CN111706402B - 涡轮发动机吊架 - Google Patents

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Abstract

一种用于涡轮发动机的吊架，可包括面对冷却气流的第一表面，面对加热气流的第二表面以及在第一表面的径向外侧的第三表面。吊架进一步可包括具有脏空气入口和清洁空气出口的旋风分离器，以及延伸穿过旋风分离器的冷却空气回路。

Description

涡轮发动机吊架
技术领域
本公开大体上涉及用于涡轮发动机的颗粒分离器，并且更具体地涉及在涡轮发动机部件内的旋风分离器。
背景技术
涡轮发动机，并且特别是燃气涡轮发动机或燃烧涡轮发动机，是从通过发动机的加压燃烧气体流中提取能量到旋转涡轮叶片上的旋转式发动机。
涡轮发动机通常被设计成在高温下操作以提高发动机效率。为在高温环境中的诸如翼型件之类的部件提供冷却措施是有益的，其中这种冷却措施可以在发动机操作期间减少这些部件上的材料磨损并提高结构稳定性。
冷却措施可包括来自压缩机的排出空气，该排出空气被引导至发动机中所需的位置。排出空气可用于在特定部件交界处提供吹扫空气流。优化排出空气的输送和覆盖进一步有助于提高发动机效率。
发明内容
一方面，本发明涉及一种用于涡轮发动机的吊架。吊架包括：面对冷却气流的第一表面，面对加热气流的第二表面，在第一表面的径向外侧的第三表面；旋风分离器，具有至少部分地由第三表面限定的旋风主体并且具有脏空气入口，清洁空气出口和位于清洁空气出口径向外侧的扫气出口；及冷却空气回路，其具有在第一表面上的冷却空气入口和在第二表面上的冷却空气出口，并在脏空气入口和清洁空气出口之间延伸通过旋风分离器。
在另一方面，本公开涉及一种用于涡轮发动机的护罩和吊架组件。护罩和吊架组件包括吊架，其具有面对冷却气流的第一表面吊架，面对加热气流的第二表面，在第一表面的径向外侧的第三表面，旋风分离器以及冷却空气回路，旋风分离器具有至少部分地由第三表面限定的旋风主体并且具有脏空气入口，清洁空气出口和位于清洁空气出口径向外侧的扫气出口，冷却空气回路具有在第一表面上的冷却空气入口和在第二表面上的冷却空气出口，并在脏空气入口和清洁空气出口之间延伸通过旋风分离器。护罩和吊架组件还包括护罩，其具有面对吊架的第二表面的内表面，面对加热气流的加热表面，以及与冷却空气回路流体连接并在内表面上的护罩入口和加热表面上的护罩出口之间延伸通过护罩的护罩冷却回路。
在另一方面，本发明涉及一种涡轮发动机，其包括轴向流动布置的压缩机，燃烧器和涡轮。涡轮发动机包括：具有内部冷却通道和面向加热气流的加热表面的冷却部件；以及吊架，其具有面对冷却气流的第一表面，面对加热气流的第二表面，在第一表面的径向外侧的第三表面，旋风分离器以及冷却空气回路，旋风分离器具有至少部分地由第三表面限定的旋风主体并且具有脏空气入口，清洁空气出口和位于清洁空气出口径向外侧的扫气出口，冷却空气回路流体联接到内部冷却通道，该冷却空气回路具有在第一表面上的冷却空气入口和在第二表面上的冷却空气出口，并且在脏空气入口和清洁空气出口之间延伸穿过旋风分离器。
附图说明
在附图中：
图1是用于飞行器的涡轮发动机的示意性截面图。
图2是根据本文所述的各个方面的图1的涡轮发动机的高压涡轮区段的放大图，其包括护罩和吊架组件。
图3是图2的护罩和吊架组件的一部分的立体图。
图4是图3中包括旋风分离器的罩和吊架组件沿着线IV-IV的截面图。
图5是图4的护罩和吊架组件的剖视图，示出了旋风分离器内的气流。
图6是根据本文描述的各个方面的具有旋风分离器的另一护罩和吊架组件的立体图。
具体实施方式
本公开的所描述的实施例针对涡轮发动机的护罩和吊架组件。为了说明的目的，将关于飞行器涡轮发动机中的涡轮区段来描述本公开。然而，将理解的是，本公开内容不限于此，并且可以在发动机内，包括在压缩机区段内以及在非飞行器应用(例如，其他移动应用和非移动工业、商业以及住宅应用)中具有一般适用性。
涡轮发动机内的冷却气流会携带粉尘或其他碎屑，这些粉尘或其他碎屑会移入冷却的部件中，例如护罩、吊架(hanger)、翼型件、平台、内带或外带等。这些粉尘或碎屑会聚集在冷却的部件的内部，或导致冷却孔或通道内堵塞。去除这些碎屑可以改善冷却性能并减少冷却空气的使用。
涡轮发动机还可包括通过增材制造形成的部件。如本文所用，“增材制造的”部件是指通过增材制造(AM)过程形成的部件，其中该部件通过连续的材料沉积而逐层构建起。AM是一个用于描述通过逐层添加材料(无论材料是塑料还是金属)来构建3D物体的技术的恰当名称。AM技术可以利用计算机、3D建模软件(计算机辅助设计或CAD)、机械设备和分层材料。一旦生成了CAD草图，AM设备就可以从CAD文件中读取数据，并以逐层的方式铺展或添加液体、粉末、片状材料或其他材料的连续层以制造3D物体。应当理解，术语“增材制造”涵盖许多技术，包括诸如3D打印、快速成型(RP)、直接数字制造(DDM)、分层制造和增材制作之类的子集。可用于形成增材制造的部件的增材制造的非限制性示例包括粉末床熔化、光聚合、粘合剂喷射、材料挤压、定向能量沉积、材料喷射、片层压。另外，“增材制造”的部件还可以包括通过熔模铸造，3D打印，添加金属或其任意组合形成的部件。
如本文所使用的，术语“前向”或“上游”指的是在朝向发动机入口的方向上移动，或与其他部件相比，部件相对更靠近发动机入口。与“前向”或“上游”结合使用的术语“后向”或“下游”是指的是朝向发动机后部或出口的方向，或与其他部件相比，相对更靠近发动机出口。
如本文所使用的“组”可以包括任何数量的分别描述的元件，包括仅一个元件。此外，如本文所使用的，术语“径向”或“径向地”指的是在发动机的中心纵向轴线和外发动机圆周之间延伸的尺度。
所有的方向参考(例如，径向、轴向、近端、远端、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、上游、下游、前向、后向等)仅用于识别目的以帮助读者理解本公开，并且不产生限制，特别是关于本公开的位置、方向或用途的限制。连接参考(例如，附接、联接、连接和接合)将被广义地诠释，并且除非另有指示，可以包括元件集之间的中间元件，以及元件之间的相对移动。因此，连接参考不必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的横截面示意图。发动机10具有大体上纵向延伸的轴线或中心线12，该轴线或中心线从前部14延伸至后部16。发动机10以下游串联流动关系包括：包括风扇20的风扇区段18，包括增压器或低压(LP)压缩机24和高压(HP)压缩机26的压缩机区段22，包括燃烧器30的燃烧区段28，包括HP涡轮34和LP涡轮36的涡轮区段32以及排气区段38。
风扇区段18包括围绕风扇20的风扇壳体40。风扇20包括围绕中心线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被芯壳体46包围，该芯壳体46可以与风扇壳体40联接。
围绕发动机10的中心线12同轴地设置的HP轴或线轴48将HP涡轮34驱动连接至HP压缩机26。在较大直径的环形HP线轴48内围绕发动机10的中心线12同轴地设置的LP轴或线轴50将LP涡轮36驱动连接至LP压缩机24和风扇20。线轴48、50可以围绕发动机中心线旋转并联接至多个可旋转的元件，这些多个可旋转的元件可以共同限定转子51。
LP压缩机24和HP压缩机26分别包括具有叶片组件55和轮叶组件57的多个压缩机级52、54。每个叶片组件55包括相对于具有相应的一组静态压缩机轮叶60、62(也称为喷嘴)的每个轮叶组件57旋转的一组压缩机叶片56、58，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从叶片平台向叶片尖端径向向外延伸，而相应的静态压缩机轮叶60、62位于旋转叶片56、58的上游并与其相邻。注意，图1所示的叶片、轮叶和压缩机级的数量仅为说明目的而选择，并且其他数量是可能的。
压缩机级的叶片56、58可被安装到(或集成到)盘61，该盘61被安装到HP和LP线轴48、50中的相应一个上。压缩机级的轮叶60、62可以周向布置安装到芯壳体46。
HP涡轮34和LP涡轮36分别包括具有叶片组件65和轮叶组件67(图2)的多个涡轮级64、66。每个叶片组件65包括相对于具有相应的一组静态涡轮轮叶72、74(也称为喷嘴)的每个轮叶组件67旋转的一组涡轮叶片68、70，以从通过该级的流体流中提取能量。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从叶片平台向叶片尖端径向向外延伸，而相应的静态涡轮轮叶72、74位于旋转叶片68、70的上游并与其相邻。注意，图1所示的叶片、轮叶和涡轮级的数量仅为说明目的而选择，并且其他数量是可能的。
涡轮级的叶片68、70可被安装到(或集成到)盘71，该盘71被安装到HP和LP线轴48、50中的相应一个上。涡轮级的轮叶72、74可以周向布置安装到芯壳体46。
作为转子部分的补充，发动机10的静止部分，例如压缩机和涡轮区段22、32中的静态轮叶60、62、72、74，也单独或统称为定子63。这样，定子63可指代整个发动机10中的非旋转元件的组合。
在操作中，离开风扇区段18的气流被分解，使得气流的一部分被导入LP压缩机24中，然后将加压空气76供应到HP压缩机26，从而进一步加压空气。来自HP压缩机26的加压空气76在燃烧器30中与燃料混合并点燃，从而产生燃烧气体。HP涡轮34从这些气体中提取一些功，从而驱动HP压缩机26。燃烧气体被排放到LP涡轮36中，该LP涡轮36提取出额外的功以驱动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涡轮机36的驱动驱动LP线轴50以旋转风扇20和LP压缩机24。
加压气流的一部分76可以作为排出空气77从压缩机区段22抽出。排出空气77可以从加压气流76抽出并被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的温度显著升高。这样，由排出空气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。
气流的剩余部分78绕过LP压缩机24和发动机芯44，并通过在风扇排气侧84处的静止轮叶排，更具体地说是出口导向轮叶组件80(该出口导向轮叶组件80包括多个翼型导向轮叶82)，离开发动机组件10。更具体地，在风扇区段18附近利用一排周向的径向延伸的翼型导向轮叶82，以对气流78进行一些方向控制。
由风扇20供应的一些空气可以绕过发动机芯44，并用于冷却发动机10的部分，特别是热部分，和/或用于冷却飞行器的其他方面或为飞行器的其他方面供能。在涡轮发动机的情况下，发动机的热部分通常在燃烧器30的下游，特别是涡轮区段32，其中HP涡轮34是最热的部分，因为它直接位于燃烧区段28的下游。冷却流体的其他来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。
图2是图1的一部分的放大图，更清楚地示出了HP涡轮34处的环形通道49的一半；应当理解，HP涡轮34可以包括未示出的额外部件。HP涡轮34可包括多个涡轮级64。每个涡轮级64可包括成对的翼型组件，并且被示出为包括示例性的叶片和轮叶组件65、67。尽管示出了HP涡轮34，但是本公开的方面可以应用于发动机的其他区域，包括LP涡轮36和压缩机区段22，并且还包括示例性叶片和轮叶组件55、57(图1)。另外，应当理解，HP涡轮机34可包括比图示更多或更少的级64，并且级64仅用于说明性目的。
叶片和轮叶组件65、67以叶片68和轮叶72周向间隔的布置设置在环形通道49内，燃烧气体流可以通过其中移动。叶片组件65可包括安装在叶片平台88上并从燕尾榫90径向向外延伸的叶片68。燕尾榫90安装到盘71，共同连接以形成转子51。
多个吊架95被示意性地示出为联接到核心壳体46(图1)并且被构造为支撑相应的多个环形护罩97，其中每个护罩97围绕相应的叶片68。吊架95和护罩97可共同限定护罩和吊架组件100。为了清楚起见，在图2中示出了具有矩形几何轮廓的吊架95和护罩97，并且应当理解，可以使用任何期望的几何轮廓。另外，吊架95和护罩97中的任一个或两者都可以包括附接臂，密封件，内部空腔，挡板或适合于护罩和吊架组件100的环境的任何其他期望的部件。
护罩和吊架组件100的更多细节在图3中示出。吊架95可包括面对冷却气流115的第一表面101，面对加热气流117的第二表面102以及在第一表面101的径向外侧的第三表面103。在所示的示例中，吊架95的第二表面102通过护罩97与加热气流117间隔开。还应当理解，吊架95可以形成环形护罩和吊架组件的一部分。在所示示例中，吊架95和护罩97形成环形护罩和吊架组件100的一部分，其环绕HP涡轮34并围绕相应的叶片68。
旋风分离器120可包括在吊架95内。可以想到，吊架95可具有整体式主体105，其中第三表面103至少部分地限定旋风分离器120。在这种情况下，旋风分离器120可以与吊架95一体地形成，例如通过增材制造。如图所示，整体式主体105包括多个旋风分离器120，其在整体式主体中呈周向间隔布置。可以包括任何数量的旋风分离器120。另外，可以沿着第三表面103设置对角载荷支架104，以增加吊架95的结构稳定性。在这种情况下，如图所示，多个旋风分离器120可被包括在相邻的对角载荷支架104之间。
旋风分离器120还可形成用于冷却气流115的吊架95内的内部导管的一部分。例如，一组冷却空气入口108可以形成在吊架95的第一表面101中，使得冷却气流115可以进入吊架95的主体。可以使用任何数量，大小或形状的冷却空气入口108。
图4示出了护罩和吊架组件100的截面图。示出了参考线13，其通常代表并平行于发动机中心线12。旋风分离器120可包括旋风主体122，该旋风主体122具有所示的锥形部分124和柱形部分126，以及中心线132。在所示的示例中，如图所示，旋风分离器120的锥形部分124和柱形部分126与中心线132对准。在其他非限制性示例(未示出)中，锥形部分124和柱形部分126可以不与中心线132对准，或者每个都可以平行于中心线132并偏离中心线132。
还可以预期，旋风分离器120的中心线132可以不与涡轮发动机10的中心线12对准。例如，旋风分离器120可以以一定角度定向，使得其中心线132平行于对角载荷支架104(图2)。
旋风分离器120可进一步包括切向脏空气入口134，扫气出口136和清洁空气出口138。如图所示，脏空气入口134和清洁空气出口138位于筒形部分126中，扫气出口136位于锥形部分124中。另外，扫气出口136可位于清洁空气出口138的径向外侧。脏空气入口134也可以位于清洁空气出口138的径向外侧，例如在清洁空气出口138和扫气出口136之间。
清洁空气导管135可以位于旋风分离器120内邻近脏空气入口134和清洁空气出口138的位置，并且流体联接至扫气出口136。清洁空气导管135可具有围绕中心线132的环形几何轮廓。在所示示例中，清洁空气导管135可至少部分地在脏空气入口134上延伸并与脏空气入口134间隔开，以防止空气直接从脏空气入口134流到清洁空气出口138。
入口导管140可以延伸到整体式主体105中，并且将冷却空气入口108和脏空气入口134流体地联接。在替代示例(未示出)中，脏空气入口可以定位在第一表面101上以限定冷却空气入口，而无需利用入口导管。在又一个示例(未示出)中，单个冷却空气入口可以流体联接至多个旋风分离器。还将理解的是，尽管示出了两个冷却空气入口108流体地联接到入口导管140，但是可以利用任何数量的冷却空气入口108，包括联接到单个入口导管140的单个冷却空气入口108。
冷却空气出口144可以形成在整体式主体105的第二表面102上，并且出口导管142可以延伸到旋风主体122中并且流体地联接清洁空气出口138和冷却空气出口144。以这种方式，整体式主体105可以在第一表面101上的冷却空气入口108和第二表面102上的冷却空气出口144之间限定冷却空气回路155。如图所示，冷却空气回路155可在脏空气入口134和清洁空气出口138之间穿过旋风分离器120。进一步考虑到，清洁空气出口138可具有与中心线132对准的出口中心线139。
应当理解，离开清洁空气出口138的空气仍可以携带一些脏物或碎屑，其中进入旋风分离器120的大部分脏物或碎屑可以通过扫气出口136排出。在本文中描述“清洁空气”的地方，应理解“清洁”可以指去除少于气流中可能存在的全部污染物的一部分。还应该理解，在整体式主体105限定多个旋风分离器120(图3)的示例中，多个冷却空气回路155可以延伸穿过相应的多个旋风分离器120中的每一个。
另外，锥形部分124可限定第一长度128，而柱形部分126可限定第二长度130。在所示的示例中，第一长度128大于第二长度130。但是，还可以预期，第一长度128也可以等于或小于第二长度130。第一长度128，第二长度130以及长度128、130的比率可被调整以调节旋风分离器120内的气流速率，从旋风分离器120内的气流中去除污染物的速率，或从旋风分离器120内的气流中去除的粉尘/碎屑粒径限制中的任何一个或全部。在一示例中，穿过分离器120的更快的气流可导致经由扫气出口136的颗粒去除速率增加。在另一个示例中，较慢的气流可以提供用于从气流中去除较大的颗粒尺寸。
吊架95可进一步包括具有至少一个排放孔110的后壁109。为了清楚起见，至少一个排放孔110被示为延伸穿过后壁109的单个孔。将理解的是，至少一个排放孔110可以包括多个孔，其中的任何或全部可以是直的或弯曲的，并且可以相对于后壁109具有任何合适的中心线角度。排放孔110可以流体地联接至扫气出口136以及涡轮发动机10的良性区域145。如本文所使用的，“良性区域”将指的是涡轮发动机10的不受粉尘或碎屑不利影响的区域，或者对粉尘或碎屑的存在具有足够的容忍度以使得涡轮发动机10的性能或效率不会降低不期望量的区域。例如，即使在冷却空气中可能存在碎屑，也可以通过使用冷却空气来冷却发动机10内的某些区域(例如上游或下游吹扫腔)或者防止冷却发动机10内的某些区域吸入热燃烧气流。“良性区域”还可以指涡轮发动机10的易于接触或清洁的区域，从而可以容易地去除任何积聚的粉尘或碎屑。
护罩97可联接至吊架95以形成护罩和吊架组件100。护罩97可包括护罩主体160，该护罩主体160具有面对吊架95的第二表面102的内表面161和面对加热气流117的加热表面162。护罩冷却回路166可在内表面161上的护罩入口164与加热表面162上的护罩出口168之间延伸穿过护罩主体160。为了清楚起见，护罩冷却回路166被示意性地示出为延伸穿过罩主体160的单个通道。将理解的是，护罩冷却回路166可以进一步包括多个通道，空腔或其他内部特征(未示出)，并且可以在护罩主体160内形成为具有任何期望的尺寸，几何形状或形状。在一个非限制性示例中，护罩冷却回路166可以是在内表面161和加热表面162之间延伸的多个膜孔的形式。在另一个非限制性示例中，护罩冷却回路166可包括在护罩主体160的内部内的多个流体联接的内部通道。
可以想到的是，护罩冷却回路166可以流体地联接至吊架95中的冷却空气回路155。更具体地，护罩入口164可在旋风主体122的柱形部分126处流体地联接至清洁空气出口138。
图5示出了在发动机10(图1)的操作期间流过护罩和吊架组件100的空气。载有碎屑的冷却空气116(箭头所示)可以通过冷却空气入口108进入整体式主体105，并通过脏空气入口134流入旋风主体122中。载有碎屑的冷却空气116的一部分可移动通过扫气出口136，以限定扫气气流118。载有碎屑的冷却空气116的其余部分可以限定清洁的冷却气流119，该清洁的冷却气流119移动通过清洁空气出口138。
脏空气入口134可形成切向入口，使得载有碎屑的冷却空气116可在旋风主体122内绕清洁空气导管135打旋并朝锥形部分124移动。锥形部分124的会聚倾斜壁会导致打旋的冷却气流116朝着扫气出口136移动时速度增加。打旋的冷却空气116内的粉尘，脏物或其他碎屑135在扫气气流118内可具有足够的动量以离开扫气出口136。清洁的冷却气流119可以被重新引导回柱形部分126。然后，清洁的冷却气流119可以流过出口导管142，并通过清洁空气出口138离开吊架95。以这种方式，冷却空气回路155可以延伸穿过旋风分离器120的锥形部分124和柱形部分126。
还可以预期，旋风分离器120的扫气出口136可以与护罩冷却回路166流体地分离，从而防止碎屑135进入护罩冷却回路166。另外，扫气气流118可通过至少一个排放孔110离开吊架95并进入良性区域145。例如，扫气气流118可以流过排放孔110并进入吊架95下游的主燃烧气流(未示出)。可以设想，通过至少一个排放孔110的扫气气流118的流速可以小于通过清洁空气出口138的清洁冷却空气的流速。在另一示例中，通过至少一个排放孔110的扫气气流118的流速可以小于进入脏空气入口134的载有碎屑的冷却空气116的流速。
在离开吊架95之后，清洁的冷却气流119可通过护罩入口164进入护罩97。此外，从整体式主体105(图3)的多个旋风分离器120出来的清洁的冷却气流119可以进入至少一个护罩入口164。在一个示例中，每个护罩入口164可以联接至吊架95的对应的单个清洁空气出口138。在另一个非限制性示例中，吊架的多个清洁空气出口可以流体联接至单个护罩入口；在又一个示例中，吊架的单个清洁空气出口可以流体地联接至多个护罩入口。在进入护罩97之后，冷却空气116然后可以流过护罩冷却回路166并经由护罩出口168离开护罩97。在非限制性示例中，可以将离开的冷却空气116用于冷却护罩97的加热表面162，或者用作用于发动机10的靠近护罩和吊架组件100的区域的吹扫空气。
虽然冷却的部件被示为护罩97，但这仅是示例，并不旨在限制本文所述的公开内容的各个方面。可以想到的是，吊架95的冷却空气回路155可以流体地联接到涡轮发动机10内具有任何合适的冷却通道以及面对加热流体流的加热表面的任何冷却的部件。冷却的部件的这种冷却通道可以流体地联接到吊架95的多个冷却空气回路155中的至少一个。将理解的是，发动机10内的任何冷却的部件，包括诸如旋转叶片或固定叶片的冷却的翼型件，都可以流体地联接至吊架95和旋风分离器120。
将理解的是，护罩冷却回路166可包括任何期望或合适形式的冷却回路，包括未明确示出的冷却回路。在一实施例中，护罩冷却回路可以是在护罩入口和护罩出口之间延伸的至少一个膜孔(未示出)的形式。在另一示例中，护罩冷却回路可包括流体联接至护罩入口和护罩出口的多个内部冷却通道(未示出)，来自旋风分离器的清洁的冷却空气可流经该内部冷却通道并为护罩主体提供冷却。在又一个示例(未示出)中，护罩冷却回路可以包括膜孔，冷却通道以及延伸穿过护罩并在护罩内延伸的其他流体连接的导管的组合，以向护罩提供冷却空气。
转到图6，示出了可以在图1的涡轮发动机10中使用的另一护罩和吊架组件200。护罩和吊架组件200类似于护罩和吊架组件100；因此，相似的部件将用相似的数字增加100来标识，应该理解，除非另有说明，否则护罩和吊架组件100的相似部分的描述适用于护罩和吊架组件200。
护罩和吊架组件200包括吊架195，其第一表面201面对冷却气流215，第二表面202面对加热气流217，以及第三表面203在第一表面201的径向外侧。吊架195还包括旋风分离器220，其具有旋风主体222，旋风主体222具有脏空气入口234，扫气出口236和清洁空气出口238。如图所示，旋风主体222还可具有锥形部分224，柱形部分226和中心线232。还可以想到，吊架195可以包括具有第一表面201，第二表面202，第三表面203和旋风分离器220的整体式主体205。
冷却空气回路255可以延伸穿过吊架195。冷却空气回路255可包括在第一表面201上的冷却空气入口244和在第二表面202上的冷却空气出口244。冷却空气回路255也可以在脏空气入口234和清洁空气出口238之间延伸穿过旋风分离器220。
护罩和吊架组件200还可以包括护罩197，该护罩197具有面对吊架195的第二表面202的内表面261以及面向加热气流217的加热表面262。护罩197还可包括护罩冷却回路266，该护罩冷却回路266在内表面261上的护罩入口264与加热表面262上的护罩出口268之间流体地联接至冷却空气回路244。
一个区别是挡板270可以包括在护罩和吊架组件200中。挡板270可包括如图所示的一组穿孔272。挡板270可以定位在吊架195的第一表面201和护罩197的内表面261之间。在所示的示例中，在挡板270和吊架195的第一表面201之间限定了前撞击腔274，并且在挡板270和护罩197的内表面261之间限定了后撞击腔276。
在操作期间，载有碎屑的冷却空气216可以流过冷却空气回路255并进入旋风分离器220。清洁的冷却空气219可通过清洁空气出口238离开旋风分离器220，进入前撞击腔274，并撞击并流过多孔的挡板270。然后，清洁的冷却空气219可以进入后撞击腔276，并撞击护罩197的内表面261，以冷却护罩197。清洁的冷却空气219也可进入护罩入口264，流过护罩冷却回路266，并流过护罩出口268。在一示例中，护罩冷却回路266可包括至少一个内部冷却通道，其中，清洁的冷却空气219可在护罩197内减少热量。在另一示例中，护罩出口268可以是至少一个膜孔的形式，其中清洁的冷却空气219可以为护罩197的加热表面262提供冷却。在又一示例中，护罩出口268可以是至少一个喷射孔的形式，以减少靠近加热表面262的可能的停滞。
本公开的各方面提供了多种益处，包括增加了在高粉尘环境下运行的发动机的部件寿命。可以理解的是，具有旋风分离器的吊架可以提供清洁的冷却空气，而无需额外的上游分离器或其他碎屑去除组件，并且碎屑的去除可以改善冷却空气的冷却性能。改进的冷却性能可以减少供给至冷却发动机部件的冷却空气，从而提高操作过程中的发动机效率。
另外，使用带有一体式旋风分离器的增材制造的吊架可以提供内部冷却通道，导管，入口，出口或壁的形状的定制几何形状，从而可以优化除尘率或除尘类型或尺寸。例如，环形护罩和吊架组件的一部分可以被定制为去除大于预定尺寸的粉尘颗粒，而环形护罩和吊架组件的另一部分可以被定制为去除尽可能多的粉尘，而与颗粒尺寸无关。
应当理解，所公开的设计的应用不限于具有风扇和增压器区段的涡轮发动机，而是也可应用于涡轮喷气发动机和涡轮轴发动机。
在未描述的范围内，各种实施方式的不同特征和结构可以根据需要组合使用或彼此替代。在所有实施例中未示出一个特征并不意味着不能如此示出，而是为了描述简洁。因此，不管是否明确地描述了新的实施例，不同实施例的各种特征可以根据需要被混合和匹配以形成新的实施例。本文所描述的特征的所有组合或置换都被本公开覆盖。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何合并的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的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没有实质性差异的等效结构元件，则它们意图在权利要求的范围内。
本发明的其他方面通过以下条款的主题提供：
1.一种用于涡轮发动机的吊架，包括：第一表面，第一表面面对冷却气流；第二表面，第二表面面对加热气流；第三表面，第三表面在第一表面的径向外侧；旋风分离器，旋风分离器具有至少部分地由第三表面限定的旋风主体，并且具有脏空气入口，清洁空气出口和位于清洁空气出口的径向外侧的扫气出口；及冷却空气回路，冷却空气回路具有在第一表面上的冷却空气入口和在第二表面上的冷却空气出口，并且在脏空气入口和清洁空气出口之间延伸通过旋风分离器。
2.根据任何在前条项的吊架，其中脏空气入口位于清洁空气出口的径向外侧。
3.根据任何在前条项的吊架，进一步包括多个旋风分离器和多个冷却空气回路，每个都延伸穿过相应的多个旋风分离器。
4.根据任何在前条项的吊架，其中旋风主体还包括锥形部分，柱形部分和中心线。
5.根据任何在前条项的吊架，其中锥形部分和柱形部分均与中心线对准。
6.根据任何在前条项的吊架，其中清洁空气出口与中心线对准。
7.根据任何在前条项的吊架，其中脏空气入口或清洁空气出口中的至少一个位于柱形部分中。
8.根据任何在前条项的吊架，其中扫气出口位于锥形部分中。
9.根据任何在前条项的吊架，进一步包括对角载荷支架，其中，旋风分离器的中心线与对角载荷支架平行。
10.根据任何在前条项的吊架，进一步包括入口导管，入口导管延伸穿过第一表面并且将冷却空气入口流体联接至脏空气入口。
11.根据任何在前条项的吊架，进一步包括出口导管，出口导管延伸穿过第二表面并且流体地联接清洁空气出口和冷却空气出口。
12.根据任何在前条项的吊架，进一步包括具有第一表面，第二表面，第三表面和旋风分离器的整体式主体。
13.一种用于涡轮发动机的护罩和吊架组件，包括吊架以及护罩，吊架包括：第一表面，第一表面面对冷却气流；第二表面，第二表面面对加热气流；第三表面，第三表面在第一表面的径向外侧；旋风分离器，旋风分离器具有至少部分地由第三表面限定的旋风主体，并且具有脏空气入口，清洁空气出口和位于清洁空气出口的径向外侧的扫气出口；及冷却空气回路，冷却空气回路具有在第一表面上的冷却空气入口和在第二表面上的冷却空气出口，并且在脏空气入口和清洁空气出口之间延伸通过旋风分离器；护罩包括：内表面，内表面面对吊架的第二表面；加热表面，加热表面面对加热气流；及护罩冷却回路，护罩冷却回路流体地联接至冷却空气回路，并在内表面上的护罩入口与加热表面上的护罩出口之间延伸通过护罩。
14.根据任何在前条项的护罩和吊架组件，其中脏空气入口位于清洁空气出口的径向外侧。
15.根据任何在前条项的护罩和吊架组件，其中旋风主体进一步包括锥形部分和柱形部分。
16.根据任何在前条项的护罩和吊架组件，其中护罩入口在柱形部分处流体联接至清洁空气出口。
17.根据任何在前条项的护罩和吊架组件，其中扫气出口位于锥形部分处并且与护罩冷却回路流体地分离。
18.根据任何在前条项的护罩和吊架组件，进一步包括挡板，挡板位于吊架的第一表面与护罩的内表面之间，并限定了前撞击腔或后撞击腔中的至少一个。
19.一种涡轮发动机，包括轴向流动布置的压缩机，燃烧器和涡轮，包括：冷却部件，冷却部件具有内部冷却通道和面对加热气流的加热表面；及吊架，包括：第一表面，第一表面面对冷却气流；第二表面，第二表面面对加热气流；第三表面，第三表面在第一表面的径向外侧；旋风分离器，旋风分离器具有至少部分地由第三表面限定的旋风主体，并且具有脏空气入口，清洁空气出口和位于清洁空气出口的径向外侧的扫气出口；及冷却空气回路，冷却空气回路具有在第一表面上的冷却空气入口和在第二表面上的冷却空气出口，并且在脏空气入口和清洁空气出口之间延伸通过旋风分离器。
20.根据任何在前条项的涡轮发动机，其中冷却部件包括围绕压缩机，燃烧器或涡轮中的至少一个的壳体的一部分。

Claims (17)

1.一种用于涡轮发动机的吊架，其特征在于，包括：
第一表面，所述第一表面面对冷却气流；
第二表面，所述第二表面面对加热气流；
第三表面，所述第三表面在所述第二表面的径向外侧；
对角载荷支架，所述对角载荷支架沿着所述第一表面或所述第三表面中的至少一个；
旋风分离器，所述旋风分离器具有旋风主体，所述旋风主体具有锥形部分和柱形部分，并且限定平行于所述对角载荷支架的中心线，所述旋风主体至少部分地由所述第三表面限定，并且具有脏空气入口，清洁空气出口和位于所述清洁空气出口的径向外侧的扫气出口；以及
冷却空气回路，所述冷却空气回路具有在所述第一表面上的冷却空气入口和在所述第二表面上的冷却空气出口，并且在所述脏空气入口和所述清洁空气出口之间延伸通过所述旋风分离器。
2.根据权利要求1所述的吊架，其特征在于，其中所述脏空气入口位于所述清洁空气出口的径向外侧。
3.根据权利要求1所述的吊架，其特征在于，进一步包括多个旋风分离器和多个冷却空气回路，每个所述冷却空气回路延伸穿过相应的多个旋风分离器。
4.根据权利要求1所述的吊架，其特征在于，其中所述锥形部分和所述柱形部分均与所述中心线对准。
5.根据权利要求4所述的吊架，其特征在于，其中所述清洁空气出口与所述中心线对准。
6.根据权利要求1所述的吊架，其特征在于，其中所述脏空气入口或所述清洁空气出口中的至少一个位于所述柱形部分中。
7.根据权利要求6所述的吊架，其特征在于，其中所述扫气出口位于所述锥形部分中。
8.根据权利要求1所述的吊架，其特征在于，进一步包括入口导管，所述入口导管延伸穿过所述第一表面并且将所述冷却空气入口流体联接至所述脏空气入口。
9.根据权利要求1所述的吊架，其特征在于，进一步包括出口导管，所述出口导管延伸穿过所述第二表面并且流体地联接所述清洁空气出口和所述冷却空气出口。
10.根据权利要求1所述的吊架，其特征在于，进一步包括具有所述第一表面，所述第二表面，所述第三表面和所述旋风分离器的整体式主体。
11.一种用于涡轮发动机的护罩和吊架组件，其特征在于，包括：
吊架，所述吊架包括：
第一表面，所述第一表面面对冷却气流；
第二表面，所述第二表面面对加热气流；
第三表面，所述第三表面在所述第二表面的径向外侧；
对角载荷支架，所述对角载荷支架沿着所述第一表面或所述第三表面中的至少一个；
旋风分离器，所述旋风分离器具有旋风主体，所述旋风主体具有锥形部分和柱形部分，并且限定平行于所述对角载荷支架的中心线，所述旋风主体至少部分地由所述第三表面限定，并且具有脏空气入口，清洁空气出口和位于所述清洁空气出口的径向外侧的扫气出口；以及
冷却空气回路，所述冷却空气回路具有在所述第一表面上的冷却空气入口和在所述第二表面上的冷却空气出口，并且在所述脏空气入口和所述清洁空气出口之间延伸通过所述旋风分离器；以及
护罩，所述护罩包括：
内表面，所述内表面面对所述吊架的所述第二表面；
加热表面，所述加热表面面对所述加热气流；以及
护罩冷却回路，所述护罩冷却回路流体地联接至所述冷却空气回路，并在所述内表面上的护罩入口与所述加热表面上的护罩出口之间延伸通过所述护罩。
12.根据权利要求11所述的护罩和吊架组件，其特征在于，其中所述脏空气入口位于所述清洁空气出口的径向外侧。
13.根据权利要求11所述的护罩和吊架组件，其特征在于，其中所述护罩入口在所述柱形部分处流体联接至所述清洁空气出口。
14.根据权利要求11所述的护罩和吊架组件，其特征在于，其中所述扫气出口位于所述锥形部分处并且与所述护罩冷却回路流体地分离。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的护罩和吊架组件，其特征在于，进一步包括挡板，所述挡板位于所述吊架的所述第二表面与所述护罩的所述内表面之间，并限定了前撞击腔或后撞击腔中的至少一个。
16.一种涡轮发动机，包括轴向流动布置的压缩机，燃烧器和涡轮，其特征在于，包括：
冷却部件，所述冷却部件具有内部冷却通道和面对加热气流的加热表面；以及
吊架，包括：
第一表面，所述第一表面面对冷却气流；
第二表面，所述第二表面面对所述加热气流；
第三表面，所述第三表面在所述第二表面的径向外侧；
对角载荷支架，所述对角载荷支架沿着所述第一表面或所述第三表面中的至少一个；
旋风分离器，所述旋风分离器具有旋风主体，所述旋风主体具有锥形部分和柱形部分，并且限定平行于所述对角载荷支架的中心线，所述旋风主体至少部分地由所述第三表面限定，并且具有脏空气入口，清洁空气出口和位于所述清洁空气出口的径向外侧的扫气出口；以及
冷却空气回路，所述冷却空气回路流体联接至所述内部冷却通道，所述冷却空气回路具有在所述第一表面上的冷却空气入口和在所述第二表面上的冷却空气出口，并且在所述脏空气入口和所述清洁空气出口之间延伸通过所述旋风分离器。
17.根据权利要求16所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述冷却部件包括围绕所述压缩机，所述燃烧器或所述涡轮中的至少一个的壳体的一部分。
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