CN109424440B - 燃气涡轮发动机及其一个或多个部件的冷却和加压方法 - Google Patents

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Abstract

本公开内容提供了具有改进的空气输送系统的燃气涡轮发动机，燃气涡轮发动机包括用于加压和/或冷却发动机的各种部件，同时最小化对发动机的循环效率的影响、减轻发动机的重量和减少发动机的比燃料消耗的特征。本公开内容还提供了一种用于冷却和加压燃气涡轮发动机的一个或多个部件的方法。

Description

燃气涡轮发动机及其一个或多个部件的冷却和加压方法
技术领域
本主题大体上涉及燃气涡轮发动机，且更具体地涉及用于冷却燃气涡轮发动机的各种部件的空气输送系统。
背景技术
结合飞行器使用的燃气涡轮发动机通常包括用于收纳轴承组件和冷却流体(例如，油)的各种储槽组件(sump assembly)。常规储槽组件大体上需要加压空气流来设置穿过其密封元件的压差。储槽加压空气流必须冷却到足以防止油火和焦化。因此，通常称为P25空气的中间压缩机空气通常从压缩机放出，且用于此储槽组件的加压。尽管P25空气足够冷而防止油火和焦化，但P25空气大体上未充分加压来正确设置穿过密封元件的压差，导致穿过密封件的高泄漏。此外，常规燃气涡轮发动机通常包括缓冲腔，其提供此储槽组件周围的缓冲物或隔层，使得输送至储槽组件的P25空气不会与通常称为P3空气的压缩机排出空气混合，压缩机排出空气大体上太热而不能加压此储槽组件，因为压缩机排出空气引起油焦化。因此，常规储槽组件通常需要复杂的密封元件，例如，压缩机排气密封件，以防止P3空气与输送至储槽的缓冲腔的P25空气的混合。
此外，常规燃气涡轮发动机通常使用P3空气来冷却和支持发动机的压缩机(例如，叶轮)的后级。P3空气在相对较高温度(即，T3)下经由扩散器流出发动机的压缩机区段。在某些压力比下，P3空气的流出温度变得过高，使得轻质材料(例如，钛)用于压缩机部件是不可行的。因此，必须使用较重的材料，增加了发动机的重量。
此外，常规燃气涡轮发动机通常包括用于涡轮盘，以及此发动机的涡轮的定子轮叶和涡轮叶片的冷却空气流。P3空气、P25空气、叶轮尖端空气和其它源所有都用作这些部件的冷却空气流。然而，由于P3、P25和/或叶轮尖端空气放出且用于冷却和/或加压，故发动机的整体循环效率受到损害。由于空气流从发动机的核心空气流径放出或去除，故空气不再可用于有用功。
因此，具有改进的空气输送系统的燃气涡轮发动机将是有用的。
发明内容
本发明的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实施而得知。
在一个示例性方面中，本公开内容针对一种限定轴向、径向和周向的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括具有围绕轴向可旋转的压缩机的压缩机区段。燃气涡轮发动机还包括具有围绕轴向可旋转的涡轮的涡轮区段。燃气涡轮发动机还包括在压缩机与涡轮之间延伸且联接压缩机和涡轮的轴。燃气涡轮发动机还包括设置在压缩机区段下游和涡轮区段上游的燃烧区段，燃烧区段限定扩散器腔，且包括限定燃烧室的燃烧器，扩散器腔位于燃烧室上游。此外，燃气涡轮发动机包括储槽组件，储槽组件包括储槽框架和定位在储槽框架与轴之间的轴承组件，储槽框架至少部分地限定储槽腔。燃气涡轮发动机还包括储槽增压室，储槽增压室至少部分地由与储槽腔相对的储槽框架限定。此外，燃气涡轮发动机包括空气输送系统。空气输送系统包括换热器。空气输送系统还包括从压缩机区段延伸至换热器来提供冷却空气流至换热器的冷却管。空气输送系统还包括高压放气管，高压放气管从燃烧区段延伸至换热器，且与扩散器腔空气流连通，高压放气管用于将P3空气流输送至换热器。此外，空气输送系统包括从换热器延伸至储槽增压室的高压管。换热器构造成使用冷却空气流来冷却P3空气流以形成P3X空气流，并且其中高压管构造成将P3X空气流输送至储槽增压室来加压储槽组件的储槽腔。
在另一个示例性方面中，本公开内容针对一种限定轴向、径向和周向的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括具有围绕轴向可旋转的压缩机的压缩机区段。燃气涡轮发动机还包括具有围绕轴向可旋转的涡轮的涡轮区段。燃气涡轮发动机还包括在压缩机与涡轮之间延伸且联接压缩机和涡轮的轴。燃气涡轮发动机还包括设置在压缩机区段下游和涡轮区段上游的燃烧区段，燃烧区段限定燃烧室。此外，燃气涡轮发动机包括储槽组件，储槽组件包括至少部分地限定储槽腔的储槽框架。燃气涡轮发动机还包括储槽增压室，储槽增压室至少部分地由与储槽腔相对的储槽框架限定。此外，燃气涡轮发动机包括空气输送系统。空气输送系统包括构造成接收冷却空气流和P3空气流的换热器，其中换热器构造成使用冷却空气流来冷却P3空气流，以形成P3X空气流。空气输送系统还包括从换热器延伸至储槽增压室的高压管，以用于将P3X空气流输送至储槽增压室来用于加压储槽组件的储槽腔。
在另一个示例性方面中，本公开内容针对一种用于冷却和加压燃气涡轮发动机的一个或多个部件的方法。燃气涡轮发动机包括具有压缩机的压缩机区段、涡轮、在压缩机与涡轮之间延伸且联接压缩机和涡轮的轴，以及设置在压缩机下游和涡轮上游的燃烧区段，燃烧区段限定扩散器腔和燃烧室，扩散器腔位于燃烧室上游。燃气涡轮发动机还包括具有储槽框架的储槽组件，以及定位在储槽框架与轴之间的轴承组件，储槽框架至少部分地限定轴承组件收纳在其中的储槽腔，以及与储槽腔相对的储槽增压室。燃气涡轮发动机还包括空气输送系统，空气输送系统包括换热器和喷射器。该方法包括提取冷却空气流；从扩散器腔下游和燃烧室上游的燃烧区段提取P3空气流；将冷却空气流和P3空气流输送至换热器；用冷却空气流经由换热器冷却P3空气流来形成P3X空气流；以及将P3X空气流发送至储槽增压室来用于加压储槽腔。
技术方案1.一种限定了轴向、径向和周向的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：
压缩机区段，其具有围绕所述轴向可旋转的压缩机；
涡轮区段，其具有围绕所述轴向可旋转的涡轮；
在所述压缩机与所述涡轮之间延伸且联接所述压缩机和所述涡轮的轴；
设置在所述压缩机区段下游和所述涡轮区段上游的燃烧区段，所述燃烧区段限定了扩散器腔，且包括限定了燃烧室的燃烧器，所述扩散器腔位于所述燃烧室上游；
储槽组件，其包括储槽框架和定位在所述储槽框架与所述轴之间的轴承组件，所述储槽框架至少部分地限定了储槽腔；
至少部分地由与所述储槽腔相对的所述储槽框架所限定的储槽增压室；以及
空气输送系统，所述空气输送系统包括：
换热器；
从所述压缩机区段延伸至所述换热器来将冷却空气流提供至所述换热器的冷却管；
从所述燃烧区段延伸至所述换热器且与所述扩散器腔空气流连通的高压放气管，所述高压放气管用于将P3空气流输送至所述换热器；以及
从所述换热器延伸至所述储槽增压室的高压管；
其中所述换热器构造成使用所述冷却空气流来冷却所述P3空气流，以形成P3X空气流，并且所述高压管构造成将所述P3X空气流输送至所述储槽增压室来加压所述储槽组件的储槽腔。
技术方案2.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述压缩机区段包括具有后壁的叶轮，并且所述燃气涡轮发动机还包括：
邻近所述后壁的叶轮框架，其中所述叶轮的后壁和所述叶轮框架至少部分地限定了叶轮腔；以及
其中所述叶轮框架和所述储槽框架限定了提供所述储槽增压室与所述叶轮腔之间的空气流连通的叶轮通路，并且在所述高压管将P3X空气提供至所述储槽增压室时，所述P3X空气的至少一部分经由所述叶轮通路流至所述叶轮腔来冷却所述叶轮。
技术方案3.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述叶轮由钛形成。
技术方案4.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述空气输送系统还包括：
沿所述冷却管定位的喷射器，用来卷吸所述冷却空气流与湾空气流。
技术方案5.根据技术方案1所述的燃气轮发动机，其中所述冷却空气流包括湾空气流和来自所述压缩机的P25空气流。
技术方案6.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述涡轮还包括涡轮定子轮叶和涡轮叶片的第一级和第二级，并且所述轴限定了从所述储槽增压室延伸至所述第二级涡轮叶片的涡轮冷却通路；并且在所述高压管将P3X空气提供至所述储槽增压室时，所述P3X空气的至少一部分经由所述涡轮冷却通路流至所述第二级涡轮叶片来冷却所述涡轮叶片。
技术方案7.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述储槽组件是沿所述轴向定位在所述压缩机与所述涡轮之间的B储槽组件。
技术方案8.根据技术方案7所述的燃气涡轮发动机，其中所述燃气涡轮发动机还包括：
定位成邻近由所述燃气涡轮发动机的入口本体限定的入口的A储槽组件，所述A储槽组件包括A储槽框架和定位在所述A储槽框架与所述轴之间的第一轴承组件，所述A储槽框架至少部分地限定了其中收纳有所述第一轴承组件的储槽腔，并且至少部分地限定了与所述A储槽腔相对的A储槽增压室，并且所述轴限定了从所述储槽增压室延伸至所述A储槽增压室的A储槽通路，并且当所述高压管将P3X空气提供至所述储槽增压室时，所述P3X空气的至少一部分经由所述A储槽通路流至所述A储槽增压室来用于加压所述A储槽腔。
技术方案9.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：
邻近所述涡轮且所述换热器空气流连通的涡轮冷却壳；以及
其中在所述冷却空气流与所述P3空气换热之后，所述冷却流被发送至所述涡轮冷却壳。
技术方案10.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述储槽组件还包括：
沿所述轴向定位在所述轴承组件后方且连接到所述储槽框架上的第一密封元件；以及
沿所述轴向定位在所述轴承组件前方且连接到所述储槽框架上的第二密封元件；
其中所述储槽增压室与所述第一密封元件和所述第二密封元件空气流连通。
技术方案11.一种限定了轴向、径向和周向的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：
具有围绕所述轴向可旋转的压缩机的压缩机区段；
具有围绕所述轴向可旋转的涡轮的涡轮区段；
在所述压缩机与所述涡轮之间延伸且联接所述压缩机和所述涡轮的轴；
设置在所述压缩机区段下游和所述涡轮区段上游的燃烧区段，所述燃烧区段限定了燃烧室；
包括至少部分地限定了储槽腔的储槽框架的储槽组件；
至少部分地由与所述储槽腔相对的所述储槽框架限定的储槽增压室；以及
空气输送系统，所述空气输送系统包括：
构造成接收冷却空气流和P3空气流的换热器，其中所述换热器构造成使用所述冷却空气流来冷却所述P3空气流，以形成P3X空气流；以及
从所述换热器延伸至所述储槽增压室来用于将所述P3X空气流输送至所述储槽增压室以用于加压所述储槽组件的储槽腔的高压管。
技术方案12.根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机，其中所述空气输送系统还包括：
用于选择性地允许来自所述压缩机的P25空气流通过的压缩机放气阀；
从所述压缩机区段延伸至所述换热器且与所述压缩机放气阀空气流连通的冷却管；
沿所述冷却管定位且用来卷吸所述P25空气流与湾空气流以形成所述冷却空气流的喷射器。
技术方案13.根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机，其中所述压缩机区段包括具有后壁的叶轮，并且所述燃气涡轮发动机还包括：
定位成邻近所述后壁的叶轮框架，其中所述叶轮的后壁和所述叶轮框架至少部分地限定了叶轮腔；以及
其中所述叶轮框架和所述储槽框架限定了提供所述储槽增压室与所述叶轮腔之间的空气流连通的叶轮通路，并且在所述高压管将P3X空气提供至所述储槽增压室时，所述P3X空气的至少一部分经由所述叶轮通路流至所述叶轮腔来冷却所述叶轮。
技术方案14.一种用于冷却和加压燃气涡轮发动机的一个或多个部件的方法，所述燃气涡轮发动机包括具有压缩机的压缩机区段、涡轮、在所述压缩机与所述涡轮之间延伸且联接所述压缩机和所述涡轮的轴，以及设置在所述压缩机下游和所述涡轮上游的燃烧区段，所述燃烧区段限定了扩散器腔和燃烧室，所述扩散器腔位于所述燃烧室上游，所述燃气涡轮发动机还包括储槽组件，所述储槽组件包括储槽框架和定位在所述储槽框架与所述轴之间的轴承组件，所述储槽框架至少部分地限定了其中收纳有所述轴承组件的储槽腔以及与所述储槽腔相对的储槽增压室，所述燃气涡轮发动机还包括空气输送系统，所述空气输送系统包括换热器和喷射器，所述方法包括：
提取冷却空气流；
从所述扩散器腔下游和所述燃烧室上游的所述燃烧区段提取P3空气流；
将所述冷却空气流和所述P3空气流输送至所述换热器；
经由所述换热器用所述冷却空气流冷却所述P3空气流，以形成P3X空气流；以及
将所述P3X空气流发送至所述储槽增压室来加压所述储槽腔。
技术方案15.根据技术方案14所述的方法，其中所述方法还包括：
从所述压缩机区段提取P25空气流；
提取湾空气流；以及
卷吸所述P25空气流与所述湾空气流来形成所述冷却空气流。
技术方案16.根据技术方案14所述的方法，其中所述压缩机区段还包括具有后壁的叶轮，所述燃气涡轮发动机还包括定位成邻近所述后壁的叶轮框架，所述后壁和所述叶轮框架至少部分地限定了叶轮腔，并且中所述方法还包括：
将所述P3X空气流发送至所述叶轮腔以冷却所述叶轮。
技术方案17.根据技术方案14所述的方法，其中所述燃气涡轮发动机还包括定位成邻近由所述燃气涡轮发动机的入口本体限定的入口的A储槽组件，所述A储槽组件包括A储槽框架，所述A储槽框架至少部分地限定了A储槽腔，并且至少部分地限定了与所述A储槽腔相对的A储槽增压室，并且其中方法还包括：
将所述P3X空气流发送至所述A储槽增压室来用于加压所述A储槽腔。
技术方案18.根据技术方案14所述的方法，其中所述储槽组件是定位在所述压缩机与所述涡轮之间的B储槽组件。
技术方案19.根据技术方案14所述的方法，其中所述涡轮还包括涡轮定子轮叶和涡轮叶片的第一级和第二级，并且其中所述方法还包括：
将所述P3X空气流的至少一部分发送至所述涡轮定子轮叶和涡轮叶片的第二级。
技术方案20.根据技术方案19所述的方法，其中在将所述P3X空气发送至所述涡轮定子轮叶和所述涡轮叶片的第二级之前，所述方法还包括：
使所述P3X空气流与从所述叶轮腔发送的混合空气流混合，所述混合空气流至少部分地包括所述P3X空气流，并且P3空气流泄漏到邻近所述叶轮的尖端的所述叶轮腔中。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，且连同所述描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述本发明的完全和充分的公开，包括其对于本领域普通技术人员而言的最佳模式。
图1是根据本主题的多种实施例的示范性燃气涡轮发动机的示意性横截面图；
图2提供了图1中的示例性燃气涡轮发动机100的压缩机区段的一部分、燃烧区段和涡轮区段的一部分的示意图，绘出了根据本主题的各种实施例的示例性空气输送系统；
图3提供了根据本主题的各种实施例的图1中的燃气涡轮发动机的示例性B储槽组件的横截面视图；
图4提供了根据本主题的各种实施例的图1中的燃气涡轮发动机的示例性A储槽组件的横截面视图；
图5提供了根据本主题的各种实施例的图1中的示例性燃气涡轮发动机的侧视图；
图6提供了根据本主题的各种实施例的示例性方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的当前实施例，其中的一个或多个实例示于附图中。详细描述中使用数字和字母标号来指代图中的特征。图中和描述中使用相同或类似的标示来指代本发明的相同或类似部分。如本文使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件，而并非意欲表示个别部件的位置或重要性。术语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机内的相对位置，其中前是指发动机的前部，而后是指发动机的后部。术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。举例来说，“上游”是指流体从其流出的方向，而“下游”是指流体流到的方向。此外，当在本文中使用时，例如“约”、“基本上”或“大约”的近似术语是指在百分之十的误差界限内。
本公开内容大体上针对具有改进的空气输送系统的燃气涡轮发动机，其包括用于加压和冷却发动机的各种部件同时最小化对发动机的循环效率的影响、减轻发动机的重量和减小发动机的比燃料消耗的特征。在一个示例性方面中，一种燃气涡轮发动机包括空气输送系统。空气输送系统包括冷却压缩机排出空气或P3空气的换热器。所得的冷却空气P3空气或P3X空气输送至燃气涡轮发动机的一个或多个储槽组件来用于加压其密封元件。具体而言，P3X空气输送至储槽组件周围的储槽增压室。P3X可输送至燃气涡轮发动机的一个以上的储槽组件。P3X空气由换热器冷却到足够程度，使得P3X空气不会在储槽组件内或周围内焦化或产生油火。此外，P3X空气充分加压，使得其可正确地设置穿过储槽组的密封元件的压差。结果，可能存在穿过密封元件的较低泄漏。此外，可消除包绕此常规储槽组件的常规缓冲腔，以及通常伴随此常规缓冲腔的结构和复杂密封元件(例如，压缩机排气密封件)。因此，结果，可使用较简单的密封布置，且可减轻发动机的重量。
在附加示例性方面中，P3X空气可用于冷却压缩机的后级(例如，叶轮)。以此方式，轻质材料可用于此压缩机部件，这最终可减轻发动机的重量。此外，在一些示例性方面中，P3X空气可用于冷却涡轮转子、定子轮叶和/或涡轮叶片的一个或多个级。此外，在一些示例性方面中，P3X空气可用于冷却和加压燃气涡轮发动机的一个或多个其它储槽组件。例如，在一些实施例中，燃气涡轮发动机可包括定位在燃气涡轮发动机的入口附近来用于收纳第一轴承组件的A储槽组件，且燃气涡轮发动机可包括定位在燃气涡轮发动机的压缩机与涡轮之间来用于收纳第二轴承组件的B储槽组件。在此实施例中，P3X空气可首先输送来加压B储槽组件，且然后可发送来加压和/或冷却A储槽组件。在备选实施例中，P3X空气可直接地输送至A储槽组件。
在又一个附加示例性方面中，换热器可为空气与空气的换热器。换热器的冷却流可为中间压缩机空气或P25空气和湾空气(bay air)的组合。取决于燃气涡轮发动机的一个或多个储槽组件的所需加压和/或燃气涡轮发动机的一个或多个部件的冷却需要，不同量的P25空气可从压缩机放出来增大冷却空气混合物与输送至换热器的P3空气之间的热交换。此外，在冷却混合物用于冷却P3空气之后，冷却空气混合物可输送至燃气涡轮发动机的涡轮的一个或多个涡轮壳或整流罩。以此方式，可实现涡轮叶片尖端与其对应的护罩之间的较好的主动空隙控制。
此外，根据本公开内容的示例性方面，由于冷却的高压P3X空气和其它流的再使用，故减小了总体冷却流需求。结果，需要较少空气从燃气涡轮发动机的核心空气流径放出，且因此更多工作流体可用于有用功。以此方式，改善了发动机性能。
现在参看附图，图1提供了根据本公开内容的示例性实施例的燃气涡轮发动机100的示意性横截面视图。更具体而言，对于图1中的实施例，燃气涡轮发动机100是构造为涡轮螺旋桨的逆流发动机。如图1中所示，燃气涡轮发动机100限定了轴向A(平行于为了参考提供的中心轴线或纵向中心线102延伸)、径向R，以及围绕轴向A设置的周向C(未示出)。燃气涡轮发动机100大体上包括风扇区段104和设置在风扇区段104下游的核心涡轮发动机106，风扇区段104可由核心涡轮发动机106操作和驱动。
大体上绘出的示例性核心涡轮发动机106包括大体上沿轴向A延伸的大致管状外壳108。外壳108大体上包围核心涡轮发动机106，且可由单个壳或多个壳形成。核心涡轮发动机106包括成串流关系的压缩机区段120、燃烧区段150、涡轮区段170和排气区段200。压缩机区段120包括压缩机122和定位在压缩机122下游的离心叶轮130。燃烧区段150包括围绕纵向中心线102设置且沿周向C间隔开的多个燃料喷嘴156。燃烧区段150还包括定位在燃料喷嘴156下游的燃烧器152。燃烧器152限定了燃烧室154。涡轮区段170包括HP涡轮172和LP涡轮174。对于该实施例，HP涡轮172是用于对压缩机区段120供能的气体发生涡轮。LP涡轮174是自由或动力涡轮，其独立于气体发生涡轮或该实施例中的HP涡轮172围绕纵向中心线102旋转。压缩机区段120、燃烧区段150、涡轮区段170和排气区段200与彼此流体连通且限定了核心空气流径110。
高压(HP)轴或转轴210，或该实施例中的气体发生轴将HP涡轮172传动地连接到压缩机122上。低压(LP)轴或转轴212，或该实施例中的动力涡轮轴，将LP涡轮174传动地连接到燃气涡轮发动机100的风扇区段104上。对于所示实施例，风扇区段104包括可变桨距风扇220，可变桨距风扇220具有沿周向C以间隔开的方式的联接到盘224上的多个风扇叶片222。如图所示，风扇叶片222大体上沿径向R从盘224向外延伸。每个风扇叶片222凭借风扇叶片222，围绕变桨轴线P相对于盘224可旋转，风扇叶片222可操作地联接到适合的致动构件226上，致动构件226构造成共同地一起改变风扇叶片222的桨距。风扇叶片222、盘224和致动构件226通过穿过动力变速箱228的LP轴212围绕纵轴线102可一起旋转。动力变速箱228包括用于将LP轴212的转速逐步降低到更有效的转速的多个齿轮，且通过一个或多个联接系统来附接到核心框架或风扇框架中的一个或两个上。具体而言，LP轴212驱动收纳在动力变速箱228内的齿轮系，动力变速箱228继而又在减小的RPM下经由输出轴214将动力可操作地供应至风扇区段104。盘224由可旋转的桨毂盖或前毂230覆盖，可旋转的桨毂盖或前毂230是空气动力轮廓，以促进空气流穿过多个风扇叶片222。
在燃气涡轮发动机100的操作期间，一定量的空气232穿过风扇220的叶片222，且朝核心涡轮发动机106的环形入口234推动。更确切地说，燃气涡轮发动机100包括入口本体236，入口本体236限定了环形入口234，环形入口234将来自入口234的空气流232的入口部分向下游发送至压缩机区段120。压缩机区段120包括压缩机122，压缩机122包括压缩机定子轮叶124的一个或多个连续级、压缩机转子叶片126的一个或多个连续级，以及叶轮130。压缩机定子轮叶124的一个或多个连续级联接到外壳108上，且压缩机转子叶片126联接到HP轴210上来逐渐压缩空气流232。叶轮130进一步压缩空气232，且将压缩空气232引导入空气232与燃料混合的燃烧区段150。燃烧器152燃烧空气/燃料混合物，以提供燃烧气体238。
燃烧气体238流过HP涡轮172，其包括涡轮定子轮叶182的一个或多个连续级，以及涡轮叶片184的一个或多个连续级。涡轮定子轮叶182的一个或多个连续级联接到外壳108上，且涡轮叶片184联接到HP轴210上来从燃烧气体238提取热能和/或动能。燃烧气体238随后流过LP涡轮174，在该处经由涡轮定子轮叶182和联接到LP轴212上的涡轮叶片184的附加级提取附加的能量。从HP涡轮172的能量提取通过HP轴210支持压缩机122和叶轮130的操作，且从LP涡轮174的能量提取通过LP轴212支持风扇区段104的操作。燃烧气体238经由排气区段200流出燃气涡轮发动机100。
应认识到，图1中所示的示例性燃气涡轮发动机100仅通过举例，且在其它示例性实施例中，燃气涡轮发动机100可具有任何其它适合的构造。例如，应当认识到，在其它示例性实施例中，燃气涡轮发动机100可改为构造为任何其它适合的涡轮发动机，如，涡扇发动机、涡轮喷气发动机、内燃机等。此外，尽管上文所述的燃气涡轮发动机100是用于固定翼或转子飞行器的航空燃气涡轮发动机，但在其它示例性实施例中，燃气涡轮发动机100可构造为用于任何数量的应用中的任何适合类型的燃气涡轮发动机，如，陆基、工业燃气涡轮发动机或航改燃气涡轮发动机。
此外，在其它示例性实施例中，涡轮发动机可以包括任何合适数量的压缩机、涡轮、轴等。例如，将认识到，HP轴210和LP轴212还可出于任何适合的目的联接到任何适合的装置上。例如，在某些示例性实施例中，图1中的燃气涡轮发动机100可用于驱动直升机的主转子，可用于航改应用中，等。此外，在其它示例性实施例中，燃气涡轮发动机100可包括任何其它适合类型的燃烧器，且可不包括所示的示例性逆流燃烧器。
如图1中所示，燃气涡轮发动机100包括A储槽组件280、B储槽组件250和C储槽组件310。A储槽组件280构造成收纳第一轴承组件300(通常称为轴承一(1))。B储槽组件250构造成收纳第二轴承组件270(通常称为轴承二(2))。C储槽组件310构造成收纳第三轴承组件320(通常称为轴承三(3))和第四轴承组件330(通常称为轴承四(4))。对于该实施例，A储槽组件280和第一轴承组件300定位成邻近入口234，且设置在核心空气流径110与纵向中心线102之间。B储槽组件250和第二轴承组件270定位成邻近HP涡轮172，且同样设置在核心空气流径110与纵向中心线102之间。C储槽组件310和第三轴承组件320和第四轴承组件330定位成邻近LP涡轮174，且同样设置在核心空气流径110与纵向中心线102之间。
图2提供了根据本主题的各种实施例的图1中的示例性燃气涡轮发动机100的压缩机区段120的一部分、燃烧区段150和涡轮区段170的一部分的示意图。此外，图2绘出了根据本主题的各种实施例的燃气涡轮发动机100的示例性空气输送系统400。如所示实施例中所示，压缩机区段120的压缩机122在空气流232穿过压缩机定子轮叶124和压缩机转子叶片126的连续级时逐渐地压缩空气流232。在离开压缩机122之后，大多数空气流232继续向下游至叶轮130，在叶轮130处，空气流232进一步受压缩且沿径向R径向向外引导，使得空气流232可引导入燃烧区段150中。更切确地说，空气流232经由扩散器160流出压缩机区段120。扩散器160限定了扩散器腔162，空气流232经由扩散器腔162流出扩散器160。经由扩散器160流出的空气流232通常称为压缩机排出空气，其在此表示为P3空气或P3空气流。如图2中所示，在经由扩散器160流出之后，P3空气的一部分流入燃烧器152，且P3空气的一部分围绕燃烧器152流动。
仍参看图2，燃料由燃料喷嘴156引入至流入燃烧器152的P3空气的一部分。点火器158点燃空气/燃料混合物来提供燃烧气体238。燃烧气体238然后发送至HP涡轮172。对于该实施例，HP涡轮172包括涡轮定子轮叶182和转子叶片184的第一级178，以及涡轮定子轮叶182和转子叶片184的第二级180。第一级178和第二级180从燃烧气体238提取热能和/或动能。具体而言，HP涡轮172提取能量来产生有用功，以驱动HP轴210(或气体发生器轴)，HP轴210继而又驱动压缩机区段120。在离开HP涡轮172之后，燃烧气体238沿核心空气流径110向下游流至LP涡轮174(或动力涡轮)，在LP涡轮174处，涡轮定子轮叶182和涡轮转子叶片184的连续级从燃烧气体238进一步提取能量。以此方式，LP涡轮174驱动风扇区段104(图1)。
LP涡轮174包括用于冷却定子轮叶182和涡轮叶片184的涡轮冷却壳188。对于该实施例，涡轮冷却壳188定位在LP涡轮174的定子轮叶182和涡轮叶片184的径向外侧。值得注意的是，对于该实施例，涡轮冷却壳188与换热器402空气流连通，这将在下文中更详细描述。在一些实施例中，涡轮冷却管426从换热器402延伸至涡轮冷却壳188，以提供此空气流连通。在一些实施例中，换热器402直接地定位在LP涡轮174(图5)的整流罩176的径向外侧，且与涡轮冷却壳188直接空气流连通。如本文将更详细所述，在冷却空气流与P3空气流交换热时，冷却空气流可经由涡轮冷却管426继续向下游至涡轮冷却壳188，或如上文所述直接至涡轮冷却壳188。
如图2中进一步所示，在流出压缩机122之后，空气流232的一部分可在到达叶轮130之前放出。具体而言，一定量的空气流232可经由压缩机放气阀128放出核心空气流径110。经由压缩机放气阀128放出的空气通常称为P25空气或P25空气流。取决于燃气涡轮发动机100的各种部件的加压和冷却需要，压缩机放气阀128选择性地允许P25空气流从压缩机区段120流出。此外，在备选示例性实施例中，如前文所述，一个或多个固定孔口可提供核心空气流径110与冷却管410之间的流体连通。一个或多个孔口可操作地构造成允许一定量的P25放入冷却管410。例如，孔口的几何形状可选择性地允许预定量的P25空气流进入冷却管410。在又一些示例性实施例中，一个或多个孔口可包括可变几何形状，使得放入冷却管410的一定量的P25空气流根据燃气涡轮发动机100的一个或多个部件的冷却和/或加压需要来控制。
此外，如图2中进一步所示，一定量的空气流232在叶轮130的尖端处泄漏出核心空气流径110，且沿叶轮130的后壁132朝纵向中心线102大体上沿径向向内流动。叶轮框架134沿其后壁132定位成邻近叶轮130。叶轮130的叶轮框架134和后壁132限定了叶轮腔138。以此方式，叶轮框架134部分地限定了叶轮腔138，且叶轮130的后壁132部分地限定了叶轮腔138。空气在叶轮130的末梢140处泄漏出核心空气流径110，且流入叶轮腔138。泄漏入叶轮腔138的空气是P3空气。
图3提供了根据本主题的各种实施例的图1中的燃气涡轮发动机的示例性B储槽组件250的横截面视图。如图所示，B储槽组件250包括储槽框架252，且收纳第二轴承组件270。第二轴承组件270定位在储槽框架252与轴(或本实施例中的HP轴210)之间。储槽框架252至少部分地限定了储槽腔254。储槽增压室256由与储槽腔254相对的储槽框架252至少部分地限定。换言之，储槽增压室256是包绕储槽组件(本实施例中是B储槽组件250)的区或区域。
储槽框架252示为在B储槽组件250的后方或后部处连接到第一密封元件258上，且在B储槽组件250的前部处连接到第二密封元件260上。对于该实施例，第一密封元件258和第二密封元件260是碳密封件。为了防止油雾和穿过第一密封元件258和第二密封元件260的流体泄漏，必须在储槽腔254与储槽增压室256之间设置正确的压差。
图4提供了根据本主题的各种实施例的图1中的燃气涡轮发动机100的示例性A储槽组件280的横截面视图。如图所示，A储槽组件280定位在由燃气涡轮发动机100的入口本体236限定的入口234附近。A储槽组件280包括收纳第一轴承组件300的A储槽框架282。第一轴承组件300定位在A储槽框架282与轴(或该实施例中的HP轴210)之间。A储槽框架282至少部分地限定了A储槽腔284。A储槽增压室286由与A储槽腔284相对的A储槽框架282至少部分地限定。换言之，A储槽增压室286是包绕A储槽组件280的区或区域。
A储槽框架282示为在A储槽组件280的前部处连接到第一密封元件290上。对于该实施例，第一密封元件290是碳密封件。为了防止油雾和穿过第一密封元件290的流体泄漏，A储槽腔284与A储槽增压室286之间必须设置正确压差。
现在参看图2和5，将描述空气输送系统400。图5提供了图1中的示例性燃气涡轮发动机100的侧视图，示出了根据本主题的各种实施例的空气输送系统400的各种部件。对于该实施例，空气输送系统400包括换热器402、喷射器404和各种管和通路来用于将空气发送至燃气涡轮发动机100的一个或多个部件。
如图2和5中所示，对于该实施例，换热器402是空气与空气的换热器。然而，换热器100可构造成接收任何适合数量和类型的流体来用于传热目的。此外，对于该实施例，换热器402构造成使用冷却空气流CA流来冷却相对较热的加压压缩机排出空气(P3空气)，使得其可用于冷却和/或加压燃气涡轮发动机100的各种部件。更确切地说，冷却的P3空气流(本文中也称为P3X空气或P3X空气流)可用于冷却HP涡轮172壳、LP涡轮174壳、LP涡轮174和/或HP涡轮172的一个或多个涡轮定子轮叶182和转子叶片184、叶轮130的后壁132、A储槽组件280，且冷却/加压B储槽组件250。此外或备选地，P3X空气流还可用于冷却/加压燃气涡轮发动机100的其它部件。
在图5中，换热器402示为定位在燃气涡轮发动机100的外壳108外或与外壳108成整体。具体而言，对于该实施例，换热器402定位成邻近涡轮区段170。仍更具体而言，换热器402定位成邻近包绕涡轮壳的整流罩176，涡轮壳继而又包绕HP涡轮172和LP涡轮174的工作部件。在备选实施例中，换热器402可置于燃气涡轮发动机100内、与燃气涡轮发动机100成整体或沿燃气涡轮发动机100的任何其它适合位置处，以利用流体温差来用于传热。
根据本主题的各种实施例，冷却空气或冷却空气流可从任何适合的源供应至换热器402。如图2中示意性所示，由CA表示的冷却空气流由喷射器404供应至换热器402。喷射器404构造成卷吸/卷绕(entrain)来自压缩机区段120的放出空气流、和湾空气或湾空气流(bay airflow)BA(例如，其可为环境空气、在外壳108与发动机的机舱之间流动的空气，或在燃气涡轮发动机100构造为旁路涡扇发动机的实施例中是从发动机的旁路管提取的旁路空气流)。以此方式，冷却空气流CA可为压缩机放出空气(例如，P25空气)和湾空气BA的混合物。从压缩机区段120提取的P25空气可用于增大或减小穿过换热器402的冷却空气流CA的流速或量。以此方式，由于空气流穿过换热器402，故P25空气可调节冷却空气流CA与P3空气流的传热速率。
在一些实施例中，P25空气并未用作冷却空气流CA的一部分。在此实施例中，湾空气流BA或一些其它冷却流体用于冷却P3空气。应认识到，上文所述的实施例是可能的冷却布置的实例。还将认识到，其它部件、特征和构造是可能的，且保持在本主题的范围内。
仍参看图2和5，如上文所述，空气输送系统400包括各种管或通路，以用于将冷却/加压空气流输送至燃气涡轮发动机100的各种部件。具体而言，对于所示实施例，空气输送系统400包括从压缩机区段120延伸至换热器402的冷却管410。更确切地说，冷却管410在压缩机122下游和叶轮130上游的位置处从压缩机区段120延伸。基于燃气涡轮发动机100的部件的冷却/加压需要，压缩机放气阀128选择性地允许P25空气流穿过冷却管410。在备选示例性实施例中，一个或多个固定孔口可提供核心空气流径110与冷却管410之间的流体连通。一个或多个孔口可操作地构造成允许一定量的P25放入冷却管410。例如，孔口的几何形状可选择性地允许预定量的P25空气流进入冷却管410。在又一些示例性实施例中，一个或多个孔口可包括可变几何形状，使得放入冷却管410的一定量的P25空气流根据燃气涡轮发动机100的一个或多个部件的冷却和/或加压需要来控制。
特别参看图5，对于该实施例，冷却管410沿轴向A在大体上向前方向上延伸，且在核心涡轮发动机106外延伸。喷射器404示为沿冷却管410定位，使得喷射器404可从压缩机区段120接收P25空气，并使所述P25空气流卷吸湾空气流BA来形成冷却空气流CA。冷却空气流CA然后沿冷却管410被发送至换热器402。
在一些示例性实施例中，冷却管410可从不同位置沿压缩机区段120延伸。例如，冷却管410可沿空气流径110从压缩机122径向外的一个位置延伸。在其它示例性实施例中，特别是在燃气涡轮发动机100是旁路涡扇发动机的情况下，冷却管410可从涡扇发动机的旁路管延伸。将认识到，冷却管410可从其它适合的位置延伸。
如图2和5中进一步所示，空气输送系统400还包括HP放气管414，HP放气管414从燃烧区段150延伸至换热器402。对于该实施例，HP放气管414从扩散器160下游和燃烧器152上游的燃烧区段150延伸。HP放气管414构造成将一定量的P3空气流输送至换热器402。基于燃气涡轮发动机100的部件的冷却和/或加压需要，HP放气管阀190选择性地允许P3空气流输送至换热器402。例如，如果B储槽组件250需要增大的加压，则HP放气管阀190可致动到开启位置，使得一定量的P3空气流流至换热器402，使得P3空气可冷却且随后被发送至B储槽组件250。将认识到，HP放气管414可从燃烧区段150从任何适合位置延伸。在一些示例性实施例中，一个或多个固定孔口可提供沿燃烧区段150的核心空气流径110与HP放气管414之间的流体连通。一个或多个孔口可操作地构造成允许一定量的P3流入HP放气管414中。例如，孔口的几何形状可选择性地允许预定量的P3空气流进入HP放气管414。在又一些示例性实施例中，一个或多个孔口可包括可变几何形状，使得流入HP放气管414的一定量的P3空气流可根据燃气涡轮发动机100的一个或多个部件的冷却和/或加压需要来控制。
仍参看图2和5，如图2中具体所示，空气输送系统400还包括从换热器402延伸至B储槽组件250的HP管412。具体而言，HP管412从换热器402延伸至储槽增压室256(或该实施例中的B储槽增压室)。HP管412构造成将P3X空气输送至B储槽组件250，以用于加压第一密封元件258和第二密封元件260，使得可设置穿过密封元件正确的压差。如图5中具体所示，HP管412沿轴向A，在向后或后方方向上在核心涡轮发动机106外部从换热器402延伸至邻近压缩机区段120的后端的位置。
又参看图3，空气输送系统400包括从B储槽组件250的储槽增压室256延伸至HP涡轮172的第二级180的涡轮叶片184的涡轮冷却通路416。涡轮冷却通路416至少部分地由HP轴210限定。此外，如图3中所示，HP轴210限定了HP轴孔口426，HP轴孔口426提供储槽增压室256与涡轮冷却通路416之间的空气流连通。对于此实施例，涡轮冷却通路416沿轴向A延伸穿过HP轴210，且然后沿径向R沿径向向外过渡。具体而言，在涡轮冷却通路416沿径向向外延伸时，涡轮冷却通路416沿第二级涡轮叶片184的转子延伸。涡轮冷却通路416然后沿轴向A过渡到后部或后方方向，且最后涡轮冷却通路416再次朝第二级涡轮叶片184沿径向向外延伸。在其它示例性实施例中，HP轴210可包括其它HP轴孔口，其它HP轴孔口提供与HP涡轮172的第一级的转子和涡轮叶片的空气流连通。在又一些示例性实施例中，涡轮冷却通路416可延伸来冷却第二级定子轮叶182。
又参看图2，空气输送系统400包括至少部分地由涡轮框架构件186限定的LP涡轮通路422。对于该示例性实施例，涡轮框架构件186设置在HP涡轮172与LP涡轮174之间。更确切地说，涡轮框架部件186分开HP涡轮172和LP涡轮174。LP涡轮通路422提供HP涡轮172与LP涡轮174之间的空气流连通。以此方式，在HP轴210的径向内侧沿轴向A在向前方向上流动的P3X空气可朝LP涡轮174的转子组件流过LP涡轮通路422，以冷却转子组件和LP涡轮174的其它部件。
此外，如图2和4中所示，空气输送系统400包括A储槽通路418，A储槽通路418从储槽增压室256延伸至A储槽组件280，或更具体是从B储槽组件250的储槽增压室256和A储槽组件280的A储槽增压室286。如图所示，A储槽通路418大体上沿轴向A，沿邻近轴向中心线102延伸。A储槽通路418构造成将P3X空气流的一部分输送至A储槽增压室286，使得冷却的高压P3X空气流可加压A储槽组件280的第一密封元件290。此外，如图4中所示，HP轴210限定了A储槽孔口424。A储槽孔口424提供A储槽通路418与A储槽增压室286之间的空气流连通。以此方式，P3X空气流可从储槽增压室256流至A储槽增压室286，使得高压P3X空气可加压A储槽组件280。
此外，如图3中具体所示，叶轮通路136从B储槽组件250的储槽增压室256延伸至叶轮腔138。叶轮通路136至少部分由静止框架构件262与HP轴210限定。叶轮通路136提供储槽增压室256与叶轮腔138之间的空气流连通。以此方式，一定量的P3X空气流可输送至叶轮腔138来用于冷却叶轮130。
如图3中具体所示，混合空气流管420(图3中的虚线所示)从叶轮腔138延伸至B储槽组件250前方的位置。混合的空气流管420输送一定量的混合空气流MA。混合的空气流MA包括经由叶轮腔138行进到叶轮130的后壁163的冷却的P3X空气，以及在叶轮130的尖端附近泄漏出核心空气流径110的P3空气。混合空气流管420允许P3X空气和高压P3空气的输送和再使用，以用于冷却燃气涡轮发动机100的各种部件。例如，混合空气流MA可再用于冷却HP涡轮172的定子轮叶182和涡轮叶片184的一个或多个级，和/或LP涡轮174的一个或多个部件。
如前文所述，如图2和5中进一步所示，空气输送系统400还包括从换热器402延伸至动力或LP涡轮174的涡轮冷却管426。在一些示例性实施例中，没有从换热器402延伸至LP涡轮174的涡轮冷却管426。相反，在此示例性实施例中，用于冷却P3空气的冷却空气CA直接地给送到涡轮冷却壳188中。
现在参看图2至5，将描述空气输送系统400将冷却/加压空气流输送至燃气涡轮发动机100的各种部件的方式。将认识到，描述和绘出空气输送系统400将冷却/加压空气流输送至燃气涡轮发动机的各种部件的方式的以下描述和附图出于举例目的，且下文所述的各种特征可以以各种方式改变、改造、扩展、重新布置和/或省略，而不脱离本主题的范围。
如图2中所示，中部压缩机空气或P25空气从核心空气流径110放出且进入冷却管410中。冷却管410将P25空气发送至喷射器404。喷射器404借助于P25空气流射流卷吸湾空气流BA。在一些实施例中，湾空气流BA可为从涡扇发动机的高旁路管提取的旁路空气流、环境空气、从发动机的机舱与核心涡轮发动机之间限定的空间之间提取的空气、前述的组合，等。在喷射器404使P25空气流与湾空气流BA卷吸来形成一定量的冷却空气流CA之后，冷却空气流CA经由冷却管410发送至换热器402。取决于燃气涡轮发动机100的各种部件的加压和冷却需要，压缩机放气阀128选择性地允许一定量的P25空气流从压缩机区段120流出(或一个或多个孔口允许一定量的P25空气流从压缩机区段120放出)。同时，压缩机排出空气或P3空气从燃烧区段150放出，且经由HP放气管414发送至换热器402。HP放气阀190可选择性地允许预定量的P3空气流放气至换热器402。
换热器402从喷射器404接收冷却空气流CA，且从燃烧区段150接收相对较热和高压的P3空气流。在空气与空气的热交换中，相对较热的P3空气流与冷却空气流CA交换热。对于该实施例，冷却空气流CA不与热P3空气混合。换热器402冷却P3空气，导致冷却的高压空气或P3X空气。P3X空气流比P3空气流更冷，且在燃气涡轮发动机100的一个或多个储槽组件内的压力的相当压力下。
对于该实施例，如图2中所示，用于冷却P3空气的冷却空气流CA经由涡轮冷却管426发送来冷却LP涡轮174的部件。此外或备选地，在一些实施例中，用于冷却P3空气的冷却空气流CA喷射到周围环境，或用于冷却燃气涡轮发动机100的其它部件。例如，在一些示例性实施例中，可发送冷却空气流CA来冷却或冲击HP涡轮172的涡轮壳。
仍参看图2，冷却的高压P3X空气流流出换热器402，且经由HP管412发送至B储槽组件250，且更具体而言，P3X空气流被发送至B储槽组件250的储槽增压室256。对于该实施例，HP管412从换热器402延伸穿过限定在壳108(图2和5)中的开口112。HP管412然后沿径向R朝纵向中心线102在压缩机区段120的末级(即，叶轮130)与燃烧区段150的燃烧器152之间延伸，在该处，其终止于B储槽组件250附近。具体而言，HP管通向B储槽组件250的储槽增压室256。对于该实施例，HP管412包括多个通路，多个通路允许P3X空气流更均匀地分配到储槽增压室256的前部、中部和后部中。
如图3中所示，高压P3X空气输送至B储槽组件250，且大体上分配到储槽框架252上或周围。P3X空气流的第一部分430沿轴向A在大体上后方或后部方向上沿储槽框架252行进，且P3X空气流的第二部分432沿轴向A在大体上向前方向上沿储槽框架252行进。P3X空气流的第一部分430加压B储槽组件250的第一密封元件258。当P3X空气加压到足够程度时，穿过第一密封元件258的压差使得油雾保持在储槽腔254内，且穿过第一密封元件258的油泄漏最小化和/或减小。此外，在P3X空气流由换热器402冷却到足够程度的实施例中，高压P3X空气流不会引起B储槽组件250内或周围的焦化和/或油火。
仍参看图3，如针对该示例性实施例所示，在P3X空气流过第一密封元件258之后，P3X空气流的第一部分430的至少一部分沿径向R继续大体上在后方或后部方向上流动。具体而言，P3X空气流的第一部分430的至少一部分行进穿过后密封元件144且进入叶轮通路136中。P3X空气的第一部分430沿径向R向上流过叶轮通路136，且进入叶轮腔138中。同时，P3空气在叶轮130的尖端173处或附近泄漏到叶轮腔138中。P3X空气流与P3空气混合。沿叶轮后壁132流动的P3X空气和P3空气流的混合物冷却叶轮130。在一些示例性实施例中，P3X空气和P3空气的混合物足够冷，以将叶轮130冷却到一定程度，使得即使在操作期间由燃气涡轮发动机100经历的最极端的压力比下将较轻的材料用于叶轮130也是可行的。以此方式，在一些示例性实施例中，叶轮130可由钛或钛合金、其它适合的轻质材料或前述的组合形成。此外，在此实施例中，可减轻燃气涡轮发动机100的重量。
现在参看图3和4，如图3中所示，穿过后密封元件144的一些P3X空气继续沿轴向A大体上向后方或向后流动穿过HP轴210，且朝纵向中心线穿过叶轮154的毂165。此外，来自叶轮腔138的混合空气流MA的一部分朝纵向中心线102沿径向向内流动，以与穿过HP轴210的P3X空气组合。P3X空气流和/或混合的空气流MA继续沿轴向A朝A储槽组件280向后方或向后。如图4中所示，P3X空气流和/或混合的空气流MA继续沿HP轴210，且沿径向向外流过A储槽通路418，且进入A储槽增压室286，以加压A储槽组件280的第一密封元件290。以此方式，可实现穿过第一密封元件290的正确压差。此外，一些P3X空气流和/或混合的空气流MA流过齿条密封元件192，且沿径向向外流动来冷却压缩机122的一个或多个部件。此外，当P3X空气流和/或混合空气流MA已经加压时，沿压缩机122进入核心空气流径110的P3X空气流和/或混合空气流MA提供压缩机122效率改善。以此方式，P3X空气流和/或混合空气流MA的再使用改善发动机的效率。
参看图3，如前文所述，冷却的高压P3X空气的第二部分432输送至储槽增压室256，且沿致动方向A大体上向前分配在储槽框架252上或周围。P3X空气流加压B储槽组件250的第二密封元件260。当P3X空气加压至足够程度时，穿过第二密封元件260的压差使得油雾保持在储槽腔254内，且穿过第二密封元件260的油泄漏最小化和/或减小。此外，在P3X空气流的组合由换热器402充分冷却的实施例中，P3X不会引起B储槽组件250内或周围的焦化和/或油火。
在大体上更大地加压第二密封元件260和B储槽组件250之后，P3X空气流的第二部分432流过前密封元件146，且流出储槽增压室256。P3X空气流的第二部分432然后与由混合空气流管420输送的混合空气流MA和由B储槽组件250前方的位置处的加速器428输送的P3空气混合。所得的空气流在此认作是组合空气流CM。混合空气流MA和P3空气流的再使用有效地减少冷却燃气涡轮发动机100的其它各种部件所需的P3X空气的量。以此方式，放出空气的量可减少(即，P25空气、P3空气等)；且因此，可改善发动机的总体循环效率。
仍参看图3，如图所示，组合空气流CM可继续向外来冷却燃气涡轮发动机100的其它各种部件，例如，HP涡轮172的各种部件。具体而言，如图3中的所示实施例中所示，组合空气流CM可从B储槽组件250的储槽增压室256发送至HP涡轮172的第二级180的涡轮叶片184。组合空气流CM经由HP轴孔口426流出储槽增压室256，且然后沿轴向A大体上向前流过涡轮冷却通路416。组合空气流CM然后沿径向R且沿第二级涡轮叶片的转子沿径向向外过渡。组合空气流CM然后沿轴向A在后部或后方方向上流至涡轮冷却通路416，且然后朝第二级180的毂和涡轮叶片184沿径向向外延伸。以此方式，包括P3X空气流和其它再使用的空气流的组合空气流CM冷却第二级180的涡轮叶片184。在其它示例性实施例中，HP轴210可包括其它HP轴孔口，其它HP轴孔口提供与HP涡轮172的第一级的转子和涡轮叶片的空气流连通。在又一些示例性实施例中，涡轮冷却通路416可延伸来冷却第二级180的定子轮叶182。
又参看图2，如B储槽组件250的后部处所示，P3X空气流的一部分在HP轴210的径向内侧沿轴向A在向前方向上流动。P3X空气流然后可朝LP涡轮174的转子组件流过LP涡轮通路422，以冷却LP涡轮174的转子组件和其它部件，如，LP涡轮128的一个或多个定子轮叶和一个或多个涡轮叶片。
图6绘出了根据本公开内容的示例性实施例的用于冷却和/或加压燃气涡轮发动机(例如，本文所示和所述的示例性燃气涡轮发动机100)的一个或多个部件的示例性方法(500)的流程图。方法(500)中的一些或全部可由本文公开的空气输送系统400来实施。另外，出于说明和论述的目的，图6以特定顺序示出了方法(500)。要理解的是，示例性方法(500)可以以各种方式被修改、改变、扩展、重新布置和/或省略而不偏离本主题的范围。
在(502)处，示例性方法(500)包括提取冷却空气流CA。例如，冷却空气流CA可为湾空气流BA、P25空气流、附加空气流和/或前述的组合。在一些实施方式中，冷却空气流CA是湾空气流BA和P25空气流的混合物。在此实施方式中，取决于充分冷却输送至换热器402的提取的P3空气所需的传热速率，大多数冷却空气流CA可为湾空气，且预定量的P25空气可从压缩机区段120提取。
在(504)处，示例性方法(500)包括从扩散器腔125下游和燃烧室124上游的燃烧区段150提取P3空气流。取决于燃气涡轮发动机100的一个或多个部件(例如，B储槽组件250的一个或多个部件)的加压和冷却需要，示例性HP放气阀190可选择性地允许预定量的P3空气进入示例性HP放气管414，使得P3空气可输送至换热器402。例如，定位成邻近B储槽组件250的一个或多个传感器可将指示穿过B储槽组件250的一个或多个密封元件的压差的一个或多个信号发送至发动机的控制器。基于一个或多个信号，通信地联接到HP放气阀290上的控制器可选择性地控制阀位置来控制从燃烧区段150放出的P3空气的流动。通过控制从燃烧区段150放出的P3空气的量，且因此P25空气的量，仅所需量的放出空气实际从核心空气流径110放出。以此方式，更多空气可保持在核心空气流径110中来用于有用功，从而改善了发动机的效率。在一些实施例中，发动机控制器可为具有全权数字电子控制(FADEC)能力的电子发动机控制器。
在(506)处，示例性方法(500)包括将冷却空气流CA和P3空气流输送至换热器402。冷却空气流CA输送至换热器402，使得其可用于冷却从燃烧区段150提取的P3空气。
在(508)处，示例性方法(500)包括经由换热器402用冷却空气流CA冷却P3空气流，以形成P3X空气流。在一些实施方式中，P3空气流可在空气与空气的交换中与冷却空气流CA交换热。此外，附加地或备选地，P3空气流可由其它适合的手段和适合的流体冷却。
在(510)处，示例性方法(500)包括将P3X空气流发送至储槽增压室来加压储槽腔。在一些示例性实施方式中，P3X空气流可被发送至B储槽组件250的储槽增压室256来用于加压储槽腔254。通过将P3X空气流发送至储槽增压室256，P3X空气流可分配到储槽框架252上和/或周围，以及B储槽组件250的第一密封元件258和第二密封元件260周围。以此方式，在一些实施例中，穿过第一密封元件258和第二密封元件260的压差可正确设置，且由于P3X空气冷却到足够程度，故P3X空气不会引起B储槽组件250内或周围的焦化和/或油火。
在一些示例性实施方式中，方法(500)还包括从压缩机区段提取P25空气流；提取湾空气流BA；以及使P25空气流和湾空气流BA卷吸来形成冷却空气流CA。
在一些示例性实施例中，压缩机区段120还包括具有后壁132的叶轮。此外，燃气涡轮发动机100还包括定位成邻近后壁132的叶轮框架134。如前文所述，后壁132和叶轮框架134至少部分地限定了叶轮腔138。在此示例性实施例中，方法(500)还包括将P3X空气流发送至叶轮腔138来冷却叶轮130。以此方式，轻质材料可用于形成叶轮130，如，钛。
在一些示例性实施方式中，燃气涡轮发动机100还包括A储槽组件280，其定位成邻近由燃气轮发动机100的入口本体236限定的入口234。A储槽组件280包括至少部分地限定了A储槽腔284且至少部分地限定了与A储槽腔284相对的A储槽增压室286的A储槽框架282。在此示例性实施方式中，方法(500)还包括将P3X空气发送至A储槽增压室286来用于加压A储槽腔284。
在一些示例性实施方式中，储槽组件是定位在压缩机区段120与涡轮区段170之间的B储槽组件250。此外，在一些示例性实施方式中，储槽组件是沿轴向A定位在压缩机区段120与涡轮区段170之间的B储槽组件。
在一些示例性实施方式中，涡轮还包括涡轮定子轮叶和涡轮叶片的第一级和第二级。在此示例性实施方式中，方法(500)还包括将P3X空气的至少一部分发送至涡轮定子轮叶和涡轮叶片的第二级。在又一些示例性实施方式中，在将P3X空气发送至涡轮定子轮叶和涡轮叶片的第二级之前，方法(500)还包括使P3X空气与P3空气流混合。在一些示例性实施方式中，涡轮是HP涡轮。
在一些示例性实施方式中，方法(500)还包括将P3X空气的至少一部分发送穿过LP涡轮通路422，使得可冷却转子组件和LP涡轮174的其它部件。LP涡轮通路422可由分开燃气涡轮发动机100的HP涡轮172和LP涡轮174的涡轮框架部件186至少部分地限定。
在一些示例性实施方式中，燃气涡轮发动机100是构造为涡轮螺旋桨发动机的逆流燃气涡轮发动机。在又一些其它实施方式中，燃气涡轮发动机100是构造为涡轮轴发动机的逆流燃气涡轮发动机。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使所属领域的技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，且可以包括所属领域的技术人员所想到的其它示例。如果此类其它实例包括并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求范围内。

Claims (16)

1.一种限定了轴向、径向和周向的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：
压缩机区段，其具有围绕所述轴向可旋转的压缩机；
涡轮区段，其具有围绕所述轴向可旋转的涡轮；
在所述压缩机与所述涡轮之间延伸且联接所述压缩机和所述涡轮的轴；
设置在所述压缩机区段下游和所述涡轮区段上游的燃烧区段，所述燃烧区段限定了扩散器腔，且包括限定了燃烧室的燃烧器，所述扩散器腔位于所述燃烧室上游；
储槽组件，其包括储槽框架和定位在所述储槽框架与所述轴之间的轴承组件，所述储槽框架至少部分地限定了储槽腔；
至少部分地由与所述储槽腔相对的所述储槽框架所限定的储槽增压室；以及
空气输送系统，所述空气输送系统包括：
换热器；
从所述压缩机区段延伸至所述换热器来将冷却空气流提供至所述换热器的冷却管；
沿所述冷却管定位的喷射器，用来卷吸所述冷却空气流，其中所述冷却空气流包括湾空气流和来自所述压缩机的P25空气流，所述湾空气流可为从涡扇发动机的高旁路管提取的旁路空气流、环境空气、从发动机的机舱与核心涡轮发动机之间限定的空间之间提取的空气、前述的组合；
从所述燃烧区段延伸至所述换热器且与所述扩散器腔空气流连通的高压放气管，所述高压放气管用于将P3空气流输送至所述换热器；以及
从所述换热器延伸至所述储槽增压室的高压管；
其中所述换热器构造成使用所述冷却空气流来冷却所述P3空气流，以形成P3X空气流，并且所述高压管构造成将所述P3X空气流输送至所述储槽增压室来加压所述储槽组件的储槽腔。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述压缩机区段包括具有后壁的叶轮，并且所述燃气涡轮发动机还包括：
邻近所述后壁的叶轮框架，其中所述叶轮的后壁和所述叶轮框架至少部分地限定了叶轮腔；以及
其中所述叶轮框架和所述储槽框架限定了提供所述储槽增压室与所述叶轮腔之间的空气流连通的叶轮通路，并且在所述高压管将P3X空气提供至所述储槽增压室时，所述P3X空气的至少一部分经由所述叶轮通路流至所述叶轮腔来冷却所述叶轮。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机，其中所述叶轮由钛形成。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述涡轮还包括涡轮定子轮叶和涡轮叶片的第一级和第二级，并且所述轴限定了从所述储槽增压室延伸至所述第二级涡轮叶片的涡轮冷却通路；并且在所述高压管将P3X空气提供至所述储槽增压室时，所述P3X空气的至少一部分经由所述涡轮冷却通路流至所述第二级涡轮叶片来冷却所述涡轮叶片。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述储槽组件是沿所述轴向定位在所述压缩机与所述涡轮之间的B储槽组件。
6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其中所述燃气涡轮发动机还包括：
定位成邻近由所述燃气涡轮发动机的入口本体限定的入口的A储槽组件，所述A储槽组件包括A储槽框架和定位在所述A储槽框架与所述轴之间的第一轴承组件，所述A储槽框架至少部分地限定了其中收纳有所述第一轴承组件的储槽腔，并且至少部分地限定了与所述A储槽腔相对的A储槽增压室，并且所述轴限定了从所述储槽增压室延伸至所述A储槽增压室的A储槽通路，并且当所述高压管将P3X空气提供至所述储槽增压室时，所述P3X空气的至少一部分经由所述A储槽通路流至所述A储槽增压室来用于加压所述A储槽腔。
7.根据权利要求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：
邻近所述涡轮且所述换热器空气流连通的涡轮冷却壳；以及
其中在所述冷却空气流与所述P3空气换热之后，所述冷却流被发送至所述涡轮冷却壳。
8.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述储槽组件还包括：
沿所述轴向定位在所述轴承组件后方且连接到所述储槽框架上的第一密封元件；以及
沿所述轴向定位在所述轴承组件前方且连接到所述储槽框架上的第二密封元件；
其中所述储槽增压室与所述第一密封元件和所述第二密封元件空气流连通。
9.一种限定了轴向、径向和周向的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：
具有围绕所述轴向可旋转的压缩机的压缩机区段；
具有围绕所述轴向可旋转的涡轮的涡轮区段；
在所述压缩机与所述涡轮之间延伸且联接所述压缩机和所述涡轮的轴；
设置在所述压缩机区段下游和所述涡轮区段上游的燃烧区段，所述燃烧区段限定了燃烧室；
包括至少部分地限定了储槽腔的储槽框架的储槽组件；
至少部分地由与所述储槽腔相对的所述储槽框架限定的储槽增压室；以及
空气输送系统，所述空气输送系统包括：
用于选择性地允许来自所述压缩机的P25空气流通过的压缩机放气阀；
从所述压缩机区段延伸至换热器且与所述压缩机放气阀空气流连通的冷却管；
沿所述冷却管定位且用来卷吸所述P25空气流与湾空气流以形成冷却空气流的喷射器，其中，所述湾空气流可为从涡扇发动机的高旁路管提取的旁路空气流、环境空气、从发动机的机舱与核心涡轮发动机之间限定的空间之间提取的空气、前述的组合；
构造成接收所述冷却空气流和P3空气流的所述换热器，其中所述换热器构造成使用所述冷却空气流来冷却所述P3空气流，以形成P3X空气流；以及
从所述换热器延伸至所述储槽增压室来用于将所述P3X空气流输送至所述储槽增压室以用于加压所述储槽组件的储槽腔的高压管。
10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其中所述压缩机区段包括具有后壁的叶轮，并且所述燃气涡轮发动机还包括：
定位成邻近所述后壁的叶轮框架，其中所述叶轮的后壁和所述叶轮框架至少部分地限定了叶轮腔；以及
其中所述叶轮框架和所述储槽框架限定了提供所述储槽增压室与所述叶轮腔之间的空气流连通的叶轮通路，并且在所述高压管将P3X空气提供至所述储槽增压室时，所述P3X空气的至少一部分经由所述叶轮通路流至所述叶轮腔来冷却所述叶轮。
11.一种用于冷却和加压燃气涡轮发动机的一个或多个部件的方法，所述燃气涡轮发动机包括具有压缩机的压缩机区段、涡轮、在所述压缩机与所述涡轮之间延伸且联接所述压缩机和所述涡轮的轴，以及设置在所述压缩机下游和所述涡轮上游的燃烧区段，所述燃烧区段限定了扩散器腔和燃烧室，所述扩散器腔位于所述燃烧室上游，所述燃气涡轮发动机还包括储槽组件，所述储槽组件包括储槽框架和定位在所述储槽框架与所述轴之间的轴承组件，所述储槽框架至少部分地限定了其中收纳有所述轴承组件的储槽腔以及与所述储槽腔相对的储槽增压室，所述燃气涡轮发动机还包括空气输送系统，所述空气输送系统包括换热器和喷射器，所述方法包括：
从所述压缩机区段提取P25空气流；
提取湾空气流，其中，所述湾空气流可为从涡扇发动机的高旁路管提取的旁路空气流、环境空气、从发动机的机舱与核心涡轮发动机之间限定的空间之间提取的空气、前述的组合；以及
卷吸所述P25空气流与所述湾空气流来形成冷却空气流；
提取所述冷却空气流；
从所述扩散器腔下游和所述燃烧室上游的所述燃烧区段提取P3空气流；
将所述冷却空气流和所述P3空气流输送至所述换热器；
经由所述换热器用所述冷却空气流冷却所述P3空气流，以形成P3X空气流；以及
将所述P3X空气流发送至所述储槽增压室来加压所述储槽腔。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述压缩机区段还包括具有后壁的叶轮，所述燃气涡轮发动机还包括定位成邻近所述后壁的叶轮框架，所述后壁和所述叶轮框架至少部分地限定了叶轮腔，并且中所述方法还包括：
将所述P3X空气流发送至所述叶轮腔以冷却所述叶轮。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述燃气涡轮发动机还包括定位成邻近由所述燃气涡轮发动机的入口本体限定的入口的A储槽组件，所述A储槽组件包括A储槽框架，所述A储槽框架至少部分地限定了A储槽腔，并且至少部分地限定了与所述A储槽腔相对的A储槽增压室，并且其中方法还包括：
将所述P3X空气流发送至所述A储槽增压室来用于加压所述A储槽腔。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述储槽组件是定位在所述压缩机与所述涡轮之间的B储槽组件。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述涡轮还包括涡轮定子轮叶和涡轮叶片的第一级和第二级，并且其中所述方法还包括：
将所述P3X空气流的至少一部分发送至所述涡轮定子轮叶和涡轮叶片的第二级。
16.根据权利要求15所述的方法，其中在将所述P3X空气发送至所述涡轮定子轮叶和所述涡轮叶片的第二级之前，所述方法还包括：
使所述P3X空气流与从叶轮腔发送的混合空气流混合，所述混合空气流至少部分地包括所述P3X空气流，并且P3空气流泄漏到邻近所述叶轮的尖端的所述叶轮腔中。
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