CN109519228A - 用于反向旋转涡轮组件的密封组件及其操作方法 - Google Patents

用于反向旋转涡轮组件的密封组件及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种燃气涡轮发动机，其包括涡轮转子、至少部分地包绕涡轮转子的涡轮框架，以及外直径密封组件。涡轮转子包括内部护罩、外部护罩，以及联接内部护罩和外部护罩的至少一个连接翼型件。外部护罩包括沿径向方向向内延伸的多个外部护罩翼型件。外直径密封组件包括设置在涡轮框架与涡轮转子的外部护罩之间的滑动部分。外直径密封组件限定滑动部分的纵向面的径向内侧的外部护罩处的次级齿，以及沿轴向限定在滑动部分的径向面附近的主齿。本申请还提供一种操作用于相互交叉涡轮发动机的静止涡轮框架与外部护罩转子之间的密封组件的方法。

Description

用于反向旋转涡轮组件的密封组件及其操作方法
技术领域
本申请大体上涉及燃气涡轮发动机架构和操作。更具体而言，本申请涉及用于涡轮区段的密封和间隙控制的方法。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括涡轮区段，所述涡轮区段在燃烧区段的下游，可随压缩机区段旋转而旋转和操作燃气涡轮发动机产生动力，例如推进力。一般燃气涡轮发动机设计标准常常包括必须平衡或折衷的冲突标准，包括提高燃料效率、操作效率和/或动力输出，同时维持或减少重量、零件数量和/或包装(即发动机的轴向和/或径向尺寸)。
已知的常规和相互交叉燃气涡轮发动机大体上包括涡轮区段的旋转构件与静止构件之间的迷宫式密封件。空气大体上需要密封在腔内，以避免过量泄漏到核心流动路径中。此外，对于包括旋转的外鼓或护罩的涡轮区段，转子与定子组件之间的相对闭合或空隙变化。例如，迷宫式密封件大体上具有随直径增大而升高的每单位直径的泄漏率，从而在旋转的外鼓与静止壳界面处使迷宫式密封件的低效提高。因此，已知的迷宫式密封组件可导致泄漏，泄漏可消除相互交叉涡轮区段带来的效率。
此外，已知的密封组件可包括耐磨结构，其设计成在各种热条件和转速下允许或容许转子密封件相对于静止结构如护罩的摩擦。然而，随着发动机操作和摩擦静止结构，随着时间推移，密封组件的有效性降低，从而降低涡轮性能和效率，这可消除相互交叉涡轮区段的效率。
因此，所需的是一种用于燃气涡轮发动机的相互交叉涡轮区段的密封组件，其可容许转子组件相对于静止结构或框架的较大轴向和径向转移。此外，需要一种随时间推移提供很少或不提供劣化的密封组件。
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践而得知。
本申请提供一种燃气涡轮发动机，其包括涡轮转子、至少部分地包绕涡轮转子的涡轮框架，以及外直径密封组件。涡轮转子包括内部护罩、外部护罩，以及联接内部护罩和外部护罩的至少一个连接翼型件。外部护罩包括沿径向方向向内延伸的多个外部护罩翼型件。外直径密封组件包括设置在涡轮框架与涡轮转子的外部护罩之间的滑动部分。外直径密封组件限定滑动部分的纵向面的径向内侧的外部护罩处的次级齿，以及沿轴向限定在滑动部分的径向面附近的主齿。
在一个实施例中，滑动部分的径向面限定穿过其间的多个进给孔，并且空气流穿过其间进入和流出。
在另一个实施例中，次级齿和主齿分别限定在涡轮转子的外部护罩上。
在又一个实施例中，次级齿和滑动部分的纵向面一起限定其间的径向间隙。
在再一个实施例中，主齿和滑动部分的径向面一起限定其间的轴向间隙。
在一个实施例中，滑动部分限定穿过其间的多个通风开口。
在各种实施例中，发动机还包括联接到涡轮框架上的第五歧管。第五歧管将加压空气流提供至外直径密封组件。在一个实施例中，第五歧管联接到压力调节阀上，与第二歧管流体连通，以提供来自第一涡轮轴承的加压空气。在另一个实施例中，第五歧管联接到压缩机区段上，且延伸至涡轮框架来将加压空气流提供至密封组件。
在一个实施例中，涡轮框架还包括弹簧结构，其提供外直径密封组件的滑动部分的位移。
本申请内容的另一个方面针对一种用于操作相互交叉涡轮发动机的静止涡轮框架与外部护罩转子之间的密封组件的方法。该方法包括使空气从压缩机区段流至相互交叉涡轮区段的可旋转外部护罩；生成外部护罩与密封组件的滑动部分之间的空气轴承；以及至少基于涡轮发动机的发动机状态调整至外部护罩的空气流。
在各种实施例中，生成空气轴承包括将空气流引导穿过限定在次级齿与涡轮框架的纵向面之间的径向间隙；以及将空气流引导穿过限定在主齿与滑动部分的径向面之间的轴向间隙。
在其它各种实施例中，生成空气轴承还包括生成穿过次级齿和主齿的高压流；以及使高压流经由与发动机的核心流动路径流体连通的通风开口流出。在一个实施例中，生成空气轴承还包括经由高压流生成主齿附近的滑动部分处的开启力。在另一个实施例中，生成空气轴承还包括使空气流穿过限定在滑动部分与外部护罩的纵向部分之间的腔流出。
在一个实施例中，调整至外部护罩的空气流还包括确定外部护罩与第二涡轮转子的多个第二涡轮翼型件的径向外端之间的期望的间隙。
在另一个实施例中，调整至外部护罩的空气流还包括确定外直径密封组件与外部护罩之间的期望的径向间隙；以及确定外直径密封组件与外部护罩之间的期望的轴向间隙。
在又一个实施例中，调整至外部护罩的空气流还包括加压外直径密封组件的第一侧。加压第一侧提供了外部护罩与外直径密封组件之间的空气流。在另一个实施例中，加压外直径密封组件的第一侧包括加压外部护罩与涡轮框架之间的吸气面密封组件。
在一个实施例中，该方法还包括基于查找表、传递函数和曲线中的一个或多个确定外部护罩和第二涡轮转子中的一个或多个处的期望的空气的流动或压力，曲线包括以下至少一个函数：外部护罩和第二涡轮转子的径向尺寸相对于外部护罩的转速、第二涡轮转子的转速、排出气体温度、相对于外部护罩的材料热膨胀常数，以及相对于第二涡轮转子的材料热膨胀常数中的一个或多个。
技术方案1.一种燃气涡轮发动机，包括：涡轮转子，其包括内部护罩、外部护罩和联接所述内部护罩和所述外部护罩的至少一个连接翼型件，其中所述外部护罩包括沿径向方向向内延伸的多个外部护罩翼型件；至少部分地包绕所述涡轮转子的涡轮框架；以及包括设置在所述涡轮框架与所述涡轮转子的外部护罩之间的滑动部分的外直径密封组件，其中所述外直径密封组件限定所述滑动部分的纵向面的径向内侧的所述外部护罩处的次级齿，以及轴向限定在所述滑动部分的径向面的附近的主齿。
技术方案2.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述滑动部分的径向面限定穿过其间的多个进给孔，并且其中空气流穿过其间进入和流出。
技术方案3.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述次级齿和所述主齿分别限定在所述涡轮转子的外部护罩上。
技术方案4.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述次级齿和所述滑动部分的纵向面一起限定其间的径向间隙。
技术方案5.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述主齿和所述滑动部分的径向面一起限定其间的轴向间隙。
技术方案6.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述滑动部分限定穿过其间的多个通风开口。
技术方案7.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，还包括：联接到所述涡轮框架上的第五歧管，其中所述第五歧管将加压空气流提供至所述外直径密封组件。
技术方案8.根据技术方案7所述的燃气涡轮发动机，其中所述第五歧管联接到压力调节阀上，与第二歧管流体连通，以从第一涡轮轴承提供加压空气。
技术方案9.根据技术方案8所述的燃气涡轮发动机，还包括：压缩机区段，其中所述第五歧管联接到所述压缩机区段上，并且延伸至所述涡轮框架，以将加压空气流提供至所述密封组件。
技术方案10.根据技术方案1所述的燃气涡轮发动机，其中所述涡轮框架还包括弹簧结构，以提供所述外直径密封组件的滑动部分的位移。
技术方案11.一种操作用于相互交叉涡轮发动机的静止涡轮框架与外部护罩转子之间的密封组件的方法，所述方法包括：使空气从压缩机区段流至相互交叉涡轮区段的可旋转外部护罩；在所述外部护罩与所述密封组件的滑动部分之间生成的空气轴承；以及至少基于所述涡轮发动机的发动机状态调整至所述外部护罩的空气流。
技术方案12.根据技术方案11所述的方法，其中生成所述空气轴承包括：将所述空气流引导穿过限定在次级齿与涡轮框架的纵向面之间的径向间隙；以及将所述空气流引导穿过限定在主齿与所述滑动部分的径向面之间的轴向间隙。
技术方案13.根据技术方案12所述的方法，其中生成所述空气轴承还包括：生成穿过所述次级齿和所述主齿的高压流；以及使所述高压流经由与所述发动机的核心流动路径流体连通的通风开口流出。
技术方案14.根据技术方案13所述的方法，其中生成所述空气轴承还包括：经由所述高压流在所述主齿附近的所述滑动部分处生成的开启力。
技术方案15.根据技术方案13所述的方法，其中生成所述空气轴承还包括：使空气流穿过限定在滑动部分与所述外部护罩的纵向部分之间的腔流出。
技术方案16.根据技术方案11所述的方法，其中调整至所述外部护罩的空气流还包括：确定所述外部护罩与所述第二涡轮转子的多个第二涡轮翼型件的径向外端之间的期望的间隙。
技术方案17.根据技术方案11所述的方法，其中调整至所述外部护罩的空气流还包括：确定外直径密封组件与所述外部护罩之间的期望径向间隙；以及确定所述外直径密封组件与所述外部护罩之间的期望的轴向间隙。
技术方案18.根据技术方案11所述的方法，其中调整至所述外部护罩的空气流还包括：加压所述外直径密封组件的第一侧，其中加压所述第一侧提供所述外部护罩与所述外直径密封组件之间的空气流。
技术方案19.根据技术方案18所述的方法，其中加压所述外直径密封组件的第一侧包括加压所述外部护罩与涡轮框架之间的吸气面密封组件。
技术方案20.根据技术方案11所述的方法，还包括：基于查找表、传递函数和曲线中的一个或多个，确定所述外部护罩和所述第二涡轮转子中的一个或多个处的空气的期望流动或压力，所述曲线包括以下的至少一个函数：所述外部护罩和所述第二涡轮转子相对于所述外部护罩的转速、所述第二涡轮转子的转速中的一个或多个的径向尺寸、排出气体温度、相对于所述外部护罩的材料热膨胀常数，以及相对于所述第二涡轮转子的材料热膨胀常数。
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
本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本发明的完整和启发性公开内容，包括其最佳模式，本说明书参考了附图，在附图中：
图1是根据本申请的方面的结合有涡轮区段的示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性截面图；
图2是图1所示的发动机的燃烧区段和涡轮区段的实施例的示意性横截面图，其包括支承涡轮区段的第一涡轮轴承的实施例；
图3是包括支承图1-2所示的涡轮区段的第一涡轮轴承的发动机的实施例的示意性横截面图；
图4是包括支承图1-2所示的涡轮区段的第一涡轮轴承的发动机的另一实施例的示意性横截面图；
图5是包括支承图1-2所示的涡轮区段的第一涡轮轴承的发动机的又一实施例的示意性横截面图；
图6是包括支承图1-2所示的涡轮区段的第一涡轮轴承的发动机的再一实施例的示意性横截面图；
图7是描绘通过包括根据图1-6所示的各种实施例的第一涡轮轴承的发动机的流动的示意性流程图；
图8是概述操作关于图1-7所示和所述的燃气涡轮发动机的方法的示例性流程图；
图9是概述用于关于图1-7所示和所述的燃气涡轮发动机的涡轮区段热管理方法的示例性流程图；
图10是概述用于关于图1-7所示和所述的燃气涡轮发动机的涡轮区段热管理的另一种方法的示例性流程图。
图11是概述用于关于图1-7所示和所述的相互交叉涡轮区段的间隙控制方法的示例性流程图；
图12是设置在低速涡轮转子的旋转外部护罩与图1-7中大体上提供的涡轮区段的涡轮框架之间的吸气密封组件的示例性实施例；
图13是设置在低速涡轮转子的旋转外部护罩与图1-7中大体上提供的涡轮框架之间的吸气密封组件的另一个示例性实施例；以及
图14是设置在图1-7中大体上提供的涡轮区段的外径处的吸气密封组件的又一个示例性实施例。
在本说明书和图中参考标号的重复使用意图表示本发明的相同或相似特征或元件。
具体实施方式
现将详细参考本发明的实施例，在图中说明本发明的实施例的一个或多个实例。每个实例是为了解释本发明而提供，而非限制本发明。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中进行各种修改和变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一实施例一起使用以产生再一实施例。因此，希望本发明涵盖此类修改和变化，所述修改和变化处于所附权利要求书及其等效物的范围内。
如本说明书中所使用，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“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流的相对方向。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。
除非另外规定，否则术语“低”、“中”、“高”或其相应比较级(例如更，如适用)各自是指发动机内的相对速度。举例来说，“低涡轮”或“低速涡轮”限定低于“高涡轮”或“高速涡轮”的转速。替代地，除非另外规定，否则前述术语可以其最高级理解。举例来说，“低涡轮”可以是指涡轮区段内最低转速涡轮，且“高涡轮”可以是指涡轮区段内最高转速涡轮。
大体上提供了用于相互交叉涡轮区段的密封组件的示例性实施例。燃气涡轮发动机和密封系统的实施例可允许有效使用冷却空气来用于操作涡轮区段和减轻流动路径泄漏，从而改善总体燃气涡轮效率和/或减少燃料消耗。密封系统大体上限定涡轮框架和相互交叉涡轮转子的外部护罩处的吸气密封组件。密封系统大体上提供流体(如空气)的膜，以限定空气轴承，空气轴承相对于静止匹配特征如涡轮框架来定位相互交叉涡轮转子的外部护罩，以保持相对恒定的间隙。
在此示出和描述的具有相互交叉涡轮区段的燃气涡轮发动机的实施例可以进一步实现低速涡轮转子和高速涡轮转子的相互交叉的附加级，直到并且包括高速涡轮转子的前方或上游的低速涡轮转子的一个或多个级。在各种实施例中，具有相互交叉涡轮区段的燃气涡轮发动机可进一步减少冷却空气消耗，提高发动机效率、性能和/或可操作性，和/或减少部件数量、重量和/或包装(即轴向和/或径向尺寸)。更进一步地，相互交叉涡轮区段可以减小轴向流动面积和转速的平方的乘积(该乘积被称为“AN2”)，同时另外降低涡轮区段的每个级的平均功因数。
现在参考附图，图1是根据本申请的方面的结合有涡轮区段90的示例性实施例的示出为高旁路涡轮风扇发动机的示例性燃气涡轮发动机10(本说明书中被称作“发动机10”)的示意性横截面图。尽管下文进一步参考涡轮风扇发动机进行描述，但本申请还可应用到一般来说包括螺旋桨风扇发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴燃气涡轮发动机的涡轮机械，包括船舶和工业涡轮发动机和辅助电力单元。另外，尽管在下文中将其描述为三轴燃气涡轮发动机，但本申请也适用于双轴燃气涡轮发动机。如图1所示出，发动机10具有出于参考目的在其中延伸穿过的纵向或轴向中心线轴线12。发动机10限定纵向方向L、径向方向R以及沿着纵向方向L的上游端99和下游端98。
一般来说，发动机10可包括限定环形入口20的基本上管状的外部壳体18。外部壳体18包覆或以串行流动布置至少部分地流过压缩机区段21、燃烧区段26和相互交叉涡轮区段90(本说明书中被称作“涡轮区段90”)。一般来说，发动机10以从上游端99到下游端98的串行流动布置限定风扇组件14、压缩机区段21、燃烧区段26和涡轮区段90。在图1所示的实施例中，压缩机区段21限定高压(HP)压缩机24和中压(IP)压缩机22。在其它实施例中，风扇组件14可进一步包括或限定联接到风扇转子15和/或低速轴36且在径向方向R上从风扇转子15和/或低速轴36朝外延伸的多个风扇轮叶42的一个或多个级。在各种实施例中，联接到低速轴36的多个风扇轮叶42的多个级可以被称为低压(LP)压缩机。
环形风扇壳体或外罩44圆周地环绕风扇组件14的至少部分和/或外部壳体18的至少部分。在一个实施例中，外罩44可相对于外部壳体18由多个圆周地隔开的出口引导叶片或撑杆46支承。外罩44的至少部分可在外部壳体18的外部部分上方(在径向方向R上)延伸，以便在其间限定旁路空气流通道48。
现在参考图2，大体上提供发动机10的涡轮区段90的示例性实施例。涡轮区段90包括沿纵向方向L延伸的涡轮转子110。涡轮转子110大体上低速涡轮转子。涡轮转子110包括内部护罩112、外部护罩114和将内部护罩112联接到外部护罩114上的至少一个连接翼型件116。外部护罩114包括沿着径向方向R向内延伸的多个外部护罩翼型件118。在各种实施例中，内部护罩112可以包括沿径向方向R向外延伸的多个内部护罩翼型件119。
内部护罩112和外部护罩114各自大致沿着纵向方向L延伸。内部护罩112和/或外部护罩114可各自至少部分地在径向方向R上延伸。在各种实施例中，内部护罩112从连接翼型件116延伸。在一个实施例中，内部护罩112进一步沿着纵向方向L朝向下游端98延伸。仍然在各种实施例中，外部护罩114从连接翼型件116沿着纵向方向L朝向燃烧区段26朝向上游端99延伸。
在外部护罩114与涡轮框架295之间，大体上一个或多个密封组件400设置在其间，以防止和控制吹扫腔的流动和压力(例如，图4-7中所示的次级流动路径71)。在一个实施例中，密封组件400限定吸气面密封组件，如，关于图13-14进一步所示和所述。
如图4所示，涡轮壳体155沿着纵向方向L从燃烧区段26大致延伸并圆周地围绕涡轮区段90。涡轮壳体155可限定径向位于涡轮转子110的外部护罩114与涡轮壳体155之间的外直径(OD)次级流动路径71。涡轮壳体155可以包括多个孔口156，流体可以通过该孔口进入或流出到次级流动路径71和/或核心流动路径70。
现在参考图2，涡轮区段90还包括高速涡轮转子120和中速涡轮转子130，每个转子均布置在涡轮转子110的一个或多个连接翼型件116的前方或上游99。高速涡轮转子120包括沿着径向方向R向外延伸的多个高速涡轮翼型件122。中速涡轮转子130包括沿着径向方向R向外延伸的多个中速涡轮翼型件132。多个高速涡轮翼型件122和中速涡轮翼型件132分别沿着纵向方向L布置在低速涡轮转子110的多个外部护罩翼型件118之间。
在各种实施例中，涡轮转子110限定多级旋转翼型件，诸如沿着纵向方向L设置的多个外部护罩翼型件118、一个或多个连接翼型件116和/或沿着纵向方向L设置的多个内部护罩翼型件119。在一个实施例中，低速涡轮转子110限定高速涡轮转子120的前方或上游99的至少一个级。在另一个实施例中，涡轮区段90限定第一级翼型件，其中第一级包括高速涡轮转子120的每级的前方或上游99的低速涡轮转子110的多个外部护罩翼型件118。
仍然在各种实施例中，例如如图2所示，发动机10以沿着纵向方向L从上游端99到下游端98的串行流动布置限定低速涡轮转子110的多个外部护罩翼型件118、高速涡轮转子120的多个高速涡轮翼型件122、以及低速涡轮转子110的多个外部护罩翼型件118。仍然在各种实施例中，低速涡轮转子110和高速涡轮转子120的相互交叉的附加迭代可以限定在连接翼型件116的前方或上游99。
在又一些实施例中，例如如图2所示，发动机10进一步限定在高速涡轮转子120下游沿纵向方向L相互交叉构造的低速涡轮转子110的两级或更多级以及中速涡轮转子130的一级或更多级。例如，发动机10可以沿着纵向方向L从上游端99到下游端98以串行流动布置限定燃烧区段26、低速涡轮转子110的第一级101、高速涡轮转子120、低速涡轮转子110、中速涡轮转子130和低速涡轮转子110。在一个实施例中，发动机10可以进一步限定高速涡轮转子120和/或中速涡轮转子130与低速涡轮转子110相互交叉布置(即沿着纵向方向L交替布置)的附加级。
作为另一个非限制性示例，如图2所示，发动机10还可以限定多个外部护罩翼型件118、多个高速涡轮翼型件122、多个外部护罩翼型件118、多个中速涡轮翼型件132、多个外部护罩翼型件118、附加的多个中速涡轮翼型件132和连接翼型件116的串行流动布置。应该理解的是，虽然图2示出了高速涡轮转子120限定一个级，但是高速涡轮转子120可以大致限定低速涡轮转子110的第一级101与低速涡轮转子110的连接翼型件116之间的并且沿着纵向方向L在它们之间相互交叉的一个或多个级。类似地，应该理解的是，尽管图1将中速涡轮转子130示出为限定两个级，但中速涡轮转子130可通常限定高速涡轮转子120与低速涡轮转子110的连接翼型件116之间的一个或多个级。
现在参考图1-7，在各种实施例中，低速涡轮转子110与沿着纵向方向L延伸且围绕轴向中心线12大致同心的低速轴36驱动连接并可随其一起旋转。在一个实施例中，如图1所示，低速轴36连接至风扇组件14，风扇组件14由涡轮区段90的低速涡轮转子110驱动旋转。低速轴36连接到风扇组件14的风扇转子15。在各种实施例中，风扇组件14可限定多个风扇轮叶42的多个级，其中多个风扇轮叶进一步限定LPC。
在各种实施例中，中速涡轮转子130与沿着纵向方向L延伸且围绕轴向中心线12大致同心的中速轴35驱动连接并可随其一起旋转。在一个实施例中，如图1所示，中速轴35连接到IP压缩机22，IP压缩机由涡轮区段90的中速涡轮转子130驱动旋转。
仍然参考图1-7，涡轮区段90的高速涡轮转子120与沿着纵向方向L延伸并且围绕轴向中心线12大致同心的HP轴34驱动连接并可随其一起旋转。HP轴34连接到HP压缩机24，HP压缩机由涡轮区段90的高速涡轮转子120驱动旋转。
参考图2，涡轮区段90还包括大体上环形地围绕轴向中心线12延伸的静止涡轮框架295。在各种实施例中，涡轮框架295限定外部涡轮壳体，其沿纵向方向至少部分地包绕涡轮区段90。在又一些实施例中，涡轮框架295限定涡轮间框架(例如，两个或多个涡轮转子110、120、130之间)、设置在涡轮转子110、120、130后方的后涡轮框架，以及诸如沿纵向设置在燃烧区段26与涡轮转子110、120、130之间的前涡轮框架中的一个或多个。
在一个实施例中，涡轮框架295包括一个或多个涡轮叶片150。涡轮叶片150可限定圆周布置的多个固定翼型件(即叶片)。在一个实施例中，涡轮叶片150沿着纵向方向L设置在多个内部护罩翼型件119之间。在各种实施例中，涡轮叶片150设置在低速涡轮转子110的连接翼型件116的下游98。在多个内部护罩翼型件119之间相互交叉布置的涡轮叶片150或多个涡轮叶片可以实现燃烧气体86的进一步调节以及经由多个内部护罩翼型件119从低速涡轮转子110提取功或能量。
在发动机10的操作过程中，如图1-7共同所示，高速涡轮转子120通常以比中速涡轮转子130更高的转速旋转。中速涡轮转子130通常以比低速涡轮转子110更高的速度旋转。在发动机10的操作期间，如箭头74示意性地指示的一定体积的空气通过外罩和/或风扇组件14的相关联入口76进入发动机10。当空气74穿过风扇轮叶42时，如由箭头78示意性指示的空气的一部分被引导或导引进旁路空气流通道48中，而如由箭头80示意性指示的空气的另一部分被引导或通过风扇组件14。空气80在朝向燃烧区段26流动通过压缩机区段21时被逐渐压缩。
如箭头82示意性地指示，现在被压缩的空气流动到燃烧区段26中，在所述燃烧区段26中引入燃料91，与经压缩空气82的至少部分混合，且经点燃以形成燃烧气体86。燃烧气体86流动到涡轮区段90中，使得涡轮区段90的旋转部件旋转且支承压缩机区段21和/或风扇组件14中分别联接的旋转部件的操作。
在各种实施例中，低速涡轮转子110以及其所附接的低速轴36沿着圆周方向在第一方向上旋转。高速涡轮转子120以及与其附接的HP轴34沿着圆周方向在与第一方向相反的第二方向上旋转。在一个实施例中，中速涡轮转子130和其所附接的中速轴35在第二方向上与高速涡轮转子120共同旋转并且与低速涡轮转子110反向旋转。
应该进一步理解的是，这里所使用和描述的第一方向和第二方向旨在表示相对于彼此的方向。因此，第一方向可以指顺时针旋转(从下游朝向上游观察)，并且第二方向可以指逆时针旋转(从下游朝向上游观察)。可替代地，第一方向可以指逆时针旋转(从下游朝向上游观察)并且第二方向可以指顺时针旋转(从下游朝向上游观察)。
进一步在发动机10的操作期间，离开燃烧区段26的燃烧气体86限定朝向发动机10的下游端98的通常较低的速度。低速涡轮转子110的第一级101的低速旋转(例如沿着切向或圆周方向)例如在切向或圆周方向上将燃烧气体86的速度加速到大致等于或大于高速涡轮转子120的速度。
通过将低速涡轮转子110限定为在燃烧区段26的后面或下游的涡轮区段90的第一级101，发动机10可以避免需要第一涡轮叶片或喷嘴引导叶片来加速限定高速涡轮的高速涡轮转子120前方或上游的燃烧气体86。这样，发动机10可减少来自压缩机区段21和/或燃烧区段26的冷却空气的量或质量，从而通过在燃烧期间使用更多的能量(即压缩空气)来提高发动机效率。另外或替代地，涡轮区段90可以减少必要的冷却空气并且使得能够提高压缩机区段21的性能和/或可操作性，包括喘振裕度和/或效率，或者减少来自压缩机区段21的所需的工作量，这可以减小压缩机区段21的轴向尺寸或级，并且进一步减少发动机包装、重量和/或零件数量，并且通常改善发动机10的性能。
另外，避免需要第一涡轮叶片或喷嘴引导叶片可以使得涡轮区段90或更具体地作为旋转级的第一级101被设计成平均燃烧气体86温度而不是设计成适应沿着燃烧区段26内的核心流动路径70的环形空间的峰值温度(即高点)。因此，由于第一级101的所有多个外部护罩翼型件118都在旋转，所以所有的多个外部护罩翼型件118可能仅短暂地承受燃烧热点的不利影响，而不是基本持续或恒定地暴露于来自燃烧气体的较高温度，与围绕核心流动路径70的环形空间的其它位置形成对比。此外，由于燃烧热点对涡轮区段90的不利影响减小，本说明书所述的涡轮区段90可以实现用于燃烧区段26的替代设计方法。因此，涡轮区段90可以使得燃烧区段26的设计能够进一步改善燃烧稳定性，减少排放物，增加飞行包线的全部或部分的可操作性，增加高度重新点火性能和/或减少贫油熄火(LBO)。
现在参考图3，整体上提供包括支承低速涡轮转子110和高速涡轮转子120的第一涡轮轴承200的发动机10的详细示意性横截面图。第一涡轮轴承200径向设置在低速涡轮转子110的毂105与联接到高速涡轮转子120的HP轴34之间。第一涡轮轴承200限定沿着第一涡轮轴承200的外直径215并且与低速涡轮转子110的毂105相邻的外部空气轴承210。第一涡轮轴承200还限定沿着内直径225并且与联接到高速涡轮转子120的HP轴34相邻的内部空气轴承220。
在各种实施例中，第一涡轮轴承200包括在外部空气轴承210的外直径215处的外部环形壁211和在内部空气轴承220的内直径225处的内部环形壁221。外部和内部环形壁211、221中的每一个围绕发动机10的轴向中心线12圆周地延伸并且与轴向中心线12大致同心。外部环形壁211和内部环形壁221各自至少部分地沿着纵向方向L延伸。第一涡轮轴承200还包括多个外部孔口213，所述多个外部孔口至少沿着纵向方向L并且沿着外部空气轴承210圆周地布置。多个外部孔口213与低速涡轮转子110的毂105相邻。第一涡轮轴承200还包括多个内部孔口223，所述多个内部孔口至少沿着纵向方向L并且沿着内部空气轴承220沿圆周方向布置。所述多个内部孔口223与联接到高速涡轮转子120的HP轴34相邻。
在各种实施例中，外部空气轴承210和/或内部空气轴承220可以由围绕发动机10的轴向中心线12基本上圆周布置的多个节段形成，以共同限定大致360度的环形表面，例如外部环形壁211和/或内部环形壁221。
参考图3，燃烧区段26包括大致围绕燃烧器组件并限定压力增压室84的压缩机/扩散器框架25。压缩机/扩散器框架25通常限定压力容器，该压力容器在HP压缩机24的出口下游并且大致在燃烧室85的上游和/或径向围绕燃烧室85限定环形压力增压室84，在该处压缩空气82基本上限定压缩机出口压力。压缩机/扩散器框架25通常包括在燃烧区段26内大致环形且径向向内的内部扩散器框架27。内部扩散器框架27通常从压缩机区段21朝向涡轮区段90延伸，从而支承第一涡轮轴承200和燃烧器组件。第一涡轮轴承200联接到内部扩散器框架27并且从内部扩散器框架朝向涡轮区段90悬臂地延伸。
在各种实施例中，第一涡轮轴承200在外部空气轴承210的外部环形壁211的外直径215处限定至少部分环形的凹槽217。凹槽217径向地邻近低速涡轮转子110的毂105设置。在各种实施例中，凹槽217被限定为靠近低速涡轮转子110的毂105的上游端。例如，凹槽217可限定在外部空气轴承210上，从毂105的上游端径向相邻于毂105的纵向跨度的50％内(即，从毂105的最靠近发动机10的上游端99的端部)。作为另一个例子，凹槽217可以限定在第一涡轮轴承200的外部环形壁211上，沿着径向方向R邻近毂105的跨度的30％内，沿着纵向方向L接近发动机10的上游端99。
在一个实施例中，发动机10进一步限定HP压缩机24与第一涡轮轴承200之间的压缩机密封界面240。在压缩机密封界面240与第一涡轮轴承200之间，发动机10限定第一腔体245，第一腔体围绕发动机10的轴向中心线12沿圆周至少部分地延伸。发动机10进一步限定高速涡轮转子120与第一涡轮轴承之间的涡轮密封界面250。在涡轮密封界面250和第一涡轮轴承200之间，发动机10限定第二腔体255，该第二腔体围绕发动机10的轴向中心线12沿圆周至少部分地延伸。密封界面240、250可分别包括吸气面密封组件400(图12-14)，以限定每个密封界面240、250。
发动机10可进一步包括第一歧管260，第一歧管从压力增压室84延伸到第一涡轮轴承200并在其间流体连通。如箭头261示意性示出的，来自压缩机区段21的压缩空气82可以从压力增压室84流动通过第一歧管260进入第一涡轮轴承200。穿过第一涡轮轴承200的空气261流动到第一涡轮轴承200的外部空气轴承210和内部空气轴承220的第一和第二多个孔口213、223处并通过第一和第二多个孔口213、223流出。
第一涡轮轴承200通常限定静压空气轴承，压缩空气261通过该静压空气轴承流出第一和第二多个孔口213、223，以限定旋转部件之间的分离流体膜。在第一涡轮轴承200的外部空气轴承210处，压缩空气261限定外部环形壁211与低速涡轮转子110的毂105之间的流体膜。在第一涡轮轴承200的内部空气轴承220处，压缩空气261限定内部环形壁221和联接到高速涡轮转子120的HP轴34之间的流体膜。来自压缩机区段21的和压力增压室84中的压缩空气至少部分地限定或确定低速涡轮转子110的毂105与第一涡轮轴承200之间以及高速涡轮转子120的HP轴34和第一涡轮轴承200之间的间隙量或距离。
现在参考图4，关于图3示出和描述的第一涡轮轴承200还可以限定与高速涡轮转子120轴向相邻的冷却孔口230，第一涡轮轴承200内的压缩空气261的一部分可以通过该冷却孔口进入高速涡轮转子120，以提供热衰减或冷却，例如如箭头231示意性地示出。在各种实施例中，高速涡轮转子120限定涡轮冷却回路125，涡轮冷却回路至少部分地沿着纵向方向L和径向方向R延伸通过。涡轮冷却回路125通常限定在高速涡轮转子120的转子、毂或盘的结构或壁内。涡轮冷却回路125可以进一步限定在高速涡轮翼型件122的结构内。涡轮冷却回路125可以在高速涡轮翼型件122处限定一个或多个冷却回路出口127，压缩空气231通过该一个或多个冷却出口从高速涡轮转子120排出到涡轮区段90处的核心流动路径70中。
在各种实施例中，第一涡轮轴承200的冷却孔口230限定喷嘴以增加空气231的流动的速度和/或将空气231的流动引导至高速涡轮转子120的冷却回路125。例如，冷却孔口230可限定多个叶片，所述叶片限定压力侧、吸力侧、前缘和后缘，压缩空气231穿过所述多个叶片加速空气231沿着纵向方向L和/或沿着圆周方向的流动，以大致匹配高速涡轮转子120的转速。在各种实施例中，限定在冷却孔口230内的多个叶片可以进一步沿与高速涡轮转子120相同的旋转方向(即，同向或共同旋转)加速空气231的流动。例如，在这里描述的实施例中，冷却孔口230的多个叶片可以大致沿着第二方向、沿着圆周方向、大致与高速涡轮转子120同向且与低速涡轮转子110相对地加速空气231。然而，在各种实施例中，冷却孔口230可以沿着第一方向加速空气的流动。
现在参考图3-4，当压缩空气261加压外部空气轴承210和毂105之间的空间时，示意性示出为262的压缩空气的一部分可以流出到核心流动路径70中。此外，当压缩空气261对第一涡轮轴承200与低速涡轮转子110的毂105之间的空间加压时，压缩空气261被收集在由外环形壁211处的凹槽217限定的环形腔体218中。此外，随着压缩空气261对第一涡轮轴承200和联接到高速涡轮转子120的HP轴34之间的空间加压，压缩空气261被收集在限定在压缩机密封界面240和第一涡轮轴承200之间的第一腔体245中。在各种实施例中，压缩空气261可进一步被收集在涡轮密封界面250和第一涡轮轴承200之间限定的第二腔体255中。收集在每个腔体218、245、255中的空气然后可收集在第一涡轮轴承200内并通过第二歧管270排出，如箭头271示意性所示。第二歧管270从第一涡轮轴承200延伸到压力调节阀300并在其之间流体连通。
在各种实施例中，第二歧管270与环形腔体218和第一腔体245流体连通。第二歧管270可限定由来自环形腔体和第一腔体的空气限定的压缩空气271穿过其中的流动和压力。在另一个实施例中，第二歧管270进一步与第二腔体255流体连通。第二歧管270可限定由来自环形腔体、第一腔体和第二腔体的空气限定的压缩空气271穿过其中的流动和压力。
在各种实施例中，发动机10还包括第三歧管280，第三歧管从燃烧区段26的压力增压室84延伸到压力调节阀300并且在其之间流体连通。在一个实施例中，第三歧管280将参考压力或运动压力传递至压力调节阀300。如箭头281示意性所示，压力增压室84中的压缩空气82对第三歧管280加压。
在图1-4所示的发动机10的操作期间，来自压力增压室的压缩空气281通常向压力调节阀300提供参考压力，该参考压力通常可以反映或对应于压力增压室84中的压力。压力调节阀300通常调节第三歧管280与其内部的压缩空气281和第二歧管270与离开第一涡轮轴承200的压缩空气271之间的压力差。这样，压力调节阀300调节低速涡轮转子110的毂105和外部空气轴承210之间的空气压力以及内部空气轴承220和联接到高速涡轮转子120的HP轴34之间的空气压力。
现参考图5，发动机10基本上可以如关于图1-4所展示和描述的实施例类似地构造。在图5中，发动机10还可以限定从第二歧管270延伸并且联接到涡轮区段90的OD次级流动路径71的OD涡轮冷却供应歧管275。在一个实施例中，单向阀310联接到涡轮冷却供应歧管275，以使得压缩空气271能够流动到涡轮区段90的OD次级流动路径71。在各种实施例中，单向阀310可以被称为止回阀或逆止阀，从而能够实现从第一涡轮轴承200沿着第二歧管270的单方向流动。
在图5所示的发动机10的操作期间，当压力增压室84以及随后的第三歧管280中的压力低时，压力调节阀300打开并将压缩空气(如箭头299示意性所示)送至较低压力的槽。在一个实施例中，较低压力槽包括朝向涡轮区段90的下游端98的核心流动路径70。在另一个实施例中，较低压力槽包括发动机10径向外侧的周围区域(例如，在大约环境或大气压力条件下，例如在海平面高度以上约1bar或更小)。当压力调节阀300打开并将压缩空气299送到较低压力槽时，单向阀310通常关闭。相反，当压力增压室84中的压力高时，单向阀310通常打开并且使得压缩空气能够流动，如箭头276示意性示出的那样，流入涡轮区段90。压缩空气276为相互交叉低速涡轮转子110提供冷却，例如外部护罩114和从其延伸的多个外部护罩翼型件118中的一个或多个。压缩空气276可以附加地或可选地在OD次级流动路径271内的一个或多个密封处提供缓冲以限制来自较高压力腔体(例如，来自燃烧区段26或通常来自涡轮区段90的OD次级流动路径271内的其他部分的上游的较高压力)的空气流动。
当被包括在飞行器中时，发动机10可以至少部分地基于飞行器的着陆和起飞(LTO)周期将压力增压室84中的压力限定为低或高，例如但不限于由联邦航空管理局或欧洲航空安全局的标准、法规或要求所定义的那些。例如，本领域中已知的LTO通常包括滑行、起飞、爬升、进近、着陆和滑行。LTO可能还包括起飞之后的巡航以及巡航之后和进近之前的降落。通常，发动机10在巡航状态或更高的压力增压室84处限定高压，例如包括爬升和起飞。发动机10在巡航状态下，例如在进近、着陆和滑行时，在压力增压室84处限定低压。尽管发动机10的各种实施例可以在压力增压室84处限定定性不同的高压和低压，但应当理解，发动机10的各种实施例可以限定相对于LTO的定性相似的压力。
应该理解，虽然发动机10可以在正常操作期间限定前述的LTO，但是LTO中的偏差可以在较低的高度上限定发动机10中的高压，例如但不限于与进近条件相应的高度或更低高度。例如，当飞行器增加动力以从进近条件增加高度或速度时，发动机10可以限定与巡航条件大致相似或更高的高压。如本说明书所使用的，巡航条件包括可限定发动机10内的压力、流量和/或温度大致类似于巡航条件的那些异常操作状况。更进一步，虽然发动机10是关于飞行器内部讨论的，但应该理解，可以在其他设备中限定类似的条件，包括但不限于发电(例如工业、辅助动力单元等)、海洋、机车等。
第一涡轮轴承200在第一级101处将低速涡轮转子110支承在多个外部护罩翼型件118的内部。例如，第一涡轮轴承200可以大致支承高速涡轮转子120的前方或上游99的悬置式或悬臂式低速涡轮转子110。另外，第一涡轮轴承200支承高速涡轮转子120和联接到HP压缩机24的HP轴34。
第一轴承200的布置可以提供朝向低速涡轮转子110的上游端99的支承，以在高速涡轮转子120前方和/或之间相互交叉。此外，第一轴承200向低速涡轮转子110的上游端99提供支承，以限制低速涡轮转子110从朝向燃烧区段26的上游的连接翼型件116的悬置或悬臂重量。另外，第一轴承200向低速涡轮转子110的上游端99提供支承，以向内部护罩112和从那里向涡轮区段90的下游端98延伸的多个内部护罩翼型件119提供平衡。在各种实施例中，低速涡轮转子110的轴向延伸毂105可以进一步限定一个或多个平衡平面。平衡平面可限定可将重量添加至低速涡轮转子110或从低速涡轮转子110移除的特征以辅助转子平衡和操作。
现在参考图6，整体上提供包括支承低速涡轮转子110和高速涡轮转子120的第一涡轮轴承200的发动机10的另一个示例性实施例。图6中提供的示例性实施例可以基本上与关于图1-5所示和所述的实施例类似地构造。但是，图6中的发动机10的实施方式还包括从压力增压室84延伸并且联接到第一涡轮轴承200的第四歧管290。第四歧管290提供从压力增压室84到第一涡轮轴承200的空气的流动和压力的流体连通，如箭头291示意性所示，穿过第一涡轮轴承200并且通过冷却孔口230流出。第四歧管290可以将独立于第一歧管260来自压力增压室84的空气和通过其加压的压缩空气261收集到外部空气轴承210和内部空气轴承220。这样，第四歧管290可以限定孔口、体积或面积，包括但不限于限制器或孔口板、可变几何形状、阀等，其可以引起穿过第一涡轮轴承200、通过冷却孔口230并且进入高速涡轮转子120的涡轮冷却管道125(如箭头231示意性所示)的压缩空气291的压力与压缩空气261的压力不同。
在各种实施例中，第四歧管290可以延伸到单独的外部压缩空气源(例如，在压力增压室84的外部或燃烧区段26的外部)，以引发独立于通过压力增压室84的流量或压力的流量和/或压力。通过第四歧管290的空气291的流量和/或压力可以与通过第一歧管260进入第一涡轮轴承200的空气261分开地被主动地或被动地控制。主动控制可以包括一个或多个阀或致动装置以打开或限制空气291到涡轮冷却回路125。被动控制可以包括限定体积面积的计量或限制板、孔口或喷嘴、管道或歧管中的一个或多个，所述体积面积的大小被设定为在一个或多个发动机操作条件下提供期望的最小或最大流量和/或压力。
现在参考图7，整体上提供描绘通过发动机10的空气和燃烧气体的流动的示例性流程图。图7示出了关于图1-6及其各种实施例所示和所述的流动。然而，应该理解的是，流程图可以包括或省略关于图1-6或其实施例中的每一个所讨论的任何一个或多个实施例。图7示出了进入发动机10的核心流动路径70的空气80的初始流动。空气80进入IP压缩机22(或者，在双轴实施例中，LP压缩机)和HP压缩机24，变成进入燃烧区段26的压缩空气82。一部分压缩空气82从压力增压室84出来并进入第一涡轮轴承200，如箭头261示意性所示。如关于图1-5所示和讨论的，压缩空气261通过外部空气轴承210的多个外部孔口213和内部空气轴承220的多个内部孔口223排出，每个孔口产生间隙或间距以分别支承低速涡轮转子110和高速涡轮转子120。
如关于图1-6所示和讨论的，压缩空气261在从外部空气轴承210和内部空气轴承220流出之后被收集在一个或多个腔体中，例如环形腔体218、第一腔体245和/或第二腔体255(图1-6)，并且从第一涡轮轴承200流出，如箭头271示意性地示出的，流到压力调节阀300。
仍然参考图7，压缩空气82的一部分可以从压力增压室84直接排出到压力调节阀300，例如由箭头281示意性示出的。与来自第一涡轮轴承200的压缩空气271的输入压力和来自压力调节阀300的空气299与较低压力槽(例如，涡轮区段90下游的核心流动路径70，或环境条件)的差压相比，压缩空气281在压力调节阀300处提供参考压力或运动压力。
在各种实施例中，例如如图6-7所示，压缩空气291可以与至少部分地穿过外部空气轴承210和内部空气轴承220的压缩空气261独立地进入第一涡轮轴承200并且进入高速涡轮转子120，如箭头231示意性地示出。
仍然在各种实施例中，空气的至少一部分可以从第一涡轮轴承200流出到涡轮区段90处或涡轮区段90上游的核心流动路径，如箭头262示意性地示出的。
仍然参考图7，一部分空气可以从压力调节阀300流出到涡轮区段90的OD次级流动路径71中，例如由箭头276示意性示出的。压缩空气276可以向在高速涡轮转子120之间相互交叉的低速涡轮转子110提供冷却。在各种实施例中，单向阀310设置在OD次级流动路径71的上游并平行于流向压力调节阀300的压缩空气271的流动。单向阀310可以限制空气276朝向OD次级流动路径71的流动并且禁止朝向压力调节阀300的流动。
现参考图8，整体上提供概述操作燃气涡轮发动机的示例性方法800(本说明书中称作“方法800”)的流程图。方法800大致提供诸如图1-7所示且关于图1-7所述的发动机的操作。发动机10通常包括限定径向邻近涡轮转子110的外部空气轴承210和径向邻近高速涡轮转子120的内部空气轴承210的第一涡轮轴承200以及联接到其上的HP轴34。发动机10包括延伸到第一涡轮轴承200并且与发动机10的燃烧区段26的压力增压室84流体连通的第一歧管260。第二歧管270联接到第一涡轮轴承200。第二歧管270提供从第一涡轮轴承200到压力调节阀300或较低压力槽的流体连通(例如发动机外部的环境或大气条件，或较低压力，例如在发动机10的下游端附近的核心流动路径中)。图8中概述的和本说明书描述的方法800可以提供相互交叉涡轮区段90(诸如低速涡轮转子110和高速涡轮转子120的相互交叉涡轮区段)的操作和支承。
方法800包括：在810处使空气从压力增压室流动到第一涡轮轴承；在820处使空气在外部空气轴承和低速涡轮转子毂之间流动；在830处使空气在内部空气轴承和HP轴之间流动；以及在840处使空气从第一涡轮轴承经由第二歧管流动至压力调节阀。尽管图8为了图示和讨论的目的示出了以特定顺序执行的步骤，但是使用本说明书中所提供的公开内容的所属领域的技术人员应理解，本说明书中所公开的方法中的任一个的各种步骤可以各种方式调适、修改、重新布置、省略或扩展，而不会偏离本发明的范围。
在图8中概述且在本说明书中描述的方法800的各种实施例中，结合图1-7所示的发动机10的实施例，在810处的步骤可以包括使空气261从压力增压室84流动到包括外部涡轮轴承210和内部涡轮轴承220的第一涡轮轴承200。在820处，使空气261在外部空气轴承220与低速涡轮转子110的毂105之间流动包括限定外部空气轴承220与毂105之间的空气261的压力，使得限定第一涡轮轴承200与低速涡轮转子110的毂105之间的非接触间隙或间隔。在一个实施例中，在830处，使空气在内部空气轴承220和HP轴34之间流动限定空气261的压力，使得限定第一涡轮轴承200和联接到高速涡轮转子120的HP轴34之间的非接触间隙或间隔。在一个实施例中，在840处，使空气261从第一涡轮轴承200经由第二歧管270流动到压力调节阀200限定空气271的流量和压力，如关于图3-7所示和所述的。
在一个实施例中，方法800还包括：在822处提供从外部空气轴承和低速涡轮转子毂之间到第二歧管的第一空气供应；在824处提供从内部空气轴承和HP轴之间到第二歧管的第二空气供应；以及在825处使第一空气供应和第二空气供应通过第二歧管流动到较低压力槽。例如，方法800在822处可以包括从由外部空气轴承210中的凹槽217限定的环形腔体218提供空气271，并且通过第一涡轮轴承200将空气271排出到第二歧管270。方法800在824处可以包括通过第一涡轮轴承200将空气271从第一腔体245提供到第二歧管270。方法800在824处可以进一步包括通过第一涡轮轴承200将空气271从第二腔体255提供到第二歧管270。方法800在825处可以包括从环形腔体218和第一腔体245收集空气271，使得空气271的压力被标准化，并且通过第二歧管270排出，如图3-7中的箭头271示意性所示。方法800在825处可以进一步包括从环形腔体218、第一腔体245和第二腔体255收集空气271，使压力标准化并且通过第二歧管270排出空气271。
在一个实施例中，825处的步骤包括使第一空气供应和第二空气供应通过第二歧管270流动到压力调节阀300。仍然在各个实施例中，825处的步骤可以包括使第一空气供应和第二空气供应通过第二歧管流动到较低压力槽。例如，较低压力槽可以是发动机10外部或朝向涡轮区段90的核心流动路径70的下游端98的环境或大气压力条件。在各种示例中，较低压力槽通常限定比压力增压室84、第一涡轮轴承200或第二歧管270内的压力小的压力。在一个实施例中，较低压力槽约为1巴或更小。
在方法800的一个实施例中，方法800进一步包括：在850处，使空气从燃烧区段的压力增压室经由第三歧管流动至压力调节阀。例如，例如结合图1-7所示的发动机10实施，方法800可包括使压力增压室84内的压力经由第三歧管280流动或连通至压力调节阀300，例如通过压缩空气281从压力增压室84至压力调节阀300所示的。
在另一个实施例中，方法800还包括在860处使空气从外部空气轴承和低速涡轮转子毂之间流动到涡轮区段处的发动机的核心流动路径。例如，参考图1-7，方法800在860处包括将空气流262从外部空气轴承210的多个外部孔口213引导至发动机10的涡轮区段90处的核心流动路径70。
现参考图9，整体上提供概述操作燃气涡轮发动机的示例性方法900(本说明书中称作“方法900”)的流程图。方法900大致提供诸如图1-7所示且关于图1-7所述的发动机的操作。方法900可以进一步包括关于图8概述和描述的方法800概述和描述的一个或多个步骤。发动机10通常包括限定径向邻近涡轮转子110的外部空气轴承210和径向邻近高速涡轮转子120的内部空气轴承210的第一涡轮轴承200以及联接到其上的HP轴34。涡轮转子110通常限定发动机10的低速涡轮转子110组件。发动机10包括延伸到第一涡轮轴承200并且与发动机10的燃烧区段26的压力增压室84流体连通的第一歧管260。第二歧管270联接到第一涡轮轴承200。第三歧管280联接到燃烧区段26并且提供从压力增压室84到压力调节阀300的流体连通。第二歧管270提供从第一涡轮轴承200到压力调节阀300的流体连通。图9中概述且在本说明书中描述的方法900可以提供诸如低速涡轮转子110和高速涡轮转子120的相互交叉涡轮区段90的操作和支承，同时还在高速涡轮转子120处提供热衰减。
方法900可以包括：在910处使空气从压力增压室流动到第一涡轮轴承；在920处使空气在外部空气轴承和低速涡轮转子毂之间流动；在930处使空气在内部空气轴承和HP轴之间流动；在940处使空气经由第二歧管从第一涡轮轴承流动至压力调节阀；以及在945处使空气从第一涡轮轴承流过高速涡轮转子的涡轮冷却回路。910、920、930和940处的步骤以及其各种实施例可以如分别关于在810、820、830和840处的步骤以及在其各种实施例中所描述的那样进行。
在各种实施例中，例如关于图4-6所示的，945处的步骤包括将来自第一涡轮轴承200的空气流231通过冷却孔口230流入高速涡轮转子120的涡轮冷却管道125。例如，在一个实施例中，参考关于图4-5所示和所述的发动机10，第一涡轮轴承200限定穿过其中的管道以提供来自第一歧管260和压力增压室84的压缩空气261并且通过与高速涡轮转子120的涡轮冷却回路125相邻的冷却孔口230流出，如由箭头231示意性描绘的。
在一个实施例中，方法900包括在950处使空气从燃烧区段的压力增压室经由第三歧管流动到压力调节阀，如关于方法800的步骤850所描述并且关于图1-7示出和描述的。
在另一个实施例中，方法900包括在960处使空气从外部空气轴承和低速涡轮转子毂之间流动到涡轮区段的核心流动路径，诸如关于方法800的步骤860所描述的并且关于图1-8所示和所述的。
在又一个实施例中，使空气流动到高速涡轮转子120的涡轮冷却回路125包括在970处调制或调整从第一涡轮轴承200排出到涡轮冷却回路125中的压缩空气231的流量和/或压力。例如，参考图6-7，调制或调整压缩空气231的流量和/或压力可以包括独立于第一歧管260使空气从第四歧管290流动。
在又一个实施例中，方法900可以进一步包括在980处监测来自第二歧管的空气压力与来自第三歧管的空气压力的差。例如，监测空气压力差包括第二歧管270中的压缩空气271与第三歧管280中的压缩空气281之间的差。压缩空气281或更具体地压缩空气281的压力向压力调节阀300提供用于操作压力调节阀300的参考压力或肌肉空气，以保持第一涡轮轴承200处的压缩空气261的期望压力，以用于维持第一涡轮轴承200与毂105和HP轴34中的每一个之间的期望间隙或间隔。
在各种实施例中，方法900可包括：在922处提供来自外部空气轴承和低速涡轮转子毂之间的第一空气供应；在924处提供来自内部空气轴承和HP轴之间的第二空气供应；以及在926处使第一空气供应和第二空气供应通过第二歧管流动到压力调节阀。如关于方法800的步骤822和824所描述的，可以基本上类似地执行922和924处的步骤。
方法900在926处可以包括从环形腔体218和第一腔体245收集空气271，使得空气271的压力被标准化，并且通过第二歧管270排出，如图3-7中的箭头271示意性所示。方法900在926处可以进一步包括从环形腔体218、第一腔体245和第二腔体255收集空气271，使压力标准化并且通过第二歧管270排出空气271。例如，在一个实施例中，926处的步骤包括使第一空气供应和第二空气供应通过第二歧管270流动到压力调节阀300。
现参考图10，整体上提供概述燃气涡轮发动机的热管理的示例性方法1000(本说明书中称作“方法1000”)的流程图。方法1000可以提供相互交叉涡轮区段90的低速涡轮转子110的热衰减，如关于图1-7所示和所述的。方法1000还可以包括方法800和/或方法900并且关于图8-9进行概述和描述的一个或多个步骤。
方法1000可以包括：在1010处使空气从压力增压室流动到第一涡轮轴承；在1020处使空气在外部空气轴承和低速涡轮转子毂之间流动；在1030处使空气在内部空气轴承和HP轴之间流动；以及在1040处使空气从第一涡轮轴承经由第二歧管流动至压力调节阀。1010、1020、1030和1040处的步骤以及其各种实施例可以如分别关于在810、820、830和840处的步骤以及在其各种实施例中所描述的那样进行。
方法1000进一步包括在1047处使空气从第一涡轮轴承经由第二歧管流动到外直径(OD)次级流动路径。例如，方法1000在1047处可以包括使压缩空气271从第二歧管270流过联接到外部涡轮壳体155并且与OD次级流动路径71流体连通的涡轮冷却供应歧管275，如图5中的箭头276示意性地示出的。
在方法1000的一个实施例中，在1047处，使空气276流过OD次级流动路径71可以包括打开单向阀(例如，单向阀310)，例如通过限定第二歧管270中的空气271的压力，以克服涡轮冷却供应歧管275处的单向阀310。在各种实施例中，方法1000在1047处可以包括在LTO的巡航功率条件或更高的条件下操作发动机10。
在一个实施例中，方法1000还可以包括在1049处使空气从OD次级流动路径流动到核心流动路径。例如，关于图5，由箭头276示意性示出的压缩空气从涡轮冷却供应歧管275通过OD次级流动路径71而流动到核心流动路径70中。更具体地，压缩空气276靠近低速涡轮转子110的外部护罩114和外部护罩翼型件118流动以提供冷却。在各种实施例中，压缩空气276可进一步流向OD次级流动路径71内的下游端98，以进一步提供沿着低速涡轮110的冷却。
在另一个实施例中，方法1000还可以包括在1090处使空气从压力调节阀流动到较低压力槽。例如，参考图5，在1090处，方法1000可包括使空气299从压力调节阀300流至密封系统以管理或控制低速涡轮转子110的外部护罩114与大体上非旋转的涡轮框架295之间的径向空隙或间隙，如，经由外直径密封组件(例如，密封组件400)。作为另一个例子，方法1000在1090处可以包括使空气299流动到核心流动路径70外部的环境条件。在各种实施例中，方法1000在1090处包括在巡航功率条件(例如，进近、着陆、滑行、或通常在低压/低海拔条件下)下操作发动机10。
在各种实施例中，方法1000可以进一步包括关于方法800和方法900示出和描述的步骤，诸如与这里的步骤1022、1024、1026、1045、1050、1060、1070或1080相称的步骤822、824、926、945、850、860、970或980。
现在参考图11，大体上提供了操作涡轮框架与相互交叉涡轮区段的外部护罩转子之间的密封组件的方法的另一个示例性实施例(下文为“方法1100”)。方法1100还可以包括方法800、方法900和/或方法1000并且关于图8-10进行概述和描述的一个或多个步骤。方法1100提供了相互交叉涡轮发动机的外部护罩或鼓转子与大体上非旋转的涡轮框架之间的间隙的控制。在各种实施例中，方法1100可利用大体上关于图1-10所示和所述的发动机10实施。方法1100大体上减轻涡轮区段90的旋转部件之间和一个或多个涡轮框架之间的泄漏或过大泄漏，涡轮框架包括外部护罩114的外径与框架295之间的吸气面密封组件。
方法1100的一个实施例包括在1110处使空气从压缩机区段流至相互交叉涡轮区段的可旋转的外部护罩；以及在1120处至少基于涡轮发动机的发动机状态来调整至外部护罩的空气流。在各种实施例中，使空气从压缩机区段流动可包括使空气从压缩机区段21直接流至涡轮区段90。其它实施例包括如关于方法800、900和1000所述使空气流动，如，穿过第一涡轮轴承200。
在一个实施例中，在1120处，调整至外部护罩的空气流至少基于涡轮区段的排出气体温度(EGT)和外部护罩的转速。例如，调整空气流基于函数、查找表、传递函数和关于涡轮区段90的旋转构件(例如，大体上是低速涡轮转子110，或特别是外部护罩114、高速涡轮转子120、多个高速涡轮转子翼型件122，等)的热膨胀系数的曲线。调整空气流可进一步基于低速涡轮转子110、高速涡轮转子120或其部分(例如，外部护罩114、外部护罩翼型件118、第二涡轮翼型件122，等)的转速中的一个或多个。因此，在各种实施例中，在1120处，调整空气流进一步基于与包括外部护罩的第一涡轮转子相互交叉的第二涡轮转子的转速。
在另一个实施例中，方法1100在1120处还包括在1130处确定外部护罩与第二涡轮转子的多个第二涡轮翼型件的径向外端之间的期望间隙。期望的间隙大体上是穿过一个或多个密封件(例如，吸气面密封组件)或多个第二涡轮翼型件122的径向外端或尖端与低速涡轮转子110的外部护罩114的内径之间的期望或最大可接受的空气泄漏的函数。
作为另一个实施例，在1120处，方法1100还包括在1140处确定外直径密封组件与外部护罩之间的期望的径向间隙；以及在1150处确定外直径密封组件与外部护罩之间的期望的轴向间隙。在又一个实施例中，方法1100还包括在1160处加压外直径密封组件的第一侧，其中加压第一侧提供外部护罩与外直径密封组件之间的空气流。例如，加压外直径密封组件的第一侧包括加压外部护罩与涡轮框架之间的吸气面密封组件。
现在参考图13，外直径密封组件400可限定涡轮框架295与大体上提供的低速涡轮110的外部护罩114之间的吸气面密封组件。密封组件400包括构造成沿纵向方向L铰接的缩回或滑动部分294。滑动部分294限定在涡轮框架295与外部护罩114之间。涡轮框架295还包括相对于滑动部分294的弹簧座505反应的弹簧结构500(图14)，以允许滑动部分294沿纵向方向L铰接。
外直径密封组件400限定滑动部分294的纵向面350径向内侧的次级齿401。在各种实施例中，次级齿401和主齿402分别大体上限定在旋转部件上，如，低速涡轮转子110的外部护罩114。次级齿401与滑动部分294的纵向面350之间的空间限定径向间隙315。外直径密封组件400进一步限定轴向邻近滑动部分294的径向面360的主齿402。主齿402与滑动部分294的径向面360之间的空间限定轴向间隙325。当发动机10开始旋转且从低功率或低温状态提高(例如，起动/点火、怠速、飞行怠速等)时，由箭头410示意性所示的空气流过次级齿401和主齿402。压降由在次级齿401与纵向面350之间生成的流410中的限制物产生。压降产生沿朝外部护罩114相对于滑动部分294作用的力，使得滑动部分294移动到更接近主齿402(即，轴向间隙325减小)。在发动机状态提高时，主齿402与径向部分360之间的轴向间隙325变得小于次级齿401与纵向部分350之间的径向间隙315。在期望的操作状态下(例如，航空设计点，或中功率或高功率状态中的一个或多个，包括但不限于巡航、爬升、起飞或进近)，次级齿401作用为主流动限制物，以减轻穿过外直径密封组件400的非期望泄漏，从而改善相互交叉涡轮区段90的效率。
仍参考图12，滑动部分294大体上通过空气轴承525(如，图14中示意性所示)的平衡相对于轴向间隙325定位。由箭头420示意性所示，空气流经由穿过滑动部分294的径向面360的多个进给孔370进入和流出。空气420在滑动部分294与外部护罩114之间流出来生成空气轴承525(图14)。当轴向间隙325相对较大时，由箭头430示意性所示的空气流在外部护罩114与滑动部分294之间相对较小的压力累积的情况下流出。
当发动机10起动且升高到其操作点时，密封组件400上游的压力升高。次级齿401和主齿402产生穿过密封组件400的压降。压降引起高压闭合力525的增大，其作用于滑动部分294上，以引起其沿纵向方向L朝外部护罩114平移。当密封件294的滑动部分朝外部护罩114平移时，减小了滑动部分294上的第一轴承面373与外部护罩114上的第二轴承面377之间的空气轴承间隙375。空气流420由多个进给孔370喷射到空气轴承间隙375中。减小空气轴承间隙375引起流420中的限制物，其产生空气轴承力525。由于滑动部分294朝外部护罩114的继续平移，该空气轴承力525在空气轴承375减小时增大。空气轴承间隙375的闭合继续，直到开启力(例如，空气轴承力525、弹簧力510和其它开启力530)的和等于闭合力(例如，高压闭合力515、低压闭合力520)。此时，密封组件400是力平衡的，且将停止沿纵向方向L的平移。
在发动机操作期间，如果外部护罩114沿纵向方向L相对于滑动部分294的位置移动或平移，则空气轴承力525将沿纵向方向L转移，从而引起力的和变为失衡，且因此引起滑动部分294在与外部护罩114相同的沿纵向方向L的方向上移动，且恢复平衡间隙525。空气轴承力525的自动调整性质引起滑动部分294在与外部护罩114大致恒定的相对位置下操作，导致轴向间隙325在发动机的整个操作中保持大致恒定。穿过密封件的泄漏空气流410穿过间隙325计量，且至少大致恒定的间隙导致低和大体上受控的泄漏量。
仍参考图12和14，流430经由穿过滑动部分294的多个通风开口425，且在滑动部分294与外部护罩114之间流出，以与相对较低压力的核心流动路径70流体连通流出。
多个通风开口425可大体上限定延伸穿过涡轮框架295的离散通路(例如，穿过延伸穿过其间的涡轮框架295作为导管或通路的孔口或孔)。在各种实施例中，多个通风开口425限定为穿过滑动部分294的径向面360。多个通风开口425可成相邻周向布置设置成穿过滑动部分294。应认识到，通风开口425可限定大致圆形的横截面，或卵形、长方形、矩形或多边形的截面面积。更进一步，通风开口425可限定穿过其间的变化的横截面积，以便增大或减小穿过其间流出的空气的流动或压力。
在其它各种实施例中，多个进给孔370可大体上限定延伸穿过涡轮框架295的离散的通路，如，关于通风开口425所述。多个进给孔370和通风开口425中的每个可一起成交错周向布置，以便与彼此流体地断开(例如，图13中所示的横截面绘制在进给孔370处的第一周向位置处和通风开口425处的第二周向位置处)。
现在参考图13，大体上提供了包括涡轮框架295和外部护罩114处的密封组件400的涡轮区段90的一部分的另一个横截面视图。密封组件400大体上包括围绕穿过涡轮框架295的轴向中心线12设置成相邻周向布置的多个进给孔370。进给孔370与提供来自压缩机区段21的空气的歧管流体连通。
在一个实施例中，歧管是第五歧管292，其从压力调节阀300(图3-7中所示)延伸至涡轮框架295且联接到其上，以将加压空气流299、410提供至密封组件400。在另一个实施例中，歧管292从压缩机区段21(例如，低压压缩机22或高压压缩机24)直接地联接到涡轮框架295上，以将空气流299提供至密封组件400，以便提供如上文所述的空气299、410、420。
大体上提供的吸气密封组件400的各种实施例包括围绕外部护罩114和涡轮框架295的圆周延伸的大致环形的吸气密封组件400。次级齿401和主齿402可分别大致或完全沿周向且大体上邻近环形涡轮框架295延伸。因此，次级齿401和主齿402可一起提供旋转外部护罩114与静止涡轮框架295之间的空气的密封，从而改善发动机效率和性能，且减轻可不利地影响相互交叉涡轮区段90的泄漏。
如前文所述，密封组件400可直接从压缩机区段21接收空气的一部分，以便提供本说明书所述的流410和420。在其它实施例中，密封组件400可从第一涡轮轴承组件200接收部分空气，如，由大体上来自压力调节阀300的流299提供。在其它实施例中，密封组件400可从压缩机区段21接收部分空气到压力调节阀300，以便提供围绕外部护罩114和密封组件400的圆周大体上一致的压力。
回头参考图11和方法1100，在各种实施例中，在1140处确定期望的径向间隙包括确定滑动部分294的纵向面350与次级齿401之间的径向间隙315处的期望的距离或位移。在其它实施例中，在1150处确定期望的轴向间隙包括确定径向面360与主齿402之间的轴向间隙325处的期望距离或位移。
在其它各种实施例中，如，关于图12-14中所述，方法1100还包括在1111处生成外部护罩与滑动部分之间的空气轴承。
在另一个实施例中，如关于图12-14所述，方法1100在1111处还包括在1112处将空气流引导穿过限定在次级齿与滑动部分的纵向面之间的径向间隙；以及在1113处将空气流引导穿过限定在主齿与滑动部分的径向面之间的轴向间隙。
在各种实施例中，如关于图12-14所示和所述，方法1100在1111处还包括在1114处生成穿过次级齿和主齿的高压流；以及在1115处使高压流经由与发动机的核心流动路径流体连通的通风开口流出。在其它各种实施例中，如关于图12-14所示和所述，方法1100还包括在1116处经由高压流生成主齿附近的滑动部分处的开启力；以及在1117处使空气流穿过限定在密封组件的滑动部分与外部护罩的纵向部分之间的腔流出。
参考另一实施例，方法1100还包括在1170处使空气从压缩机区段流至与外部护罩的多个外部护罩翼型件(例如，从外部护罩114沿径向向内延伸的外部护罩翼型件118)相互交叉的第二涡轮转子(例如，高速涡轮转子120)。在一个实施例中，使空气流至第二涡轮转子包括使空气流至第二涡轮转子的内径来减轻径向热增长。例如，回头参考图3-7，内径可包括高速涡轮转子120的涡轮冷却回路125。涡轮冷却回路125可将空气流设置到多个高速涡轮转子翼型件122，以有助于减轻或控制热增长，且因此控制间隙或空隙(例如，多个高速涡轮翼型件122与外部护罩114的内径之间的径向间隙或空隙，如，在核心流动路径70内附近)。
在另一个实施例中，方法1100包括在1172处生成穿过主流动路径(例如，核心流动路径70)和次级流动路径(例如，次级流动路径71)的空气的流动和压力；在1174处将空气的至少一部分引导至外部护罩与涡轮框架(例如，外部护罩114和涡轮框架295)之间的密封组件(例如，吸气密封组件400)；以及在1176处基于一个或多个发动机操作状态(例如，降落/起飞循环)沿纵向方向且围绕外部护罩的圆周引导空气的至少一部分。
在又一个实施例中，方法1100还包括在1178处将空气的至少一部分引导至设置在外部护罩的径向内侧的第二涡轮转子。该部分空气提供第二涡轮转子处的热衰减，以减轻第二涡轮转子的径向增长。
在又一个实施例中，方法1100包括在1180处基于查找表、传递函数和曲线中的一个或多个确定外部护罩和第二涡轮转子中的一个或多个处的空气的期望的流动或压力。如前文所述，函数、曲线、表格等至少是以下的函数：外部护罩114和第二涡轮转子(例如，高速涡轮转子120)相对于外部护罩114的转速、第二涡轮转子(例如，高速涡轮转子120)的转速中的一个或多个的径向尺寸、排出气体温度(例如，涡轮区段90处的燃烧气体86的温度)、相对于低速涡轮转子110的外部护罩114的材料热膨胀常数或系数，以及相对于第二涡轮转子(例如，高速涡轮转子120，或更确切地说，多个高速涡轮转子翼型件122)的材料热膨胀常数或系数。
通过提供改进的燃料效率、运行效率和/或功率输出，同时维持或减轻重量、零件数量和/或包装，本说明书中显示和描述的涡轮区段90可以改进现有的涡轮区段。减轻外直径转子与静止界面(例如，外部护罩114与涡轮框架295)处的泄漏的间隙控制和结构的方法可允许通过相互交叉涡轮区段90的发动机10的性能和效率改善，同时减轻关于外径泄漏的损失。在高速涡轮转子120的多个高速涡轮翼型件122之间相互交叉的低速涡轮转子110的多个外部护罩翼型件118可以通过移除每个旋转部件之间的固定翼型件的级来减少包装并减少部件数量。另外，涡轮区段90可提供与减速齿轮箱相当的效率益处，而不增加发动机10的重量或尺寸(例如轴向长度)。作为燃烧区段26下游的第一级的低速涡轮转子110可通过减少不适于产生燃烧气体86的冷却空气来进一步提高发动机效率，从而允许来自压缩机区段21的更多能量用于燃烧和发动机10的操作。此外，去除燃烧区段26和涡轮区段90的低速涡轮转子110之间的喷嘴引导叶片可以减少或消除与沿着核心流动路径70的环形空间的燃烧气体中的热点有关的设计约束。
本说明书中大体上示出且描述的涡轮区段90的各种实施例可构造为安装到鼓、或毂、或一体式的装有轮叶的转子(IBR)或装有轮叶的盘、或其组合中的个别轮叶。轮叶、毂或装有轮叶的盘可由陶瓷基质复合(CMC)材料和/或适合于燃气涡轮发动机热区段的金属形成，金属例如但不限于，镍基合金、钴基合金、铁基合金或钛基合金，所述合金中的每一个可包括但不限于铬、钴、钨、钽、钼和/或铼。涡轮区段90或其部分或其部分的组合，包括内部护罩112、外部护罩114、连接翼型件116、多个外部护罩翼型件118和/或多个内部护罩翼型件119，可以使用增材制造或3D打印、或铸造、锻造、机加工、或由3D打印模具形成的铸件或其组合来形成。可使用例如螺母、螺栓、螺钉、销钉或铆钉等紧固件或使用例如焊接、钎焊、粘合、摩擦或扩散粘合等接合方法或紧固件和/或接合方法的组合来机械地接合涡轮区段90或其部分，例如旋转部件110、120、130的各级、外部护罩114、内部护罩112、和/或各种护罩、密封件和其他细节。又另外，应理解，包括内部和/或外部护罩112、114的低速涡轮转子110可并入有允许差动膨胀的特征。此类特征包括但不限于上述制造方法、各种护罩、密封件、材料和/或其组合。
图1-14中所示且在本说明书所述的系统和方法提供了用于减小相互交叉涡轮发动机的涡轮区段中的流动路径泄漏的方法和结构，其可减少燃料消耗、提高可操作性、提高发动机性能和/或功率输出，同时保持或减少重量、零件数和/或包装(例如，径向和/或轴向尺寸)。本说明书中所提供的系统可允许优于例如涡轮风扇的现有燃气涡轮发动机构造，增大高旁路比和/或总压力比，同时相对于具有类似动力输出的其它燃气涡轮发动机维持或减小包装。本说明书中所描述的系统可促进提高旁路比和/或总压力比且由此提高燃气涡轮发动机的总效率。
更进一步，本说明书中所描述且在图1-14中所示出的系统和方法可减小流动面积与燃气涡轮发动机的转速的平方的乘积(乘积在本说明书中被称作“AN2”)。例如，关于图1-14示出和描述的发动机10相对于常规的齿轮传动的涡轮风扇构造可大体上减小AN2。一般来说，例如通过减小转速和/或流动面积而减小AN2增加了所需的平均级功系数(即旋转翼型件的每个级上所需平均负载量)。然而，本说明书中所描述的系统可减小AN2，同时还减小平均级功系数且通过在高速涡轮转子120和中速涡轮130的一个或多个级中的相互交叉低速涡轮转子110来维持涡轮区段90的轴向长度(与具有类似推力输出和包装的发动机比较)，同时还限定朝向涡轮区段90的下游端98的非相互交叉的涡轮结构(即内部护罩112和多个内部护罩翼型件119)。因此，低速涡轮转子110可增加翼型件的旋转级的数量，同时减小平均级功系数，且因此减小AN2，同时减少轴向长度的增加以产生类似的AN2值。低速涡轮转子110可进一步减小AN2，同时相对于具有类似动力输出和/或包装的燃气涡轮发动机的涡轮区段额外减少在涡轮区段90中旋转和固定的翼型件的总数量。
此外，图1-14中所示且本说明书所述的系统和方法通过使高速涡轮转子120的前方或上游99的低速涡轮转子110相互交叉布置，可以进一步提高发动机效率，减少翼型件数量，减少发动机重量和/或减轻燃烧区段设计约束。例如，将低速涡轮转子110的第一级限定为紧邻燃烧区段26的下游98，而在其之间没有第一涡轮叶片或喷嘴引导叶片，并且限定低速涡轮转子110与高度涡轮转子120反向旋转，与固定的第一涡轮叶片或喷嘴引导叶片相比，可以减少总体燃烧热点对低速涡轮转子110的第一级的影响。这样，本说明书描述的涡轮区段90和发动机10可以通过去加重热点或燃烧模式因子来移除对燃烧区段26设计的约束，以有利于其他设计标准，诸如减少排放物，改善贫油熄火(LBO)和/或高度重新点火，可提高部分或全部操作范围的整体可操作性，或增加操作范围。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳方式，并且还使所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书限定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。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 (10)

1.一种燃气涡轮发动机，包括：
涡轮转子，其包括内部护罩、外部护罩和联接所述内部护罩和所述外部护罩的至少一个连接翼型件，其中所述外部护罩包括沿径向方向向内延伸的多个外部护罩翼型件；
至少部分地包绕所述涡轮转子的涡轮框架；以及
包括设置在所述涡轮框架与所述涡轮转子的外部护罩之间的滑动部分的外直径密封组件，其中所述外直径密封组件限定所述滑动部分的纵向面的径向内侧的所述外部护罩处的次级齿，以及轴向限定在所述滑动部分的径向面的附近的主齿。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述滑动部分的径向面限定穿过其间的多个进给孔，并且其中空气流穿过其间进入和流出。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述次级齿和所述主齿分别限定在所述涡轮转子的外部护罩上。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述次级齿和所述滑动部分的纵向面一起限定其间的径向间隙。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述主齿和所述滑动部分的径向面一起限定其间的轴向间隙。
6.一种操作用于相互交叉涡轮发动机的静止涡轮框架与外部护罩转子之间的密封组件的方法，所述方法包括：
使空气从压缩机区段流至相互交叉涡轮区段的可旋转外部护罩；
在所述外部护罩与所述密封组件的滑动部分之间生成的空气轴承；以及
至少基于所述涡轮发动机的发动机状态调整至所述外部护罩的空气流。
7.根据权利要求6所述的方法，其中生成所述空气轴承包括：
将所述空气流引导穿过限定在次级齿与涡轮框架的纵向面之间的径向间隙；以及
将所述空气流引导穿过限定在主齿与所述滑动部分的径向面之间的轴向间隙。
8.根据权利要求7所述的方法，其中生成所述空气轴承还包括：
生成穿过所述次级齿和所述主齿的高压流；以及
使所述高压流经由与所述发动机的核心流动路径流体连通的通风开口流出。
9.根据权利要求6所述的方法，其中调整至所述外部护罩的空气流还包括：
确定所述外部护罩与所述第二涡轮转子的多个第二涡轮翼型件的径向外端之间的期望的间隙。
10.根据权利要求6所述的方法，其中调整至所述外部护罩的空气流还包括：
确定外直径密封组件与所述外部护罩之间的期望径向间隙；以及
确定所述外直径密封组件与所述外部护罩之间的期望的轴向间隙。
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