CN110139976B - 用于涡轮发动机的颗粒分离器组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于涡轮发动机的方法和设备，涡轮发动机具有以轴向流动布置的压缩机区段，燃烧区段和涡轮区段，其中冷却回路与压缩机区段，燃烧区段或涡轮区段中的至少一个流体连通。该方法和设备还包括从流过冷却回路的冷却空气中分离颗粒。

Description

用于涡轮发动机的颗粒分离器组件
背景技术
发动机，特别是燃气涡轮发动机，是从通过发动机的燃烧气体流中提取能量到多个涡轮叶片上的旋转发动机。燃气涡轮发动机已经用于陆地和航海运动和发电，但是最常用于航空应用，例如用于飞行器，包括直升机。在飞行器中，燃气涡轮发动机用于推进飞行器。在地面应用中，涡轮发动机通常用于发电。另外，其中脏流体流例如包含颗粒物质的流体系统可包括例如在水箱或发电厂中的下游发动机。
用于飞行器的燃气涡轮发动机设计成在高温下操作，以使发动机效率最大化，因此可能需要冷却某些发动机部件，例如高压涡轮和低压涡轮。通常，通过将来自高压和/或低压压缩机的更冷的空气输送到需要冷却的发动机部件来完成冷却。虽然涡轮空气是高温，但它相对于压缩机空气更冷，并且可用于冷却涡轮机。当冷却涡轮时，冷却空气可以供应到各种涡轮部件，包括涡轮叶片的内部和涡轮护罩。
发动机进气中的颗粒，如灰尘，粉尘，沙子，火山灰和其他环境污染物会导致严重的压缩机腐蚀。当颗粒移动通过发动机时，它们可能在燃烧气体中熔化并随后在涡轮流动路径表面上再凝固。涡轮冷却空气中携带的颗粒可能由于冷却通道的沉积和堵塞而导致冷却损失。所有这些影响都会导致飞行器环境的运行时间缩短或“发动机在翼时间(time-on-wing)”缩短。在涡轮发动机暴露于大量空气传播颗粒的全球某些运行环境中，这个问题更加严重。
发明内容
在一个方面，一种涡轮发动机包括：发动机芯，其具有以轴向流动布置的压缩机区段，燃烧区段和涡轮区段；冷却空气回路，其与压缩机区段，燃烧区段或涡轮区段中的至少一个流体连通；颗粒分离器，其流体地联接到冷却回路并限定冷却空气通道，冷却回路中的至少一些冷却空气经过该冷却空气通道；和热交换器，其具有与颗粒分离器成一体的至少一个流体通道。
在另一方面，一种颗粒分离器组件包括颗粒分离器和热交换器，颗粒分离器和热交换器形成整体结构，颗粒分离器具有限定气流通道的外壳，并且热交换器具有形成在外壳的至少一部分中的冷却剂通道。
在又一方面，一种利用限定气流通道和清扫通道的颗粒分离器从气流中分离颗粒的方法，该方法包括使空气流过气流通道，通过改变主气流的温度来将颗粒从气流中抽出。
附图说明
在附图中：
图1是图1的燃气涡轮发动机的横截面视图。
图2是包括颗粒分离器和热交换器的颗粒分离器组件的立体视图。
图3是来自图2的颗粒分离器组件的横截面视图。
图4是示出了气流模式的图2的相同立体视图。
图5是具有热交换器的图2的颗粒分离器的第二实例的立体视图。
图6是来自图5的颗粒分离器的横截面视图。
图7是具有冷却空气回路的图1的简化示意图。
图8是具有另外的示例性冷却空气回路的图1的简化示意图。
具体实施方式
所描述的本发明的实施例涉及与颗粒分离器组件的颗粒去除相关的系统，方法和其他装置，其中颗粒分离器与热交换器是一体的。出于说明的目的，将关于飞行器燃气涡轮发动机描述本发明。然而，应该理解，本发明不限于此，并且可以在非飞行器应用中具有普遍适用性，例如其他移动应用和非移动工业，商业和住宅应用。
如本文所用，术语“轴向”或“轴向地”是指沿着发动机的纵向轴线或沿着设置在发动机内的部件的纵向轴线的尺寸。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“前”指的是在朝向发动机入口的方向上移动，或者部件与另一个部件相比相对更靠近发动机入口。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“后”是指相对于发动机中心线朝向发动机的后部或出口的方向。
如本文所用，术语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线，外部发动机圆周，或设置在发动机内的圆形或环形部件之间延伸的尺寸。术语“近向”或“近向地”的单独使用，或者与术语“径向”或“径向地”结合使用，是指在朝向中心纵向轴线的方向上移动，或者部件与另一个部件相比相对更靠近中心纵向轴线。
如本文所用，术语“切向”或“切向地”是指相对于发动机的纵向轴线或设置在其中的部件的纵向轴线垂直于径向线延伸的尺寸。
所有方向参考(例如，径向，轴向，上，下，向上，向下，左，右，侧向，前，后，顶部，底部，上方，下方，竖直，水平，顺时针，逆时针)仅用于识别目的以帮助读者理解本公开，并且不产生限制，特别是关于其位置，取向或用途。连接参考(例如，附接，联接，连接和连结)将被广义地解释，并且除非另有指示，否则可包括元件的集合之间的中间构件和元件之间的相对移动。因此，连接参考不一定推断两个元件直接连接并且处于彼此固定关系。示例性附图仅用于说明的目的，并且附图中反映的尺寸，位置，顺序和相对大小可以变化。
图1是用于飞行器的燃气涡轮发动机10的示意性横截面图。发动机10具有大致纵向延伸的轴线或中心线12，其从前部14延伸至后部16。发动机10以下游串行流动关系包括：风扇区段18，其包括风扇20；压缩机区段22，其包括增压器或低压(LP)压缩机24和高压(HP)压缩机26；燃烧区段28，其包括燃烧器30；涡轮区段32，其包括HP涡轮34和LP涡轮36；和排气区段38。
风扇区段18包括围绕风扇20的风扇壳体40。风扇20包括绕中心线12径向设置的多个风扇叶片42。HP压缩机26，燃烧器30和HP涡轮34形成发动机10的芯44，其产生燃烧气体。芯44由芯壳体46围绕，芯壳体46可与风扇壳体40联接。
绕发动机10的中心线12同轴设置的HP轴或线轴48将HP涡轮34驱动地连接到HP压缩机26。在较大直径环形HP线轴48内绕发动机10的中心线12同轴设置的LP轴或线轴50将LP涡轮36驱动地连接到LP压缩机24和风扇20。线轴48,50可绕发动机中心线旋转并联接到多个可旋转元件，多个可旋转元件可共同限定转子51。
LP压缩机24和HP压缩机26分别包括多个压缩机级52,54，其中一组压缩机叶片56,58相对于相应的一组静态压缩机轮叶60,62(也称为喷嘴)旋转，以压缩或加压通过该级的流体流。在单个压缩机级52,54中，多个压缩机叶片56,58可以被设置成环，并且可以相对于中心线12从叶片平台径向向外延伸到叶片尖端，而相应的静态压缩机轮叶60,62定位在旋转叶片56,58的上游并与旋转叶片56,58相邻。应注意，图1中所示的叶片，轮叶和压缩机级的数量仅被选择用于说明目的，并且其他数量是可能的。
用于压缩机级的叶片56,58可以安装到盘61上，盘61安装到HP和LP线轴48,50中相应的一个，其中每个级具有其自己的盘61。用于压缩机级的叶片60,62可以以周向布置安装到芯壳体46。
HP涡轮34和LP涡轮36分别包括多个涡轮级64,66，其中一组涡轮叶片68,70相对于相应的一组静态涡轮轮叶72,74(也称为喷嘴)旋转，以从通过该级的流体流提取能量。在单个涡轮级64,66中，多个涡轮叶片68,70可以被设置成环，并且可以相对于中心线12从叶片平台径向向外延伸到叶片尖端，而相应的静态涡轮轮叶72,74定位在旋转叶片68,70的上游并与旋转叶片68,70相邻。应注意，图1中所示的叶片，轮叶和涡轮级的数量仅被选择用于说明目的，并且其他数量是可能的。
用于涡轮机级的叶片68,70可以安装到盘71上，盘71安装到HP和LP线轴48,50中的相应一个上，其中每个级具有专用盘71。用于压缩机级的轮叶72,74可以以周向布置安装到芯壳体46。
与转子部分互补，发动机10的静止部分(例如，压缩机区段22和涡轮区段32中的静态轮叶60,62,72,74)也被单独地或共同地称为定子63。这样，定子63可以指整个发动机10中的非旋转元件的组合。
在操作中，离开风扇区段18的气流被分开，使得一部分气流被引导到LP压缩机24中，然后LP压缩机24将加压气流76供应到HP压缩机26，HP压缩机26进一步加压空气。来自HP压缩机26的加压气流76与燃烧器30中的燃料混合并被点燃，从而产生燃烧气体。通过HP涡轮34从这些气体中提取一些功，其驱动HP压缩机26。燃烧气体被排放到LP涡轮36中，LP涡轮36提取额外的功以驱动LP压缩机24，并且排气最终经由排气区段38从发动机10排出。LP涡轮36的驱动对LP线轴50进行驱动，以使风扇20和LP压缩机24旋转。
一部分加压空气流76可以从压缩机区段22中抽出作为引气77。引气77可以从加压气流76中抽出并提供给需要冷却的发动机部件。进入燃烧器30的加压气流76的温度显著增加。因此，由引气77提供的冷却对于在升高的温度环境中操作这种发动机部件是必要的。
剩余部分的气流78绕过LP压缩机24和发动机芯44并通过静止轮叶排(更具体地，出口导向轮叶组件80)离开发动机组件10，出口导向轮叶组件80包括风扇排气侧84处的多个翼型导向轮叶82。更具体地，在风扇区段18附近使用周向的一排径向延伸的翼型导向轮叶82，以对气流78施加一些方向控制。
由风扇20供应的一些空气可绕过发动机芯44并用于冷却发动机10的部分(尤其是热部分)，和/或用于冷却或驱动飞行器的其他方面。在涡轮发动机的情况下，发动机的热部分通常在燃烧器30(尤其是涡轮区段32)的下游，其中HP涡轮34是最热部分，因为它直接位于燃烧区段28的下游。其他冷却流体源可以是但不限于从LP压缩机24或HP压缩机26排出的流体。颗粒分离器组件86可以流体地联接到发动机芯的任何部分，使得一些空气经过颗粒分离器组件86。
图2是颗粒分离器组件86的立体视图。颗粒分离器组件86包括颗粒分离器88，颗粒分离器88具有外壳100，外壳100具有一组壁102。该组壁102可以是呈现任何形状或形式的多个壁。至少一个气流通道104部分地由该组壁102限定。
结构管道110设置在气流通道104内以限定清扫通道106。在示例性图示中，结构管道110包括限定三个不同的腔室的一组通风室108。尽管示出了三个腔室，但应该理解的是，可以预期更多或更少的腔室，作为非限制性示例，限定清扫通道106的单个腔室是可能的。
该组通风室108可以由作为非限制性示例钢的一块连续的材料形成，使得两个基本上倾斜的表面112朝向彼此倾斜并且终止于平行的面对壁114。一对弯曲端116垂直于平行面对壁114形成，并且远离一对弯曲端116中的另一个弯曲端弯曲。颗粒排出通道128由平行面对壁114限定，以将至少一个气流通道104流体地联接到清扫通道106。应该理解的是，虽然描述了一块连续的材料，但是该组通风室108的形状和形式可以来自任何材料，包括作为非限制性示例的焊接在一起的多块材料，或通过增材制造而不是弯曲形成的单个清扫通道106。应该进一步理解的是，结构管道110可以位于如图所示的多个气流通道104中。本文的描述仅用于说明目的，而不是限制性的。
热交换器130与颗粒分离器88是一体的，并且包括盖132，盖132进一步限定至少一个气流通道104的至少一部分。供应通道134设置在盖132内。热交换器130包括至少一个流体通道136，其位于一组壁102内并且流体地联接到供应通道134。至少一个流体通道136可以是多个流体通道(以虚线示出)，并且作为非限制性示例示出为在该组壁102内从供应通道134朝向清扫通道106延伸。排放通道138也设置在该组壁102内、靠近清扫通道106，并且流体地联接到每个流体通道136。
供应通道134、流体通道136和排放通道138可以是任何类型的流体通道，并且不需要是离散的通道。作为非限制性示例，通道可以是设置在盖132或该组壁102内或在它们中的一个或两个中的销组(pin bank)通道或多孔材料。非限制性实例仍将起到保持与本文所述的流体通道134,136和138一样的均匀流动长度的作用。
应当理解，虽然颗粒分离器88和热交换器130是一体的并且可以形成整体结构140，但是限定颗粒分离器88的气流通道和清扫通道106与限定热交换器的供应通道134，流体通道136和排出通道138流体隔离。
应进一步理解，颗粒分离器组件86可以是一体结构而不形成整体结构140。供应通道134，流体通道136和排放通道138可以是单独的部件，其在组装时与颗粒分离器88热接触。作为非限制性示例，流体通道136可以设置在该组壁102的外部。如图所示，流体通道136设置在该组壁102内，以形成本文所述的整体结构140。
转到图3，作为非限制性示例，至少一个气流通道104可具有由多个拐角141限定的波形。相对于整个颗粒分离器组件86居中定位的本体轴线122示出了颗粒分离器组件86的非恒定尺寸，使得当从该组壁102的外部测量到本体轴线时，将测量到不同的尺寸D。沿着多个拐角141中的至少一个拐角设置至少一个钩部142。经过气流通道104的空气120将连续地改变方向并围绕多个拐角141移动。进一步预期空气中的颗粒可以被捕获在至少一个钩部142中，使得当空气经过气流通道104时，它变得越来越清洁。尽管用至少一个钩部142示出，但应该理解的是，钩部142并不意味着限制并且是可选的，使得钩部可以在某种程度上是颗粒分离器88的一部分或者根本不是。
转到图4，将使用图2的图示描述利用整体结构140的冷却空气回路144的一部分。作为主气流150的冷却空气120被引入至少一个气流通道104。主气流150可以是发动机内的任何空气(例如从压缩机区段22，燃烧区段28或涡轮区段32中的一个转移的空气)，并且需要清洁。主气流150如本文所述移动通过气流通道104，使得一些颗粒被一组钩部142捕获。主气流150内的其他颗粒152从主气流中移除，因为颗粒152可以经过颗粒排出通道128并进入清扫通道106。较重的颗粒152可以由于重力而经过颗粒排出通道128，但是还可以预期，由于热泳，额外的颗粒152从主气流150中抽出并且经过颗粒排出通道128。
为了发生热泳，将流体154作为流体供应156引入供应通道134。流体供应156移动通过流体通道136并离开进入排放通道138。流体154可以是非限制性示例的液体冷却剂或旁路空气。流体154可以是任何温度，其中流体154比主气流150相对更暖或更冷。流体供应156和主气流150之间的温差可归因于热泳。
当颗粒从热区域移动到冷区域时，热泳被标记为正，而当颗粒从冷区域移动到热区域时，热泳被标记为负。通常，较重/较大的颗粒表现出远离较暖区域的正行为。因此，在非限制性示例中，如果相对较暖的流体被引入供应通道134，则气流通道内的主气流150中的较大颗粒将远离壁102，远离盖132，并朝向清扫通道106移动，以经过颗粒排出通道128并被一组通风室108捕获。同样地，如果较冷的流体被引入供应通道134，则较大的颗粒将朝向壁102移动，使得它们撞击壁并从壁102向下滚入清扫通道106中，并被该组通风室108捕获。
从气流分离颗粒的方法包括首先使主空气150流过气流通道104，然后通过改变主气流150的温度将颗粒吸向清扫通道106，如本文所述。该方法可以进一步包括将冲洗气流158引入清扫通道106。冲洗气流158可以有助于去除该组通风室108内的捕获颗粒。主气流150作为更清洁的空气160离开气流通道，并且根据需要被引向压缩机区段22，涡轮区段32或燃烧区段28中的一个。冲洗气流158作为脏气流162离开并且可以被再处理以进行清洁，重新引入涡轮流动路径以远离对颗粒敏感的部件，或从发动机芯排放到风扇流。
图5示出了替代的颗粒分离器组件186。第二颗粒分离器组件186在功能上类似于图2中所示的示例性颗粒分离器组件86，因此相同的部分将用相同的数字增加100来识别。应当理解，除非另有说明，否则第一颗粒分离器组件86的相同部分的描述适用于第二颗粒分离器组件186。
第二颗粒分离器组件186包括作为非限制性示例的旋风分离器188。旋风分离器188包括一组壁202。该组壁202可形成限定气流通道204的柱形外壳200。入口管道205流体地联接到气流通道204。排气管207延伸通过柱形外壳200的顶部或顶板232，以限定气流通道204的内边界209。
该组壁202还可以形成从柱形外壳200延伸的、具有如从本体轴线222测量的一些非恒定尺寸的外壳，作为非限制性示例，基本上锥形的外壳211。锥形外壳211可以限定沿着本体轴线222变化的半径R。颗粒排出口228设置在锥形外壳211的基部215处并且与排气管207轴向对齐。
热交换器230与旋风分离器188成一体，以形成整体结构240，使得至少一个流体通道236位于限定锥形外壳211的一组壁202内。至少一个流体通道236可以是具有相同长度的多个流体通道(以虚线示出)。当包裹在一组壁202内以跟随锥形外壳211的锥形时，每个流体通道236在相同的水平位置217处开始但终止于不同的水平位置219。供应通道234沿着相同的水平位置217设置并且流体地联接到至少一个流体通道236。排放通道238沿着不同的水平位置219流体地联接到至少一个流体通道236，使得排放通道238和供应通道234处于彼此垂直的平面中。
应当理解，虽然旋风分离器188和热交换器230是一体的，并且可以形成整体结构240，但是限定旋风分离器188的气流通道204与限定热交换器230的供应通道234，流体通道236和排放通道238流体隔离。
应该理解的是，如本文所述的流体通道236的布置是非限制性示例。流体通道不需要是离散的通道，并且作为非限制性示例，可以是在旋风分离器188周围设置的销组通道或多孔材料。非限制性示例仍将起到维持与本文所述的流体通道236一样的均匀流动长度的作用。
应进一步理解，颗粒分离器组件186可以是一体结构，而不形成整体结构240。供应通道234，流体通道236和排放通道238可以是单独的部件，其在组装时与颗粒分离器188热接触。作为非限制性示例，流体通道236可以设置在该组壁202的外部上，使得流体通道236包裹在柱形外壳200周围。如图所示，流体通道236设置在一组壁202内，以形成本文所述的整体结构240。
图6是部分切断的旋风分离器188。在操作期间，旋风分离器188接收通过入口管道205的主气流250。主气流250以高速引入，使得主气流250开始以螺旋形图案221流动。跟随螺旋形图案221的紧密曲线的具有太多惯性的较大颗粒252撞击该组壁202并且落到底部，通过颗粒排出口228离开。剩余的清洁空气260移出排气管207。
使用与本文所讨论的关于热泳的相同原理，将流体254引入供应通道234。流体254移动通过流体通道236。如本文所讨论的，流体254应该是比主气流250相对更暖或更冷的温度。在非限制性示例中，如果将相对较冷的流体引入流体通道236，惯性和热泳(在这种情况下，从较暖的区域到较冷的区域的正向运动)将有助于较大的颗粒撞击壁202并朝向颗粒排出口228向下滚动。
转向图7，发动机10的简化示意图示出了冷却空气回路144，其中颗粒分离器组件86是根据本文所述的本公开的方面的一部分。为清楚起见，提供了颗粒分离器组件86的调出(call out)148。尽管将仅使用对应于第一示例性颗粒分离器组件86的数字，但应理解，冷却空气回路144可包括如本文所述的所有颗粒分离器组件86及其部件。
冷却回路144的另一部分位于压缩机区段22，燃烧器30或涡轮区段32中的一个中。另外，颗粒分离器组件86流体地联接到压缩机区段22、燃烧区段28或涡轮区段32中的至少一个，以限定气流通道104，气流通道104使冷却回路144中的至少一些冷却空气120通过。
从图7中可以看出，离开颗粒分离器组件86的较清洁的空气160可以在第一路线180中作为主空气150开始，并且从压缩机区段22被收集并引入颗粒组件86的颗粒分离器86部分，其中其可以被清洁并且作为较清洁的空气160被引导回压缩机。或者，在第二路线182中，较清洁的空气160可以从颗粒组件86行进到涡轮区段32。在另一个路线184中，可以将较清洁的空气160引入燃烧区段28。主空气150可以从作为非限制性示例的风扇空气118或从HP压缩机26抽出的引气77中抽出。较清洁的空气160可用于冷却如本文所述的发动机的任何区域，或者可再循环回到颗粒分离器组件86中以产生更清洁的空气。
可以预期的是，热交换器中使用的流体154可以从作为非限制性示例风扇空气118，位于储存器126中的冷却剂123，或从HP压缩机26抽出的引气77中抽出。类似地，主气流150和冲洗气流158可以从作为非限制性示例的风扇空气118或引气77中抽出。在离开时，流体154可以再循环并且再次在冷却空气回路144中使用或者通过作为非限制性示例的气流引导轮叶82来排出124。同样地，脏气流162也可以通过气流引导轮叶82排出，或者作为非限制性示例，用于冷却发动机10的其他部分，例如发动机油146。如本文所述的冷却空气回路144不受限制，并且可以被路由在本文描述的或以其他方式预期的一个或任何组合的示例中。
转到图8，以涡轮发动机310的示意图示出了示例性冷却回路444。冷却回路444类似于冷却回路144，因此相同的部分将用相同的数字增加300来识别，应理解的是，第一冷却回路144的相同部分的描述适用于第二冷却回路444，除非另有说明。应进一步理解，描述与第二冷却回路444，颗粒组件86或替代颗粒分离器组件186相关。这些示例不意味着限制并且仅用于说明目的。
可以将由从HP压缩机区段326提取的脏空气组成的主气流450引入颗粒分离器组件386。来自LP压缩机区段324的引气377可用于将分离的颗粒冲洗出颗粒分离器组件386，或作为颗粒分离器组件386的热交换器部分430中的冷却流体，或作为两者的组合。在离开颗粒分离器组件386时，可根据需要将清洁空气360引入涡轮发动机310的各个部分。
涡轮发动机310在各种操作模式下操作。例如，发动机310可以在第一和第二操作模式下操作，第一和第二操作模式分别对应于相对低和高动力输出水平。更具体地，发动机310可以在第一巡航操作模式和第二起飞操作模式下为飞行器提供动力。在起飞期间，与在巡航操作期间产生的相对少量的推力输出相比，发动机310对于产生相对大的推力输出是有效的。燃烧器330中的燃烧气体的温度在起飞期间明显高于巡航期间的温度，通常提供冷却空气以降低相对较热的发动机部件所经历的温度。为了在操作期间提高发动机310的总效率，必须仅以各种操作模式所需的量将冷却空气有效地导向到相对较热的发动机部件。因此，进一步预期较清洁的空气360可以通过调节设备390，调节设备390流体联接到颗粒分离器组件386，并用于调节引入例如HP涡轮机336中的相对较热的发动机部件的较清洁的空气360的量。然后在燃烧器330中提供剩余的空气。
利用本文所述的示例性颗粒分离器组件86,186,386从主空气流150分离颗粒152的方法包括使主空气150流过气流通道104，并通过改变一部分气流150的温度以在气流150中形成温度梯度，从而从气流150抽出颗粒152，使得抽出的颗粒从气流中去除并冲出颗粒分离器86。在示例性旋风分离器188中，该方法可以进一步包括使主空气250以螺旋图案221流过气流通道204。
应当理解，如本文所述的冷却回路144,444不限于飞行器中的涡轮发动机，并且可以在包括非飞行器实施方式的任何类型的发动机中实施。应进一步理解，如本文所述的调节设备390可具有控制器和/或阀、以控制颗粒分离器组件的进入流体和/或流出流体，并且不限于本文所述的示例。
应当理解，本文公开的颗粒分离器86利用清扫通道106来从主气流150中去除颗粒，从而产生进入发动机的其他部分的较清洁的气流。虽然示出为两个通风室108，但是该方法可以应用于具有多个通风室108的清扫通道106。
还应该进一步理解的是，多个清扫通道106流体分离以捕获颗粒，但是可以流体连接在另一级，用于沉积颗粒或其他目的。
应当理解，与具有较少转弯或没有转弯的其他颗粒分离器相比，利用由多个拐角141提供的大量转弯可以去除进入发动机10的更大部分的颗粒物质。
另外，应该理解的是，如本文所述的颗粒分离器组件86,186可以与更大的分离器/热交换装置或系统一体形成。
与本文所述的颗粒分离器组件86,186相关的益处包括改进的颗粒分离，减少发动机内的摄入的沙子并改善发动机在翼时间。此外，将颗粒分离器88,188,388与热交换器130,230,430组合以形成一体的颗粒分离器组件86,186,386通过将分离和热交换功能组合成单个包装来减小压降，从而增加循环效率。
应进一步理解，尽管如本文所述的颗粒分离器组件86,186面向用于飞行器的涡轮发动机中的应用，但还预期着重于重量或包装的在发电，石油和天然气生产，石油化学和热力学处理工业中的应用。
还应该理解，在不需要颗粒分离器组件86,186,386的环境中，颗粒分离器组件86,186,386可以设计成可拆卸的，以改善特定的燃料消耗。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且使本领域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结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。

Claims (24)

1.一种涡轮发动机，其特征在于，包括：
发动机芯，所述发动机芯具有以轴向流动布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段；
冷却空气回路，所述冷却空气回路与所述压缩机区段、所述燃烧区段或所述涡轮区段中的至少一个流体连通；
颗粒分离器，所述颗粒分离器流体联接到所述冷却空气回路，所述颗粒分离器包括：
外壳，所述外壳限定气流通道的至少一部分，来自所述冷却空气回路的主气流经过所述气流通道；
结构管道，所述结构管道位于所述气流通道内，所述结构管道包括清扫通道，所述清扫通道形成为接收来自主气流的颗粒，以及平行的面对壁彼此间隔开以形成细长开口，所述细长开口限定流体联接所述气流通道和清扫通道的颗粒排出通道，并且限定与所述主气流不同的方向上的颗粒路径；和
热交换器，所述热交换器具有形成于所述外壳内并且与所述气流通道流体分离的至少一个流体通道，
其中所述结构管道包括由一块或多块材料限定的通风室，所述一块或多块材料具有倾斜的表面，所述表面向下倾斜并且终止于所述颗粒排出通道。
2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述结构管道进一步限定倾斜的表面，所述倾斜的表面终止于所述平行的面对壁。
3.根据权利要求2所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述外壳限定壁，并且所述至少一个流体通道形成在所述壁中。
4.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述颗粒分离器和所述热交换器限定整体结构。
5.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述至少一个流体通道包括多个流体通道。
6.根据权利要求5所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述多个流体通道中的至少一些通道具有相同的长度。
7.根据权利要求5所述的涡轮发动机，其特征在于，所述多个流体通道中的所有通道具有相同的长度。
8.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述外壳具有本体轴线，并且所述外壳相对于所述本体轴线具有非恒定的尺寸。
9.根据权利要求2所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述结构管道进一步包括一组通风室，所述一组通风室限定多个腔室，并且所述颗粒排出通道将所述多个腔室中的两个腔室分隔开，并且直接与第三腔室流体联接。
10.根据权利要求8所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述外壳的至少一部分是波形，并且所述本体轴线相对于所述颗粒分离器居中定位，并且所述非恒定的尺寸是从所述本体轴线测量的长度。
11.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述颗粒分离器流体联接到调节设备。
12.一种颗粒分离器组件，其特征在于，包括：
外壳，所述外壳包括至少一个壁，所述至少一个壁限定气流通道的至少一部分，气流经过所述气流通道；
结构管道，所述结构管道位于所述气流通道内，所述结构管道包括平行的面对壁，所述平行的面对壁彼此间隔开以形成细长开口，所述细长开口限定与所述气流通道流体联接的颗粒排出通道以及清扫通道，所述清扫通道形成为接收来自通过沿着与所述气流不同的方向延伸的颗粒路径的所述颗粒排出通道的所述气流的颗粒；并且
热交换器，所述热交换器与所述外壳形成整体结构，所述热交换器具有与所述气流通道流体分离并且形成于所述至少一个壁内的流体通道，
其中所述结构管道包括由一块或多块材料限定的通风室，所述一块或多块材料具有倾斜的表面，所述表面向下倾斜并且终止于所述颗粒排出通道。
13.根据权利要求12所述的颗粒分离器组件，其特征在于，其中所述结构管道进一步限定倾斜的表面终止于所述平行的面对壁。
14.根据权利要求12所述的颗粒分离器组件，其特征在于，其中所述流体通道包括多个流体通道。
15.根据权利要求14所述的颗粒分离器组件，其特征在于，其中所述多个流体通道中的至少一些通道具有相同的长度。
16.根据权利要求14所述的颗粒分离器组件，其特征在于，所述多个流体通道中的所有通道具有相同的长度。
17.根据权利要求12所述的颗粒分离器组件，其特征在于，其中所述外壳具有本体轴线，并且所述外壳相对于所述本体轴线具有非恒定的尺寸。
18.根据权利要求13所述的颗粒分离器组件，其特征在于，其中所述结构管道进一步包括一组通风室，所述一组通风室限定多个腔室，并且所述颗粒排出通道将所述多个腔室中的两个腔室分隔开，并且直接与第三腔室流体联接。
19.根据权利要求17所述的颗粒分离器组件，其特征在于，其中所述外壳是波形，并且所述本体轴线相对于所述颗粒分离器居中定位，并且所述非恒定的尺寸是从所述本体轴线测量的长度。
20.根据权利要求12所述的颗粒分离器组件，其特征在于，其中所述颗粒分离器流体联接到调节设备。
21.一种从根据权利要求1至11中任一项所述的涡轮发动机的气流中分离颗粒的方法，其特征在于，所述方法包括：
使空气流过所述气流通道；和
通过改变所述气流的一部分的温度以在所述气流中形成温度梯度，来从所述气流中抽出颗粒。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，使空气流过所述气流通道进一步包括使空气以螺旋图案流动。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，其中从所述气流通道中抽出颗粒进一步包括从所述气流中去除所抽出的颗粒。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，从所述气流中去除所抽出的颗粒进一步包括将被去除的颗粒冲出所述颗粒分离器。
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