CN107120190B - 燃气涡轮发动机 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及涡轮发动机喷射器喉部控制。其中，一种用于将加压空气供应(88)提供至平衡活塞组件(94)来平衡燃气涡轮压缩机(22)上的轴向负载的设备及方法。加压空气供应(88)可由混合阀(144)供应，该混合阀(144)关于从平衡活塞组件(94)接收到的反馈混合主压力放气供应(140)和副压力放气供应(142)，以保持平衡活塞组件(94)处的预定压力。

Description

燃气涡轮发动机
技术领域
在燃气涡轮发动机中，来自压缩机入口的总空气流的一部分转移来冷却各种涡轮构件。然而，转移的空气可消耗穿过压缩机的总空气流的较大部分。因此，这些寄生流的管理和控制可提高涡轮发动机的总体性能。
背景技术
通常，空气在压力下从压缩机抽取来用作各种涡轮构件的冷却、槽加压和负载控制流，且因此绕过燃烧系统。喷射器通常用于此目的，且可从压缩机的两个不同级抽取空气。然而，抽取端口通常在很高的压力和/或温度下提供冷却空气流。通过使用喷射器，低压或低温空气流可与高压或高温空气流混合，以提供大致匹配所需的压力和温度的中间压力和温度下的空气流，而同时利用在其它情况下可作为废能消散的低压和低温空气流。
更具体而言，喷射器系统可提供加压空气至涡轮后框架内的平衡活塞组件。平衡活塞组件使用加压空气来减小压缩机处的轴承上的轴向负载。因此，将适合的压力提供至平衡活塞组件对于保持轴承上的适当负载是期望的。
发明内容
一方面，本发明的实施例涉及一种燃气涡轮发动机，其包括传动轴、安装到传动轴上的压缩机区段、安装到压缩机区段后方的传动轴上的涡轮区段、邻接(abutting)压缩机区段的轴承，以及邻接涡轮区段且将轴向力施加到涡轮区段上来相对于轴承推动涡轮区段和压缩机区段的压力操作的平衡活塞。发动机还包括空气压力供应(air pressuresupply)，其具有流体地联接(fluidly coupled)到具有第一压力的压缩机的第一部分上的主放气供应(primary bleed air supply)、流体地联接到具有低于第一压力的第二压力的压缩机的第二部分上的副放气供应、流体地联接到具有第三压力的压力操作的平衡活塞上的混合空气供应，以及响应于第一压力、第二压力和第三压力将主放气供应和副放气供应成比例地(proportionally)联接到混合空气供应上来保持预定的第三压力的混合阀。
另一方面，本发明的实施例涉及一种用于燃气涡轮发动机的喷射器，其包括具有出口和出口上游的混合室的副导管，以及具有位于副导管内且在混合室上游的可变面积的喉部的主导管。
又一方面，本发明的实施例涉及一种燃气涡轮发动机，其包括沿轴向布置在轴承与压力平衡活塞之间的共同的传动轴上的压缩机区段和涡轮区段，压力平衡活塞施加朝轴承推动压缩机区段和涡轮区段的轴向力。具有可变面积的喉部的喷射器将达到不同压力的主放气源和副放气源流体地联接到喉部下游的混合室上，且将混合空气从主放气源和副放气源供应至平衡活塞。
再一方面，本发明的实施例涉及一种将加压空气提供至燃气涡轮发动机的压力平衡活塞的方法，包括感测第一压缩机放气供应处的第一压力、感测具有低于第一压力的压力的第二压缩机放气供应处的第二压力、感测压力平衡活塞处的第三压力，以及与第一压力、第二压力和第三压力成比例混合来自第一放气供应和第二放气供应的空气。
技术方案1.一种涡轮发动机，包括：
传动轴；
安装到所述传动轴上的压缩机区段；
在所述压缩机区段后方安装到所述传动轴上的涡轮区段；
邻接所述压缩机区段的轴承；
压力操作的平衡活塞组件，其将轴向力施加到所述压缩机区段上来沿轴向向前推动所述压缩机区段以减小所述轴承上的轴向负载；以及
空气压力供应，其包括流体地联接到具有第一压力的所述压缩机的第一部分上的主放气供应、流体地联接到具有低于所述第一压力的第二压力的所述压缩机的第二部分上的副放气供应、流体地联接到具有第三压力的所述压力操作的平衡活塞组件的混合空气供应，以及响应于第一压力、第二压力和第三压力将所述主放气供应和所述副放气供应成比例地联接到所述混合空气供应以便保持预定的第三压力的混合阀。
技术方案2.根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述第三压力保持在预定范围内。
技术方案3.根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于，空气压力供应包括喷射器，所述喷射器具有从所述第二部分延伸至所述压力操作的平衡活塞组件的副导管，以及具有位于所述副导管内的出口的主导管。
技术方案4.根据技术方案3所述的涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机包括限定所述出口的可变面积的喷射器喉部。
技术方案5.根据技术方案4所述的涡轮发动机，其特征在于，所述可变面积的喷射器喉部包括至少一个可动部分，所述至少一个可动部分具有流体地暴露(fluidlyexposed)于所述主放气供应的第一表面，以及流体地暴露于所述混合空气供应的第二表面。
技术方案6.根据技术方案5所述的涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机包括将闭合力施加到所述可动部分上来朝闭合状态推动所述可动部分的偏压元件。
技术方案7.根据技术方案6所述的涡轮发动机，其特征在于，所述可变面积的喷射器喉部包括与所述可动部分相对的固定部分。
技术方案8.根据技术方案6所述的涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机包括安装到所述主导管上的弹簧壳体，且所述偏压元件包括位于所述弹簧壳体内且邻接所述弹簧壳体和所述可动部分来将闭合力施加到所述可动部分的弹簧。
技术方案9.一种用于涡轮发动机的喷射器，包括：
具有出口和在所述出口上游的混合室的副导管；以及
具有位于所述副导管内且在所述混合室上游的可变面积的喉部的主导管。
技术方案10.根据技术方案9所述的喷射器，其特征在于，所述可变面积的喉部包括可动部分，所述可动部分具有流体地联接到所述主导管上的第一元件，以及流体地联接到所述混合室上的第二元件。
技术方案11.根据技术方案10所述的喷射器，其特征在于，所述喷射器包括将闭合力施加到所述可动部分上的偏压元件。
技术方案12.根据技术方案11所述的喷射器，其特征在于，所述偏压元件包括将所述闭合力施加到所述可动部分上的弹簧。
技术方案13.根据技术方案12所述的喷射器，其特征在于，所述弹簧的弹簧常数基于所述主导管和所述混合室中的预期压力的函数进行选择。
技术方案14.根据技术方案12所述的喷射器，其特征在于，所述喷射器包括安装到所述主导管上的弹簧壳体，以及位于所述弹簧壳体内且邻接所述可动部分的所述弹簧。
技术方案15.根据技术方案14所述的喷射器，其特征在于，所述可变面积的喉部还包括与所述可动部分相对的固定部分。
技术方案16.一种涡轮发动机，包括沿轴向布置在轴承与压力平衡活塞之间的共同的传动轴上的压缩机区段和涡轮区段，所述压力平衡活塞施加向前推动所述压缩机区段和所述涡轮区段的轴向力来减小所述轴承上的负载，以及具有可变面积的喉部的喷射器，其将不同压力的主放气源和副放气源流体地联接到所述喉部下游的混合室上，且将来自所述主放气源和所述副放气源的混合空气供应至所述平衡活塞。
技术方案17.根据技术方案16所述的涡轮发动机，其特征在于，所述可变面积的喉部的面积随所述混合室和所述主放气源和所述副放气源中的压力而变化。
技术方案18.根据技术方案16所述的涡轮发动机，其特征在于，所述可变面积的喉部包括可动部分，其具有流体地联接到主导管上的第一元件，以及流体地联接到所述混合室上的第二元件。
技术方案19.根据技术方案18所述的涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机包括将闭合力施加到所述可动部分上的偏压元件。
技术方案20.根据技术方案19所述的涡轮发动机，其特征在于，所述偏压元件包括将所述闭合力施加到所述可动部分上的弹簧。
技术方案21.根据技术方案20所述的涡轮发动机，其特征在于，所述弹簧的弹簧常数基于所述主导管和所述混合室中的预期压力的函数进行选择。
技术方案22.根据技术方案20所述的涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机包括安装到所述主导管上的弹簧壳体，以及位于所述弹簧壳体内且邻接所述可动部分的所述弹簧。
技术方案23.根据技术方案22所述的涡轮发动机，其特征在于，所述可变面积的喉部还包括与所述可动部分相对的固定部分。
技术方案24.一种将加压空气提供至燃气涡轮发动机的压力平衡活塞的方法，包括感测第一压缩机放气供应处的第一压力、感测具有低于所述第一压力的压力的第二压缩机放气供应处的第二压力、感测所述压力平衡活塞处的第三压力，以及与所述第一压力、所述第二压力和所述第三压力成比例混合来自所述第一放气供应和所述第二放气供应的空气。
技术方案25.根据技术方案24所述的方法，其特征在于，混合所述空气包括控制所述第一压缩机放气供应和所述第二压缩机放气供应的比例。
技术方案26.根据技术方案25所述的方法，其特征在于，所述第一放气供应和所述第二放气供应被控制成达到预定的第三压力。
技术方案27.根据技术方案26所述的方法，其特征在于，所述预定的第三压力基于所述第一压力和所述第二压力进行设置。
附图说明
在附图中：
图1为燃气涡轮发动机的示意性截面视图。
图2为具有平衡活塞腔的涡轮后框架的截面视图。
图3为具有联接到平衡活塞腔上的喷射器组件的图1的燃气涡轮发动机的示意图。
图4为图2的喷射器组件的侧视图。
图5为处于开启位置的喷射器的侧视图。
图6为处于闭合位置的图5的喷射器的侧视图。
图7为向前看的图5的喷射器的后视图。
图8为示出向平衡活塞提供加压空气的方法的流程图。
零件清单：
10 发动机
12 中心线
14 前部
16 后部
18 风扇区段
20 风扇
22 压缩机区段
24 LP压缩机
26 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传动轴
50 LP传动轴
51 转子
52 HP压缩机级
53 盘
54 HP压缩机级
56 LP压缩机叶片
58 HP压缩机叶片
59 盘
60 LP压缩机导叶
61 盘
62 HP压缩机导叶
63 定子
64 HP涡轮级
66 LP涡轮级
68 HP涡轮叶片
70 LP涡轮叶片
71 盘
72 HP涡轮导叶
73 盘
74 LP涡轮导叶
76 加压环境空气
78 空气流
80 出口导叶组件
82 翼型件导叶
84 排气侧
86 放气系统
88 加压空气供应
90 涡轮后框架
92 支柱
94 平衡活塞组件
96 轴承
110 导管
112 第一内侧腔
114 平衡活塞腔
116 前腔
118 后腔
120 第二内侧腔
130 密封件
132 前空气流
134 后空气流
140 主放气供应
142 副放气供应
144 混合阀
146 第一部分
148 第二部分
150 混合空气供应
152 孔板
160 喷射器
162 主导管
164 副导管
166 会聚区段
168 混合区段
170 发散区段
180 导管室
182 出口
184 可变喷射器喉部
186 固定部分
188 可动部分
190 第一表面
192 第二表面
200 壳体
202 偏压元件
204 偏压表面
206 孔口
210 开放距离
212 闭合距离
214 间隙
220 弹簧
222 腔
224 端部
226 端面
230 方法
232 步骤
234 步骤
236 步骤
238 步骤。
具体实施方式
本发明的所述实施例针对具有可变面积的喉部的喷射器，其可用于将加压放气流提供至燃气涡轮发动机中的平衡活塞。出于图示的目的，本发明将相对于具有平衡活塞的飞行器燃气涡轮发动机的涡轮来描述。然而，应当理解的是，本发明并未如此受限，且可具有发动机内的普通应用，包括压缩机，以及非飞行器中的应用，如，其它移动应用和非移动的工业、商业和住宅应用。本发明也不限于仅控制空气至平衡活塞的供应。
如本文使用的用语"前"或"上游"是指沿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"前"或"上游"使用的用语"后"或"下游"是指朝发动机关于发动机中心线的后部或出口的方向。
此外，如本文使用的用语"径向"或"径向地"是指发动机的中心纵轴线与发动机外周之间沿径向延伸的维度。
所有方向表示(例如，径向、轴向、近侧、远侧、上、下、向上、向下、左、右、侧向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、反时针、上游、下游、后方等)仅用于识别目的，以有助于读者理解本发明，且不产生特别是关于本发明的位置、定向或使用的限制。连接表示(例如，附接、联接、连接和连结)将宽泛地解释，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，连接表示不一定是指两个元件直接地连接，且与彼此成固定关系。示意图仅出于图示目的，且所附的附图中反映的大小、位置、顺序和相对尺寸可变化。
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14向后16延伸的大体上纵向延伸的轴线或中心线12。发动机10以向下游串流关系包括：包括风扇20的风扇区段18、包括增压或低压(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转轴或HP传动轴48将HP涡轮34传动地连接到HP压缩机26上。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传动轴48内的LP转轴或LP传动轴50将LP涡轮36传动地连接到LP压缩机24和风扇20上。
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关于对应的一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。压缩机叶片56,58可围绕压缩机转子51旋转。在单个压缩机级52,54中，多个压缩机叶片56,58可成环提供，且可关于中心线12从叶片平台到叶片末梢沿径向向外延伸，而同时对应的静止压缩机导叶60,62定位在旋转叶片56,58上游且与之相邻。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示范性目的选择，且其它数目是可能的。
压缩机级的叶片56,58可安装到盘51上，盘51安装到HP和LP传动轴48,50中的对应一个上，其中各个级均有其自身的盘51,61。压缩机的级的导叶60,62可按周向布置安装到核心壳46上。
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关于对应一组静止涡轮导叶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可成环提供，且可关于中心线12从叶片平台到叶片末梢沿径向向外延伸，而同时对应的旋转叶片68,70定位在静止涡轮导叶72,74上游且与之相邻。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示范性目的选择，且其它数目是可能的。
涡轮级的叶片68,70可安装到盘71上，盘71安装到HP和LP传动轴48,50中的对应一个上，其中各个级均有其自身的盘71,63。压缩机的级的导叶72,74可按周向布置安装到核心壳46上。
安装到传动轴48,50上且与其中的一者或两者一起旋转的发动机10的部分也单独或共同地称为转子53。包括安装到核心壳46上的部分的发动机10的静止部分也单独地或共同地称为定子63。
在操作中，流出风扇区段18的空气流分流，使得空气流的一部分导送至LP压缩机24，其然后将加压环境空气76供应至进一步加压环境空气的HP压缩机26。来自HP压缩机26的加压空气76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，HP涡轮34驱动HP压缩机26。燃烧气体排放到LP涡轮36中，其获得附加功来驱动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传动轴50旋转风扇20和LP压缩机24。
空气流78的其余部分绕过LP压缩机24和发动机核心44，且经由静止导叶排流出发动机组件10，且更具体是风扇排气侧84处的包括多个翼型件导叶82的出口导叶组件80。更具体而言，沿径向延伸的翼型件导叶82的周向排在风扇区段18附近用于施加空气流78的一些方向控制。
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，因为其直接在燃烧区段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。
压缩机26可流体地联接到放气系统86上，以用于将加压空气88供应提供至压缩机区段22后方的发动机10以及发动机10的附加部分。加压放气的供应88可供应至具有多个沿周向布置的支柱92的涡轮后框架90。支柱92可沿轴向方向定向移动穿过发动机核心44的空气流。加压空气供应88穿过一个或多个支柱92进入平衡活塞组件94中。平衡活塞组件94经由LP传动轴50联接到轴承96上，LP传动轴50安装在压缩机区段22的径向内侧。在发动机操作期间，轴承96易受轴向向后的力。平衡活塞组件94经由传动轴50提供沿轴向向前的力来减小轴承96上的轴向负载。
参看图2，涡轮后框架90和平衡活塞组件94的近视图示出了提供至平衡活塞组件94的加压空气88的供应。设置在支柱92内的导管110流体地联接到第一内侧腔112上。平衡活塞腔114与第一内侧腔112流体连通。平衡活塞腔114流体地联接到前腔116和后腔118，以分别用于将加压空气流提供至平衡活塞腔114的前方和后方。第二内侧腔120设置在前腔116前方且与其流体连通。
密封件130至少部分地限定平衡活塞腔114，且联接到传动轴50上。密封件130可基于平衡活塞腔114的压力来将空气流从平衡活塞腔114有选择地给送至前腔116。
在操作中，加压空气88的供应从放气系统86提供至支柱92内的导管110。加压空气88从导管110穿入第一内侧腔112，在该处，其给送至平衡活塞腔114。加压空气88用于加压平衡活塞腔114。加压平衡活塞腔114相对于密封件130输送沿轴向向前的力，这将向前的力提供至联接到轴承96上的传动轴50。因此，平衡活塞腔114内的压力用于通过在发动机操作期间提供沿轴向向前的力来相对于压缩机区段22平衡生成的沿轴向向后的力来平衡轴承96上的负载。
平衡活塞腔114内的加压空气88可经由密封件130向前排气至前腔116来作为向前的空气流132，或向后到后腔118作为向后的空气流134。向前的空气流132可穿过第二内侧腔120且排放到支柱92的前方，且向后的空气流134可排放到支柱92的后方。
应当认识到的是，提供至平衡活塞组件94的压力和平衡活塞腔114内的压力是可变的。为了适当地平衡轴承96，期望的是通过将一致的空气压力提供至平衡活塞腔94以便保持轴承96上的适当负载来保持平衡活塞腔94内的预定压力。
参看图3，示意图示出了用于将加压空气88供应提供至平衡活塞组件94的放气系统86。主放气供应140和副放气供应142可将加压空气88分别从压缩机22的第一部分146和第二部分148给送至混合阀144。主放气供应140从设置在第二部分148后方或下游的第一部分146来给送。因此，主放气供应140在第一空气压力下向混合阀144给送加压空气88的供应，第一空气压力是关于从副放气供应142给送的第二空气压力更高的空气压力。混合阀144将混合空气供应150在第三压力下给送至平衡活塞组件94。第三压力可保持在基于来自平衡活塞组件94的反馈的预定压力下。因此，混合阀144可成比例地联接主放气供应140和副放气供应142来保持预定的第三压力。可选地，孔板152可包括在混合空气供应150内，以计量从混合阀144到平衡活塞组件94的流动。孔板152可有益于平衡操作条件与环境条件之间的空气压力。
参看图4，喷射器160的示意图，其可设置在混合阀144内。喷射器160可包括主导管162和副导管164。主导管162可将主放气供应140给送至喷射器160，且副导管164可将副放气供应142给送至喷射器160。喷射器160还可包括会聚区段166、混合区段168和发散区段170。主放气供应140和副放气供应142可在会聚区段166内混合，以加速进入混合区段168中的空气流，放气供应140,142在混合区段168处混合。混合空气供应150流入发散区段170中，在该处，混合空气供应150可减速成供应至平衡活塞组件94的加压空气。
图5示出了具有副导管164的喷射器160，其还包括主导管162与副导管164之间的导管室180。主导管162包括位于导管室180内的出口182，导管室180将主放气供应140流体地联接到导管室180上。从主导管162给送的主放气供应140可与出口182下游的副放气供应142混合。
可变喷射器喉部184可进一步限定出口182。可变喷射器喉部184可包括固定部分186和可动部分188。可动部分188可关于固定部分186移动，以部分地打开或关闭可变喷射器喉部184。可动部分188可具有暴露于主放气供应140的第一表面190，以及暴露于副放气供应142的第二表面192。
喷射器160可进一步包括安装到固定部分186上且设置在可动部分188附近的壳体200。壳体200可收纳偏压元件202，其在非限制性实例中可为弹簧或类似物。偏压元件202可夹在壳体200与偏压表面204之间。偏压表面204接触可动部分188，使得偏压元件202可经由偏压表面204关于壳体200和固定部分186偏压可动部分188。壳体200可具有孔口206，其将壳体200的内部流体地联接至导管室180。
如图4中所示，可变喷射器喉部184处于限定出口182的开放距离210的开启位置。在开启位置，偏压表面204与固定部分186的底部间隔开，至少部分地使偏压元件202压缩。在操作期间，平衡活塞组件94可经由混合空气供应150的压力来将反馈提供至喷射器160。混合空气供应150的压力将通过孔口206增大或减小壳体200内的压力。壳体200内的压力的增大或减小将引起偏压元件202促动偏压表面204，其使可动部分188关于固定部分186移动来打开和关闭可变喷射器喉部184。
现在参看图6，来自从平衡活塞组件94的反馈的混合空气供应150的增大压力可增大壳体200内的压力，以向可动部分188提供闭合力。偏压元件202推动偏压表面204来使可动部分188朝具有闭合距离212的闭合位置移动。应当认识到的是，在闭合状态中，出口182并未完全关闭，允许了主放气供应140的至少一部分穿过出口182。在闭合状态中，间隙214在壳体200与可动部分188的底部之间产生。
因此，当压力在平衡活塞组件94处增大时，压力反馈经由混合空气供应150传至壳体200。壳体200内的压力增大时，出口182闭合，而在壳体200内的压力减小时，出口182打开。当出口182打开和闭合时，经由主导管162提供的主放气供应140的量分别增大和减小，以计量从主导管162提供的空气流。因此，通过计量从主导管162提供的空气流，可计量供应至平衡活塞组件94的压力。因此，应当认识到的是，平衡活塞组件94经由混合空气供应150提供空气压力反馈，以确定从主放气供应140供应的空气压力。这样，平衡活塞组件94可自动地限定且保持供应至其的预定空气压力。
现在转到图7，偏压元件202可为弹簧220，以关于固定部分186促动可动部分188。固定部分186可包括两个腔222。腔222定形成在弹簧220的促动期间收纳可动部分188的两个上端224。腔222允许可动部分188的促动，且提供端面226来限定闭合距离212的最小值。因此，壳体200的尺寸和大小和腔222的尺寸可确定可动部分188的最大位置和最小位置，以限定可从主导管162给送的最大和最小流速或空气压力。这些最大值和最小值可关于供应至平衡活塞组件94的期望的预定空气压力确定。
参看图8，方法230可使用具有喷射器160的发动机10来将加压空气提供至平衡活塞组件94。方法230可包括在232处感测第一压缩机放气供应处的第一压力。第一压力可为经由主导管162给送的主放气供应140。在234处，方法230还包括感测第二压缩机放气供应处的第二压力，其具有低于第一压力的压力。第二压力可为从副导管164在小于主放气供应140的压力下给送的副放气供应142。在236处，方法230还包括感测平衡活塞组件94处的第三压力。提供至平衡活塞组件94的混合的空气供应150可用于确定给送至平衡活塞组件94的第三压力。在238处，来自第一放气供应和第二放气供应的空气与第一压力、第二压力和第三压力成比例地混合。具有可动部分188的喷射器160可接收来自平衡活塞组件94处的第三压力的反馈，以基于该反馈来促动壳体200中的偏压元件202。偏压元件202成比例地控制从主导管162给送的主放气供应140，以与第一压力、第二压力和第三压力成比例地混合第一放气供应和第二放气供应。喷射器160可经由偏压元件202自动地控制从主导管162和副导管164给送的第一放气供应和第二放气供应的比例。控制第一放气供应和第二放气供应的比例可实现给送至平衡活塞组件94的预定的第三压力，且可基于来自主放气供应140和副放气供应142的第一压力和第二压力来设置预定的第三压力。
应当认识到的是，可变喷射器喉部184使用联接到偏压元件202上的可动部分188来提供自动喉部控制。自动喉部控制基于来自平衡活塞组件94的反馈空气压力，以关于反馈打开或闭合出口182来增大或减小从主导管162给送的空气压力。出口182基于反馈来自动地打开或闭合，以保持给送至平衡活塞组件94的预定空气压力。还应当认识到的是，本文所述的设备和方法使用最少量的零件和所需的减少的人为介入，如，修理和保养。此外，该设备和方法向平衡活塞组件94提供了最佳空气压力，以改善发动机效率和总体发动机性能，同时减小由于非平衡负载引起的发动机停机的风险。
本书面描述使用了实例来公开本发明(包括最佳模式)，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明(包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法)。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机(10)，包括：
传动轴(50)；
安装到所述传动轴(50)上的压缩机区段(22)；
在所述压缩机区段(22)后方安装到所述传动轴(50)上的涡轮区段(32)；
邻接所述压缩机区段(22)的轴承(96)；
压力操作的平衡活塞组件(94)，其将轴向力施加到所述压缩机区段(22)上来沿轴向向前推动所述压缩机区段(22)以减小所述轴承(96)上的轴向负载；以及
空气压力供应(88)，其包括流体地联接到具有第一压力的所述压缩机区段(22)的第一部分(146)上的主放气供应(140)、流体地联接到具有低于所述第一压力的第二压力的所述压缩机区段(22)的第二部分(148)上的副放气供应(142)、流体地联接到具有第三压力的所述压力操作的平衡活塞组件(94)的混合空气供应(150)，以及响应于第一压力、第二压力和第三压力将所述主放气供应(140)和所述副放气供应(142)成比例地联接到所述混合空气供应(150)以便保持预定的第三压力的混合阀(144)。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述第三压力保持在预定范围内。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，空气压力供应(88)包括喷射器(160)，所述喷射器(160)具有从所述第二部分(148)延伸至所述压力操作的平衡活塞组件(94)的副导管(164)，以及具有位于所述副导管(164)内的出口(182)的主导管(162)。
4.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述燃气 涡轮发动机还包括限定所述出口(182)的可变面积的喷射器喉部(184)。
5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述可变面积的喷射器喉部(184)包括至少一个可动部分(188)，所述至少一个可动部分(188)具有流体地暴露于所述主放气供应(140)的第一表面(190)，以及流体地暴露于所述混合空气供应(150)的第二表面(192)。
6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述燃气 涡轮发动机(10)还包括将闭合力施加到所述可动部分(188)上来朝闭合状态(212)推动所述可动部分(188)的偏压元件(202)。
7.根据权利要求6所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述可变面积的喷射器喉部(184)包括与所述可动部分(188)相对的固定部分(186)。
8.根据权利要求6所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述燃气 涡轮发动机(10)还包括安装到所述主导管(162)上的弹簧壳体(200)，且所述偏压元件(202)包括位于所述弹簧壳体(200) 内且邻接所述弹簧壳体(200)和所述可动部分(188)来将闭合力施加到所述可动部分(188)的弹簧(220)。
9.根据权利要求6所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，所述偏压元件(202)为弹簧(220)。
10.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征在于，空气压力供应包括喷射器(160)，所述喷射器(160)具有将空气提供至所述喷射器(160)的主导管(162)和副导管(164)。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10794402B2 (en) 2017-10-31 2020-10-06 General Electric Company Ejector and a turbo-machine having an ejector
IT201800006394A1 (it) * 2018-06-18 2019-12-18 Sistema di spurgo per cassa cuscino
DE102018211907A1 (de) 2018-07-17 2020-01-23 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Luftversorgungssystem für ein Luftfahrzeug
KR102133491B1 (ko) * 2019-03-25 2020-07-13 한국에너지기술연구원 터빈을 이용한 발전장치 및 모터를 이용한 압축장치
US11293375B2 (en) 2020-02-12 2022-04-05 General Electric Company Variable area ejector
US11828223B2 (en) 2021-05-28 2023-11-28 Honeywell International Inc. Variable jet pump
US11859547B2 (en) 2022-02-25 2024-01-02 General Electric Company Turbine engine having a balance cavity
WO2024002517A1 (en) * 2022-06-30 2024-01-04 Nuovo Pignone Tecnologie - S.R.L. Online rotor thrust adjustment system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4907943A (en) * 1988-05-25 1990-03-13 United Technologies Corporation Method and apparatus for assessing thrust loads on engine bearings
US5760289A (en) * 1996-01-02 1998-06-02 General Electric Company System for balancing loads on a thrust bearing of a gas turbine engine rotor and process for calibrating control therefor
CN103147801A (zh) * 2011-12-06 2013-06-12 曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司 涡轮机
CN103375192A (zh) * 2012-04-27 2013-10-30 通用电气公司 减弱油密封件的上游的涡旋泵送效应

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3367256A (en) * 1966-02-15 1968-02-06 Garrett Corp Cabin air flow control system
US3441045A (en) * 1966-12-02 1969-04-29 Boeing Co Variable orifice nozzle mixing ejector
US3527053A (en) * 1968-12-11 1970-09-08 Gen Electric Gas turbine engine with improved gas seal
US3721387A (en) * 1971-06-02 1973-03-20 United Aircraft Corp Ejector with variable mixing section and primary nozzle areas
US5167484A (en) * 1990-10-01 1992-12-01 General Electric Company Method for thrust balancing and frame heating
US6393825B1 (en) * 2000-01-25 2002-05-28 General Electric Company System for pressure modulation of turbine sidewall cavities
US6457933B1 (en) * 2000-12-22 2002-10-01 General Electric Company Methods and apparatus for controlling bearing loads within bearing assemblies
US6550253B2 (en) * 2001-09-12 2003-04-22 General Electric Company Apparatus and methods for controlling flow in turbomachinery
JP2005248712A (ja) * 2004-03-01 2005-09-15 Toyota Motor Corp エゼクタおよびこれを備えた燃料電池システム
US7861536B2 (en) * 2006-03-27 2011-01-04 Pratt & Whitney Canada Corp. Ejector controlled twin air source gas turbine pressurizing air system
US20080115503A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-22 Honeywell International, Inc. Multi-port bleed system with variable geometry ejector pump
US20100000219A1 (en) * 2008-07-02 2010-01-07 General Electric Company Systems and Methods for Supplying Cooling Air to a Gas Turbine
US8267122B2 (en) * 2009-06-30 2012-09-18 Ge Aviation Systems Llc Method and systems for bleed air supply
US8794009B2 (en) * 2012-01-31 2014-08-05 United Technologies Corporation Gas turbine engine buffer system
JP2019508619A (ja) * 2016-02-04 2019-03-28 シーメンス アクティエンゲゼルシャフト 軸方向スラストピストンおよびラジアル軸受を有するガスタービン

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4907943A (en) * 1988-05-25 1990-03-13 United Technologies Corporation Method and apparatus for assessing thrust loads on engine bearings
US5760289A (en) * 1996-01-02 1998-06-02 General Electric Company System for balancing loads on a thrust bearing of a gas turbine engine rotor and process for calibrating control therefor
CN103147801A (zh) * 2011-12-06 2013-06-12 曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司 涡轮机
CN103375192A (zh) * 2012-04-27 2013-10-30 通用电气公司 减弱油密封件的上游的涡旋泵送效应

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Publication number Publication date
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US20180045074A1 (en) 2018-02-15
EP3219956A2 (en) 2017-09-20
JP2017198188A (ja) 2017-11-02

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