至涡轮区段32，绕过燃烧器区段28。
在图4中，入口管道140提供通过入口110从气旋分离器102的外部至内部108的流体连通。入口110和入口管道140可为具有弓形截面的环形。入口管道140在切向喷射区域142处与内部108流体连通。肋条144部分地设置在入口管道140与内部108之间，以用于将冷却流体流引导至内部108的一侧。后壁146设置在内部108中，联接到沿纵向延伸穿过内部108的中心的环形中心体148。中心体148可沿轴向设置得平行于发动机中心线12，或可从平行于发动机中心线12成角度地偏移。环形容积150由中心体148限定以形成设置在壳体106的内部108内且在切向喷射区域142与第二出口114之间延伸的环形气旋分离室。环形容积150的纵向延伸可限定环带中心线或气旋中心线，其可平行于发动机中心线12，或可相对于或不相对于中心体148的对准从发动机中心线12成角度地偏移。此外，环带中心线或气旋中心线可按复合角度(包括轴向维度和径向维度两者)成角度地偏移使得环带中心线相对于发动机中心线按复合角度偏移。
环形容积150可包括分别在切向喷射区域142和第一出口112附近的减小的截面区域152和增大的截面区域154。减小的截面区域152和增大的截面区域154可连续地减小或增大。加速部分由减小的截面区域152限定以加速冷却空气流，且减速部分由增大的截面区域154限定以使冷却空气流减速。相应的部分可与减小的截面区域152和增大的截面区域154的截面的面积成比例地使空气流加速和减速。增大的截面区域154进一步提供用于设置在内部108内的环形出口管道156的空间。环形出口管道156将环形容积150分成径向外容积158和径向内容积160。径向外容积158提供与包括第一出口112的扫气出口162的流体连通，且径向内容积通过示为除旋流器166(deswirler)的转向元件提供与包括第二出口114的较清洁空气出口164的流体连通。应当理解的是，除旋流器166是可选的，且气旋分离器可设置成没有除旋流器166。扫气出口162可设置成与环形容积150相切。扫气出口162可进一步在环形容积150与扫气出口162之间的接合处限定空气入口161。空气入口161可包括减小的截面区域来加速进入扫气出口162中的空气流。径向外容积158终止于环形扫气容积168处，使得设置在径向外容积158内的任何冷却流体可提供至环形出口管道156周围的扫气出口162。
图5示出了安装至环形带170的气旋分离器102的入口110。支座172利用多个紧固件174将入口110紧固至气旋分离器102。移位轴线176示为沿轴向穿过支座172的中心，平行于发动机中心线12。相对于移位轴线176，入口110可在大致轴向方向上接收冷却流体流且利用弓形入口管道140使冷却流体流转向以在进入环形容积150时相对于气旋分离器102的轴向定向具有径向定向，如由箭头178示出的那样。
应当理解的是，如图所示的入口110是示例性的。尽管入口110示为接收关于发动机中心线12的大体上轴向的空气流，但入口110可沿多个方向定向，诸如部分地向上或向下或向一侧成角度，例如，接收来自多个方向的空气流。
图6示出了切向喷射区域142处的入口110的径向截面。入口管道140通过切向入口180处的切向喷射区域142与环形容积150流体连通，切向入口180限定在肋条144的径向外表面182与限定在壳体106内的侧壁184之间。
在178处进入入口110的冷却流体流在入口管道140内从相对于发动机中心线12具有大致轴向方向转向至具有径向和轴向方向两者，如图5中所示沿径向向内移动。来自入口管道140的186处的冷却流体流由肋条144朝侧壁184引导，并且在188处且来自186的冷却流体流由侧壁184引导以在进入环形容积150时相对于环形容积150的环形定向具有切向方向。因此，切向喷射区域142将冷却流体流沿切向引导到环形容积150中，使得190处的冷却流体流可以围绕中心体148成气旋方式在环形容积150内涡旋，在轴向向后方向上移动穿过气旋分离器102。
在图7中，可认识到穿过气旋分离器的冷却流体流的全部。在200处的冷却流体流流到入口110中且通过入口管道140转向以在进入气旋分离器102时在202处具有轴向方向和径向方向。在切向喷射区域142处，冷却流体流朝侧壁184引导，使得冷却流体沿切向喷射到环形容积150中。当冷却流体穿过气旋分离器102时，冷却流体的切向喷射引起冷却流体围绕中心体148螺旋地涡旋。气旋分离器102内的冷却流体可包括气旋空气流204，使得夹带在冷却流体内的颗粒物质(诸如灰尘、污垢、沙、灰或另外的)通过离心力朝壳体106附近的环形容积150的径向外周移动。沿外周的颗粒物质可传送到环形容积150的径向外容积158中，使得206处的扫气空气流可将颗粒携带到扫气出口162中且通过第一出口112排出。不包括扫气空气流206的其余冷却流体可穿过径向内容积160作为较清洁空气流208。较清洁空气流208可穿过除旋流器166，将空气流的螺旋幅度变为轴向空气流。较清洁空气流208可在第二出口114处穿过较清洁空气出口164。第一出口112和第二出口114可设置成与环形容积150相切，使得通过冷却流体的切向排出消除了使气旋空气流204除旋流的需要。
应当认识到的是，除旋流器166是可选的。气旋空气流可通过除旋流器166除旋流。此外，与典型气旋分离器的低压中心区段相关联的压力损失利用中心体148消除，减少或消除了将空气流通过较清洁空气出口164传出之前对空气流除旋流的需要。
应当理解的是，气旋分离器102可沿切向喷射冷却流体流，以在气旋分离器102内产生螺旋或气旋空气流。气旋空气流使用离心力将夹带在空气流内的颗粒物质推至气旋分离器102的外周，将流分成径向外部的污垢流和径向内部的较清洁空气流(其使相当的颗粒物质通过由气旋流生成的离心力从其移除)。径向内部的空气流和径向外部的空气流的分离操作成从冷却回路内的冷却流体流移除一定量的颗粒物质，使得与冷却流体内的颗粒物质相关联的问题在使用冷却回路的冷却流体的发动机构件内减少。
转到图8，透视图示出了可结合到发动机10中的诱导器区段104的一个示例。诱导器区段104包括具有多个气旋分离器102的环形带170和具有多个诱导器220的环形盘218，诱导器220可与环形带170和盘218一起整体结合形成或模制。带170和盘218可限定与发动机中心线12同轴对准的盘中心线。应当认识到的是，具有互补的诱导器220的气旋分离器102的数目是示例性的，且可基于特定发动机10包括更多或更少。此外，入口110可从一个或多个气旋分离器102移除，使得冷却流体沿径向引入气旋分离器102中，而不需要使流从轴向方向转向成在入口管道140处具有径向和轴向方向。
图9为图8的诱导器区段104的一部分的局部放大图，示出了操作期间的穿过诱导器区段104的流体流以及扫气出口162和较清洁空气出口164的切向出口几何形状。气旋分离器102的较清洁空气出口164可位于诱导器220上游，且可与诱导器220的入口230流体连通，使得供应至诱导器220的流体流为具有减少量的夹带在其中的颗粒物质的较清洁空气流208。诱导器220可进一步包括转向通路222。如图所示，较清洁空气出口164的下游部分可形成用于诱导器220的流动通路，使得较清洁空气出口164使较清洁空气流208朝HP涡轮34加速和转向到转向通路222中作为诱导器流224。用于转向通路222的出口226可由与气旋分离器102相对的环形盘218的侧面228中的开口限定。
较清洁空气出口164和转向通路222可分别限定纵向中心线，使得相应的中心线对准以相对于环形容积150切向地传送较清洁空气流208。此外，较清洁空气出口164和转向通路222可沿中心线限定流动流线，使得流线对准。此外，较清洁空气出口164可联接至诱导器入口230以限定较清洁空气流线，其可与流动流线对准。
应当认识到的是，气旋分离器有益于从通过一个或多个发动机构件限定的冷却回路内移动的冷却流体流移除一定量的颗粒物质。涡轮发动机内使用的典型气旋或离心分离器通过与旋流器或旋流器导叶组合的径向或轴向入口引入空气，以生成气旋空气流来用于离心分离。切向喷射区域消除了对于旋流器、旋流器导叶或偏转器的需要，基于气旋分离器的几何形状生成气旋空气流。此外，相比于标准颗粒分离器可移除较小尺寸的颗粒物质，同时由于扫气流而保持系统内的最小压力损失。相比于典型分离器，移除较小尺寸的优点还由于气旋分离器的较小半径而增加。此外，气旋分离器的制造简化，从而节省成本。
还应当认识到的是，如本文所述的气旋分离器包括用于涡轮发动机中的紧凑尺寸。切向喷射和出口几何形状消除了旋流器导叶对气旋空气流除旋流的需要。中心体的添加消除了环形容积的低压中心区域，减少捕集在环形容积的中央内的离心颗粒的需要，提高了总体分离器效率。此外，气旋分离器的简化允许了对于增大入口或出口区段的容易调节，以及基于待移除的颗粒物质的期望尺寸限定几何形状。
还应当认识到的是，与诱导器入口组合的较清洁空气出口提供较清洁空气至诱导器组件，其最大化诱导器效率。气旋分离器能够以高诱导器效率保持来提供达到100%的颗粒移除。移除的颗粒可引导至保持室，或包括在扫气流内，扫气流引导至能够以夹带的颗粒物质操作的备选发动机构件。
关于本文公开的发明的系统、方法和其它装置的各种实施例提供特别是涡轮发动机中改善的颗粒分离。所述系统的一些实施例的实施中可实现的一个优点在于，可单独地或组合地使用本文公开的系统、方法和其它装置的各种实施例，以从涡轮发动机的冷却空气流移除颗粒。冷却空气中的颗粒减少可改善冷却和发动机构件耐久性。飞行器发动机的使用寿命通常由涡轮冷却通路中的颗粒累积限制，且颗粒累积的移除或显著减少增加了维修之间的发动机的操作寿命跨度。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，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。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，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要素，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机，包括：
发动机核心，其具有成轴向流动布置的压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段；
冷却空气回路，其将所述压缩机区段流体地联接至所述涡轮区段；以及
气旋分离器，包括：
壳体，其限定内部，
中心体，其位于所述内部内以在所述中心体与所述壳体之间限定所述壳体内的环形容积以形成环形气旋分离室，
入口，其将所述环形容积沿切向联接至所述冷却空气回路，
较清洁空气出口，其将所述环形容积在所述入口下游联接至所述冷却空气回路，以及扫气出口，其流体地联接至所述环形容积，
其中，所述环形容积在所述入口和所述扫气出口之间延伸。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机还包括诱导器区段，其在所述涡轮区段的轴向上游且具有带转向通路的至少一个诱导器，所述转向通路具有联接至所述气旋分离器较清洁空气出口的入口和流体地联接至所述涡轮区段的出口。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述转向通路和较清洁空气出口具有对准的中心线。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述气旋分离器的入口具有带减小的截面区域的部分以加速冷却空气。
5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述部分具有连续地减小的截面区域。
6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述气旋分离器包括位于所述环形容积内的转向元件。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述扫气出口与所述环形容积相切。
8.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述较清洁空气出口与所述环形容积相切。
9.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述核心限定发动机中心线，所述气旋分离器限定气旋中心线，且所述发动机中心线和气旋中心线平行。
10.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，流过所述冷却空气回路的冷却空气进入所述气旋分离器的入口，夹带在空气流中的颗粒在所述气旋分离器处通过离心力朝所述环形容积的外周移动以形成所述环形容积的外周附近的扫气空气流和所述扫气空气流的径向内侧的较清洁空气流，其中所述扫气空气流离开所述扫气出口，且较清洁空气流离开所述较清洁空气出口。
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