CN113039347B - 包括通过其次级流冷却的出口锥体的涡扇发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡扇发动机，包括由初级流(FP)横过并且由次级流(FS)环绕的排气壳体(21)，以及由该排气壳体(21)承载的出口锥体(23)，所述排气壳体和出口锥体(23)共同限定一个内部空间(E)。根据本发明，排气壳体(21)包括一个横过初级流(FP)的中空的径向臂(38)，以输送部分的次级流(FS)，从而形成一用于供给该内部空间(E)的冷却流(Fr)，出口锥体(23)由一用于排出冷却流(Fr)的开口(S)终止。

Description

包括通过其次级流冷却的出口锥体的涡扇发动机

技术领域

本发明涉及一种涡扇发动机装置，其包括在下游的封闭有部件的出口锥体，所述部件的冷却得到优化。

背景技术

在图1所示的这种发动机1中，空气被吸入到进气管2，从而在被划分成中心初级流和环绕初级流的次级流之前穿过包括一系列旋转叶片的风扇3。

在到达燃烧室7之前，初级流在压缩级4和6中压缩，在所述燃烧室7之后，所述初级流在被向后排出之前膨胀通过高压涡轮8和低压涡轮9。进而，次级流由风扇在壳体11限定的流路内直接地向后推进。

这种双轴式发动机包括所谓的低压线轴，风扇3通过所述线轴连接到低压涡轮9，以及一个所谓的高压线轴，高压压缩机6通过所述高压线轴连接到高压涡轮8，这两个线轴同轴并且旋转地彼此独立。

在低压涡轮9的下游，该发动机配备有出口锥体10，以限制在由低压涡轮9喷射的初级流中形成紊流。该出口锥体10通常封闭发动机的部件，例如减速器、变速箱、液压泵或其他，所述部件产生热量并且因此必须冷却。

本发明的目的是提供一种解决方案，以优化安装在这种发动机的出口锥体内的部件的冷却。

发明内容

为此，本发明的一个目的是一种涡扇发动机，其包括排气壳体，初级流穿过所述排气壳体，并且所述排气壳体由一种在运行过程中从涡扇发动机的上游到下游循环的次级流环绕，以及出口锥体，所述出口锥体的上游端由该排气壳体承载，所述出口锥体限定一个内部空间，所述排气壳体包括一个横过初级流的中空径向臂，所述径向臂输送部分次级流，以形成冷却流，从而使定位在所述内部空间中的一个或多个部件冷却下来，并且出口锥体在用于排出冷却流的开口中终止。

通过该布置，用新鲜空气将安装在出口锥体内的部件冷却下来，使得可以安装产生更高热功率的部件和/或在该锥体内安装更多的部件。

本发明还涉及一种以这种方式限定的涡扇发动机，其中，所述出口锥体包括主壁和内衬壁，所述内衬壁沿所述主壁行进，同时与其间隔以便与该主壁一起界定一个壁间空间，并且其中，所述冷却流的一部分在通过出口开口排出之前穿过所述壁间空间。

本发明还涉及一种以这种方式限定的涡扇发动机，其中，所述径向臂在一浸透在次级流中的铲斗中终止，以促进冷却流的采样。

本发明还涉及一种以这种方式限定的涡扇发动机，其中，所述出口由锥体的圆柱形延伸部形成。

本发明还涉及一种以这种方式限定的涡扇发动机，其中，所述出口由所述主壁的同轴圆柱形延伸部和所述衬壁的圆柱形延伸部形成。

本发明还涉及一种以这种方式限定的涡扇发动机，包括一种低压涡轮，所述低压涡轮经由行星或周转减速齿轮驱动中心轴，并且其中，该减速齿轮定位在所述内部空间中。

本发明还涉及一种以这种方式限定的涡扇发动机，包括一个中心轴，以及一个定位在所述内部空间中的用于保持该中心轴的轴承。

附图说明

图1是一种已知涡扇发动机的纵向剖面图；

图2是一种实施本发明的涡扇发动机结构的通常纵向剖面图；

图3是一种实施本发明的涡扇发动机结构的下游部分的示意性纵向剖面图；

图4是一种冷却根据本发明的出口锥体的示意性纵向剖面图。

具体实施方式

如图2示意性地示出，根据本发明的发动机包括在其上游部分AM处的风扇13，随后是低压压缩机14，所述风扇13和低压压缩机14由中心轴AC驱动，进入该发动机的全部流体横过所述风扇，所述流体包括中心初级流FP和环绕该初级流的次级流FS。

现在应该清楚的是，根据通常惯例，相对于流体在发动机中沿其纵轴线AX的循环方向限定了上游AM和下游AV方向。类似地，相对于发动机的中心纵轴线AX限定了内外径向方向或位置。

在该发动机中，在进入定位在下游的未表示的燃烧室之前，定位在低压压缩机14正下游AV的高压压缩机16压缩已经由此穿过的初级流的流体。

在穿过了燃烧室后，流体在驱动高压压缩机16的高压涡轮17中膨胀，该压缩机16和涡轮17由高压线轴CH承载，所述高压线轴CH环绕中心轴AC，同时关于该中心轴独立旋转。

在穿过了高压涡轮17后，流体在穿过低压涡轮19之前在图3中具有附图标记18的涡轮间壳体中传递，然后通过排气壳体21排出。该低压涡轮19通过一定位在下游AV的周转减速齿轮22旋转地连接到中心轴，并且由于所述周转减速齿轮22，所述低压涡轮19比风扇13旋转得更快。

如图3所示，排气壳体21承载出口锥体23，所述出口锥体23封闭了沿径向位于初级流路，即初级流FP在其中循环的流路内部的发动机的下游区域，该出口锥体23从上游端25向下游延伸，所述出口锥体23通过所述上游端23由壳体21承载。

减速齿轮22位于一由延伸该壳体21的出口锥体23界定的内部空间E内，同时连接到中心轴AC以及连接到承载低压涡轮的转子RB。

环绕中心轴AC的该转子RB从中间部分延伸直到下游部分，所述转子通过所述中间部分承载低压涡轮19，所述转子通过所述下游部分连接到减速齿轮22。该转子RB在其中心区域中包括径向柔性元件24，所述径向柔性元件24根据径向方向是柔软的，从而使转子RB的上游部分能够相对于其下游部分偏心，同时确保扭矩传输。

通过一位于低压涡轮19上游的上游轴承26以及一位于该低压涡轮19与该柔性元件24之间的下游轴承27保持低压转子RB。转子上游轴承26由涡轮间壳体18承载，转子下游轴承27由排气壳体21承载。这两个转子轴承26和27中的至少一个是推力轴承，也就是说，吸收由低压涡轮产生的轴向推力，并将其传递到发动机的结构。

减速齿轮22包括环绕内冠29并且被外冠33环绕的行星小齿轮28，而它们每个都与这两个冠部啮合，这些小齿轮28由行星齿轮架32承载。

在这种情况下，减速齿轮22是周转型的，即行星齿轮架32在由中心轴AC承载的同时可旋转地移动。进而，内冠29刚性地固定到低压转子RB，而外冠33在由排气壳体21承载的同时刚性地固定到排气壳体21。该减速齿轮22还可以包括行星减速齿轮，其中行星齿轮架由排气壳体承载，然后外冠由中心轴承载。

中心轴AC由一图3中未示出并且位于发动机的上游部分的上游轴承承载，并且由一位于减速齿轮22下游的中心轴下游轴承34承载，同时由排气壳体21承载，该下游轴承34位于出口锥体23的内部空间E中。

在该通用结构中，安装在空间E中的减速齿轮22以及中心轴的下游轴承34产生了大量的热。为了限制对这些部件的加热，由于排气壳体21以及由其承载的出口锥体23的有利设计，耗散了这些热量。

因此，如图4所示，横过初级流FP在其中循环的初级流路的排气壳体21的至少一个径向臂38是中空的。该径向臂38设置为朝内部空间E输送来自在次级流路内循环的次级流FS的新鲜空气。

在次级流路中采样的冷却流(表示为Fr)在臂38内朝内部空间E沿径向流动，以使内部空间E通风，从而耗散由例如减速齿轮22和轴轴承34等部件产生的热量，使内部空间通风的流体由在锥体23下游端的出口S排出。该出口S是一在锥体23的中心端形成的开口。

为了促进冷却流Fr在次级流FS中的采样，径向臂38有利地在一在次级流路中从排气壳体21的外表面沿径向凸出的吸入口39中终止，该吸入口39包括一个指向上游AM的开口，以收集由径向臂朝内部空间E输送的空气。

为了改进冷却，锥体23包括外主壁41和内衬42，即在与其保持很短距离的同时沿其内表面行进的另一壁，从而界定一个壁间空间Ei，部分冷却流Fr在所述壁间空间中循环。如图4所示，内衬42沿与其平行的主壁41的内表面行进并在其大部分表面上行进。

更具体说，一旦冷却流Fr已经覆盖了径向臂38并且到达锥体23，它就被分成指向内部空间E以使其通风的第一流f1，以及在壁间空间Ei中循环的第二流f2。这两股气流f1和f2在它们排出锥体23的过程中在出口S处相遇。

内衬42沿主壁41的大部分内表面行进，流体f2在通过出口S排出之前在锥体23的上游端AM喷射，以便沿暴露于热初级流FP的主壁41的大部分行进。该循环使得可通过从排气壳体出来的初级流FP限制且甚至抑制对定位在内部空间E中的部件的加热，所述初级流FP往往通过对流和辐射对主壁41加热。

在图4的示例中，出口S由主壁41的在锥体23的下游端AV处延伸的圆柱形延伸部43形成。进而，衬壁42也在具有更小直径的圆柱形延伸部44中终止，所述圆柱形延伸部在圆柱形延伸部43的内侧延伸。该结构确保了流体f1和f2的排出不会彼此干扰。

在附图的示例中，用于冷却内部空间E的系统将排出由下游轴承34和/或由减速齿轮22产生的热量，但其可适于优化安装在该内部空间中的任何其他类型部件的冷却。

Claims (6)

1.一种涡扇发动机，其包括排气壳体（21），初级流（FP）穿过所述排气壳体（21），并且所述排气壳体（21）由次级流（FS）环绕，所述初级流（FP）和次级流（FS）在运行过程中从涡扇发动机的上游（AM）到下游（AV）循环，以及出口锥体（23），所述出口锥体（23）的上游端（25）由该排气壳体（21）承载，所述出口锥体（23）限定一个内部空间（E），其中，所述排气壳体（21）包括一个横过初级流（FP）的中空的径向臂（38），所述径向臂（38）输送部分的次级流（FS），以形成冷却流（Fr），从而使位于所述内部空间（E）中的一个或多个部件冷却，所述出口锥体（23）在用于排出冷却流（Fr）的开口（S）中终止，其特征在于，所述出口锥体（23）包括主壁（41）和内衬壁（42），所述内衬壁（42）沿所述主壁（41）行进，同时与其间隔开，以便与该主壁（41）沿其大部分内表面共同限定一个壁间空间（Ei），一部分所述冷却流（Fr）在通过出口开口（S）排出之前穿过所述壁间空间（Ei），其中，所述内衬壁（42）具有一上游端，该上游端沿径向延伸到所述中空的径向臂（38）中，以收集穿过所述壁间空间（Ei）的该部分冷却流（Fr）。

2.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其中，所述径向臂（38）在一浸在次级流（FS）中的铲斗中终止，以促进冷却流（Fr）的采样。

3.根据权利要求1或2所述的涡扇发动机，其中，所述出口（S）由锥体（23）的圆柱形延伸部形成。

4.根据权利要求1所述的涡扇发动机，其中，所述出口（S）由所述主壁（41）的圆柱形延伸部（43）和在所述主壁（41）的圆柱形延伸部（43）内侧延伸的所述衬壁（42）的圆柱形延伸部（44）形成。

5.根据权利要求1或2所述的涡扇发动机，包括一低压涡轮（19），所述低压涡轮经由行星或周转减速齿轮（22）驱动中心轴（AC），该减速齿轮（22）位于所述内部空间（E）中。

6.根据权利要求1或2所述的涡扇发动机，包括中心轴（AC），以及位于所述内部空间（E）中的用于保持该中心轴（AC）的轴承（34）。