CN110214223A - 不对称入口颗粒分离器系统 - Google Patents

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Abstract

一种不对称入口颗粒分离器系统(AIPS)包括分叉管道系统，其限定用于接收入口空气的入口。分叉管道系统包括核心空气通道和扫气通道，并构造成将入口空气分离成核心空气和扫气。扫气通道包括第一多个转向轮叶和第二多个转向轮叶，第一多个转向轮叶构造成在第一方向上转动扫气，第二多个转向轮叶构造成在第二方向上转动扫气。AIPS还包括联接到扫气通道的不对称涡旋件。不对称涡旋件包括具有第一臂长度的第一臂和具有不同于第一臂长度的第二臂长度的第二臂。

Description

不对称入口颗粒分离器系统
技术领域
本文公开的主题涉及入口颗粒分离器系统，并且更具体地，涉及不对称入口颗粒分离器系统。
背景技术
通常，期望飞行器发动机(例如，飞行器燃气涡轮发动机)不摄取空气传播的颗粒，例如沙子，灰尘和冰。然而，许多已知的飞行器，例如竖直起飞和着陆飞行器，被设计成在发动机暴露于空气传播的颗粒是不可避免的条件下操作。在这样的条件下，颗粒可能被夹带在发动机进气流中并且可能干扰飞行器发动机的操作。
各种入口颗粒分离器(IPS)系统已被开发用于不同类型的燃气涡轮发动机。传统的IPS系统包括(1)分离器组件，和(2)联接到分离器组件的单臂收集器组件。在操作中，分离器组件将入口空气分离成核心空气和扫气，而收集器组件收集扫气并将其排出机外。
许多传统的收集器组件关于指定的圆周是连续的。这种收集器组件占据发动机内的大量空间，并且通常取代各种其他系统部件，例如各种致动器，齿轮箱，罐，鼓风机等。
发明内容
在一个方面，提供了一种用于发动机的不对称入口颗粒分离器系统(AIPS)。AIPS包括分叉管道系统，其限定用于接收入口空气的入口。分叉管道系统包括核心空气通道和扫气通道，并且构造成将入口空气分离成核心空气和扫气，使得核心空气流入核心空气通道并且扫气流入扫气通道。扫气通道包括第一多个转向轮叶和第二多个转向轮叶，第一多个转向轮叶构造成在扫气通道内在第一方向上转动扫气，第二多个转向轮叶构造成在扫气通道内在第二方向上转动扫气。AIPS还包括联接到扫气通道的不对称涡旋件。不对称涡旋件包括：第一臂，其具有第一臂长度并且构造成从第一多个转向轮叶接收扫气；以及第二臂，其具有不同于第一臂长度的第二臂长度，并且构造成从第二多个转向轮叶接收扫气。
在另一个方面，提供一种被构造成联接到分叉管道系统的不对称涡旋件。不对称涡旋件包括第一臂和第二臂，第一臂具有第一臂长度并且构造成从分叉管道系统的第一多个转向轮叶接收入口空气，第二臂具有与第一臂长度不同的第二臂长度，并且被构造成从分叉管道系统的第二多个转向轮叶接收入口空气。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征，方面和优点，附图中相同的字符在所有附图中表示相同的部分，其中：
图1是包括示例性不对称入口颗粒分离器系统的飞行器燃气涡轮发动机的横截面视图；
图2是图1所示的示例性不对称入口颗粒分离器系统的立体视图；
图3是图2所示的示例性不对称入口颗粒分离器系统的横截面视图；
图4是图3所示的不对称入口颗粒分离器系统的示例性涡旋件(scoll)的立体视图；
图5是图4所示的示例性涡旋件的侧视图；和
图6是另一种涡旋系统的侧视图。
除非另外指出，否则本文提供的附图旨在示出本公开的实施例的特征。相信这些特征适用于包括本公开的一个或多个实施例的各种系统。因此，附图并不意味着包括本领域普通技术人员已知的用于实践本文公开的实施例的所有传统特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求书中，将参考许多术语，其应被限定为具有以下含义。
除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”，“一种”和“该”包括复数指代。
“可选的”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。
在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可以用于修改任何可以允许变化的定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(例如“约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。这里和整个说明书和权利要求书中，范围限制可以组合和/或互换，这样的范围被识别并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有说明。
本公开的实施例涉及一种不对称颗粒分离器系统，其包括分叉管道系统以及联接到分叉管道系统的不对称涡旋件。扫气通过分叉管道系统在入口处从入口空气分离，围绕分叉管道系统的扫气通道的圆周在相反方向上转动，并且被引导到不对称涡旋件中作为排气排出。
图1是包括示例性不对称入口颗粒分离器系统(AIPS)102的飞行器燃气涡轮发动机100的横截面视图。轴线A-A'延伸通过发动机100并限定发动机100的中心线109。发动机100还包括前端111和后端113。
AIPS 102包括分叉管道系统104和联接到分叉管道系统104的不对称涡旋件106。分叉管道系统104包括前端103和后端105。在示例性实施例中，由发动机100提供动力的至少一个风扇或鼓风机将空气吸入AIPS 102。中心腔107设置在AIPS 102内。中心腔107可包括各种发动机硬件，包括例如一个或多个风扇或鼓风机。入口空气110不在中心腔107内流动。
分叉管道系统104的前端103限定接收入口空气110的入口108。分叉管道系统104包括核心空气通道112和扫气通道114。扫气通道114设置在核心空气通道112的径向外侧。
在操作中，分叉管道系统104将入口空气110分成核心空气通道112内的核心空气116和扫气通道114内的扫气118。扫气通道114基本上与入口108对准，而核心空气通道112朝向发动机核心120径向向内倾斜。因此，夹带有颗粒的入口空气110作为扫气118在夹带在流内的颗粒的惯性下流入扫气通道114，而更清洁的核心空气116更容易转移到核心空气通道112内。
图2是AIPS 102的立体视图。如图所示，分叉管道系统104包括分流轮叶202，第一多个转向轮叶204和第二多个转向轮叶206。转向轮叶204构造成在扫气通道114内在第一方向208上转动扫气118。同样地，转向轮叶206构造在扫气通道114内在第二方向210上转动扫气118。分流轮叶202基本上为Y形，并插入转向轮叶204和转向轮叶206之间，并标记转向轮叶204和转向轮叶206之间的边界212。
图3是AIPS 102的横截面视图。如上所述，不对称涡旋件106联接到分叉管道系统104。在示例性实施例中，不对称涡旋件106在分叉管道系统104的后端105处联接到分叉管道系统104。更特别地，不对称涡旋件106在后端105处联接至扫气通道114并且被构造成从扫气通道114接收扫气118。
图4是不对称涡旋件106的立体视图。不对称涡旋件106包括第一臂402，第二臂404和排气口406。在示例性实施例中，第一臂402从转向轮叶204接收扫气118，并且第二臂404从转向轮叶206接收扫气118。因此，扫气118在第一臂402内在第一方向208上流动，并且在第二臂404内在第二方向210上流动。第一臂402和第二臂404会聚在排气口406上，并且随着扫气118在不对称涡旋件106内周向流动，扫气118经由排气口406排出或抛向机外。
图5是不对称涡旋件106的侧视图。如图所示，第一臂402具有第一端502和第二端504，它们一起限定第一臂长度506。类似地，第二臂404具有第一端508和第二端510，它们一起限定第二臂长度512。空间或间隙514也被限定在第一臂402的第一端502和第二臂404的第一端508之间。另外，第一臂402在第一端502处联接到分流轮叶202(图2中示出)，并且第二臂404在第一端508处联接到分流轮叶202。因此，分流轮叶202还用于限定间隙514。
在示例性实施例中，第一臂长度506与第二臂长度512不同。更特别地，不对称涡旋件106限定了圆周516，第一臂402和第二臂404围绕圆周516部分延伸。例如，在一些实施例中，第一臂402围绕圆周516延伸小于120度，并且第二臂404围绕圆周516延伸小于二百四十度。然而，在一些实施例中，第一臂402和第二臂404可以等于和/或可以超过这些尺寸。因此，不对称涡旋件106关于圆周516是不对称的，因为第一臂402的长度与第二臂404的长度不同。
第一臂402沿着第一臂长度506在多个第一位置(例如第一位置，518，520，522，524和526)处限定了多个第一横截面区域。类似地，第二臂404沿着第二臂长度512在多个第二位置(例如第二位置530,532,534,536,538,540,542,544和546)处限定了多个第二横截面区域。在示例性实施例中，第一位置518-526标记分叉管道系统104的第一多个转向轮叶204中的每一个和不对称涡旋件106之间的交叉点。类似地，第二位置530-546标记分叉管道系统104的第二多个转向轮叶206中的每一个与不对称涡旋件106之间的交叉点。
因此，第一臂402的横截面区域在第一端502和第二端504之间增加。同样地，第二臂404的横截面区域在第一端508和第二端510之间增加。换句话说，第一臂402的横截面区域在第一方向208上增加，并且第二臂404的横截面区域在第二方向210上增加。因此，臂402和404中的每一个的横截面区域随着臂402和404会聚在排气口406上而增加。
在操作中，并且如上所述，分叉管道系统104将入口空气110分成核心空气通道112内的核心空气116和扫气通道114内的扫气118。在夹带在流中的颗粒的惯性下，夹带有颗粒的入口空气110作为扫气118流入扫气通道114，而更清洁的核心空气116被转移到核心空气通道112中。
当扫气118流入扫气通道114，第一多个转向轮叶204在第一方向208上转动扫气118，并且第二多个转向轮叶206在第二方向210上转动扫气118，使得扫气118在扫气通道114内在相反方向上周向流动。
转向轮叶204和206进一步在相反方向上将扫气118的流动引导进入不对称涡旋件106的第一臂402和第二臂404。当不对称涡旋件106接收到臂402和404内的扫气118，扫气118继续在周向相反的方向(例如第一方向208和第二方向210)上流动，直到扫气118到达排气口406并被排出或抛向机外。
图6是另一种涡旋系统600的侧视图。涡旋系统600包括第一涡旋件602和第二涡旋件604。第一涡旋件602具有第一端606，第二端608和排气口610。类似地，第二涡旋件604具有第一端612，第二端614和排气口616。第一间隙618限定在第一涡旋件602的第一端606和第二涡旋件604的第一端612之间。类似地，第二间隙620限定在第一涡旋件602的第二端608和第二涡旋件604的第二端614之间。
在操作中，涡旋系统600结合两个分叉管道系统104使用，每个分叉管道系统104联接到第一涡旋件602和第二涡旋件604的一个，如上所述。扫气118由多个分叉管道系统104均匀地或基本上均匀地在第一涡旋件602和第二涡旋件604之间分流。在一些实施例中，涡旋系统可以被分成四个涡旋件，每个涡旋件具有例如四个排气口，并且每个涡旋件限定了四个间隙。在这样的实施例中，扫气118可以通过四个分叉管道系统104基本上均匀地分布在四个涡旋件中的每一个之间。
如上所述，AIPS 102的实施例有利于各种灵活的设计选择。例如，外围设备或外部设备，例如致动器，齿轮箱，罐，鼓风机等，可以完全或部分地放置在间隙514和/或间隙618和620内。这样的设备也可以放置得比在许多现有技术系统(例如，结合单臂涡旋件并且在涡旋臂之间不包括这种间隙的系统)中更靠近发动机100。
例如，集成热交换器可紧靠发动机100以及在发动机100的底部或最冷部分放置，因为不对称涡旋件106可以以相对于发动机100的取向安装，使得间隙514与发动机100的底部或最冷部分对准，并且集成热交换器完全或部分地放置在间隙514内。此外，每个涡旋臂402和404的横截面区域与单臂涡旋件设计中所需的横截面区域相比减小，使得AIPS 102比许多现有技术的入口颗粒分离器系统更小且更紧凑。
本文所描述的AIPS的示例性技术效果包括，例如：(a)多个涡旋臂之间的扫气的分布；(b)不连续的涡旋件几何形状，其允许将发动机外围设备放置在相邻涡旋件之间的一个或多个间隙内或周围；以及(c)减少涡旋件横截面区域，允许改善空间节省和各种涡旋件取向以及放置发动机外围设备的选择。
不对称入口颗粒分离器系统及相关部件的示例性实施例在上文详细描述。该系统不限于本文描述的特定实施例，而是系统的部件和/或方法的步骤可以独立地并且与本文描述的其他部件和/或步骤分开使用。例如，这里描述的部件的构造也可以与其他处理组合使用，并且不限于利用如本文所述的系统和相关方法来实践。相反，可以结合需要入口颗粒分离的许多应用来实施和利用示例性实施例。
虽然本公开的各种实施例的具体特征可能在一些附图中示出而没有在其它附图中示出，但这仅是为了方便起见。根据本公开的原理，可以结合任何其他附图的任何特征来参考和/或要求保护附图的任何特征。
本书面描述使用实例来公开本发明的实施例，包括最佳模式，并且还使任何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。这里描述的实施例的可专利范围由权利要求限定，并且可以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，则这些其他示例旨在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于发动机的不对称入口颗粒分离器系统(AIPS)，其特征在于，所述AIPS包括：
分叉管道系统，所述分叉管道系统包括：
入口，所述入口构造成接收入口空气；
核心空气通道；和
扫气通道，所述扫气通道构造成将所述入口空气分离成核心空气和扫气，使得所述核心空气流入所述核心空气通道并且所述扫气流入所述扫气通道；
第一多个转向轮叶，所述第一多个转向轮叶构造成在所述扫气通道内在第一方向上转动所述扫气；和
第二多个转向轮叶，所述第二多个转向轮叶构造成在所述扫气通道内在第二方向上转动所述扫气；和
不对称涡旋件，所述不对称涡旋件联接到所述扫气通道，所述不对称涡旋件包括：
第一臂，所述第一臂具有第一臂长度，所述第一臂构造成从所述第一多个转向轮叶接收所述扫气；和
第二臂，所述第二臂具有与所述第一臂长度不同的第二臂长度，所述第二臂构造成从所述第二多个转向轮叶接收所述扫气。
2.根据权利要求1所述的AIPS系统，其特征在于，其中所述第一臂包括第一端，所述第二臂包括第二端，并且其中所述第一端和所述第二端在所述第一臂和所述第二臂之间限定间隙。
3.根据权利要求2所述的AIPS系统，其特征在于，其中所述间隙被构造成容纳外围发动机设备。
4.根据权利要求1所述的AIPS系统，其特征在于，其中所述扫气通道进一步包括插入在所述第一多个转向轮叶和所述第二多个转向轮叶之间的分流轮叶，并且其中所述分流轮叶在所述第一臂和所述第二臂之间限定间隙。
5.根据权利要求1所述的AIPS系统，其特征在于，其中所述不对称涡旋件包括排气口，所述排气口构造成从所述第一臂和所述第二臂中的每一个接收所述扫气并将所述扫气引导到机外。
6.根据权利要求1所述的AIPS系统，其特征在于，其中所述第一臂沿着所述第一臂长度在多个位置中的每一个位置处限定多个横截面区域，并且其中所述多个位置中的每一个位置的每个横截面区域在所述第一臂和所述第二臂共用的排气口的方向上增加。
7.如权利要求6所述的AIPS系统，其特征在于，其中所述多个位置中的每一个位置对应于所述第一臂与所述第一多个转向轮叶中的一个转向轮叶的交叉点。
8.根据权利要求1所述的AIPS系统，其特征在于，其中所述第二臂沿着所述第二臂长度在多个位置中的每一个位置处限定多个横截面区域，并且其中所述多个位置中的每个位置的每个横截面区域在所述第二臂和所述第一臂共用的排气口的方向上增加。
9.根据权利要求7所述的AIPS系统，其特征在于，其中所述多个位置中的每一个位置对应于所述第二臂与所述第二多个转向轮叶中的一个转向轮叶的交叉点。
10.如权利要求1所述的AIPS系统，其特征在于，其中所述不对称涡旋件具有圆周，并且其中所述不对称涡旋件的所述第一臂围绕所述圆周延伸小于约120度。
11.如权利要求1所述的AIPS系统，其特征在于，其中所述不对称涡旋件具有圆周，并且其中所述不对称涡旋件的所述第二臂围绕所述圆周延伸小于约二百四十度。
12.一种不对称涡旋件，其特征在于，所述不对称涡旋件被构造成联接到分叉管道系统，所述不对称涡旋件包括：
第一臂，所述第一臂具有第一臂长度，所述第一臂构造成从所述分叉管道系统的第一多个转向轮叶接收入口空气；和
第二臂，所述第二臂具有不同于所述第一臂长度的第二臂长度，所述第二臂构造成从所述分叉管道系统的第二多个转向轮叶接收入口空气。
13.如权利要求12所述的不对称涡旋件，其特征在于，其中所述第一臂包括第一端，所述第二臂包括第二端，并且其中所述第一端和所述第二端在所述第一臂和所述第二臂之间限定间隙。
14.如权利要求12所述的不对称涡旋件，其特征在于，其中所述不对称涡旋件包括排气口，所述排气口接收来自所述第一臂和所述第二臂中的每一个的所述扫气，并将所述扫气引导到机外。
15.根据权利要求12所述的不对称涡旋件，其特征在于，其中所述第一臂沿着所述第一臂长度在多个位置中的每一个位置处限定多个横截面区域，并且其中所述多个位置中的每个横截面区域在所述第一臂和所述第二臂共用的排气口的方向上增加。
16.根据权利要求15所述的不对称涡旋件，其特征在于，其中所述多个位置中的每一个位置对应于所述不对称涡旋件的所述第一臂与所述分叉管道系统的所述第一多个转向轮叶中的一个转向轮叶的交叉点。
17.根据权利要求12所述的不对称涡旋件，其特征在于，其中所述第二臂沿着所述第二臂长度在多个位置中的每一个位置处限定多个横截面区域，并且其中所述多个位置的每个横截面区域在所述第二臂和所述第一臂共用的排气口的方向上增加。
18.根据权利要求17所述的不对称涡旋件，其特征在于，其中所述多个位置中的每一个位置对应于所述不对称涡旋件的所述第二臂与所述分叉管道系统的所述第二多个转向轮叶中的一个转向轮叶的交叉点。
19.根据权利要求12所述的不对称涡旋件，其特征在于，其中所述不对称涡旋件具有圆周，并且其中所述第一臂围绕所述圆周延伸小于约120度。
20.根据权利要求12所述的不对称涡旋件，其特征在于，其中所述不对称涡旋件具有圆周，并且其中所述第二臂围绕所述圆周延伸小于约二百四十度。
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