CN108979752B - 涡轮风扇发动机除冰压缩机和除冰过程 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种涡轮风扇发动机除冰压缩机和除冰过程。压缩机也称为增压器，包括入口结构，该入口结构通过从高压压缩机而来的增压热流体的循环流动而被除冰。除冰结构（28）包括可变形膜（30），增压流体的循环流动（50）经过该可变形膜的厚度。如果在膜（30）上积累了冰（44），则增压流体的循环流动（50）被阻止，结果是其压力使得膜变形，其方式是让积累的冰（44）破裂。本发明还涉及压缩机除冰过程。

Description

涡轮风扇发动机除冰压缩机和除冰过程

技术领域

本发明涉及借助于增压除冰流体对涡轮风扇发动机压缩机除冰。本发明还涉及轴向涡轮风扇发动机，特别是飞机涡轮喷气发动机或飞机涡轮螺桨发动机。本发明还包括压缩机除冰过程。

背景技术

多年来，低压压缩机入口已经配备有除冰系统，其涉及热空气的喷射。这些系统包括经过分流器的通道和将除冰气体朝向遮蔽压缩机入口的叶片进行引导的凹槽。

文件EP3130765A1公开了配备有低压压缩机的双流式涡轮喷气发动机，其入口通过除冰分流器界定。所述分流器包括外部环形壁、具有附接到外部壁的圆形上游边缘的内部环形壁。内部壁是支撑入口叶片的外部遮罩且配置为引导经分流器分离之后的主流动。内部壁的上游边缘具有凹槽，该凹槽径向经过内部壁，以允许除冰流体循环流动通过内部壁。该除冰流体是热的且被增压；其是从高压压缩机获得的。即使有凹槽的高技术的校准，其效率也需要改进。

发明内容

技术问题

本发明解决的问题是解决现有技术遇到的问题中的至少一个。更确切地说，本发明解决的问题是改善压缩机的除冰能力。本发明还要提出一种简单、耐用、轻质、经济、可靠的方案，其易于生产、易于维护、易于检视且改善性能。

技术方案

本发明的目的是提供一种轴流式涡轮发动机的压缩机，具体是飞机涡轮喷气发动机的低压压缩机，该压缩机包括除冰结构，该除冰结构能通过增压流体的循环流动而被除冰，应注意的是，除冰结构包括：至少一个可变形膜，能让增压流体的循环流动根据其厚度经过，除冰结构被配置为使得可变形膜上积累的冰阻止或减少增压流体的循环流动，且在所述循环流动被阻止或减少时，增压流体的压力使得可变形膜以让积累的冰破裂的方式变形。

根据本发明的有利方法，压缩机可以包括单独存在的或根据所有技术组合存在的一个或多个以下特点：

-膜包括用于增压流体的逃逸孔口，所述逃逸孔口配置为被积累的冰所填塞。

-可变形膜包括至少一个流动分离线，在分离线处，增压流体能经过膜。

-除冰结构包括分流器，该分流器具有通过分离线形成的圆形的分离边缘。

-除冰结构包括具有通过分离线形成的前边缘的定子叶片。

-叶片包括从前边缘延伸的上表面和下表面，可变形膜至少部分地形成上表面和/或下表面。

-除冰结构包括至少两个环形排的定子叶片，上游排和下游排，至少一个膜被设置在下游排的叶片中的一个上。

-膜包括可让增压流体透过的氯丁橡胶材料。

-膜包括金属材料，具体是金属片。

-·结构包括至少一个本体，其具有被可变形膜覆盖的外表面，在冰不存在的情况下，可变形膜配置为压靠该外表面，且在冰存在的情况下，可变形膜配置为由于增压流体而从外表面离开。

-·本体包括接收可变形膜的减小厚度区域。

-·外表面包括至少一个通路，该至少一个通路相对于可变形膜延伸且应能让增压流体经过。

-·本体包括肩部，可变形膜沿该肩部以防泄露的方式安装。

-·可变形膜能在冰不存在时占据的第一位置和冰存在时占据的第二位置之间运动；·因为增压流体压力能让膜从第一位置朝向第二位置运动，所以能抵抗涡轮喷气发动机中流体的动态压力和/或克服积累的冰的机械阻力。

-分离线经过孔口。

-通路具有在孔口相反侧的一个端部和在与所述孔口间隔开的孔口一侧的一个端部。

本发明的另一目的是提供一种涡轮风扇发动机，其具有能被增压气体除冰的除冰入口，应注意，该入口包括可让增压气体透过且可在第一位置和第二位置之间运动的膜，在膜处于第一位置且被冰覆盖时，其对增压气体的透过性下降，结果是气体压力让膜朝向第二位置移位，以便将冰从其分离。

同样，本发明的目的是提供一种涡轮风扇发动机，具体是飞机涡轮喷气发动机，包括压缩机，应注意，该压缩机符合本发明。

根据本发明的有利实施例，涡轮风扇发动机包括一种装置，用于将增压流体增压到大于压缩机的出口压力的压力。

根据本发明的有利实施例，涡轮风扇发动机包括一模块，用于将增压流体加热到超过压缩机的出口温度的温度。

根据本发明的有利实施例，涡轮风扇发动机还包括高压压缩机，增压流体从所述高压压缩机而来，可以是从所述高压压缩机的上游部分而来。

本发明还涉及涡轮风扇发动机压缩机(特别是低压压缩机)的除冰过程，该过程包括的阶段是：(b)与来自压缩机的流动接触的表面结冰；(d)通过增压气体将冰从所述表面分离；应注意，所述表面通过能让增压气体透过且能在第一构造和第二构造之间运动的膜形成，在结冰阶段(b)期间，膜的透过性下降，结果是增压流体的压力将膜推动到第二构造，允许执行冰分离阶段(d)，表面可形成除冰结构且压缩机可以是根据本发明的。

根据本发明的有利实施例，增压流体以不连续的方式供应到压缩机。

根据本发明的有利实施例，该过程是迭代过程。

一般而言，本发明的每一个目的的有利变化例也适用于本发明的其他目的。本发明的每一个目的可以与其他目的组合，且本发明的多个目的也可与说明书的实施例组合，所述实施例又可根据所有可能的技术组合彼此组合，除非以其他方式明确说明。

提供的优点

本发明允许压缩机的组合除冰。实际上，气体压力与其温度同时使用，实现更好的效能。为寄生冰或霜的蒸发增加了机械效果。使用流体的两种性质。可以得知，在流体的化学属性允许除冰时想到使用第三性质。

而且，本发明允许除冰流体的间歇供应。该供应方法允许借助循环流动测试而检测冰的存在。由于膜的堵塞，压力可在检测到冰存在时极大地增加。

附图说明

图1代表根据本发明的轴流涡轮风扇发动机。

图2是根据本发明的涡轮风扇发动机压缩机的图。

图3示出了在非操作位置的除冰结构的一部分。

图4示出了在除冰位置的除冰结构的一部分。

图5是根据本发明的压缩机除冰过程的图。

具体实施方式

在以下描述中，术语“内”和“外”是指相对于轴向涡轮风扇发动机的旋转轴线的定位。轴向方向对应于沿涡轮风扇发动机的旋转轴线的方向。径向方向垂直于旋转轴线。上游和下游是参照涡轮风扇发动机中流动的主流动方向而言的。

图1是轴流涡轮风扇发动机的简化展示。在该具体情况下，其是双流式涡轮喷气发动机(dual-flow turbojet engine)。涡轮喷气发动机2包括第一压缩级(上述低压压缩机4)、第二压缩级(上述高压压缩机6)、燃烧室8和一个或多个涡轮机级10。在运行期间，经由中心轴传递到转子12的涡轮机10的机械功率将两个压缩机4和6置于运动之中。所述压缩机包括与多排定子叶片相关的多排转子叶片。转子绕其旋转轴线14的旋转由此允许产生空气输出，且所述空气输出被逐渐压缩到燃烧室8的入口。

入口风扇通常被称为风扇或风机16，其联接到转子12且产生空气流动，该空气流动被分为主流动18和次流动20，该主流动18经过如上所述的涡轮风扇发动机的不同级，且次流动20沿发动机经过环形管道(部分地显示)且随后在涡轮机出口处与主流动汇合。风扇可以具有无管道类型(unducted type)，例如具有双反向旋转转子(double counter-rotational rotor)，可以是在下游。

次流动可以以能产生让飞机飞行所必要的反推力的方式进行加速。主流动18和次流动20是一个在一个内部的同轴环形流动。它们被涡轮风扇发动机和/或遮罩的壳体导通。为此，壳体具有圆柱形壁，该圆柱形壁可以是内部的和外部的。

图2是例如图1所示的轴流涡轮风扇发动机的压缩机的截面图。压缩机可以是低压压缩机4。可在其中看到主流动18和次流动20的分流器22和风扇16的一部分。转子12包括多排转子叶片24，在该情况下是三个。其可以是具有叶片的整体鼓轮或包括具有燕尾榫固定件的叶片。

低压压缩机4包括多个引导叶片组件，在该情况下是四个，其每一个含有一排定子叶片26。引导叶片组件与风扇16相关或与一排转子叶片相关，以引导气流，其方式实施将流动速度转换为压力，具体是转换为静态压力。

定子叶片26基本上从外部壳体径向延伸且可以借助于轴固定在该处并固定不动。一些叶片可以具有可变的倾斜度(pitch)。壳体可以通过多个环或半壳形成。

为了防止冰形成和积累，压缩机具有除冰结构28。该除冰结构28包括至少一个可变形的膜30，可以包括多个可变形的膜30。一个或多个膜30可以设置在分流器上和/或设置在压缩机4的定子叶片26上。相关叶片可以是压缩机4上游的叶片，换句话说是面对风扇16的叶片。下游排的叶片26也可以同样地配备有膜30。某些膜30可以应用于涡轮风扇发动机的遮罩和壳体。膜30可以设置在叶片26的上游一半的位置。

图3显示了除冰结构28的一部分，其例如是图2中的那个。可变形膜30在该情况下处于第一位置，其例如是缩回位置和/或非操作位置。

结构28包括本体32，可以是基本上完整的本体32。可变形膜30部分地覆盖本体32。膜30的外表面可以形成结构28的外表面。在当前位置，膜30的内表面36被压靠到本体32的外表面38，该外表面可以对向地置于膜30的基本上全部内表面36上。内表面36将本体的外表面38模制到其接合面；可以是在其接合面的大部分上或在其全部接合面上。

本体32可以包括沿膜30的表面和/或在膜30的表面上分布的至少一个通道40，可以是多个通道40。该通道40或至少一个通道40或每一个通道40可以包括通路42，具体是形成在本体32的外表面38上。每一个通路42在本体/膜接合面上延伸。其可以被膜30覆盖。每一个通道40和每一个通路42(在适当时)引导增压除冰流体50，所述增压除冰流体用于防止冰44的积累和/或出现。

因此，增压流体50从其流体源被导通到膜30的外表面34，且因此导通到除冰结构28的外表面。通过借助于膜30来覆盖该结构的敏感区域并保证除冰流体50的循环流动，可以减少或抑制冰的形成或聚集成具有变化厚度的冰层44的趋势。

膜30可以包括至少一个孔口46。多个孔口46可以分布在内表面36上和/或膜30的外部34。至少一个孔口46或多个孔口46或每一个孔口46可以经由该通路42或通路42中之一与该通道40或通道40中之一连通。

由于每一个孔口46，增压流体50可以经过膜30并从本体32出现。至少一个孔口46或该孔口46可以置于分离线48上，该分离线将除冰结构28所遇到的流动分为至少两个流动。上游流动被分为两个下游流动。

膜可以通常被认为是多孔的。其多孔性可以是孔口46存在的结果和/或是其内在结构的结果。其可以是微穿孔的。其可以包括具有不大于500μm或100μm或10μm宽度的管道。膜30可以是金属和/或包括氯丁橡胶。氯丁橡胶材料可以是透气的，且具体是能让除冰流体透过，但是不透水。其可以是具有基本恒定厚度的片材。厚度可以小于或等于0.10mm。

本体32可以是具有定子叶片的本体，定子叶片例如是图2中所示那些中的一个。在这种情况下，分离线48可以是叶片的前边缘。该结构的外表面34可以随后形成叶片的内表面和/或外表面。这意味着膜30可以是在叶片的吸入侧或是在排出侧，或其可以在这两侧上。

本体32也可以是压缩机入口中的分流器的本体，例如针对图2所述的。在这种情况下，分离线48可以形成分流器上游的圆形分离边缘。该结构的外表面34可以随后分流从并划定出涡轮风扇发动机的主流动和/或次流动。

在外表面34上有大量结冰44的事件中，增压流体50的循环流动会被妨碍。具体地，孔口46会被堵塞和/或经过微穿孔材料的流动会减少且甚至会停止。膜30的通常的多孔性会降低。

本体32可以包括减小厚度52的区域。该区域52允许膜30的厚度整合在该处。区域52可以通过至少一个或两个肩部54界定。每一个肩部54界定区域52和/或加强(underline)厚度差。膜30可以以防泄漏的方式附接到肩部54，使得增压流体被包含在该处。

图4显示了图3中的除冰结构28处于第二位置，也被称为展开位置或也被称为除冰位置。

由于膜30的透过性的降低和可能的流体堵塞50，所述流体的压力施加机械除冰力。该力(或机械结果)趋于从内侧推动该膜30。膜30从第一位置(也称为第一构造)运动到第二位置(也称为第二构造)。流体压力和除冰力通过抵抗进入涡轮风扇发动机的流体的动态压力而使得膜30变形。而且，克服冰层44的机械阻力。冰44破裂并从外表面34分离。由于膜的可能扩大，在接口处的剪切力使得冰44从外表面34分离。

在该现象过程期间，膜30的内表面36从本体32的外表面38移走。膜扩大到一定程度。其与本体32一起界定的空间被填充了增压流体50。执行这种填充，直到孔口46不再堵塞和/或外表面34完全或充分地清除了堵塞，以允许经过膜30的循环流动。在膜30清空时，其再次开始压靠本体的外表面38。

图5显示了压缩机除冰过程的图。压缩机可以是针对图1到4所述的压缩机。

该过程可以包括以下步骤，可以按下文所示顺序执行：

(a)膜朝向本体搁置(100)在第一位置；

(b)除冰结构表面的除冰(102)，如图3所示；

(c)至少在一些区域，膜移位(104)到第二位置或朝向第二位置位移，离开本体；

(d)冰从除冰结构的表面分离(106)，如图4所示。

阶段(a)搁置(100)和(b)结冰(102)可以是一个在一个之后执行或同时执行的。同样，阶段(c)移位(104)和(d)分离(106)可以是一个在一个之后执行或同时执行是。

在阶段(d)分离(106)之后，该过程可以返回到阶段(a)搁置(100)。膜可重新回到其退回位置。其可再次运动得更靠近本体并与之贴合。

增压流体的供应可以是间歇的。其可以以重复的方式周期性地执行。这种供应可以包括测试或检测供应，例如以更低的压力供应。事实上，在流体喷射但不流动时，可检测到存在冰的情况。事实上，冰聚集的结果是防止流体自由流动。可响应于此喷射出另一更高压力的流动。其功能是破坏冰并将其从受影响的表面释放。

Claims (17)

1.一种轴流式涡轮发动机（2）的压缩机（4；6），包括除冰结构（28），该除冰结构能通过增压流体（50）的循环流动而除冰，

其中除冰结构（28）包括：

至少一个可变形膜（30），具有让增压流体（50）的循环流动能够经过的厚度，

除冰结构（28）配置的方式是，可变形膜（30）上积累的冰（44）堵塞或减少增压流体（50）的循环流动，

且其中，在所述循环流动发生堵塞或减少的事件中，增压流体（50）的压力使得可变形膜（30）以破坏积累的冰（44）的方式变形；

其中可变形膜（30）包括至少一个分离线（48），在该分离线处，增压流体（50）能经过可变形膜（30）；且

其中除冰结构（28）包括至少一个本体（32），所述至少一个本体具有被可变形膜（30）覆盖的外表面（38），在冰（44）不存在的情况下，可变形膜配置为压靠该外表面（38），且在冰（44）存在的情况下，可变形膜（30）配置为由于增压流体（50）而从外表面（38）离开；

其中外表面（38）包括至少一个通路（42），该至少一个通路相对于可变形膜（30）延伸且能让增压流体（50）经过。

2.如权利要求1所述的压缩机（4；6），其中可变形膜（30）包括用于增压流体（50）的逃逸孔口（46），所述孔口（46）配置为由积累的冰（44）所填塞。

3.如权利要求1或2所述的压缩机（4；6），其中除冰结构（28）包括具有通过分离线（48）形成的圆形分离边缘的分流器（22）。

4.如权利要求1所述的压缩机（4；6），其中除冰结构（28）包括具有通过分离线（48）形成的前边缘的定子叶片（26）。

5.如权利要求4所述的压缩机（4；6），其中定子叶片（26）包括从前边缘延伸的下表面和上表面，可变形膜（30）至少部分地形成上表面和/或下表面。

6.如权利要求1所述的压缩机（4；6），其中除冰结构（28）包括定子叶片（26）的至少两个环形排的，即上游排和下游排，至少一个可变形膜（30）设置在下游排叶片中的一个上。

7.如权利要求1所述的压缩机（4；6），其中可变形膜（30）包括能让增压流体（50）透过的氯丁橡胶材料。

8.如权利要求1所述的压缩机（4；6），其中可变形膜（30）包括金属片。

9.如权利要求8所述的压缩机（4；6），其中本体（32）包括接收可变形膜（30）的减小厚度（52）的区域。

10.如权利要求8所述的压缩机（4；6），其中本体（32）包括肩部（54），可变形膜（30）沿该肩部以防泄露的方式安装。

11.如权利要求1所述的压缩机（4；6），其中可变形膜（30）能在冰（44）不存在时所占据的第一位置和冰（44）存在时所占据的第二位置之间运动；因为增压流体（50）能让可变形膜（30）从第一位置朝向第二位置运动，抵抗涡轮喷气发动机中流体的动态压力和/或克服积累的冰（44）的机械阻力。

12.一种涡轮风扇发动机，包括如权利要求1到11中的一项所述的压缩机（4；6）。

13.如权利要求12所述的涡轮风扇发动机，包括一装置，该装置用于将增压流体（50）增压到大于压缩机（4；6）的出口压力的压力。

14.如权利要求12所述的涡轮风扇发动机，包括一模块，该模块用于将增压流体（50）加热到超过压缩机（4；6）的出口温度的温度。

15.如权利要求12所述的涡轮风扇发动机，还包括高压压缩机（6），增压流体（50）从所述高压压缩机而来。

16.一种低压涡轮风扇发动机的压缩机（4；6）的除冰方法，该方法包括的步骤是：

使得表面（34）结冰（102），所述表面与来自压缩机（4；6）的流动接触；

通过增压气体将冰（44）从所述表面分离（106）；

其中

所述表面通过膜形成，该膜能让增压气体透过且能在第一构造和第二构造之间运动，其中，在结冰（102）步骤期间，膜的透过性下降，导致增压流体（50）的压力将膜推动到第二构造，允许执行冰（44）的分离步骤，

所述表面形成除冰结构（28），且压缩机（4；6）如权利要求1到11中的一项所述。

17.如权利要求16所述的方法，其中增压流体（50）以不连续的方式供应到压缩机（4；6）。

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