CN107780976B - 一种燃气涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种燃气涡轮发动机，安装有气固分离引气装置，气固分离引气装置的迎风组件包括百叶窗式的多个挡风板，多个挡风板之间存在流体通道，当冷气快速流过挡风板表面时，由于惯性作用，冷气中的固体颗粒会沿挡风板的方向继续运动。而冷气中的气体由于惯性小，在受到挡风板的阻挡时，会与固体颗粒分离，使得挡风板后引气位置处固体颗粒含量较低。固体颗粒的含量较低的冷气在引气管路的作用下，从流体通道流入挡风板的内侧，并进入引气孔。后安装边既能防止固体颗粒回流，也能防止涡流的产生，使得气固分离引气装置工作稳定，并且提高了除尘效率。

Description

一种燃气涡轮发动机

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，更具体地涉及一种具有气固分离引气装置的燃气涡轮发动机。

背景技术

随着燃气涡轮发动机的发展，涡轮前温度不断提高，涡轮叶片的热负荷也越来越高。为保证涡轮叶片在高温下的可靠工作，目前的涡轮叶片均采用气膜冷却技术。目前，很多发动机的预选系统引气装置未采用任何除尘措施，如图1所示，冲击孔3’的周围没有设置除尘装置。

然而，由于发动机运行环境比较恶劣，空气中来源于工业排放、燃烧烟尘、土壤扬尘等的灰尘含量高，冷气中不可避免的会携带部分固体颗粒，长期使用必然会造成叶片冷却通道及气膜孔内颗粒的累积，导致通道有效面积缩小，甚至造成气膜孔的堵塞。轻则造成冷气侧冷却效率下降，气膜孔阻力增大流量降低，叶片寿命受到影响；重则导致叶片局部冷却失效，甚至叶片烧毁。因此，需对进入叶片的冷气进行除尘。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机安装有气固分离引气装置，能够有效地对进入引起口的引气进行除尘。

为实现所述目的的燃气涡轮发动机，包括机匣，所述机匣的外壁上开设有用于冷气流入的引气孔，其特征在于，所述燃气涡轮发动机还包括气固分离引气装置，所述气固分离引气装置包括沿所述机匣轴向从前向后设置的迎风组件和后安装边；

所述迎风组件包括沿所述机匣轴向从前向后分离设置的多个挡风板，各所述挡风板由前向后倾斜；

对于多个所述挡风板中任意一对相邻设置的前挡风板和后挡风板，在所述机匣的轴向上，所述前挡风板位于所述后挡风板的前方；

在所述机匣的径向上，所述前挡风板具有前内侧端和前外侧端，所述后挡风板具有后内侧端和后外侧端，所述后内侧端位于所述前内侧端的外侧，所述前外侧端位于所述后内侧端的外侧，所述后外侧端位于所述前外侧端的外侧；所述前挡风板与所述后挡风板之间形成流体通道；

所述迎风组件与所述后安装边连接，所述迎风组件、所述后安装边和所述机匣围成用于所述冷气穿过的流动空间，所述引气孔与所述流动空间连通,以容许部分所述冷气能够从所述流体通道中穿过所述迎风组件进入所述流动空间，并穿过所述流动空间进入所述引气孔。

所述的燃气涡轮发动机，其进一步的特点是，所述迎风组件和所述后安装边为圆环结构并且围绕所述机匣设置，所述迎风组件还包括多根沿所述机匣的周向均匀分布的支撑条；多个所述挡风板为圆弧形，所述圆弧形所在的平面垂直于所述机匣的轴心线；

所述支撑条中包括任意一对相邻设置的第一支撑条和第二支撑条，在所述机匣的轴向上，所述第一支撑条和所述第二支撑条均从所述迎风组件的一侧延伸到所述迎风组件的另一侧，并且与所述后安装边连接；

在所述机匣的轴向上，多个所述挡风板的一端安装在所述第一支撑条上，另一端安装在所述第二支撑条上。

所述的燃气涡轮发动机，其进一步的特点是，所述支撑条与所述机匣的轴心线在空间内共面。

所述的燃气涡轮发动机，其进一步的特点是，多个所述挡风板与所述机匣的轴心线的夹角为10°至80°。

所述的燃气涡轮发动机，其进一步的特点是，所述支撑条与所述机匣的轴心线的夹角为20°至80°。

所述的燃气涡轮发动机，其进一步的特点是，所述机匣还包括引气管路，所述引气孔与所述引气管路连接，所述引气管路能够产生吸力，将至少部分所述冷气吸入所述流体通道。

本发明的积极进步效果在于：本发明的气固分离引气装置，其迎风组件包括百叶窗式的多个挡风板，多个挡风板之间存在流体通道，当冷气快速流过挡风板表面时，由于惯性作用，冷气中的固体颗粒会沿挡风板的方向继续运动。而冷气中的气体由于惯性小，在受到挡风板的阻挡时，会与固体颗粒分离，使得挡风板后引气位置处固体颗粒含量较低。固体颗粒的含量较低的冷气在引气管路的作用下，从流体通道流入挡风板的内侧，并进入引气孔。后安装边既能防止固体颗粒回流，也能防止涡流的产生，使得气固分离引气装置工作稳定，并且提高了除尘效率。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为燃气轮机引气口示意图；

图2为本发明燃气轮机气固分离引气装置的示意图；

图3为本发明燃气轮机气固分离引气装置的轴向示意图；

图4为为本发明燃气轮机气固分离引气装置的剖视图；

图5为本发明挡风板的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

需要注意的是，图1至图5均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

在本发明中，轴向是指机匣1的轴心线A-A的方向，在轴向上，气固分离引气装置的迎风组件4相对于后安装边5位于前侧，前侧相对于后侧率先与冷气2接触。由内向外的方向是指经过轴心线A-A上的某一点，并且垂直于轴心线A-A的射线的方向。轴心线A-A为相对于机匣1的其他部分来说是机匣1的内侧。

如图2至图5所示，本发明提供一种燃气涡轮发动机，包括机匣1，机匣1的外壁上开设有用于冷气2流入的引气孔3，其特征在于，燃气涡轮发动机还包括气固分离引气装置，气固分离引气装置包括沿机匣1轴向从前向后设置的迎风组件4和后安装边5；

迎风组件4包括沿机匣1轴向从前向后分离设置的多个挡风板7，各挡风板7由前向后倾斜；

对于多个挡风板7中任意一对相邻设置的前挡风板7a和后挡风板7b，在机匣1的轴向上，前挡风板7a位于后挡风板7b的前方；

在机匣1的径向上，前挡风板7a具有前内侧端7a-1和前外侧端7a-2，后挡风板7b具有后内侧端7b-1和后外侧端7b-2，后内侧端7b-1位于前内侧端7a-1的外侧，前外侧端7a-2位于后内侧端7b-1的外侧，后外侧端7b-2位于前外侧端7a-2的外侧；前挡风板与后挡风板之间形成流体通道8；这样的设置是为了使挡风板7的排列方式呈百叶窗式，相邻的两个挡风板7中，在后的挡风板被在前的挡风板遮挡，并且在遮挡处形成流体通道8；

迎风组件4与后安装边5连接，迎风组件4、后安装边5和机匣1围成用于冷气2穿过的流动空间6，引气孔3与流动空间6连通；

冷气2能够依次流过前挡风板7a和后挡风板7b，至少部分冷气2能够从流体通道8中穿过迎风组件4进入流动空间6，并穿过流动空间6进入引气孔3。流体通道8在其内部的冷气2的流动方向上具有一定的长度，该长度由前挡风板7a的后部与后挡风板7b的前部重叠部分的长度来确定。

冷气2可以来源于燃气涡轮发动机压气机的外涵，通常压气机出口的冷气2的流速能够达到100m/s左右，流速很快。如图5所示，迎风组件4先于后安装边5与冷气2接触，当冷气2快速流过挡风板7表面时，由于惯性作用，冷气2中的固体颗粒11会沿挡风板7的外边面继续运动，至机匣1的后方。然而，冷气中的气体由于惯性小，在受到挡风板的阻挡时，会与固体颗粒分离(相对于固体颗粒11，冷气2中的气体受阻挡后速度的大小和方向均变化较大，速度开始小于固体颗粒11)，使得多个挡风板7外侧的冷气中固体颗粒11的含量较低。固体颗粒11的含量较低的冷气(即“至少部分冷气2”)在引气管路12的作用下，从流体通道8流入挡风板7的内侧，并进入引气孔3。引气管路12上设置有能够产生吸力的装置，比如泵，用以提供使固体颗粒11的含量较低的冷气流入流体通道8的动力。

流动空间6的作用是稳流，进入流体通道8中的冷气2在流入一个较宽的空间后，冷气2的流速降低，降低了气固分离引气装置运行时的噪音。

迎风组件4与后安装边5之间可以通过焊接的方式连接在一起，也可以采用整体铸造的方式制造。迎风组件4和后安装边5分别与引气孔3的前侧3a和后侧3b的连接方式也可以采用焊接。

迎风组件4的多个挡风板7的安装和固定方式有多种，例如可以在挡风板7与机匣1之间设置支架，支架的一端连接挡风板7的内侧，另一端与机匣1的外表面连接，使得在机匣1的轴向上，前挡风板7a位于后挡风板7b的前方，并且前挡风板7a的后部与后挡风板7b的前部重叠。但是这样的实施方式存在缺点，位于挡风板7内侧的支架会对冷气2的流动造成阻力，不利于固体颗粒11的含量较低的冷气从流体通道8流入。

继续参考图2和图3，在本发明的另一个实施例中，迎风组件4和后安装边5为圆环结构并且围绕机匣1设置，迎风组件4还包括多根沿机匣1的周向均匀分布的支撑条9；多个挡风板7为圆弧形，圆弧形所在的平面垂直于机匣1的轴心线A-A；

支撑条9中包括任意一对相邻设置的第一支撑条9a和第二支撑条9b，在机匣1的轴向上，第一支撑条9a和第二支撑条9b均从迎风组件4的一侧延伸到迎风组件4的另一侧，并且与后安装边5连接；

在机匣1的轴向上，多个挡风板7的一端安装在第一支撑条9a上，另一端安装在第二支撑条9b上。

如图3所示，支撑条9的数量为8条，形成的安装区域10的数量为8个，但本发明对支撑条9和安装区域10的数量不作限制，可以根据工作环境而改变。支撑条9优选为板条状，并且较窄的侧面可以通过焊接的方式固定在机匣1的外表面上，较宽的侧面保持与机匣1的外表面垂直，用于安装多个挡风板7。多个挡风板7可以通过焊接、螺纹连接、或者铆接的方式与支撑条9连接。支撑条9不仅提高了迎风组件4的结构强度，同时使得多个挡风板7易于检修和更换，并且在检修和更换时不会干扰到其他安装区域的挡风板7，提高了气固分离引气装置的稳定性。

挡风板7为圆弧形，并且如图4所示，圆弧形挡风板7所在的平面垂直于机匣1的轴心线A-A，如此设计可以使得迎风组件4的结构对称，并且使得冷气2流入均匀。

优选地，支撑条9与机匣1的轴心线A-A在空间内共面，多个挡风板7与机匣1的轴心线A-A的夹角α为10°至80°，支撑条9与机匣1的轴心线A-A的夹角为20°至80°。挡风板7的横截面可以是矩形，也可以是类似机翼截面的叶型，以减少冷气2的流动阻力，提高除尘效果。

本发明的积极进步效果在于：本发明的气固分离引气装置，其迎风组件包括百叶窗式的多个挡风板，多个挡风板之间存在流体通道，当冷气快速流过挡风板表面时，由于惯性作用，冷气中的固体颗粒会沿挡风板的方向继续运动。而冷气中的气体由于惯性小，在受到挡风板的阻挡时，会与固体颗粒分离，使得挡风板后引气位置处固体颗粒含量较低。固体颗粒的含量较低的冷气在引气管路的作用下，从流体通道流入挡风板的内侧，并进入引气孔。后安装边既能防止固体颗粒回流，也能防止涡流的产生，使得气固分离引气装置工作稳定，并且提高了除尘效率。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种燃气涡轮发动机，包括机匣(1)，所述机匣(1)的外壁上开设有用于冷气(2)流入的引气孔(3)，所述燃气涡轮发动机还包括气固分离引气装置，其特征在于，所述气固分离引气装置包括沿所述机匣(1)轴向从前向后设置的迎风组件(4)和后安装边(5)；

所述迎风组件(4)包括沿所述机匣(1)轴向从前向后分离设置的多个挡风板(7)，各所述挡风板(7)由前向后倾斜；

对于多个所述挡风板(7)中任意一对相邻设置的前挡风板(7a)和后挡风板(7b)，在所述机匣(1)的轴向上，所述前挡风板(7a)位于所述后挡风板(7b)的前方；

在所述机匣(1)的径向上，所述前挡风板(7a)具有前内侧端(7a-1)和前外侧端(7a-2)，所述后挡风板(7b)具有后内侧端(7b-1)和后外侧端(7b-2)，所述后内侧端(7b-1)位于所述前内侧端(7a-1)的外侧，所述前外侧端(7a-2)位于所述后内侧端(7b-1)的外侧，所述后外侧端(7b-2)位于所述前外侧端(7a-2)的外侧；所述前挡风板(7a)与所述后挡风板(7b)之间形成流体通道(8)；

所述迎风组件(4)与所述后安装边(5)连接，所述迎风组件(4)、所述后安装边(5)和所述机匣(1)围成用于所述冷气(2)穿过的流动空间(6)，所述引气孔(3)与所述流动空间(6)连通，以容许至少部分所述冷气(2)能够从所述流体通道(8)中穿过所述迎风组件(4)进入所述流动空间(6)，并穿过所述流动空间(6)进入所述引气孔(3)。

2.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述迎风组件(4)和所述后安装边(5)为圆环结构并且围绕所述机匣(1)设置，所述迎风组件(4)还包括多根沿所述机匣(1)的周向均匀分布的支撑条(9)；多个所述挡风板(7)为圆弧形，所述圆弧形所在的平面垂直于所述机匣(1)的轴心线(A-A)；

所述支撑条(9)中包括任意一对相邻设置的第一支撑条(9a)和第二支撑条(9b)，在所述机匣(1)的轴向上，所述第一支撑条(9a)和所述第二支撑条(9b)均从所述迎风组件(4)的一侧延伸到所述迎风组件(4)的另一侧，并且与所述后安装边(5)连接；

在所述机匣(1)的轴向上，多个所述挡风板(7)的一端安装在所述第一支撑条(9a)上，另一端安装在所述第二支撑条(9b)上。

3.如权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述支撑条(9)与所述机匣(1)的轴心线(A-A)在空间内共面。

4.如权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，多个所述挡风板(7)与所述机匣(1)的轴心线(A-A)的夹角(α)为10°至80°。

5.如权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述支撑条(9)与所述机匣(1)的轴心线(A-A)的夹角为20°至80°。

6.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述机匣(1)还包括引气管路(12)，所述引气孔(3)与所述引气管路(12)连接，所述引气管路(12)能够产生吸力，将至少部分所述冷气(2)吸入所述流体通道(8)。