CN107636258A - 燃气涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

公开了一种涡轮轴发动机（10），其具有主旋转轴线，并且包括沿所述轴线以轴向流动顺序布置的动力涡轮（16）、尾轴承壳体（18）和排气收集器（19）。所述尾轴承壳体（18）具有：限定了用于冷却空气的流腔室（35）的径向中央区域（23）；以及围绕所述中央区域（23）限定的环形管道（24），并且所述环形管道（24）形成用于从所述动力涡轮（16）到所述排气收集器（19）的排出气体流的排气流通道的至少一部分。所述流腔室（35）被设置成经由形成在所述尾轴承壳体（18）中的至少一个排气端口（38）与所述排气收集器（19）流体连通，使得通过抽吸空气通过所述排气端口（38）或每个排气端口（38）并进入到所述排气收集器（19）中，在所述发动机的操作期间沿所述排气收集器（19）的排出气体流引导冷却空气流通过中央的流腔室（35）。还公开了一种操作涡轮轴发动机的相关方法。

Description

燃气涡轮发动机

技术领域

本发明涉及一种燃气涡轮发动机，并且更具体而言，涉及一种涡轮轴发动机。

背景技术

涡轮轴发动机是一种燃气涡轮发动机，其被优化成产生轴功率而不是推进推力。涡轮轴发动机通常被用于为例如舰艇、船只和气垫船之类的水运工具供能，并且也为坦克和直升机供能。涡轮轴发动机还可被用在辅助动力单元中以及用于工业发电。

典型的涡轮轴发动机沿轴向流动顺序地包括进气部段、压缩部段、燃烧部段、燃气涡轮部段、动力涡轮部段和排气部段。在操作期间，环境空气流通过进气部分被吸入发动机，并被引导到压缩机部分，在这里空气被压缩，然后被输送到压缩空气与燃料混合的燃烧部分。然后在燃烧段内产生的燃料/空气混合物被点燃，并且所产生的燃烧气体迅速膨胀通过燃气涡轮机部分和动力涡轮机部分，从而驱动涡轮机在其中旋转。燃气轮机部分内的/每个燃气轮机的旋转驱动压缩机部分内的一个或相应的压缩机转子经由相应的互连轴旋转。动力涡轮（在动力涡轮机被构造成独立于/每个燃气涡轮机旋转的布置中，其有时被称为“自由涡轮机”）的旋转驱动输出轴，该输出轴用作涡轮轴发动机的旋转输出。根据涡轮轴发动机的功能，输出轴可以连接到发电机和/或推进装置，例如船的螺旋桨或直升机的主旋翼。在流过动力涡轮部段之后，燃烧气体通过排气部分从发动机排出。

尽管在此特别参考构造成向船舶提供推进动力的类型的船用涡轮轴发动机来描述本发明，但是应该理解的是，本发明不限于海洋涡轮轴发动机并且可以体现在其他类型的涡轮轴发动机中。

如将会理解的，连接到发动机的动力涡轮机的输出轴的端部必须由轴承支撑，该轴承被称为尾轴承，因为其被设置在动力涡轮机之后的发动机的尾端处。尾轴承被封闭在环形壳体内，该外壳相对于通过发动机的主要流动方向在动力涡轮的下游侧上与动力涡轮轴向相邻。尾轴承壳体为输出轴提供支撑，并代表将发动机连接到船体结构的主要支撑。通过两侧的耳轴安装座从外壳获得扭矩反作用力。

尾轴承壳体通常包括收容实际尾部轴承的中央部分，并且包括一系列沿周向间隔开的支撑叶片，所述支撑叶片从中央部分径向向外延伸到壳体的周边部分，并延伸穿过排气流动路径。来自发动机的核心的废气因此流过叶片。一些叶片通常是简单的结构，但是其他的则用于将各种流体流动路线和配线引导到壳体的中央部分。例如，供油管路通过一些叶片，以便为尾轴承提供润滑油，而其他叶片用于路由用于速度探测器或空气流动管路的电线。因此，这些服务叶片通常是中空的，以容纳穿过其中的管线或线路。

冷却尾轴承壳体的上述服务叶片是重要的，特别是用于引导供油和清除管线的那些服务叶片，以避免其中的油的氧化和热分解，这可能导致随着时间积累焦炭沉积物，这又可能造成管线阻塞。发动机在操作一段时间后关闭时，这变得特别重要。在现有技术中，通常通过将大体积的冷却空气沿着延伸到发动机尾端的大管引入尾轴承壳体的中央部分来冷却尾轴承壳体。该空气通过安装在发动机壳体外部的大型风扇来输送，该大型风扇通常在其支撑底板上，并且该大型风扇布置成将空气推入尾部轴承壳体的尾部中央区域，使得空气然后通过所有壳体的叶片向外引导，从而从叶片散发热量。由于这种冷却所需的空气量非常大，所以风扇本身必须很大。通常使用三相轴流式风机，需要三相电源并且是嘈杂的。这种风扇的大尺寸增加了发动机组件的占用空间。

此外，已经提出从发动机的压缩机部分的下游区域排出压缩空气流，并且使用该排放流来加压发动机中的密封件。通常由压缩机以这种方式放气的这种密封件是在尾轴承壳体的区域中围绕输出轴设置的迷宫式密封件。然而，这涉及将压缩机排出空气通过密封件引导，这意味着空气将被排放到周围的大气中，在用于驱动船舶的船用燃气涡轮发动机的情况下，周围的大气将是周围的机械空间或机舱。由于几个原因，这通常是不利的。例如，让压缩机排气流泄漏到周围的机械空间将增加机器处所的温度。另外，排气流通常包括少量不会泄漏到机械空间内的燃烧气体。并且在军用船舶的情况下，机器处所必须与大气隔绝，以防止核生物的攻击，所以不允许压缩机排气流入机械空间，这是因为它可能包括从船外通过发动机的进气口吸入发动机的污染物。因此，需要防止压缩机排出气体从轴迷宫式密封件泄漏到周围的机械空间中。

因此，本发明的一个目的在于提供一种改进的涡轮轴发动机。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种涡轮轴发动机，其具有主旋转轴线，并且包括沿所述轴线以轴向流动顺序布置的动力涡轮、尾轴承壳体和排气收集器，所述尾轴承壳体具有：限定了用于冷却空气的流腔室的径向中央区域；以及围绕所述中央区域限定的环形管道，并且所述环形管道形成用于从所述动力涡轮到所述排气收集器的排出气体流的排气流通道的至少一部分，其特征在于，所述流腔室被设置成经由形成在所述尾轴承壳体中的至少一个排气端口与所述排气流通道流体连通，使得在所述发动机的操作期间通过所述排气收集器的排出气体流引导冷却空气流通过中央的流腔室。

便利地，所述发动机还包括压缩机，并且所述尾轴承壳体包括迷宫式密封件，所述迷宫式密封件构造成用于通过从所述压缩机抽吸并引导通过所述迷宫式密封件的压缩空气流的加压，所述排气端口或每个排气端口被设置成与所述迷宫式密封件流体连通，使得在所述发动机的操作期间沿所述排气流通道的排出气体流引导所述压缩空气流从所述迷宫式密封件通过所述排气端口或每个排气端口那个进入到排气流中。

有利地，所述尾轴承壳体还包括从所述中央区域径向外延伸并穿过所述环形管道的多个叶片，所述叶片中的至少一些叶片具有穿过所述叶片的相应的气流通道，所述气流通道被布置成与所述流腔室流体连通以供冷却空气通过。

优选地，不是所有的所述叶片都具有与所述流腔室流体连通的气流通道。

便利地，仅运送油管或排气管的叶片具有与所述流腔室流体连通的所述气流通道。

可选地，所述发动机还包括流体连接到所述叶片的气流通道中的至少一个的风机，所述风机可操作来通过它所连接到的所述气流通道或每个所述气流通道从所述流腔室径向向外地抽吸冷却空气。

便利地，在没有沿所述排气流通道的足够的排出气体流的情况下，所述风机可操作来通过每个所述叶片的气流通道以及通过所述流腔室来抽吸冷却空气流。

有利地，在没有沿所述排气流通道的足够的排出气体流的情况下，所述风机还可操作来从迷宫式密封件以及通过所述流腔室来抽吸所述压缩空气流。

优选地，所述发动机被设置在隔音壳体内，并且所述风机也可以被设置在隔音壳体内。

根据本发明的第二方面，提供了一种操作涡轮轴发动机的方法，所述涡轮轴发动机具有主旋转轴线，并且包括沿所述轴线以轴向流动顺序布置的动力涡轮、尾轴承壳体和排气收集器，其中，所述尾轴承壳体具有：限定了用于冷却空气的流腔室的径向中央区域；以及围绕所述中央区域限定的环形管道，并且所述环形管道形成用于从所述动力涡轮到所述排气收集器的排出气体流的排气流通道的至少一部分，所述流腔室被设置成经由形成在所述尾轴承壳体中的至少一个排气端口与所述排气收集器流体连通，所述方法包含以下步骤：引导足够的排出气体流通过所述排气收集器，以引导冷却空气流通过中央的流腔室，并经由所述排气端口或每个排气端口进入到所述排气流中。

有利地，所述方法在发动机上执行，所述发动机还包括压缩机，并且其中，所述尾轴承壳体包括设置与所述排气端口或每个排气端口流体连通的迷宫式密封件，所述方法包含以下步骤：从所述压缩机抽吸压缩空气流，并引导它通过所述迷宫式密封件，以对所述密封件加压，并且沿所述排气流通道从所述动力涡轮引导足够的排出气体流，以从所述迷宫式密封件引导所述压缩空气流，并使其经由所述排气端口或每个排气端口进入到排气流中。

优选地，所述方法在发动机上执行，所述发动机的尾轴承壳体还包括从所述中央区域径向外延伸并穿过所述环形管道的多个叶片，所述叶片中的至少一些叶片设有穿过所述叶片的相应的气流通道，所述气流通道被布置成与所述流腔室流体连通以供冷却空气通过，其中，引导排出气体的所述步骤包含沿所述排气流通道引导足够的排出气体流，以抽吸冷却空气流通过所述气流通道中的至少一些，通过所述流腔室并经由所述排气端口或每个排气端口进入到排气流中。

可选地，所述冷却空气可以仅通过被设置穿过运送油管或排气管的叶片的所述气流通道来抽吸。

便利地，所述发动机包括流体连接到所述叶片的气流通道中的至少一个的风机，并且所述方法包含操作所述风机，以通过它所连接到的所述气流通道或每个气流通道从所述流腔室径向向外地抽吸冷却空气。

优选地，当沿所述排气流通道的排出气体流不足以引导冷却空气流通过中央的流腔室，并经由所述排气端口或每个排气端口进入到排气流中时，所述风机被操作来通过每个所述叶片的气流通道以及通过所述流腔室来抽吸冷却空气流。

有利地，当沿所述排气流通道的排出气体流不足以从所述迷宫式密封件引导所述压缩空气流，并使其经由所述排气端口或每个排气端口进入到排气流中时，所述风机还被操作来从所述迷宫式密封件以及通过所述流腔室来抽吸所述压缩空气流。

附图说明

为了使得可以更容易地理解本发明，以及使得可以理解本发明的另外的特征，现在将参照附图通过示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：

图1是剖切船用涡轮轴发动机的纵向剖视图；

图2是船用涡轮轴发动机的透视图，其中，为清楚起见，该船用涡轮轴发动机的隔音罩的一部分剖开地示出；

图3是涡轮轴发动机的放大的纵向剖视图，其示出了冷却发动机的尾轴承壳体的现有技术的布置结构；

图4是示意性透视图，其示出了具有尾轴承壳体的服务叶片（service vane）的尾轴承壳体；

图5是沿径向向内的方向观察的穿过图4的尾轴承壳体的三个最上部的服务叶片所取的剖视图；

图6是剖切尾轴承壳体的一部分和输出轴的端部的径向剖视图；

图7是类似于图6的视图的视图，但是以放大的视图示出了尾轴承壳体的迷宫式密封；

图8是示出了尾轴承壳体的后部的局部剖视透视图；

图9是示意性的气流网络图；

图10是类似于图6的示意图，但是该图示出了在发动机怠速状态期间的气流特性；

图11是类似于图10的示意图的示意图，但是该图示出了在最大功率发动机状态期间的气流特性；以及

图12是类似于图10和图11的那些示意图的另一示意图，但是该图示出了在发动机关闭状态下的气流特性。

具体实施方式

现在转向更详细地考虑附图，图1图示了具有主轴线且为旋转轴线X-X的船用涡轮轴发动机10。该发动机按轴向流动顺序包括进气口11、中压压缩机12、高压压缩机13、燃烧设备14、高压涡轮15、耦接到输出轴17的动力涡轮16、尾轴承壳体18以及排气收集器19（仅其一部分在图1中示出）。

在操作期间，进入进气口11的空气被引导到中压压缩机12中，该中压压缩机12在将该空气输送到进行进一步压缩的高压压缩机13之前压缩空气流。从高压压缩机13排出的压缩空气被引导到燃烧设备14中，在那里它与燃料混合并且混合物燃烧。然后，所产生的热燃烧产物膨胀通过并且由此驱动高压涡轮15和动力涡轮16，然后通过尾轴承壳体18和排气收集器19的外部区域排出。高压涡轮15和动力涡轮16通过互连的轴相应地驱动高压压缩机13和中压压缩机12。此外，动力涡轮16驱动它直接连接到的发动机的输出轴17，其中，输出轴17的发动机端通过安装在尾轴承壳体18的内部内的轴承来支撑。

图2以透视图图示了典型的船用发动机10。如将会注意的，发动机10被安装在支撑基板20上，并且包括大的进气管道21，该进气管道21被直接连接到处于发动机的前部处的上述进气口11。包括压缩机12、13、燃烧设备14以及涡轮14、15的发动机的核心通常被封装在隔音壳体（acoustic housing）22内，为清楚起见，该隔音壳体22在图2中以部分剖开的形式示出。图2还示出了完整的排气收集器19，将会注意到的是，该排气收集器19在其上游端处具有大致环形的构造，该排气收集器19在其下游端处并入到向上定向的管道中，以便经由合适的外部管道引导排出气体远离发动机。排气收集器的这种构造也可以在图3中更详细地看到。

如在图4中最清楚地图示的，但是也参照图1，尾轴承壳体18在构造上是大致环形的，包括：中央区域23，其限定了中央腔室，并围绕和支撑用于输出轴17的主支撑轴承；以及环形管道24，其围绕中央区域23限定，并且如图1和图3中最清楚地示出的，该环形管道24与排气收集器19协作，以限定用于来自动力涡轮16的排出气体流的环形排气流动通道的一部分。尾轴承壳体18还包括多个周向隔开的支撑叶片25，其从中央区域23径向向外延伸并且穿过环形管道24。

如上面已经指出的，常规的尾轴承壳体被构造成使得几个或者甚至有时全部的叶片25将服务管线（service line）从壳体的外部区域径向向内运送到中央区域23内的中央腔室。因此，叶片25通常是中空的，并且设置成与中央腔室流体连通。图3图示了用于冷却上述一般类型的尾轴承壳体、并且特别是用于冷却壳体的中央区域以及设置成与其流体连通的叶片的常规的布置结构。因此，将会注意到的是，发动机配备有大的气流管道26，其向前延伸到尾轴承壳体18的中央腔室中。管道26通常被连接到在隔音壳体22外部、安装在发动机的基板20的后端的大型风机27。这种类型的现有技术的冷却布置结构通过如下方式来工作，即：通过风机27将大量的冷却空气向前推入到尾轴承壳体的中央腔室中，并且随后，径向向外推动通过中空叶片25。由于叶片25被布置成以这种方式接收冷却空气，因此风机27通常需要非常大，并且在实践中是非常嘈杂的。风机27的噪声由于如下事实而加剧，即：其在基板20上的位置不允许其被封装在发动机的隔音壳体22内。

现在转向更详细地考虑图4，其示出了适于包含在本发明的实施例中的尾轴承壳体18的具体构造的细节。在所示的具体壳体布置结构中，尾轴承壳体18包括总共十六个叶片25，其径向延伸穿过其环形管道24，各个叶片分别通过字母a、b、c ... p来表示。最上部的三个叶片25a、25b、25c被用于将排气管线28径向向内引导到壳体的中央区域23。叶片25d、25h、25i和25p被用于将空气服务管线29引导至在壳体的中央区域23内限定的腔室。叶片25e和25o被用于将速度探针布线引导至中央区域23。叶片25m被用于将供油管30引导至中央腔室，以便将润滑油供应至其中的轴承，而叶片25j被用于从中央腔室引导协作的回油管31。要注意的是，运送油管30、31的叶片25m和25j都位于环形壳体18的下部区域中。

已经发现的是，在经由相应的叶片引导至尾轴承壳体18的中央区域23的所有服务管线中，如果在发动机的操作期间油管30和31未被充分地冷却，则它们是最容易出问题的。这是因为焦炭可以经由通过管30、31引导的润滑油的氧化和热分解形成，并且如果允许焦炭积累，则这种焦炭的形成可以使管30、31被阻塞。因此，确保管30、31及其相应的叶片25m、25j被充分地冷却是重要的。然而，直接冷却其他服务管线并不被认为是如此重要的，这是因为它们不运送油，并且因此，较不易因焦炭沉积物的积累而阻塞。因此，本发明的实施例可以被构造成使得仅包括油服务管线叶片25m、25j的叶片25中的一些被主动地冷却，这通过为相应的叶片25提供通过叶片的内部气流通道来实现，如将在下面描述的。

图5图示了剖切三个最上部的服务叶片25a、25b、25c所取的剖视图。如将会注意到的，这些叶片具有中空的构造，使得每个叶片具有内腔32，该内腔32延伸穿过叶片以便容纳空气服务管线28。围绕每个叶片内的空气服务管线28，还设置有隔热罩33，该隔热罩33中的每一个限定了穿过叶片的相应的气流通道34。每个气流通道34被设置成与在尾轴承壳体18的中央区域23内限定的腔室流体连通。运送油管30、31的叶片25m、25j也设有类似的气流通道34，该气流通道34围绕管30、31，并且延伸穿过叶片25m、25j与在壳体18的中央区域23内限定的腔室流体连通。然而，要注意的是，优选实施例被构造成使得其他叶片25都没有这样的气流通道34。如将在下文中变得清楚的，通过仅为叶片25中的一些提供冷却空气被引导通过的气流通道，冷却尾轴承壳体18所需的冷却空气的质量流率相对于上述现有技术的布置结构大大减小。

图6是横向局部剖视图，其更详细地图示了尾轴承壳体18的中央区域23。特别地，图示了限定在中央区域23内的腔室35，要注意的是，该腔室35在构造上是大致环形的，并且表示用于冷却空气的流腔室，如下面将更详细地描述的。如上面解释的，环形的流腔室23被设置成与最上部的三个服务叶片25a、25b、25c（运送空气供应管28）以及两个服务叶片25m、25j（运送油管30、31，但在图6中未示出）直接流体连通。如上面解释的，运送油管30、31的两个叶片25m、25j都朝向环形壳体18的下部区域定位，并且因此，位于气流腔室35下方，而当然运送空气供应管28的三个最上部的叶片25a、25b、25c位于流腔室35上方。

位于主中央流腔室35的轴向后部，壳体18还包括副环形流腔室36。主流腔室35和副流腔室36被设置成经由多个周向隔开的流通道37彼此流体连通。此外，副流腔室36被设置成经由多个小的且周向隔开的排气端口38与穿过排气收集器19限定的排气流通道直接流体连通，这些排气端口38形成在尾轴承壳体18的中央区域23的后部中。在图8中以透视图图示了一个这样的端口。如因此将会理解的，主流腔室35因此被设置成经由排气端口38与穿过排气收集器19限定的排气流通道（间接）流体连通。

也如图6中所示，并且在图7中更详细地示出的，尾轴承壳体18还以上文中所述的大致常规的方式包括围绕输出轴17的端部的迷宫式密封件39。通常，迷宫式密封件39利用从发动机的压缩机部段、并且最优选地从发动机的中压压缩机12的相对下游的区域抽吸的压缩空气流来加压。该压缩空气将通过迷宫式密封件39沿大致向后的方向被引导，并且如果不在从密封件39离开时被收集，则将通过位于尾轴承壳体18的中央区域23的后部锥体41和输出轴17之间的小的间隙40泄漏。为了辅助以这种方式收集通过迷宫式密封件39泄漏的压缩空气，壳体18的后部锥体41被构造成使得副流腔室36径向向内延伸至间隙40。

图9是气流网络图，其示意性地图示了上述的各种流腔室、通道和端口相互连接的方式，以便帮助理解本发明的布置结构在冷却尾轴承壳体时操作的方式。

穿过三个最上部的服务叶片25a、25b、25c限定的流通道34a、34b、34c（并且其全部在它们的径向最内端处直接流体连接到主中央流腔室35）各自在它们的径向最外端处被流体连接到电风机42，该电风机42位于发动机的隔音壳体22内，并且因此，在隔音壳体22内的内部容积（以43示意性地表示）中操作。穿过运送油管30、31的叶片25m、25j的两个下部气流通道分别被表示为34m和34j，并且将会注意到的是，这两个下部气流通道未被连接到风机42，并且因此，仅在它们的径向最外端处对隔音壳体22内的内部容积43开放。

如还将注意到的，图9示出了迷宫式密封件39以及尾轴承壳体的后部锥体和输出轴之间的间隙40，该迷宫式密封件39和间隙40二者都流体连接到副流腔室36，该副流腔室36自身通过流通道37流体连接到主环形气流腔室35。在这方面，要注意的是，壳体的后部锥体41的径向向外变窄的构造作为对从迷宫式密封件35到副腔室36的流的限制。间隙40被示出为与其内安装发动机的机械空间（例如，船的发动机室）直接流体连通，该机械空间如图9中的44所示。此外，图9示出了设置成与通过排气收集器19的排气流路径直接流体连通的副流腔室36。

设想上述发动机布置结构的冷却气流布置结构将具有若干个不同的操作模式或阶段，如现在将特别地参照图10至图12来描述的。

图10示出了将在发动机10的相对低功率操作的时间段期间使用的建议的冷却模式的气流特性，该相对低功率操作的时间段例如可在怠速发动机速度下出现。怠速状态的特征在于，从动力涡轮16引导并且通过由尾轴承壳体18的外部管道24和排气收集器19限定的排气流通道的排出气体（在图10中通过箭头45表示）中的相对低的动能。此外，因为在怠速状态期间发动机的转速相对较低，所以将从发动机的压缩机部段排出并被引导通过迷宫式密封件39的压缩空气的流量也将相对较低。

在这样的状态期间，设想风机42将被操作，以便通过穿过三个最上部的服务叶片25a、25b、25c形成的上部气流通道34a、34b、34c来抽取冷却空气流（在图10中通过箭头46表示），并且由此，还通过主中央流腔室35以及通过穿过两个下部服务叶片25m、25j（运送油管30、31）形成的气流通道34m、34j从隔音壳体22内的内部容积43来抽取冷却空气。在这方面要注意的是，由于风机仅需要通过叶片25的总数中的相对少量的叶片来抽取该冷却空气，因此通过风机移动的冷却空气的质量流率显著减小。这允许风机相对较小，并且因此，容易容纳在隔音壳体22内。

此外，风机42在怠速状态期间的上述操作将在主环形腔室35内产生减压，该减压因此将有效地经由流通道37从后部副流腔室36抽取空气，由此也抽吸通过迷宫式密封件39泄漏的压缩空气，从而防止它经由围绕轴17的间隙40泄漏到机械空间44中。

要注意的是，虽然风机42在通过排气流路径的非常低能量的排气流的时间段期间操作，但是在主流腔室35和副流腔室36中产生的合成低压可以经由排气端口38从排气流路径抽吸少量的排出气体，如图10中的箭头47所示。然而，建议的是，排气端口38将被仔细地构造，特别是在它们的尺寸方面，以便使任何这样的效果最小化。

图11示出了将在发动机10的相对高功率操作的时间段期间使用的建议的冷却模式的气流特性，该相对高功率操作的时间段例如可在最大或标准操作的发动机速度下出现。这样的高功率状态的特征在于，从动力涡轮16引导并且通过由尾轴承壳体18的外部管道24和排气收集器19限定的排气流通道的排出气体（在图10中通过箭头45表示）中的相对高的动能。

在这样的状态期间，设想风机42将继续操作，以便通过穿过三个最上部的服务叶片25a、25b、25c形成的上部气流通道34a、34b、34c来抽取冷却空气流（在图10中通过箭头46表示），由此还通过主中央流腔室35以及通过穿过两个下部服务叶片25m、25j（运送油管30、31）形成的气流通道34m、34j从隔音壳体22内的内部容积43来抽取冷却空气。然而，在发动机10的相对高功率操作的时间段期间，此时对主流腔室35的冷却需求增加，上述气流系统被设计成利用排出气体中的较高动能，以便将冷却空气流引出通过主中央腔室35，经由流通道37进入到副腔室26中，并且经由排气端口38向外进入到排气流路径中，以便补充风机42的冷却效果。此外，相同的引出作用还将通过副流腔室36抽吸通过迷宫式密封件39引导的压缩空气，并且通过排气端口38将其抽吸到排气流路径中，从而防止其经由围绕轴17的间隙40泄漏到机械空间44中。

此外，风机42在怠速状态期间的上述操作将在主环形腔室35内产生减压，该减压因此将有效地经由流通道37从后部副流腔室36抽取空气，由此也抽吸通过迷宫式密封件39泄漏的压缩空气，从而防止它经由围绕轴17的间隙40泄漏到机械空间44中。

图12示出了当发动机关闭（有意地或在紧急状况下）时的布置结构的气流特性。这样的状态的特征在于，实际上没有通过排气流路径的排出气体流，而且尾轴承壳体及其叶片25的气洗表面（gas-washed surface）上还具有高表面温度。因此，建议继续操作风机42，以便通过穿过服务叶片的气流通道34a、34b、34c、34m、34j、并且因此也通过尾轴承壳体的中央气流腔室35来抽取冷却空气。

虽然已结合上述示例性实施例描述了本发明，但是在给出本公开时，许多等同的修改和变型对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，上面阐述的本发明的示例性实施例被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (16)

1.一种涡轮轴发动机（10），其具有主旋转轴线，并且包括沿所述轴线以轴向流动顺序布置的动力涡轮（16）、尾轴承壳体（18）和排气收集器（19），所述尾轴承壳体（18）具有：限定用于冷却空气的流腔室（35）的径向中央区域（23）；以及围绕所述中央区域（23）限定的环形管道（24），并且所述环形管道（24）形成从所述动力涡轮（16）到所述排气收集器（19）的排出气体流的排气流通道的至少一部分，其特征在于，所述流腔室（35）被设置成经由形成在所述尾轴承壳体中的至少一个排气端口（38）与所述排气收集器（19）流体连通，并且在所述发动机的操作期间通过所述排气收集器（19）的排出气体流引导冷却空气流通过中央的流腔室（35）。

2.根据权利要求1所述的涡轮轴发动机，还包括压缩机（12），并且其特征在于，所述尾轴承壳体（18）包括迷宫式密封件（39），所述迷宫式密封件（39）构造成用于通过从所述压缩机（12）抽吸并引导通过所述迷宫式密封件（39）的压缩空气流的加压，所述排气端口（38）或每个排气端口（38）被设置成与所述迷宫式密封件（39）流体连通，并且在所述发动机的操作期间通过所述排气收集器（19）的排出气体流引导所述压缩空气流从所述迷宫式密封件（39）通过所述排气端口（38）或每个排气端口（38）并且进入到排气流中。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的涡轮轴发动机，其特征在于，所述尾轴承壳体（18）还包括从所述中央区域（23）径向向外延伸并穿过所述环形管道（24）的多个叶片（25），所述叶片（25）中的至少一些叶片具有穿过所述叶片的相应的气流通道（34），所述气流通道（34）被布置成与所述流腔室（35）流体连通以供冷却空气通过。

4.根据权利要求3所述的涡轮轴发动机，其特征在于，不是所有的所述叶片（25）都具有与所述流腔室（35）流体连通的气流通道（34）。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的涡轮轴发动机，其特征在于，仅运送油管（30、31）或排气管（28）的叶片（25）具有与所述流腔室（35）流体连通的所述气流通道（34）。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的涡轮轴发动机，其特征在于，所述涡轮轴发动机还包括流体连接到所述叶片的气流通道（34）中的至少一个的风机（42），所述风机（42）可操作来通过它所连接到的所述气流通道（34）或每个所述气流通道（34）从所述流腔室（35）径向向外地抽吸冷却空气。

7.根据权利要求6所述的涡轮轴发动机，其特征在于，在没有通过所述排气收集器（19）的足够的排出气体流的情况下，所述风机（42）可操作来通过每个所述叶片的气流通道（34）以及通过所述流腔室（35）来抽吸冷却空气流。

8.根据权利要求7所述的涡轮轴发动机，其特征在于，在没有通过所述排气收集器（19）的足够的排出气体流的情况下，所述风机（42）还可操作来从迷宫式密封件（39）抽吸压缩空气流，所述迷宫式密封件（39）构造成用于通过从压缩机（12）抽吸并引导通过所述迷宫式密封件（39）的压缩空气流的加压。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的涡轮轴发动机，其特征在于，所述发动机（10）和所述风机（42）设有隔音壳体（22）。

10.一种操作涡轮轴发动机（10）的方法，所述涡轮轴发动机（10）具有主旋转轴线，并且包括沿所述轴线以轴向流动顺序布置的动力涡轮（16）、尾轴承壳体（18）和排气收集器，其中，所述尾轴承壳体（18）具有：限定了用于冷却空气的流腔室（35）的径向中央区域（23）；以及围绕所述中央区域（23）限定的环形管道（24），并且所述环形管道（24）形成用于从所述动力涡轮（16）到所述排气收集器（19）的排出气体流的排气流通道的至少一部分，其特征在于，所述流腔室（35）被设置成经由形成在所述尾轴承壳体（18）中的至少一个排气端口（38）与所述排气收集器（19）流体连通，其中，所述方法包括以下步骤：引导足够的排出气体流通过所述排气收集器（19），以引导冷却空气流通过中央的流腔室（35），并经由所述排气端口（38）或每个排气端口（38）进入到所述排气收集器（19）中。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述发动机还包括压缩机（12），并且其中，所述尾轴承壳体（18）包括设置成与所述排气端口（38）或每个排气端口（38）流体连通的迷宫式密封件（39），所述方法包含以下步骤：从所述压缩机（12）抽吸压缩空气流，并引导它通过所述迷宫式密封件（39），以对所述密封件加压，并且沿所述排气收集器（19）从所述动力涡轮（16）引导足够的排出气体流，以从所述迷宫式密封件（39）引导所述压缩空气流，并使其经由所述排气端口（38）或每个排气端口（38）进入到排气流中。

12.根据权利要求10或11所述的方法，所述方法在发动机上执行，所述发动机的尾轴承壳体（18）还包括从所述中央区域（23）径向向外延伸并穿过所述环形管道（24）的多个叶片（25），所述叶片（25）中的至少一些叶片设有穿过所述叶片的相应的气流通道（34），所述气流通道（34）被布置成与所述流腔室（35）流体连通以供冷却空气通过，其中，引导排出气体的所述步骤包含沿所述排气收集器（19）引导足够的排出气体流，以抽吸冷却空气流通过所述气流通道（34）中的至少一些，通过所述流腔室（35）并经由所述排气端口（38）或每个排气端口（38）进入到排气流中。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述冷却空气仅通过所述气流通道（34）来抽吸，所述气流通道（34）被设置穿过运送油管（30、31）或排气管（28）的叶片（25）。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述发动机包括流体连接到所述叶片的气流通道（34）中的至少一个的风机（42），其特征在于，所述方法包括以下步骤：操作所述风机（42），以通过它所连接到的所述气流通道（34）或每个气流通道（34）从所述流腔室（35）径向向外地抽吸冷却空气。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，当沿所述排气收集器（19）的排出气体流不足以引导冷却空气流通过中央的流腔室（35）并经由所述排气端口（38）或每个排气端口（38）进入到排气流中时，所述风机（42）被操作来通过每个所述叶片的气流通道（34）以及通过所述流腔室（35）来抽吸冷却空气流。

16.根据权利要求15所述的方法，当依赖于权利要求14时，其特征在于，当沿所述排气收集器（19）的排出气体流不足以从所述迷宫式密封件（39）引导所述压缩空气流，并使其经由所述排气端口（38）或每个排气端口（38）进入到排气流中时，所述风机（42）被操作来从所述迷宫式密封件（39）以及通过所述流腔室（35）来抽吸所述压缩空气流。