CN110513162A - 斗式入口 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于涡轮机械的斗式入口。涡轮机械包括相对于中心线延伸涡轮机械的长度的核心发动机壳体。而且，核心发动机壳体至少部分地限定旁通流道。斗式入口包括与旁通流道流体连通的核心发动机壳体处的入口。入口包括将旁通流道流体联接至冷却系统的口部。口部从旁通流道接收旁通排放空气，并且，限定相对于中心线的周向上的宽度。斗式入口还包括穿过核心发动机壳体而限定的旁通排放导管。旁通排放导管将口部流体联接至冷却系统。另外，斗式入口包括从口部部分地延伸至旁通流道中的入口的口部处的多个滴状部。

Description

斗式入口
技术领域
本主题大体上涉及用于涡轮机械的斗式入口，或更具体地，包括斗式入口的口部处的多个滴状部的斗式入口。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括布置成彼此流体连通的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心以串流关系大体上包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段以及排气区段。在运行中，将空气从风扇提供至压缩机区段的入口，在压缩机区段中，一个或更多个轴向压缩机渐次地使空气压缩，直到空气到达燃烧区段为止。使燃料与压缩后的空气混合，且在燃烧区段内燃烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段被导引至涡轮区段。流过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，且随后被导引通过排气区段而例如到达大气。
燃气涡轮发动机大体上包括一种航空器空气管理系统，该系统用于排放来自压缩机区段和/或涡轮区段的加压空气。出于辅助目的(诸如，冷却或供给气动动力给航空器)，可以使用这样的加压空气。在用于这样的辅助目的之前，来自压缩机区段和/或涡轮区段的加压空气可能要求额外的冷却。可以使用来自风扇区段或旁通流路的相对较冷的空气来使加压空气冷却。照此，斗式入口可以定位于风扇区段和/或旁通流路中，以排放较冷的空气，且将其指引至空气管理系统。
燃气涡轮发动机还可以包括风扇空气阀，以在必要时，选择性地打开或关闭较冷的空气的供给。例如，风扇空气阀可以在空气管理系统需要冷却空气时的热态的期间完全地打开，且在冷态下关闭。当风扇空气阀位于关闭位置处时，可以在斗式入口处，形成有共振腔。例如，流经风扇区段和/或旁通流路中的封闭的斗式入口的空气流可能造成亥姆霍兹共振。这样的共振可能增加涡轮机械的噪声，造成不理想的振动，影响性能，且损伤硬件。
因此，需要改进的斗式入口。
发明内容
将在下文的描述中部分地阐明方面和优点，或可以从描述显而易见方面和优点，或可以通过实践本发明而习得方面和优点。
在一个方面，本公开针对用于涡轮机械的斗式入口。涡轮机械包括相对于中心线延伸涡轮机械的长度的核心发动机壳体。而且，核心发动机壳体至少部分地限定旁通流道。斗式入口包括与旁通流道流体连通的核心发动机壳体处的入口。入口包括将旁通流道流体联接至冷却系统的口部。口部从旁通流道接收旁通排放空气，并且，限定相对于中心线的周向上的宽度。斗式入口还包括穿过核心发动机壳体而限定的旁通排放导管。旁通排放导管将口部流体联接至冷却系统。另外，斗式入口包括从口部部分地延伸至旁通流道中的入口的口部处的多个滴状部。
在一个实施例中，滴状部可以沿周向大约布置成一行。在这样的实施例中，滴状部可以限定沿周向在滴状部之间延伸的多个间隔。另外，间隔可以是口部的宽度的大约0.05至0.2。在另一实施例中，滴状部可以将滴状部宽度限定为口部的宽度的大约0.1至0.4。在备选的实施例中，滴状部可以限定相对于中心线的轴向上的长度。而且，长度可以是口部的宽度的大约0.15至0.45。在再一实施例中，相对于中心线的径向上的滴状部的高度可以是经过旁通流道的旁通流体的边界层的局部厚度的大约1至2倍。在另一实施例中，多个滴状部可以包括沿周向在口部处布置成一行的五个滴状部。在又一实施例中，多个滴状部可以包括至少两个滴状部，但少于八个滴状部。
在一个实施例中，斗式入口可以进一步包括与旁通排放导管流体连通的风扇空气阀。风扇空气阀可以选择性地允许旁通排放导管与冷却系统之间的流体连通。在另一实施例中，入口可以定位于涡轮机械的风扇区段处。
在另一方面，本公开针对限定中心线延伸涡轮机械的长度的涡轮机械。涡轮机械包括相对于中心线延伸涡轮机械的长度的短舱。而且，短舱至少部分地限定旁通流道。涡轮机械还包括核心发动机，核心发动机具有核心发动机壳体，核心发动机壳体相对于中心线而沿径向定位于相对短舱的内部。另外，核心发动机壳体至少部分地限定旁通流道。涡轮机械进一步包括冷却系统，冷却系统至少部分地相对于径向而定位于相对于核心发动机壳体的内部。
涡轮机械还包括与旁通流道流体连通的斗式入口。斗式入口包括与旁通流道流体连通的核心发动机壳体或短舱的内表面处的入口。入口包括将旁通流道流体联接至冷却系统的口部。口部从旁通流道接收旁通排放空气，并且，限定相对于中心线的周向上的宽度。斗式入口还包括穿过核心发动机壳体或短舱中的至少一个而限定的旁通排放导管。旁通排放导管将口部流体联接至冷却系统。另外，斗式入口包括从口部部分地延伸至旁通流道中的入口的口部处的多个滴状部。在一个实施例中，入口定位于核心发动机壳体处。在另一实施例中，入口定位于短舱的内表面处。
在一个实施例中，斗式入口可以进一步包括与旁通排放导管流体连通的风扇空气阀。而且，风扇空气阀可以选择性地允许旁通排放导管与冷却系统之间的流体连通。在另一实施例中，冷却系统可以与压缩机排放端口流体连通。在这样的实施例中，冷却系统可以包括与旁通排放导管和压缩机排放端口流体连通的预冷器。另外，预冷器可以包括换热器，以将旁通排放空气与由压缩机排放端口供给的压缩机排放空气热联接。在又一实施例中，冷却系统可以与涡轮排放端口流体连通。在这样的实施例中，冷却系统可以包括与旁通排放导管和涡轮排放端口流体连通的预冷器。另外，预冷器可以包括换热器，以将旁通排放空气与由涡轮排放端口供给的涡轮排放空气热联接。
在另一实施例中，冷却系统可以与压缩机排放端口和涡轮排放端口流体连通。而且，冷却系统可以包括预冷器，预冷器与旁通排放导管、压缩机排放端口以及涡轮排放端口流体连通。预冷器可以包括换热器，以将旁通排放空气与由涡轮排放端口供给的涡轮排放空气或由压缩机排放端口供给的压缩机排放空气中的至少一个热联接。应当进一步理解到，涡轮机械可以进一步包括如本文中所描述的任何另外的特征。
在另一方面，本公开针对用于涡轮机械的斗式入口。涡轮机械包括相对于中心线延伸涡轮机械的长度的短舱。而且，短舱至少部分地限定旁通流道。斗式入口包括与旁通流道流体连通的短舱处的入口。入口包括将旁通流道流体联接至冷却系统的口部。口部从旁通流道接收旁通排放空气，并且，限定相对于中心线的周向上的宽度。斗式入口还包括穿过短舱而限定的旁通排放导管。旁通排放导管将口部流体联接至冷却系统。另外，斗式入口包括从口部部分地延伸至旁通流道中的入口的口部处的多个滴状部。
参考下文的描述和所附权利要求，将更清楚地理解这些及其它特征、方面以及优点。合并于本说明书中且组成本说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，并且，附图连同描述一起用来解释本发明的某些原理。
附图简述
参考附图而在说明书中阐明针对本领域普通技术人员的本发明的详尽且授权的公开(包括其最佳模式)，其中：
图1是根据本主题的方面的可以在航空器内利用的燃气涡轮发动机的一个实施例的横截面图；
图2是根据本主题的方面的所图示的图1的示范性的风扇区段和旁通流道的近观图；
图3是包括可以在图1的燃气涡轮发动机中利用的预冷器的示范性的冷却系统的示意图；
图4是根据本主题的方面的所图示的斗式入口的示范性的入口的视图；
图5是根据本公开的方面的图4的示范性的斗式入口的另一视图；
图6是根据本公开的方面的另一示范性的斗式入口的视图；
图7是根据本公开的方面的图6的斗式入口的示范性的入口的俯视图；
图8是根据本公开的方面的图6的示范性的入口的横截面图；
图9是根据本公开的方面的另一示范性的斗式入口的视图，具体地，图示了具有变化的高度的滴状部的斗式入口；
图10是根据本公开的方面的另一示范性的斗式入口的视图，具体地，图示了具有多行圆形滴状部的斗式入口；
图11是根据本公开的方面的另一示范性的斗式入口的视图，具体地，图示了具有凸起形滴状部的斗式入口；并且
图12是根据本公开的方面的另一示范性的斗式入口的视图，具体地，图示了具有多行滴状部的斗式入口。
本说明书和附图中的参考字符的重复使用旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
参考符号列表
10 燃气涡轮发动机
12 纵向/轴向中心线轴线
14 核心燃气涡轮发动机
16 风扇区段
18 核心发动机壳体
19 外表面
20 环形入口
21 内表面
22 增压式压缩机
23 压缩机区段
24 高压区段
26 燃烧器
28 第一/高压涡轮
29 涡轮区段
30 第一/高压驱动轴
31 旋转驱动轴
32 第二/低压涡轮
33 高压卷轴
34 第二/低压驱动轴
35 低压卷轴
36 排气喷嘴
37 减速装置
38 轴流式风扇转子组件
40 短舱
42 出口导叶
44 风扇转子叶片
46 下游区段
48 旁通/副流道(或第二流道，即Secondary Flow Passage)
50 箭头(空气)
52 入口
54 箭头(空气)
55 旁通排气部
56 箭头(空气)
58 箭头(空气)
60 高能燃烧产物
100 斗式入口
101 入口整流罩(或入口罩，即Inlet Cowl)
102 入口
106 滴状部
108 口部
110 冷却系统
112 宽度
114 旁通排放导管
116 预冷器
120 低压(压缩机排放)导管
122 低压(压缩机排放)端口
124 高压(压缩机排放)导管
125 压缩机排放端口
126 高压压缩机排放端口
128 接头
130 压缩机导管
132 低压阀
134 高压阀
136 截止阀
138 涡轮导管
140 涡轮排放端口
142 涡轮阀
144 风扇空气阀
146 预冷器入口
148 辅助出口
150 排气出口
152 平坦侧区段
154 圆形顶部部分
156 尖拐角部
158 滴状部宽度
160 滴状部长度
162 滴状部间隔
164 滴状部高度
166 第一滴状部
168 第二滴状部
170 第三滴状部
172 第一行
174 第二行。
具体实施例
现在，将详细地参考本发明的实施例，在各图中，图示这些实施例的一个或更多个示例。各示例经由对本发明的解释而提供，而不是经由对本发明的限制而提供。实际上，将对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的范围或实质的情况下，能够在本发明中作出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分而图示或描述的特征能够与另一实施例一起用于得到再一实施例。因而，旨在使本发明涵盖在所附权利要求及其等效物的范围内得来的这样的修改和变型。
如本文中所使用的，术语“第一”、“第二”以及“第三”可以能互换地用于将构件彼此区分开，并且，不旨在表明个别的构件的位置或重要性。
术语“上游”和“下游”指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”指流体流自的方向，并且，“下游”指流体流至的方向。
除非在本文中另有规定，否则术语“联接”、“固定”、“附接”等指直接联接、固定或附接和通过一个或更多个中间构件或特征而间接联接、固定或附接这两种情况。
术语“通信(communicate/communicating/communicative)”等指直接通信和诸如通过存储器系统或另一中介系统而实现的间接通信这两种情况。
风扇导管斗式入口大体上针对涡轮机械而提供。该入口包括入口、旁通排放导管以及多个滴状部。例如，该斗式入口可以位于与旁通流道流体连通的核心发动机壳体上。在一个实施例中，该斗式入口可以避免在风扇空气阀关闭时形成共振这一状况，以便于允许实现表现更好的斗式入口。例如，在入口的口部处具有多个滴状部的斗式入口可以触发漩涡。这样的漩涡可以破坏封闭的斗式入口处的流体流，并且，抑制共振腔的形成。而且，当发生声共振时，斗式入口的口部处的漩涡或涡流的形成可以破坏噪声结构。照此，抑制共振腔的形成这一特征可以对涡轮机械的噪声产生有利影响，减少不理想的振动，改进性能，且/或防止损伤硬件。此外，滴状部设计的某些实施例在对总体发动机/吊架重量产生轻微影响的同时可以解决共振问题。更进一步，这样的滴状部可以容易制造且安装，并且，要求相对小型的维护。
应当意识到，虽然大体上将在本文中参考燃气涡轮发动机(例如，涡轮风扇发动机)而描述本主题，但大体上可以在任何合适的类型的涡轮发动机(包括基于航空器的涡轮发动机、基于地面的涡轮发动机和/或蒸汽涡轮发动机)内，使用所公开的系统和方法。例如，可以在具有风扇和/或旁通区段的任何涡轮机械内，使用斗式入口的某些实施例。
现在参考附图，图1图示根据本主题的方面的可以在航空器内利用的燃气涡轮发动机10的一个实施例的横截面图，出于参考的目的，燃气涡轮发动机10显示为具有贯穿燃气涡轮发动机10的纵向或轴向中心线轴线12。大体上，燃气涡轮发动机10可以包括核心燃气涡轮发动机(大体上由参考字符14指示)和定位于其上游的风扇区段16。核心发动机14可以大体上包括基本上管状的核心发动机壳体18，核心发动机壳体18限定环形入口20。另外，核心发动机壳体18可以进一步包围且支撑压缩机区段23。对于所显示的实施例，压缩机区段23包括增压压缩机22和高压压缩机24。增压压缩机22大体上将进入核心发动机14的空气(由箭头54指示)的压力增大至第一压力水平。高压压缩机24(诸如，多级轴流式压缩机)可以随后从增压压缩机22接收加压空气(由箭头58指示)，且进一步增大这样的空气的压力。退出高压压缩机24的加压空气可以随后流动至燃烧器26，在燃烧器26内，将燃料注入加压空气流中，使由此产生的混合物在燃烧器26内燃烧。
对于所图示的实施例，核心发动机壳体18可以包围且支撑涡轮区段29。而且，对于所描绘的实施例，涡轮区段29包括第一高压涡轮28和第二低压涡轮32。对于所图示的实施例，将高能燃烧产物60从燃烧器26沿着燃气涡轮发动机10的热气路径指引至高压涡轮28，以便经由第一高压驱动轴30而驱动高压压缩机24。随后，可以将燃烧产物60指引至低压涡轮32，以便经由与第一驱动轴30大体上同轴的第二低压驱动轴34而驱动增压压缩机22和风扇区段16。在驱动涡轮28和涡轮32中的各个之后，可以将燃烧产物60经由排气喷嘴36而从核心发动机14排出，以提供推进喷射推力。
另外，如图1中所显示的，燃气涡轮发动机10的风扇区段16可以大体上包括被环形短舱40环绕的可旋转的轴流式风扇转子组件38。本领域普通技术人员应当意识到，短舱40可以由多个基本上径向地延伸且周向地隔开的出口导叶42相对于核心发动机14而支撑。照此，短舱40可以包围风扇转子组件38及其对应的风扇转子叶片44。此外，短舱40的下游区段46可以遍布于核心发动机14的外部部分，以便于限定旁通或副流道48，其提供另外的推进喷射推力。
应当意识到，在若干实施例中，低压驱动轴34可以直接地联接至风扇转子组件38，以提供直接驱动式配置。备选地，低压驱动轴34可以经由减速装置37(例如，减速齿轮或齿轮箱或传动装置)而联接至风扇转子组件38，以提供间接驱动式或齿轮驱动式配置。也可以根据期望或要求而将这样的(若干)减速装置37设置于燃气涡轮发动机10内的任何其它合适的轴和/或卷轴之间。
在燃气涡轮发动机10的运行的期间，应当意识到，初始空气流(由箭头50指示)可以通过短舱40的相关联的入口52而进入燃气涡轮发动机10。对于所图示的实施例，空气流50随后经过风扇转子叶片44，并且，分成移动穿过旁通流道48的第一压缩空气流(由箭头54指示)和进入增压压缩机22的第二压缩空气流(由箭头56指示)。在所描绘的实施例中，第二压缩空气流56的压力随后增大，且进入高压压缩机24(如箭头58所指示)。继与燃料混合且在燃烧器26内燃烧之后，燃烧产物60可以退出燃烧器26，且流经高压涡轮28。随后，对于所显示的实施例，燃烧产物60流过低压涡轮32，且退出排气喷嘴36，以提供对燃气涡轮发动机10的推力。
仍然参考图1，对于所描绘的实施例，旋转驱动轴31联接涡轮机械的涡轮区段29和压缩机区段23。在一个实施例中，旋转驱动轴31是高压驱动轴30，高压驱动轴30将高压涡轮28联接至高压压缩机24。同时，高压涡轮28、高压压缩机24以及高压驱动轴30可以被称为高压卷轴33。在另一实施例中，旋转驱动轴31是低压驱动轴34，低压驱动轴34将低压涡轮32联接至低压压缩机(诸如，增压压缩机22)和风扇区段16。备选地，低压驱动轴34可以将低压涡轮32仅联接至增压压缩机22，或仅联接至风扇区段16。同时，低压涡轮32、低压驱动轴34以及增压压缩机22或风扇区段16中的至少一个可以被称为低压卷轴35。在又一实施例(未显示)中，旋转驱动轴31可以是中压驱动轴，中压驱动轴将中间压缩机联接至中间涡轮。同时，中压驱动轴、中压压缩机以及中压涡轮可以被称为中压卷轴。
现在参考图2，根据本公开的方面，图示了图1的风扇区段16和旁通流道48的近观图。如关于图1而简略地描述的，在一个示范性的实施例中，短舱40可以相对于中心线12延伸燃气涡轮发动机10的长度。例如，短舱40可以至少部分地封装风扇区段16和旁通流道48。而且，对于示范性的实施例，短舱40包覆核心发动机14。相对于中心线12而沿径向定位于相对于短舱40的内部的核心发动机壳体18可以至少部分地封装核心发动机14。对于所图示的实施例，核心发动机壳体18至少部分地限定旁通流道48。照此，应当认识到，对于所描绘的实施例，旁通流道48至少部分地由短舱40和核心发动机壳体18限定。而且，旁通流道48可以从风扇区段16延伸至短舱40的下游区段46处的旁通排气部55。
对于所图示的实施例，斗式入口100定位于核心发动机壳体18的外表面19上。而且，应当认识到，斗式入口100可以在相对于中心线12在风扇转子叶片44的后部，定位于核心发动机壳体18上的任何方位处。在又一实施例中，斗式入口100可以定位于短舱40的内表面21上。例如，斗式入口100可以相对于中心线12在风扇转子叶片44的后部的任何方位处，定位于短舱40的内表面21上。照此，应当认识到，斗式入口100可以在短舱40的内表面21或核心发动机壳体18的外表面19上，定位于风扇区段16处。而且，可以存在多个斗式入口100，这些斗式入口100定位于风扇区段16处、旁通流道48处或在内表面21、外表面19上或者都有。
大体上参考图3-9，根据本主题的方面，图示用于涡轮机械的斗式入口100的各种视图。斗式入口100大体上可以用于图1的燃气涡轮发动机10中，但应当认识到，斗式入口100可以用于任何其它合适的涡轮机械中。而且，虽然将大体上参考燃气涡轮发动机10而描述斗式入口100，但关于斗式入口100对其它类型的涡轮机械的适用性，这样的描述并非限制性的。
对于所描绘的实施例，涡轮机械包括相对于中心线12延伸涡轮机械的长度的核心发动机壳体18。而且，对于示范性的实施例，核心发动机壳体18至少部分地限定旁通流道48。在一个实施例中，斗式入口100包括入口102、旁通排放导管114以及多个滴状部106。入口102可以位于与旁通流道48流体连通的核心发动机壳体18上。而且，对于所图示的实施例，入口102包括口部108，口部108将旁通流道48流体联接至冷却系统110。口部108可以接收来自旁通流道48的旁通排放空气。而且，对于所显示的实施例，口部108限定相对于中心线12的周向上的宽度112。对于所图示的实施例，旁通排放导管114穿过核心发动机壳体18而限定。旁通排放导管114可以将口部108流体联接至冷却系统110。对于示范性的实施例，多个滴状部106位于入口102的口部108处。滴状部106可以至少部分地延伸至经过旁通流道48的旁通流体中。
现在参考图3，根据本公开的方面，图示了可以在示范性的燃气涡轮发动机10中利用的冷却系统110的示意图。燃气涡轮发动机10可以包括与旁通流道48流体连通的斗式入口100。斗式入口100可以包括旁通排放导管114，旁通排放导管114穿过与冷却系统110流体连通的核心发动机壳体18或短舱40而限定。对于所描绘的实施例，旁通排放导管114将旁通流道48流体联接至燃气涡轮发动机10的冷却系统110。而且，图3显示包括预冷器116的冷却系统110。应当认识到，冷却系统110可以大体上是用于出于辅助目的(诸如，冷却或为航空器供给气动动力)而利用加压排放空气的空气管理系统。
对于所描绘的实施例，冷却系统110至少部分地相对于径向而定位于相对于核心发动机壳体18(参见例如图1-2)的内部。例如，冷却系统110可以完全地封装于核心发动机壳体18内。在另外的实施例中，冷却系统110可以部分地由核心发动机壳体18封装，其中，构件位于旁通流道48、短舱40或两者中。
对于所图示的实施例，冷却系统110包括低压压缩机排放导管(被称为低压导管120)。低压导管120可以将低压压缩机排放端口122流体联接至冷却系统110，以致于冷却系统110与低压压缩机排放端口122流体连通。低压压缩机排放端口122可以位于增压压缩机22或前一级的高压压缩机24中。例如，低压压缩机排放端口122可以位于第四级的高压压缩机24中。对于示范性的实施例，冷却系统110包括低压阀132，低压阀132用于选择性地关闭低压导管120。例如，控制系统(诸如，空气管理系统的排放管理控制系统(BMC))可以传送信号，以选择性地打开或关闭低压阀132。例如，低压阀132可以完全地打开，以供给最大量的来自低压压缩机排放端口122的排放空气。而且，低压阀132可以完全地关闭或部分地关闭，以完全地或部分地截止来自低压压缩机排放端口122的排放空气的供给。
对于示范性的实施例，冷却系统110包括高压压缩机排放导管(被称为高压导管124)。高压导管124可以将高压压缩机排放端口126流体联接至冷却系统110，以致于冷却系统110与高压压缩机排放端口126流体连通。高压压缩机排放端口126可以位于高压压缩机24中。例如，高压压缩机排放端口126可以位于后一级的高压压缩机24(诸如，第十级)中。对于示范性的实施例，冷却系统包括高压阀134，高压阀134用于选择性地关闭高压导管124。例如，控制系统(诸如，BMC)可以传送信号，以选择性地打开或关闭高压阀134。例如，高压阀134可以完全地打开，以供给最大量的来自高压压缩机排放端口126的排放空气。而且，高压阀134可以完全地关闭或部分地关闭，以完全地或部分地截止来自高压压缩机排放端口126的排放空气的供给。
而且，对于示范性的实施例，高压导管124可以在接头128处与低压导管120接触。例如，低压阀132或高压阀134可以选择性地打开，以允许来自高压压缩机排放端口126的排放空气或来自低压压缩机排放端口122的空气分别到达接头128。而且，对于所显示的实施例，压缩机导管130可以将低压导管120、高压导管124或两者流体联接至压力调节截止阀(被称为截止阀136)。例如，压缩机导管130可以将接头128流体联接至截止阀136。对于所描绘的实施例，截止阀136可以选择性地打开或关闭来自高压压缩机排放端口126和/或低压压缩机排放端口122的加压空气的供给。例如，控制系统(诸如，BMC)可以传送信号，以选择性地打开或关闭截止阀136。而且，在某些运行条件下，应当认识到，低压阀132或高压阀134可以完全地或部分地关闭。在这样的情形下，到达截止阀136的空气可以来自高压压缩机排放端口126或低压压缩机排放端口122之一。
在某些实施例中，冷却系统110可以包括压缩机区段23中的仅一个压缩机排放端口125。例如，这一个压缩机排放端口125可以是低压压缩机排放端口122。相反地，这一个压缩机排放端口125可以是高压压缩机排放端口126。而且，应当认识到，压缩机排放端口125可以定位于压缩机区段23中的任何位置(诸如，增压压缩机22或高压压缩机24)。照此，冷却系统110可以经由压缩机导管130而与压缩机排放端口125流体连通。而且，压缩机导管130可以包括阀(诸如，低压阀132或高压阀134)，以选择性地打开或关闭来自压缩机排放端口125的加压空气的供给。
仍然参考图3，对于所图示的实施例，冷却系统110包括涡轮排放导管(被称为涡轮导管138)。涡轮导管138可以将涡轮排放端口140流体联接至冷却系统110，以致于冷却系统110与涡轮排放端口140流体连通。涡轮排放端口140可以位于燃气涡轮发动机10的涡轮区段29的任何级中。例如，涡轮排放端口140可以定位于高压涡轮28或低压涡轮32中的至少一个中。对于示范性的实施例，冷却系统110包括涡轮阀142，用于选择性地关闭涡轮导管138。例如，控制系统(诸如，BMC)可以传送信号，以选择性地打开或关闭涡轮阀142。例如，涡轮阀142可以完全地打开，以供给最大量的来自涡轮排放端口140的排放空气。而且，涡轮阀142可以完全地关闭或部分地关闭，以完全地或部分地截止来自涡轮排放端口140的排放空气的供给。
而且，对于所显示的实施例，涡轮导管138将涡轮排放端口140流体联接至截止阀136。例如，控制系统(诸如，BMC)可以传送信号，以选择性地打开或关闭截止阀136，以供给来自涡轮排放端口140的加压空气。而且，应当认识到，取决于用于各个排放端口的阀是打开，关闭，还是部分地关闭，截止阀136可以接收来自低压压缩机排放端口122、高压压缩机排放端口126或涡轮排放端口140中的任一个的加压空气。
在其它实施例中，冷却系统110可以包括少于先前所描述的所有这三个排放端口122、126、140。例如，冷却系统110可以仅包含一个压缩机排放端口125和压缩机导管130。在另一实施例中，冷却系统110可以包含高压压缩机排放端口126、低压压缩机排放端口122以及对应的低压导管120和高压导管124。尽管如此，在又一实施例中，冷却系统110可以仅包含涡轮排放端口140和对应的涡轮导管138。
对于所图示的实施例，冷却系统110与斗式入口100流体连通。例如，旁通排放导管114可以将入口102流体联接至冷却系统110。对于所描绘的实施例，风扇空气阀144与旁通排放导管114流体连通。例如，风扇空气阀144可以选择性地允许旁通排放导管114与冷却系统110之间的流体连通。例如，控制系统(诸如，BMC)可以传送信号，以选择性地打开或关闭风扇空气阀144。而且，风扇空气阀144可以部分地关闭，以允许来自旁通流道48或风扇区段16的旁通排放空气的仅一部分到达冷却系统110。应当认识到，在某些情形下，风扇空气阀144可以完全地关闭，以致于空气不经过旁通排放导管114，且因此，空气不经过斗式入口100。当旁通排放导管114关闭时，可能在斗式入口100处，造成被称为亥姆霍兹共振的空气动力现象。例如，可能在入口102处，出现波动的压力状况，从而造成共振腔。在某些实施例中，共振可以包括每平方英寸二十磅的峰间压力或更大。
仍然参考图3，根据本公开的方面，图示了具有预冷器116的冷却系统110。对于所描绘的实施例，预冷器116与旁通排放导管114和压缩机排放端口125流体连通。例如，预冷器116可以经由低压导管120而流体联接至低压压缩机排放端口122。类似地，预冷器116可以经由高压导管124而热联接至高压压缩机排放端口126。而且，应当认识到，预冷器116可以经由中介导管(诸如，压缩机导管130)而与低压压缩机排放端口122，高压压缩机排放端口126或两者流体连通。在示范性的实施例中，预冷器116进一步与涡轮排放端口140流体连通。例如，预冷器116可以经由涡轮导管138而流体联接至涡轮排放端口140。对于所图示的实施例，预冷器入口146将截止阀136流体联接至预冷器116。应当认识到，预冷器116可以经由截止阀136和/或预冷器入口146而流体联接至低压压缩机排放端口122、高压压缩机排放端口126以及涡轮排放端口140的任何组合。
在所图示的实施例中，预冷器116包括换热器，以将旁通排放空气与来自预冷器入口146的加压空气热联接。例如，预冷器116可以是从由压缩机排放端口125的至少一个供给的压缩机排放空气传热至旁通排放空气的换热器。类似地，预冷器116可以是从由涡轮排放端口140供给的涡轮排放空气传热至旁通排放空气的换热器。应当认识到，供给至预冷器入口146的加压空气可以起源于低压压缩机排放端口122、高压压缩机排放端口126或涡轮排放端口140。而且，对于所图示的实施例，换热预冷器116安置于旁通排放导管114与预冷器入口146之间，以从经过预冷器入口146的流体导热至经过旁通排放导管114的流体。此外，具有冷却剂(诸如，PAO(聚α烯烃)或其它乙醇酸类掺合物)的中间回路或热胶可以设置于旁通排放导管114与预冷器入口146之间，以进一步促进快速传热。
仍然参考图3，示范性的冷却系统110包括辅助出口148和排气出口150，辅助出口148和排气出口150流体联接至预冷器116。在示范性的实施例中，辅助出口148通过预冷器116而流体联接至预冷器入口146。类似地，对于所显示的实施例，旁通排放导管114通过预冷器116而流体联接至排气出口150。例如，由预冷器入口146供给的加压空气可以经过预冷器116，其中，能量以热的形式被提取。而且，为了使燃气涡轮发动机10的其它构件冷却，且/或出于其它目的(诸如，气动动力)，可以使用辅助出口148中的此时已被冷却的加压空气。而且，对于示范性的实施例，由旁通排放导管114供给的旁通排放空气经过预冷器116，在此能量以热的形式被添加。而且，现在已被加热的旁通排放空气可以退出预冷器116而到达排气出口150。可以使用排气出口150来将预冷器116流体联接至旁通排气部55或排气喷嘴36(参见例如图1和图2)中的至少一个。照此，可以使用旁通排放空气来生成燃气涡轮发动机10中的另外的推力。
应当认识到，预冷器116可以使旁通排放导管114与预冷器入口146不透气地密封。例如，在降低从(若干)压缩机排放端口125和/或涡轮排放端口140供给的流体的压力损失的同时，预冷器116可以允许预冷器入口146中的加压空气通过预冷器116而冷却。
而且，应当认识到，图3的示范性的冷却系统110仅仅是可以联接至斗式入口100且与斗式入口100一起使用的冷却系统110的示例。例如，斗式入口100可以与任何有能力的冷却系统110、空气管理系统或辅助气动系统一起利用。
现在参考图4-8，根据本公开的方面，图示可以在示范性的燃气涡轮发动机10中利用且与示范性的冷却系统110一起利用的斗式入口100的各种实施例的多个视图。更具体地，图4图示斗式入口100的示范性的入口102的一个视图。图5图示图4的示范性的入口102的另一视图。图6图示另一示范性的斗式入口100的视图。图7显示图6的斗式入口100的示范性的入口102的俯视图。图8显示图6和图7的入口102的横截面图。而且，虽然示范性的斗式入口100显示为位于核心发动机壳体18上(诸如，核心发动机壳体18的外表面19上)，但如关于图2而解释的，斗式入口100可以位于旁通流道48或风扇区段16中的任何位置。例如，斗式入口100可以定位于短舱40的内表面21处。
对于所图示的实施例，斗式入口100包括核心发动机壳体18处的入口102。入口102可以与旁通流道48流体连通(参见例如图1和图2)。而且，对于所描绘的实施例，入口102包括口部108，口部108将旁通流道48流体联接至冷却系统110(参见例如图3)。例如，口部108可以接收来自旁通流道48的旁通排放空气。如具体地在图6和图7中看到的，口部108限定相对于中心线12的周向上的宽度112(参见例如图1和图2)。而且，入口102的口部108可以与核心发动机壳体18齐平，以致于在斗式入口100的下游的旁通流道48的边界层中，造成最小的干扰。
如在图5的实施例中最清楚地看到的，斗式入口100可以包括入口102的相对于中心线12的下游部分或后部部分处的入口整流罩101。对于所描绘的实施例，入口整流罩101可以将旁通流体流指引至入口102的口部108中，并且，防止旁通流体流回到旁通流道48中。而且，入口整流罩101可以提高燃气涡轮发动机10的效率。例如，入口整流罩101可以进一步减少对斗式入口100的下游的旁通流道48中的边界层的干扰。
具体地参考图5和图6，如关于图3而描述的，旁通排放导管114可以将口部108流体联接至冷却系统110。对于所图示的实施例，旁通排放导管114穿过核心发动机壳体18而限定。例如，旁通排放导管114可以由核心发动机壳体18包覆，并且，在入口102与冷却系统110之间延伸。而且，在其它实施例中，如果斗式入口100定位于短舱40的内表面21上，则旁通排放导管114可以穿过短舱40而限定。
现在再次大体上参考图4-8，对于所描绘的实施例，斗式入口100包括入口102的口部108处的多个滴状部106。例如，滴状部106可以定位于入口102的前缘处。对于示范性的实施例，滴状部106至少部分地延伸至经过旁通流道48的旁通流体中。
对于示范性的实施例，滴状部106具有隆起的流线型轮廓，以触发斗式入口100的口部108上方的小的流动涡流。小的流动涡流可以破坏入口102处的共振腔，从而防止不理想的振动、性能损失、噪声以及对硬件的损伤。应当认识到，滴状部106可以大到足以在入口102处引入局部湍流流动，从而防止形成共振。而且，滴状部106可以仍然足够小，以致于局部湍流在斗式入口100的下游消散。例如，斗式入口100的下游的流可以基本上为层流的。照此，滴状部106可以对斗式入口100的下游的旁通流道48的边界状况产生最小影响。
现在具体地参考图7，对于所描绘的实施例，多个滴状部106限定滴状部宽度158、滴状部长度160以及多个滴状部间隔162。例如，滴状部宽度158可以是相对于中心线12(参见例如图1和图2)的周向上的滴状部106的宽度。对于所图示的实施例，滴状部宽度158是口部108的宽度112的大约0.1至0.4。对于所显示的实施例，滴状部106限定相对于中心线12的轴向上的滴状部长度160。例如，滴状部长度160可以是口部108的宽度112的大约0.15至0.45。在示范性的实施例中，滴状部106限定沿周向在滴状部106之间延伸的多个滴状部间隔162。例如，滴状部间隔162可以是口部108的宽度112的大约0.05至0.2。
现在具体地参考图8，滴状部106可以限定相对于中心线12的径向上的滴状部高度164。在所描绘的实施例中，滴状部高度164可以是旁通流道48中的旁通流体的边界层的局部厚度的大约一至两倍。照此，滴状部高度164可以是在斗式入口100处的边界层中形成漩涡/涡流所必需的最小量。应当认识到，超过必要的滴状部高度164可能造成斗式入口100的下游的不理想的湍流流动，从而导致低效。相反地，如果滴状部高度164不够大，则不可能通过滴状部106形成漩涡/涡流，或漩涡/涡流可能太小而不能降低且/或消除入口102的口部108处的共振。
应当认识到，虽然在图4-8中，滴状部106显示为统一的，但在其它实施例中，滴状部106可以具有不同的形状和/或取向。例如，一些滴状部106可以具有第一形状、长度、宽度、以及滴状部106之间的间距，而其它滴状部106具有不同的形状、长度、宽度、高度以及/或间距。
具体地参考图9，斗式入口100的一个实施例描绘为包括具有可变高度的滴状部106。例如，滴状部106可以包括具有第一高度的一个或更多个第一滴状部166。滴状部106还可以包括具有与第一高度不同的第二高度的一个或更多个第二滴状部168。而且，滴状部106可以包括具有与第一高度和第二高度不同的第三高度的一个或更多个第三滴状部170。在所图示的实施例中，第二高度大于第一高度，并且，第三高度大于第二高度。如图所示，滴状部106的高度可以随着滴状部106接近口部108的中心而增加。口部108的中心附近的具有较高的高度的滴状部106可以引入较大的漩涡以行进至入口102中。而且，具有较短的高度的滴状部106可以放置于口部108的边缘附近，以减小向斗式入口100的下游行进至旁通流道48中的漩涡的大小。
滴状部106可以具有造成滴状部106的下游的涡流或漩涡的任何形状。例如，如具体地在图4和图5中看到的，滴状部106可以具有带有大约平坦侧区段152和圆形顶部部分154的凸块形状。而且，对于示范性的实施例，尖拐角部156将平坦侧区段152和圆形顶部部分154联结。尖拐角部156可以有助于触发小的涡流，从而防止形成共振腔。如具体地在图6-8中看到的，滴状部106可以具有卵形或蛋形。
具体地参考图10，根据本公开的方面，斗式入口100的一个实施例图示为具有圆形滴状部106。如图所示，滴状部106可以具有圆形横截面(诸如，半圆横截面)。例如，滴状部长度160可以与滴状部宽度158大约相同。现在具体地参考图11，根据本公开的方面，斗式入口100的另一实施例图示为带有包括凸起形横截面的滴状部106。如图所示，滴状部106可以具有凸起形状(诸如，矩形形状)。而且，在所显示的实施例中，滴状部106可以具有大约正方形的形状。例如，滴状部长度160可以与滴状部宽度158大约相同。在另外的实施例中，滴状部高度164也可以与滴状部长度160和滴状部宽度158大约相同，以致于凸起形滴状部106大约为立方体。
应当认识到，滴状部106可以具有几乎任何其它形状和/或横截面，其造成对应于涡流/漩涡形成的局部层流的中断。例如，在某些实施例中，滴状部106可以具有圆形、正方形、矩形或其它多边形形状。
仍然大体上参考图4-8，对于所图示的实施例，滴状部106可以相对于中心线12而沿周向大约布置成一行。在某些实施例中，该行滴状部106包括至少两个滴状部106，但少于八个滴状部106。如具体地在图6和图7中看到的，多个滴状部106可以是五个滴状部106。例如，在图6和图7的所描绘的实施例中，五个滴状部106沿周向在入口102的口部108处布置成一行。
在其它实施例中，多行可以包含多个滴状部106。现在具体地参考图10，斗式入口100的一个实施例图示为具有两行滴状部106。在所描绘的实施例中，滴状部106可以彼此交错，以致于第一行172的滴状部106定位于在第二行174的滴状部106之间的滴状部间隔162的上游。现在参考图12，斗式入口100的一个实施例图示为具有根据本公开的多行滴状部106。具体地，图12图示多个滴状部106，其中，更接近于口部108的滴状部106的行包括比在口部108的更远的上游的行更多的滴状部106。而且，滴状部106可以集中于口部108的中心附近。照此，滴状部106可以在口部108的中心附近引入更多的湍流流动，而在口部108的边缘附近引入更少的湍流流动。而且，滴状部106的这样的布置可以在使向斗式入口100的下游行进至旁通流道48中的漩涡的大小最小化的同时，引入更大的漩涡以行进至入口102中。
在其它实施例中，滴状部106可以不组织成行。再次参考图9，图示斗式入口100，其中，滴状部106围绕口部108布置成半圆形形状。应当认识到，滴状部106可以组织成任何网格、阵列或布置，其造成对应于涡流/漩涡形成的局部层流的中断。
本书面描述使用示范性的实施例来公开本发明，包括最佳模式，并且，还允许本领域任何技术人员实践本发明，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本发明的专利范围由权利要求定义，并且，可以包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这样的其它示例包括并非与权利要求的字面语言不同的结构元件，或如果这些示例包括与权利要求的字面语言无实质的差异的等效的结构元件，则这些示例旨在属于权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于涡轮机械的斗式入口(100)，其中，所述涡轮机械具有相对于中心线(12)延伸所述涡轮机械的长度的核心发动机壳体(18)，且其中，所述核心发动机壳体(18)至少部分地限定旁通流道(48)，所述斗式入口(100)包含：
与所述旁通流道(48)流体连通的所述核心发动机壳体(18)处的入口(102)，所述入口(102)包含将所述旁通流道(48)流体联接至冷却系统(110)的口部(108)，其中，所述口部(108)从所述旁通流道(48)接收旁通排放空气，且其中，所述口部(108)限定相对于所述中心线(12)的周向上的宽度(112)；
穿过所述核心发动机壳体(18)而限定的旁通排放导管(114)，其中，所述旁通排放导管(114)将所述口部(108)流体联接至所述冷却系统(110)；以及
所述入口(102)的口部(108)处的多个滴状部(106)，其中，所述滴状部(106)至少部分地从所述口部(108)延伸至所述旁通流道(48)中。
2.根据权利要求1所述的斗式入口(100)，其中，所述滴状部(106)沿所述周向大约布置成一行。
3.根据权利要求1或2所述的斗式入口(100)，其中，所述滴状部(106)将滴状部宽度(158)限定为所述口部(108)的宽度(112)的大约0.1至0.4。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的斗式入口(100)，其中，所述滴状部(106)限定相对于所述中心线(12)的轴向上的长度(160)，且其中，所述长度(160)是所述口部(108)的宽度(112)的大约0.15至0.45。
5.根据权利要求2所述的斗式入口(100)，其中，所述滴状部(106)限定沿所述周向在所述滴状部(106)之间延伸的多个间隔(162)，且其中，所述间隔(162)是所述口部(108)的宽度(112)的大约0.05至0.2。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的斗式入口(100)，其中，相对于所述中心线(12)的径向上的所述滴状部(106)的高度(164)是经过所述旁通流道(48)的旁通流体的边界层的局部厚度的大约1至2倍。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的斗式入口(100)，还包含与所述旁通排放导管(114)流体连通的风扇空气阀(144)，其中，所述风扇空气阀(144)选择性地允许所述旁通排放导管(114)与所述冷却系统(110)之间的流体连通。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的斗式入口(100)，其中，所述多个滴状部(106)包含沿所述周向在所述口部(108)处布置成一行的五个滴状部(106)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的斗式入口(100)，其中，所述多个滴状部(106)包含至少两个滴状部(106)，但少于八个滴状部(106)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的斗式入口(100)，其中，所述入口(102)定位于所述涡轮机械的风扇区段(16)处。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的斗式入口(100)，其中，所述冷却系统(110)将所述旁通排放导管(114)流体联接至压缩机排放端口(125)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的斗式入口(100)，其中，所述冷却系统(110)将所述旁通排放导管(114)流体联接至涡轮排放端口(140)。
13.根据权利要求11所述的斗式入口(100)，其中，所述冷却系统(110)将所述旁通排放导管(114)流体联接至与所述压缩机排放端口(125)流体连通的预冷器(116)，其中，所述预冷器(116)包括换热器，以将所述旁通排放空气与由所述压缩机排放端口(125)供给的压缩机排放空气热联接。
14.根据权利要求12所述的斗式入口(100)，其中，所述冷却系统(110)将所述旁通排放导管(114)流体联接至与所述涡轮排放端口(140)流体连通的预冷器(116)，其中，所述预冷器(116)包括换热器，以将所述旁通排放空气与由所述涡轮排放端口(140)供给的涡轮排放空气热联接。
15.根据权利要求1-10中的任一项所述的斗式入口(100)，其中，所述冷却系统(110)将所述旁通排放导管(114)流体联接至压缩机排放端口(125)、涡轮排放端口(140)和与所述旁通排放导管(114)、所述压缩机排放端口(125)以及所述涡轮排放端口(140)流体连通的预冷器(116)，且其中，所述预冷器(116)包括换热器，以将所述旁通排放空气与由所述涡轮排放端口(140)供给的涡轮排放空气或由所述压缩机排放端口(125)供给的压缩机排放空气中的至少一个热联接。
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