CN110268152A - 包括用于通过径向臂向涡轮风扇发动机的排气容置部供应空气的中间流的涡轮风扇发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮风扇发动机(1)，该涡轮风扇发动机包括：低压压缩机(3)；一系列套管(9，10)，该一系列套管被布置在所述低压压缩机(3)的下游以用于界定主流并且包括界定入口(23)的上游边缘(19)；主流中的高压压缩机(24)；护罩(11)，护罩环绕该一系列套管(9，10)以用于界定使中间流(7)循环的流，并且具有上游边缘(19)，上游边缘界定布置在高压压缩机(24)的上游的圆形入口(21)；次级流容置部(12)，次级流容置部环绕用于界定次级流的护罩(11)；以及排气壳体(38)，排气壳体包括径向臂(39)，径向臂收集来自中间流的空气。

Description

包括用于通过径向臂向涡轮风扇发动机的排气容置部供应空 气的中间流的涡轮风扇发动机
技术领域
本发明涉及通过装配在双流涡轮喷气发动机上的排气套管的径向臂进行空气供应。
背景技术
双流涡轮喷气发动机包括接纳空气的进气管，空气由低压压缩机吸入，然后被分成中央主流和环绕主流的次级流。
次级流在被称为次级流动路径的空间中循环，次级流动路径在外部由次级流动路径套管(也被称为发动机整流罩)界定，并且在内部由环绕主流的封套界定。
主流在被称为主流动路径的空间中循环，主流动路径在外部由封套界定并且在内部由一系列固定的和旋转的内部元件界定。固定的内部元件包括导流轮叶和分配器的平台以及内套管壳，并且旋转的内部元件包括转子的叶轮的平台。
互补地，排气部使空气穿过将固定的内部元件和旋转的内部元件纵向分离的每个空间从内部区域排放到主流动路径。这些排气部确保主流动路径的热空气不会进入到较冷的内部区域。
更具体地，主流在高压压缩机的内部套管与外部套管之间循环，以便在燃烧室中燃烧之前在该高压压缩机中被压缩。然后，主流在高压压缩机中膨胀以驱动高压压缩机，接着，在向后排出同时产生推力之前，在低压压缩机中膨胀以驱动低压压缩机。
因此，在外部界定主流动路径的封套由一系列套管以及排气套管外壳形成，一系列套管包括高压压缩机套管、燃烧室水平处的套管和高压涡轮套管。
每个涡轮和每个压缩机由多个级形成，每个级包括围绕发动机的中心纵向轴线有规律地间隔开的一系列旋转叶片，在涡轮的情况下，在一系列旋转叶片之前可选地是分配器，或者在压缩机的情况下，在一系列叶片之后可选地是导流轮叶。分配器和导流轮叶由一系列固定叶片组成。
这种发动机的后部包括在低压涡轮的下游的排气套管，排气套管通常由首字母缩略词TRF(涡轮后框架)表示，排气套管承载支撑发动机的后转子端部的轴承。
该排气套管包括内壳和外壳以及径向臂，径向臂使这些壳彼此成一体，同时径向地穿过主流动路径。
排气套管支撑的轴承由来自次级流动路径同时由排气套管的臂输送的空气供应。该空气尤其用于冷却径向臂并在外部对润滑容置部进行加压，在该润滑容置部中容纳有由该排气套管承载的轴承。
然而，环绕主流动路径的套管在套管的外表面上承载诸如燃料坡道、用于控制可变浆距叶片的系统等的元件。这些元件伸出，使得这些元件为次级流的沿这些元件前进的部分引入显著的压头损失，并且在这部分中收集穿过排气套管的径向臂的供应空气。
由于这些压头损失，收集开口的水平处的压力可证明不足以在排气套管的径向臂中产生足够的流量。
一种解决方案可以是，通过在径向臂的水平处的戽斗来收集空气，该戽斗径向地延伸超出环绕主流动路径的套管，但是这种戽斗将引入不利于次级流的流动的湍流。
本发明的目的是提供一种使得可以通过排气套管的径向臂来改善空气供应的结构。
发明内容
为此，本发明的技术方案是一种双流涡轮喷气发动机，该双流涡轮喷气发动机包括：
-低压压缩机；
-一系列套管，该一系列套管在该低压压缩机的下游延伸以界定用于使主流循环的主流动路径，并且包括上游边缘，上游边缘界定该主流的周向入口开口；
-位于主流动路径中的高压压缩机；
-护罩，护罩环绕该一系列套管以与该一系列套管一起界定用于使中间流循环的中间流动路径，该护罩具有上游边缘，该上游边缘环绕该一系列套管以与该一系列套管一起界定入口开口，该入口开口位于高压压缩机的上游；
-次级流动路径套管，该次级流动路径套管环绕中间护罩以与该护罩一起界定用于使次级流循环的次级流动路径；
-排气套管，该排气套管包括以延伸该一系列套管的方式延伸的外壳以及来自该外壳的径向臂，这些径向臂中的至少一个径向臂收集来自中间流动路径的空气，以向该排气套管的中央区域供应加压空气。
通过这种布置，套管的径向供应臂的入口处的压力对应于静压，静压随着低压压缩机的出口处的动压的增加而增加，而不会扰乱次级流的流动。
本发明的技术方案还在于由此限定的涡轮喷气发动机，其中，吸入的空气在位于低压压缩机与高压压缩机之间的中间套管的水平处分开，以形成中央主流、中间流和次级流。
本发明的技术方案还在于由此限定的涡轮喷气发动机，其中，在排气套管的中央区域中供应的空气有助于对润滑容置部的密封件进行加压，在润滑容置部中容置有由该排气套管承载的轴承。
本发明的技术方案还在于由此限定的涡轮喷气发动机，其中，在排气套管的中央区域中供应的空气供应位于排气套管的上游的排气部(purge)。
本发明的技术方案还在于由此限定的涡轮喷气发动机，其中，排气套管的径向臂包括穿孔的护层，穿孔的护层被布置成使得穿过这些径向臂的空气使这些臂的壁冷却。
本发明的技术方案还在于由此限定的涡轮喷气发动机，其中，中间流动路径的入口开口是环绕主流动路径的周向开口。
本发明的技术方案还在于由此限定的涡轮喷气发动机，其中，护罩在该排气套管的径向臂的下游连接排气套管的外壳。
附图说明
图1是沿着作为整体的根据本发明的发动机的纵向截平面的示意性半视图；
图2是沿着根据本发明的发动机的从发动机的燃烧室延伸到发动机的排气套管的部分的纵向截平面的半视图；
图3是示出了在根据本发明的发动机中的排气套管的水平处收集的空气的路径的示意性截面半视图。
具体实施方式
本发明的基本思想是直接在低压压缩机的下游通过排气套管的径向臂收集意图经过的空气，以便受益于随着低压压缩机下游的动压的增加而增加的静压。
在图1中，双流涡轮喷气发动机1包括入口管2，空气由被低压压缩机套管4环绕的低压压缩机3的叶片吸入入口管2中，然后在中间套管5的水平处被分成三个流，中间套管5在低压压缩机与高压压缩机之间纵向地延伸。这三个流包括中央主流6、环绕中央主流的中间流7、以及环绕中间流7的次级流8。
主流6在主流动路径中循环，主流动路径由一系列固定的内部元件和旋转的内部元件在内部界定。固定的内部元件包括导流轮叶和分配器的平台以及内部套管壳，并且旋转的内部元件包括转子的叶轮的平台。
该主流动路径由一系列套管以及排气套管的外壳在外部界定，该一系列套管环绕主流动路径并且包括高压压缩机套管9、环绕燃烧室的套管和环绕高压涡轮的套管(共同标记为10)。
中间流在一方面的限定主流动路径的一系列套管与另一方面的在一系列套管的整个长度上环绕一系列套管的中间护罩11之间循环。
次级流在次级流动路径中循环，次级流动路径由中间护罩11在内部界定并且由环绕中间护罩11的次级流动路径套管12在外部界定。
中间套管5包括由径向臂连接的外壳和内壳，并且中间套管位于低压压缩机3与高压压缩机24之间。中间套管的外壳将低压压缩机的套管4连接到次级流动路径套管12，并且中间套管的内壳支撑这些压缩机的轴承。
高压压缩机外套管的上游圆形边缘18和中间护罩11的上游圆形边缘19位于该中间套管5的水平处。高压压缩机套管的上游圆形边缘18在内部界定主流动路径的周向入口开口23。
护罩11的上游圆形边缘19与边缘18一起界定中间流动路径的周向入口开口21，并且护罩11的上游圆形边缘19与次级流动路径套管12一起界定次级流动路径的周向入口开口22。这些入口开口均具有冠形并且这些入口开口均接纳经受低压压缩并在中间套管5中循环的空气。
如果需要，边缘18和19可以以分别由高压压缩机套管和中间护罩11延伸的相应的唇缘的形式直接形成在中间套管中。
通过中间套管5之后，主流6在到达燃烧室26之前穿过高压压缩机24，然后在高压涡轮28中膨胀，接着在低压涡轮29中膨胀。
如在图2中更清晰可见的，高压涡轮28包括承载相应叶片的盘31，该盘与高压主体25制成一体，高压主体25向上游延伸直到压缩机24，该高压主体25也承载压缩机24的叶片。
低压涡轮29包括承载相应叶片的两个盘32、33，并且两个盘32、33与低压耳轴34制成一体，低压耳轴34具有接纳在轴承36中的下游端部。该轴承36位于排气套管38的中央区域中，该排气套管环绕轴承36，同时确保轴承36的保持。
该排气套管38包括内壳和外壳以及径向臂39，外壳在外部界定主流动路径，径向臂39使这些壳彼此成一体。外壳延伸成与该一系列套管9、10相连续，并且径向臂径向地穿过主流动路径，该组件位于低压涡轮29的下游。
此外，该排气套管38承载由汇合壁42环绕的出口锥体41，出口锥体41在低压涡轮29和径向臂39的下游。该汇合壁固定到排气套管的凸缘，该汇合壁以延伸排气套管的外壳的方式延伸以引导次级流，使得次级流尽可能有规律地流动，也就是说没有扰动。
径向臂39中的一个或多个是中空的，以便将来自中间流动路径的空气输送到该排气套管38的中央区域中，从而沿着图1和图2中的用虚线表示的路径F对由该套管承载的轴承的润滑容置部的密封件进行显著地加压。
中间护罩11从对应于低压压缩部分的出口的中间套管直到径向臂39的发动机下游的后部环绕在外部界定主流动路径的该一系列套管。如在图1中明显可见的，一系列套管9、10在其外表面上承载标记为37的不同的设备件，例如凸缘、燃料坡道、可变浆距叶片控制系统或其他设备件。中间护罩11从第一设备件、即高压压缩机开始。
换句话说，不同的设备件37均位于中间流动路径中，而不是位于次级流动路径中，使得不同的设备件不会将压头损失引入到次级流动路径中。在护罩11的全长上，该护罩11环绕该一系列套管9、10以与该一系列套管9、10一起界定用于使中间流动路径的空气流循环的环形空间。
该护罩11具有位于径向臂39之后的下游端部43，下游端部变窄以连接排气套管的外壳，使得中间流动路径在其后端部封闭。
该下游端部43具有分离成多个锥形轴向管道的环形管状。每个锥形管道在朝向排气套管38的径向臂39定向的弯曲部中终止，以形成戽斗。
因此，中间流7的全部通过不同径向臂39的内通道来提取以对这些臂进行显著地冷却。该空气更具体地用于对由该套管承载的轴承的润滑容置部的密封件进行加压，并且用于供应低压涡轮排气部。
一般而言，整个中间流动路径中的压力对应于中间流动路径的入口21处的总压力，也就是说，由低压压缩机3压缩的空气的静压随动压的增加而增加。实际上，中间流的流量相对较低，元件37引入的压头损失减小。
在这些条件下，在径向臂39的入口的水平处的压力等于入口21处的总压力，也就是说，由低压压缩机提供的压缩而导致的静压随动压的增加而增加。
因此，尽管存在延伸超出该一系列套管9、10的外表面的元件37，本发明仍然使得可以保持沿着该一系列套管的外表面行进的流有足够高的压力。此外，本发明使得可以限制不再沿着元件37组成的不规则结构行进的次级流的湍流。
如在图3中示意性所示的，经过排气套管的径向臂的中间流7冷却这些臂，对润滑容置部进行加压，润滑容置部包含该排气套管所承载的轴承，并且中间流7还供应位于低压涡轮的最终旋转台与排气套管之间的排气部。
为了改善径向臂39的冷却，所述臂装配有穿孔的内护层，穿孔的内护层被布置成改善沿这些臂的壁的热对流。
如图3所示，流7穿过套管的臂39以冷却臂39，并且剩余空气的第一部分指向由排气套管承载的润滑容置部的环境，以有助于润滑容置部的增压，这通过箭头46表示。
来自流7的由来自低压涡轮的上游的另一加压空气47形成的空气进一步被重新引入主流动路径中，同时穿过形成在排气套管38的内壳中的通道48。
剩余空气的第二部分指向位于最终低压涡轮级与排气套管38之间的排气部(purge)49。排气49通过来自涡轮的上游的空气47来完成。
此外，还可以利用中间流来冷却高压涡轮套管，以减小高压涡轮的叶片的端部与该套管之间存在的间隙。

Claims (7)

1.一种双流涡轮喷气发动机(1)，所述双流涡轮喷气发动机包括：
-低压压缩机(3)；
-一系列套管(9，10)，所述一系列套管在该低压压缩机(3)的下游延伸以界定用于使主流(6)循环的主流动路径，并且所述一系列套管包括上游边缘(18)，所述上游边缘界定该主流(6)的周向入口开口(23)；
-位于所述主流动路径中的高压压缩机(24)；
-护罩(11)，所述护罩环绕所述一系列套管(9，10)以与该一系列套管(9，10)一起界定用于使中间流(7)循环的中间流动路径，该护罩具有上游边缘(19)，所述上游边缘环绕所述一系列套管(9，10)以与该一系列套管(9，10)一起界定入口开口(21)，该入口开口(21)位于所述高压压缩机(24)的上游；
-次级流动路径套管(12)，所述次级流动路径套管环绕所述中间护罩(11)以与该护罩(11)一起界定用于使次级流(8)循环的次级流动路径；
-排气套管(38)，所述排气套管包括以延伸所述一系列套管(9，10)的方式延伸的外壳以及来自该外壳的径向臂，这些径向臂(39)中的至少一个径向臂收集来自所述中间流动路径的空气，以向该排气套管(38)的中央区域供应加压空气。
2.根据权利要求1所述的涡轮喷气发动机，其中，吸入的空气在位于所述低压压缩机(3)与所述高压压缩机(24)之间的中间套管(5)的水平处分开，以形成中央主流(6)、中间流(7)和次级流(8)。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮喷气发动机，其中，在所述排气套管(38)的中央区域中供应的空气有助于对润滑容置部的密封件进行加压，在所述润滑容置部中容置有由该排气套管(38)承载的轴承。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮喷气发动机，其中，在所述排气套管(38)的中央区域中供应的空气供应位于所述排气套管(38)的上游的排气部(49)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的涡轮喷气发动机，其中，所述排气套管(38)的径向臂(39)包括穿孔的护层，所述穿孔的护层被布置成使得穿过这些径向臂(39)的空气使这些臂的壁冷却。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的涡轮喷气发动机，其中，所述中间流动路径的入口开口(21)是环绕所述主流动路径的周向开口。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的涡轮喷气发动机，其中，所述护罩(11)在该排气套管(38)的径向臂(39)的下游连接所述排气套管的外壳。
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