CN113757153B - 用于调节进入转子的孔中的气流以控制叶片尖端间隙的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于调节进入由燃气涡轮发动机的转子限定的孔中的气流的系统，该燃气涡轮发动机限定轴向方向，周向方向和径向方向。该系统包括定位在转子的第一级转子叶片的前方的可移动构件。可移动构件可在至少第一位置和第二位置之间移动，以调节经由与孔流体连通的多个开口进入孔中的气流。

Description

用于调节进入转子的孔中的气流以控制叶片尖端间隙的系统 和方法

技术领域

本主题总体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及燃气涡轮发动机的叶片尖端间隙。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括涡轮机核心，该涡轮机核心具有以串行流动关系的高压压缩机，燃烧器和高压涡轮。核心可以以已知的方式操作以生成初级气流。高压压缩机包括固定的定子轮叶的环形阵列（“排”）。高压压缩机还包括转子，该转子包括转子叶片的多个环形阵列。一排压缩机轮叶和一排转子叶片共同构成了压缩机的“级”。通常，高压压缩机包括多个连续级。

定子轮叶和转子叶片被固定护罩或壳体包围。为了维持发动机效率，期望最小化在转子叶片的尖端与固定护罩之间限定的间隙间隔。在飞行器上实施的燃气涡轮发动机的操作期间，会发生许多影响转子速度和温度的瞬态情况。例如，在起飞期间，高转子速度和温度会引起转子叶片的径向偏转增加，从而减小间隙间隔，使得转子叶片的尖端接触（例如，摩擦）固定护罩或壳体。

期望在燃气涡轮发动机的操作期间避免与叶片和护罩或壳体之间的可变间隙相关联的摩擦和相关缺点的情况。

发明内容

本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践而获知。

在一个方面，提供了一种用于调节进入由燃气涡轮发动机的转子限定的孔中的气流的系统，该燃气涡轮发动机限定轴向方向，周向方向和径向方向。该系统包括定位在转子的第一级转子叶片的前方的可移动构件。可移动构件可在至少第一位置和第二位置之间移动，以调节经由与孔流体连通的多个开口进入孔中的气流。

在另一方面，提供了一种用于调节进入燃气涡轮发动机的转子的孔中的气流的方法。该方法包括由一个或多个处理器获得指示与燃气涡轮发动机的操作或燃气涡轮发动机操作的环境相关联的一个或多个参数的数据。该方法还包括至少部分地基于该数据，由一个或多个处理器确定可在至少第一位置和第二位置之间移动以调节进入转子的孔中的气流的可移动构件需要从当前位置移动到调整位置。此外，该方法包括由一个或多个处理器提供与控制可移动构件的操作相关联的一个或多个控制信号，使得可移动构件从当前位置移动到调整位置。

参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。结合在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在说明书中阐述了针对本领域的普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：

图1描绘了根据本公开的示例实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；

图2描绘了根据本公开的示例实施例的燃气涡轮发动机的高压压缩机的放大横截面侧视图；

图3描绘了根据本公开的示例实施例的用于调节进入燃气涡轮发动机的转子的孔中的气流的系统；

图4描绘了根据本公开的示例实施例的处于第一位置的图3的系统的可移动构件；

图5描绘了根据本公开的示例实施例的处于第二位置的图3的系统的可移动构件；

图6描绘了根据本公开的示例实施例的处于第一位置的图3的系统的可移动构件的另一视图；

图7描绘了根据本公开的示例实施例的处于第二位置的图3的系统的可移动构件的另一视图；

图8描绘了根据本公开的示例实施例的图3的系统的致动器的横截面视图；

图9描绘了根据本公开的示例实施例的用于调节进入燃气涡轮发动机的转子的孔中的气流的另一系统；

图10描绘了根据本公开的示例实施例的图9的系统的另一视图；

图11描绘了根据本公开的示例实施例的处于第一位置的图9的系统的可移动构件的横截面视图；

图12描绘了根据本公开的示例实施例的处于第二位置的图9的系统的可移动构件的横截面视图；

图13描绘了根据本公开的示例实施例的用于调节进入燃气涡轮发动机的转子的孔中的气流的又一系统；

图14描绘了根据本公开的示例实施例的图13的另一系统；

图15描绘了根据本公开的示例实施例的处于第一位置的图13的系统的可移动构件的横截面视图；

图16描绘了根据本公开的示例实施例的处于第二位置的图13的系统的可移动构件的横截面视图；

图17描绘了根据本公开的示例实施例的用于调制进入转子的孔中的气流的系统的控制器的部件的框图；和

图18描绘了根据本公开的示例实施例的用于调制进入转子的孔中的气流的方法的流程图。

在本说明书和附图中重复使用参考字符旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。

具体实施例

典型的燃气涡轮发动机的高压压缩机可包括与转子的内部（例如，孔）流体连通的多个开口，以允许空气流入转子的内部。但是，由于多个开口具有固定的横截面面积，因此无法调整与经由多个开口流入转子的内部的空气相关联的参数。特别地，由于多个开口的固定横截面面积，因此无法调整空气的质量流率。以下公开包括允许调节经由多个开口流入转子的内部的空气的系统。

现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。通过举例说明本发明而不是限制本发明来提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生进一步的实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这种修改和变型。

本公开的示例方面涉及用于调节进入燃气涡轮发动机的转子的孔中的气流的系统。例如，在一些实施方式中，根据本公开的系统可以用于调节进入与燃气涡轮的高压压缩机相关联的转子的孔中的气流。

在一些实施方式中，根据本公开的系统可包括可移动构件，该可移动构件定位在与转子的孔流体连通的多个开口的前方。此外，可移动构件可在至少第一位置和第二位置之间移动，以调节进入转子的孔中的气流。例如，当可移动构件处于第一位置时，空气可以以第一质量流率经由开口流入孔中。相反，当可移动构件处于第二位置时，空气可以以不同于第一质量流率的第二质量流率经由开口流入孔中。以这种方式，可移动构件可用于调整经由多个开口流入转子的孔中的空气的质量流率，从而调整在转子的转子叶片的叶片尖端与外壳之间限定的间隙间隔。

应该理解的是，可移动构件可以是可操作以调节进入转子的孔中的气流的任何装置。例如，在一些实施方式中，可移动构件可以是阀，该阀在转子的前方（例如，上游）并且可在至少第一位置和第二位置之间移动，以调节进入转子的孔中的气流。例如，在一些实施方式中，阀可以被构造成当阀处于第一位置时基本上或完全禁止气流经由多个开口进入孔中。相反，阀可以被构造成当阀处于第二位置时允许空气经由多个开口流入孔中。

在一些实施方式中，可移动构件可以是风门，该风门可在至少第一位置和第二位置之间移动，以选择性地覆盖与转子的孔流体连通的开口的一部分，以调节经由开口流入孔中的空气的质量流率。例如，风门可以被构造成减小空气的流率，但是当风门处于第一位置时，它不完全或者甚至基本上不阻止空气流经由多个开口进入孔中。风门的示例可以是相对柔性的覆盖物，该覆盖物将在作用于其上的足够气压下打开以减小空气流动速率，但是当风门处于第一位置时，不完全或基本上不阻止空气经由多个开口流入孔中。

在一些实施方式中，可移动构件可以包括多个翼片。在一些实施方式中，多个翼片可以被构造成上述阀，以当处于第一位置时基本上或完全禁止气流经由多个开口进入孔中。在替代实施方式中，多个翼片可被构造成上述风门，以当处于第一位置时不完全或甚至基本上不阻挡气流经由多个开口进入孔中。

在一些实施方式中，多个翼片可彼此周向间隔开并且可在至少第一位置和第二位置之间旋转，以选择性地覆盖与转子的孔流体连通的多个开口中的相应开口的至少一部分。此外，在一些实施方式中，该系统可以包括多个致动器，该多个致动器被构造成在至少第一位置和第二位置之间旋转多个翼片中的相应翼片，以调节经由与转子的孔流体连通的多个开口中的相应开口进入转子的孔中的气流。

在一些实施方式中，可移动构件可包括套筒，该套筒绕周向方向可旋转地联接在至少第一位置和第二位置之间，以选择性地调节经由与转子的孔流体连通的多个开口进入转子的孔中的气流。在替代实施方式中，套筒可以在至少第一位置和第二位置之间沿着轴向方向移动，以选择性地调节经由开口进入转子的孔中的气流。

在一些实施方式中，当可移动构件处于第一位置时，可移动构件可以覆盖与转子的孔流体连通的多个开口的至少一部分。以这种方式，当套筒处于第一位置时，空气可以以第一质量流率经由多个开口流入转子的孔中。相反，当可移动构件处于第二位置时，由可移动构件限定的多个开口中的每一个可以和与转子的孔流体连通的多个开口中的相应开口对准。以这种方式，当可移动构件处于第二位置时，空气可以以不同于第一质量流率的第二质量流率流入转子的孔中。

在一些实施方式中，该系统可以包括加热/冷却回路，该加热/冷却回路被构造成调整（例如，增加或减少）经由多个开口流入转子的孔中的空气的温度。例如，加热/冷却回路可以被构造成在空气流入转子的孔中之前加热空气。以这种方式，流入转子的孔中的加热空气可导致转子叶片的径向偏转增加，从而减小在外壳与转子叶片的叶片尖端之间限定的间隙间隔。替代地，加热/冷却回路可以被构造成在空气流入转子的孔中之前冷却空气。以这种方式，流入转子的孔中的冷却空气可导致转子叶片的径向偏转减小，从而增大在壳体与转子叶片的叶片尖端之间限定的间隙间隔。

在一些实施方式中，如上所述，可移动构件可以是定位在转子前方的阀。在这样的实施方式中，阀可以与加热/冷却回路结合操作，以调节经由多个开口流入转子的孔中的加热空气或冷却空气。

在一些实施方式中，该系统可以包括被构造成控制可移动构件的操作的控制器。例如，控制器可以被构造成获得指示燃气涡轮发动机的操作，燃气涡轮操作的环境或两者的数据。控制器还可以被构造成至少部分地基于该数据来控制可移动构件的操作，以调整（例如，增大或减小）在多个转子叶片与围绕转子叶片的叶片尖端的壳体之间限定的间隙间隔。更具体地，控制器可以控制可移动构件的操作来增大或减小经由多个开口流入转子的孔中的空气的质量流率，以根据需要增大或减小间隙间隔。

根据本公开的系统可以提供许多技术益处。例如，根据本发明的系统可以用在燃气涡轮发动机上，特别是用在燃气涡轮发动机的高压压缩机的转子上，以主动地调整流入转子的孔中的空气的质量流率，以根据需要冷却或加热孔，从而在转子叶片的叶片尖端与转子的外壳之间维持期望间隙间隔。此外，如上所述，该系统可以包括加热回路，该加热回路被构造成调整（例如，增加）经由多个开口流入孔中的空气的温度，以维持期望间隙间隔。以这种方式，可以维持转子叶片的叶片尖端与外壳之间的更紧密的间隙，从而提高燃气涡轮发动机的比燃料消耗（specific fuel consumption，SFC）。

应当理解，调节进入转子的孔中的气流会影响下游的密封流动和温度。以这种方式，与燃气涡轮发动机的转子后方（例如，下游）的一个或多个部件相关联的参数（例如，温度）可以至少部分地由于调节进入转子的孔中的气流而受到影响。例如，可以至少部分地基于调节进入转子的孔中的气流来调整（例如，冷却或加热）涡轮的叶片的一个或多个级的温度。以这种方式，根据本公开的系统可以用于在护罩与转子叶片的一个或多个级之间维持期望间隙间隔。

如本文中所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换地使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。此外，术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，而“下游”是指流体向其流动的方向。

此外，如本文所使用的，术语“轴向”或“轴向地”是指沿着发动机的纵向轴线的尺寸。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“前”是指朝向发动机入口的方向，或者是部件与另一部件相比相对更靠近发动机入口。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“后”是指朝向发动机喷嘴的方向，或者是部件与另一部件相比相对更靠近发动机喷嘴。术语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线与外发动机圆周之间延伸的尺寸。

现在参考附图，图1描绘了根据本公开的高旁路涡轮风扇型发动机10（在下文中，称为“涡轮风扇发动机10”）。如图所示，涡轮风扇发动机10限定延伸通过其中的纵向或轴向中心线轴线A，以用于参考目的。涡轮风扇发动机10可包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的核心涡轮或燃气涡轮发动机16。

燃气涡轮发动机16通常可以包括限定环形入口20的基本上管状的外壳18。应当理解，在一些实施方式中，外壳18可以由多个壳体形成。外壳18可以以串行流动关系包围：压缩机区段，其具有增压器或低压（LP）压缩机22，高压（HP）压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，其包括高压（HP）涡轮28，低压（LP）涡轮30；以及喷射排气喷嘴区段32。高压（HP）轴或线轴34将HP涡轮28驱动地连接至HP压缩机24。低压（LP）轴或线轴36将LP涡轮30驱动地连接至LP压缩机22。LP线轴36也可以连接至风扇区段14的轴或风扇线轴38。在一些实施方式中，LP线轴36可经由减速装置37（以虚线示出）（例如以间接驱动或齿轮驱动构造的减速齿轮齿轮箱）连接至风扇线轴38。根据需要或要求，这种减速装置可被包括在涡轮风扇发动机10内的任何合适的轴/线轴之间。

涡轮风扇发动机10的风扇区段14可包括联接至风扇线轴38的多个风扇叶片40。多个风扇叶片40中的每一个可从风扇线轴38径向向外延伸。环形风扇壳体或机舱42可周向围绕风扇区段14和/或燃气涡轮发动机16的至少一部分。本领域普通技术人员应理解，机舱42可以被构造成通过多个周向间隔开的出口导向轮叶44相对于燃气涡轮发动机16被支撑。此外，机舱42的下游区段46（导向轮叶44的下游）可以在燃气涡轮发动机16的外部分上延伸，以便在它们之间限定旁路气流通道48。

现在参考图2，根据本公开的示例实施例，提供了HP压缩机24（图1）的放大横截面视图。在一些实施方式中，HP压缩机24可包括入口导向轮叶110的环形阵列100（仅示出一个）。如图所示，入口导向轮叶110可以从与HP压缩机24相关联的壳体112延伸。此外，HP压缩机24可以包括位于入口导向轮叶110的环形阵列100下游的多个轮叶或定子的级。例如，HP压缩机24可以以串行流动关系包括沿轴向方向A与第一环形阵列间隔开的定子130的第一级120（仅示出一个）和定子130的第二级122（仅示出一个）。应当理解的是，级120的各个定子130（同样地，级122的定子130）可以从壳体112延伸并且彼此周向间隔开。还应当理解，HP压缩机24可以包括任何合适数量的轮叶或定子130的级。

HP压缩机24可包括沿轴向方向A定位在入口导向轮叶110的环形阵列100和定子130的第一级120之间的转子叶片150的第一级140。HP压缩机24还可以包括沿轴向方向A定位在定子130的第一级120和定子130的第二级122之间的转子叶片150的第二级142。更进一步，在一些实施方式中，HP压缩机24可以包括定位在定子130的第二级122后方的转子叶片150的第三级144。应当理解，每一级的转子叶片150彼此周向间隔开。还应理解，HP压缩机24可包括任何合适数量的转子叶片150的级。

如图所示，转子叶片150的第一级140，转子叶片150的第二级142以及转子叶片150的第三级144联接至框架160，以共同限定HP压缩机24的转子170 。如图所示，壳体112和转子170可以至少部分地限定通过HP压缩机24的路径180。以这种方式，离开LP压缩机22（图1）的空气可以流过路径180。如图所示，转子叶片150和轮叶或定子132至少部分地定位在路径180内。在一些实施方式中，壳体112可包括一个或多个护罩组件，每个护罩组件围绕转子叶片150形成环形圈。例如，壳体112可以包括：第一护罩组件（未示出），其围绕第一级120的转子叶片150的环形阵列形成环形圈；第二护罩组件，其围绕第二级142的转子叶片150的环形阵列形成环形圈；以及第三护罩组件，其围绕第三级144的转子叶片50的环形阵列形成环形圈。每个护罩组件（例如，第一护罩组件，第二护罩组件，第三护罩组件）通常可以包括多个护罩和相关的吊架（未示出）。通常，护罩组件的护罩与每个转子叶片150的叶片尖端152径向地间隔开。在叶片尖端152和壳体112之间限定间隙或径向间隔CL。壳体112的护罩和护罩组件通常减少路径180内的泄漏。应当理解，尽管未编号，但是壳体112还包括本文未描述的附加特征和部件。例如，壳体112可以进一步包括护罩支撑件，密封件和其他结构部件。如将在下面更详细地讨论的，空气200可以被转向到由转子170限定的孔或腔172中，以加热或冷却转子170。应当理解，加热或冷却转子170会影响在叶片尖端152和壳体112之间限定的间隙或径向间隔CL。以这种方式，空气可以被转向到由转子170限定的腔172中，以根据需要调整间隙或径向间隔CL。

在一些实施方式中，HP压缩机24可以包括联接在入口导向轮叶110和框架160之间的转向器182。如图所示，转向器182可以被构造成将空气200转向到由转子170限定的腔172中。更具体地，空气200可以经由多个入口或开口174转向到腔172中，该多个入口或开口174由转子170限定并且与腔172流体连通。如图所示，多个开口174可沿着轴向方向A定位在转子叶片150的第一级140前方。在一些实施方式中，多个开口174可以彼此周向间隔开。

应当理解，可以从任何合适的来源提供空气200。例如，在一些实施方式中，空气200可包括离开燃气涡轮发动机16的LP压缩机22（图1）的一部分空气。如将在下面更详细地讨论的，本公开指向用于调节经由多个开口174进入腔172的空气200的流动的系统。以这种方式，根据本公开的系统可以用于控制壳体112与每个转子叶片150的叶片尖端152之间的间隙或径向间隔CL。

现在参考图3至图8，根据本公开的示例实施例，提供了用于调节进入转子170的腔172（图2）的气流的系统300。系统300包括沿轴向方向A定位在转子170的转子叶片150的第一级140（图2）前方的可移动构件310。如将在下面更详细地讨论的，可移动构件310可以在至少第一位置和第二位置之间移动，以调节经由多个开口174（图2）进入转子170的腔172的气流。

应当理解，可移动构件310可以包括可操作以调节进入转子170的腔172的气流的任何合适的装置。例如，在一些实施方式中，可移动构件310可以是可在至少第一位置和第二位置之间移动以调节进入腔172的气流的阀。例如，阀可以被构造成当阀处于第一位置时基本上或完全禁止气流进入腔172。相反，阀可以被构造成当阀处于第二位置时允许空气经由多个开口174流入腔172。

替代地，可移动构件310被构造成风门，该风门可以被构造成减小空气的流率，但是不完全或甚至基本上不阻止空气流入孔中。风门的示例可以是相对柔性的覆盖物，该覆盖物将在作用于其上的足够气压下打开，以减小空气流的速率，但不完全或基本上不阻止空气流入孔中。尽管阀可以被构造成阻止空气进入孔中并因此阻止其进入孔中的质量流率，但是风门仅用于干扰通过孔的气流的速率（与不存在可移动构件相比）或减小质量流率。

如图所示，在一些实施方式中，可移动构件310可以包括多个翼片。在一些实施方式中，多个翼片可以被构造成以上讨论的阀，以在处于第一位置时基本上或完全禁止气流经由多个开口174进入腔172。在替代实施方式中，多个翼片可以被构造成以上讨论的风门，以在处于第一位置时不完全或甚至基本上不阻挡气流经由多个开口174进入腔172。

在一些实施方式中，多个翼片可以沿着周向方向C彼此间隔开。此外，多个翼片中的每一个可在至少第一位置（图4和6）和第二位置（图5和7）之间旋转，以选择性地覆盖多个开口174的至少一部分。

如图所示，当翼片处于第一位置（图4和6）时，多个翼片中的翼片定向在第一平面（图6）中。在一些实施方式中，当翼片处于第一位置时，翼片可以与多个开口174中的相应开口间隔开。替代地或附加地，如图所示，当翼片处于第一位置时，翼片可以覆盖相应开口的一部分。应当理解，当翼片处于第一位置时，空气必须流过其以进入转子170的腔172的相应开口的表面面积减小了。这样，当翼片处于第一位置时，空气能够以第一质量流率流过多个开口174中的相应开口。如将在下面更详细地讨论的，翼片可以移动到第二位置（图5和7），以调整流过相应开口的空气的质量流率，以调整在壳体112（图2）和转子170的每个转子叶片150（图2）的叶片尖端152（图2）之间限定的间隙或径向间隔CL。

当翼片处于第二位置（图5和7）时，翼片可被定向在不同于第一平面（图6）的第二平面（图7）中。例如，在一些实施方式中，第二平面可以基本上垂直于第一平面。如图所示，当翼片处于第二位置时，翼片不再覆盖相应开口的一部分。此外，由于翼片不再覆盖相应开口的一部分，因此空气可以以不同于第一质量流率的第二质量流率流过相应开口。以这种方式，多个翼片中的一个或多个可以从第一位置移动到第二位置，反之亦然，以改变经由多个开口174流入转子170的腔172的空气的质量流率，以根据需要调节在壳体112和转子170的每个转子叶片150的叶片尖端152之间限定的间隙或径向间隔CL。

在一些实施方式中，系统300可以包括多个致动器330。如图所示，多个致动器330中的每一个可联接至多个翼片中的相应翼片。多个致动器330中的每一个可以被构造成在至少第一位置（图4）和第二位置（图5和7）之间移动多个翼片中的相应翼片。更具体地，多个致动器330中的每一个可以是被构造成在至少第一位置和第二位置之间旋转相应翼片的旋转致动器。

在一些实施方式中，多个致动器330中的致动器可以流体地联接至液压泵（未示出）。例如，致动器可以经由第一导管332和第二导管334联接至液压泵。如图所示，致动器的内部336可分为第一部分337和第二部分339。第一导管332可以与内部336的第一部分337流体连通。相反，第二导管334可以与内部336的第二部分339流体连通。当液压泵经由第一导管332向致动器的内部336提供流体（例如，油）流时，定位在致动器的内部336中并且联接至多个翼片中的相应翼片（例如，可移动构件310）的轴338将相应翼片移动到第二位置（图5和7）或朝向第二位置（图5和7）移动。应当理解，当液压泵将流体提供到内部336的第一部分337时，内部336的第二部分339内的流体经由第二导管334流出内部336。相反，液压泵可经由第二导管334将流体提供给内部336的第二部分339，以使轴338将相应翼片移动到第一位置（图4和6）或朝向第一位置（图4和6）移动。

尽管以上讨论的致动器是机械致动器，但是应当理解，可以使用被构造成在至少第一位置和第二位置之间移动多个翼片中的相应翼片的任何合适类型的致动器。例如，在一些实施方式中，致动器可以是电动机。

现在参考图9至12，根据本公开的示例实施例，提供了用于调节进入转子170的腔172（图2）的气流的系统400的另一实施例。系统400可以包括可移动构件410。如图所示，可移动构件410可以是限定多个开口412的套筒。如将在下面更详细地讨论的，可移动构件410可沿着周向方向C在至少第一位置（图9和11）和第二位置（图10和12）之间移动，以调节经由多个开口174进入转子170的腔172（图2）的气流。

如图所示，在一些实施方式中，当可移动构件410处于第一位置时，可移动构件410可以覆盖多个开口174中的每一个的一部分。以这种方式，当套筒处于第一位置时，空气200流过其以进入转子170的腔172的多个开口174中的每一个的表面面积减小。这样，当可移动构件410处于第一位置时，空气200可以以第一质量流率流过多个开口174中的每一个。如将在下面更详细地讨论的，可移动构件410可以移动到至少第二位置（图10和图12），以调整流过多个开口174的空气的质量流率，以调整（例如，增大或减小）在壳体112（图2）和转子170的每个转子叶片150（图2）的叶片尖端152（图2）之间限定的间隙或径向间隔CL（图2）。

当可移动构件410处于第二位置（图10和图12）时，由可移动构件410限定的多个开口412中的每一个可以和与转子170的腔172流体连通的多个开口174中的相应开口对准。以这种方式，可移动构件410不再覆盖多个开口174的一部分。此外，由于可移动构件410不再覆盖多个开口174的一部分，因此空气200可以以不同于第一质量流率的第二质量流率流过多个开口174。以这种方式，可移动构件410可用于改变经由多个开口174流入转子170的腔172的空气的质量流率，以根据需要调节在壳体112和转子170的每个转子叶片150的叶片尖端152之间限定的间隙或径向间隔CL。

在一些实施方式中，系统400可以包括一个或多个致动器（未示出），该致动器被构造成使可移动构件410在至少第一位置（图9和11）和第二位置（图10和12）之间移动。例如，一个或多个致动器可以被构造成使可移动构件410沿着周向方向C在至少第一位置和第二位置之间旋转。换句话说，一个或多个致动器可以被构造成使可移动构件410绕轴向方向A在至少第一位置和第二位置之间旋转。在一些实施方式中，一个或多个致动器可以包括旋转致动器。

现在参考图13至16，根据本公开提供了另一系统500。如图所示，系统500可以包括可移动构件510。在一些实施方式中，可移动构件510可以是限定多个开口512的套筒。如将在下面更详细地讨论的，可移动构件510可以沿着轴向方向A在至少第一位置（图13和15）和第二位置（图14和16）之间移动，以调节进入转子170的腔172（图2）的气流。

如图所示，当可移动构件510处于第一位置时，可移动构件510可以覆盖多个开口174中的每一个的一部分。以这种方式，当可移动构件510处于第一位置时，空气200流过其以进入转子170的腔172的多个开口174中的每一个的表面面积减小。这样，当可移动构件510处于第一位置时，空气200可以以第一质量流率流过多个开口174中的每一个。如将在下面更详细地讨论的，可移动构件510可以移动到第二位置（图10和图12），以调整流过多个开口174的空气的质量流率，以调整（例如，增加或减小）在壳体112（图2）和转子170的每个转子叶片150（图2）的叶片尖端152（图2）之间限定的间隙或径向间隔CL。

当可移动构件510处于第二位置（图10和图12）时，由可移动构件510限定的多个开口512中的每一个可以和与转子170的腔172流体连通的多个开口174中的相应开口对准。以这种方式，当可移动构件510处于第二位置时，可移动构件510不再覆盖多个开口174的一部分。此外，由于可移动构件510不再覆盖多个开口174的一部分，因此空气200可以以不同于第一质量流率的第二质量流率流过相应开口。以这种方式，可移动构件510可以在至少第一位置和第二位置之间移动，以改变经由多个开口174流入转子170的腔172的空气的质量流率，以根据需要调整在壳体112和转子170的每个转子叶片150的叶片尖端152之间限定的间隙或径向间隔CL。

在一些实施方式中，系统400可以包括一个或多个致动器（未示出），该致动器被构造成使可移动构件510沿着轴向方向在至少第一位置（图9和11）和第二位置（图10和12）之间移动。更具体地，一个或多个致动器可以是线性致动器。

图17示出了可以包括在控制器600内的合适部件的一个实施例，该控制器600可以与以上参考图3-16公开的系统300、400、500一起使用。如图所示，控制器600可以包括一个或多个处理器602和一个或多个存储器装置604。一个或多个存储器装置604可以被构造成存储指令606，当指令606由一个或多个处理器602执行时，使一个或多个处理器602进行各种计算机实施的功能（例如，进行本文公开的方法，步骤，计算等）。

如本文所使用的，术语“处理器”不仅是指本领域中被称为包括在计算机中的集成电路，而且是指控制器，微控制器，微型计算机，可编程逻辑控制器（PLC），专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列（FPGA）和其他可编程电路。此外，一个或多个存储器装置604通常可以包括一个或多个存储器元件，包括但不限于计算机可读介质（例如，随机存取存储器（RAM）），计算机可读非易失性介质（例如，闪存），光盘只读存储器（CD-ROM），磁光盘（MOD），数字多功能光盘（DVD）和/或其他合适的存储器元件或其组合。

另外，控制器600还可以包括通信接口610。在一些实施方式中，通信接口610可以包括用于发送和接收数据的相关联的电子电路。这样，控制器600的通信接口610可以用于向一个或多个致动器620发送数据以及从一个或多个致动器620接收数据，该致动器620被构造成使可移动构件310、410、510在至少第一位置和第二位置之间移动。在其中控制器600与以上参考图3至图8讨论的系统300一起使用的实施方式中，一个或多个致动器620可以包括多个致动器330，多个致动器330被构造成使多个翼片在至少第一位置和第二位置之间旋转。

另外，通信接口610还可以用于与涡轮风扇发动机10的任何其他合适的部件通信，包括被构造成监视指示涡轮风扇发动机10的操作或涡轮风扇发动机10操作的环境的一个或多个操作参数的任意数量的传感器622。应当理解，通信接口610可以是合适的有线和/或无线通信接口的任何组合，并且因此可以经由有线和/或无线连接通信地联接到涡轮风扇发动机10的一个或多个部件。

在其中可移动构件310（图3）包括多个翼片的实施方式中，控制器600可以被构造成至少部分地基于指示与涡轮风扇发动机10（图1）的操作相关联的一个或多个参数的数据来独立地控制多个翼片中的每一个。例如，数据可以指示涡轮风扇发动机10的风扇区段14的多个风扇叶片40（图1）旋转的速度。替代地或附加地，数据可以指示与涡轮风扇发动机10操作的环境相关联的一个或多个参数。例如，与环境相关联的一个或多个参数的示例可以包括但不限于涡轮风扇发动机10正在操作的高度，与环境相关联的环境压力或两者。应当理解，控制器600可以被构造成基于数据在至少第一位置和第二位置之间移动可移动构件310（例如，多个翼片中的一个或多个）。

在一些实施方式中，控制器600可以被构造成控制加热和/或冷却回路630的操作，以加热或冷却经由多个开口174流入转子170的腔172（图2）的空气200（图2）。以这种方式，控制器600可以根据需要经由加热和/或冷却回路630加热或冷却空气200，以加热或冷却转子170，以调整转子叶片150的径向偏转并从而调整间隙间隔CL（图2）。在一些实施方式中，控制器600可以被构造成至少部分地基于指示转子的腔172内的温度的数据来控制加热和/或冷却回路的操作。例如，控制器600可以被构造成经由定位在腔172内的一个或多个温度传感器来获得指示转子170的腔172内的温度的数据。

现在参考图18，根据本公开的示例实施例，提供了用于调节进入转子的孔中的气流的方法700的流程图。可以例如使用以上参考图17讨论的控制器来实施方法700。为了说明和讨论的目的，图18描绘了以特定顺序进行的步骤。使用本文提供的公开的本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，本文描述的任何方法的各个步骤可以被调整，扩展，省略，重新布置，同时进行和/或以各种方式修改。

在（702）处，方法700可以包括由一个或多个处理器获得指示与燃气涡轮发动机的操作或燃气涡轮发动机操作的环境相关联的一个或多个参数的数据。在一些实施方式中，数据可以指示涡轮风扇发动机10的风扇区段14的风扇叶片40（图1）操作的速度。替代地或附加地，数据可以指示与涡轮风扇发动机操作的环境相关联的环境压力和/或环境温度。

在（704）处，方法700可以包括至少部分地基于该数据，由一个或多个处理器确定可在至少第一位置和第二位置之间移动以调节经由多个开口进入转子的孔中的气流的可移动构件需要从当前位置移动到调整位置。

在一些实施方式中，可移动构件的当前位置可以对应于第一位置，在该第一位置中，可移动构件覆盖与转子的孔流体连通的多个开口的至少一部分。另外，调整位置可以对应于可移动构件的第二位置，在该第二位置中，可移动构件不覆盖与转子的孔流体连通的一个或多个开口。

在替代实施方式中，可移动构件的当前位置可以对应于可移动构件的第二位置，在该第二位置中，可移动构件不覆盖与转子的孔流体连通的一个或多个开口。另外，调整位置可以对应于第一位置，在该第一位置中，可移动构件覆盖与转子的孔流体连通的多个开口的至少一部分。

在（706）处，方法700可以包括由一个或多个处理器提供与控制可移动构件的操作相关联的一个或多个控制信号，使得可移动构件从当前位置移动到调整位置。在一些实施方式中，提供一个或多个控制信号可以包括由一个或多个处理器向一个或多个致动器提供一个或多个控制信号，该一个或多个致动器被构造成使可移动构件在至少第一位置和第二位置之间移动。以这种方式，一个或多个致动器可以在接收到一个或多个控制信号时将可移动构件从其当前位置移动到调整位置。

尽管以上参考图1所示的涡轮风扇发动机10讨论了系统300、400、500，但是应当理解，系统300、400、500可以在任何合适类型的燃气涡轮发动机上实施。例如，在一些实施方式中，系统300、400、500可以在涡轮轴燃气涡轮发动机上实施。

本发明的进一步方面由以下条项的主题提供：

1.一种用于调节进入由燃气涡轮发动机的转子限定的孔中的气流的系统，所述燃气涡轮发动机限定轴向方向，周向方向和径向方向，所述系统包括可移动构件，所述可移动构件定位在所述转子的第一级转子叶片的前方，所述可移动构件能够在至少第一位置和第二位置之间移动，以调节经由与所述孔流体连通的多个开口进入所述孔中的气流。

2.根据任何前述方面所述的系统，其中，所述可移动构件包括阀。所述阀被构造成当所述阀处于所述第一位置时防止气流经由所述多个开口进入所述孔中。所述阀被构造成当所述阀处于所述第二位置时允许气流经由所述多个开口进入所述孔中。

3.根据任何前述方面所述的系统，其中，所述可移动构件包括沿着所述周向方向彼此间隔开的多个翼片，所述多个翼片中的每一个均能够在至少所述第一位置和所述第二位置之间旋转。

4.根据任何前述方面所述的系统，进一步包括多个致动器，所述多个致动器中的每一个被构造成使所述多个翼片中的相应翼片在至少所述第一位置和所述第二位置之间旋转。

5.根据任何前述方面所述的系统，其中，当所述多个翼片中的翼片处于所述第一位置时，所述翼片定向在第一平面中。此外，当所述翼片处于所述第二位置时，所述翼片定向在不同于所述第一平面的第二平面中。

6.根据任何前述方面所述的系统，其中，当所述翼片处于所述第一位置时，所述翼片沿着所述径向方向与所述多个开口中的相应开口间隔开。

7.根据任何前述方面所述的系统，其中，当所述翼片处于所述第一位置时，所述翼片覆盖所述多个开口中的相应开口的一部分，使得空气以第一质量流率流过所述相应开口。此外，当所述翼片处于所述第二位置时，空气以不同于所述第一质量流率的第二质量流率流过所述相应开口。

8.根据任何前述方面所述的系统，其中，所述可移动构件包括限定多个开口的套筒，所述套筒能够沿着所述周向方向在至少所述第一位置和所述第二位置之间旋转。

9.根据任何前述方面所述的系统，进一步包括一个或多个旋转致动器，所述一个或多个旋转致动器被构造成使所述套筒沿着所述周向方向在至少所述第一位置和所述第二位置之间旋转。

10.根据任何前述方面所述的系统，其中，当所述套筒处于所述第一位置时，由所述套筒限定的所述多个开口中的每一个和与由所述转子限定的所述孔流体连通的所述多个开口中的相应开口对准。此外，当所述套筒处于所述第二位置时，所述套筒覆盖与由所述转子限定的所述孔流体连通的所述多个开口的至少一部分。

11.根据任何前述方面所述的系统，其中，当所述套筒处于所述第一位置时，空气以第一质量流率经由所述多个开口流入所述孔中。此外，当所述套筒处于所述第二位置时，空气以不同于所述第一质量流率的第二质量流率经由所述多个开口流入所述孔中。

12.根据任何前述方面所述的系统，其中，所述可移动构件包括限定多个开口的套筒，所述套筒能够沿着所述轴向方向在至少所述第一位置和所述第二位置之间移动。

13.根据任何前述方面所述的系统，进一步包括线性致动器，所述线性致动器被构造成使所述套筒沿着所述轴向方向在至少所述第一位置和所述第二位置之间移动。

14.一种限定轴向方向，周向方向和径向方向的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括低压压缩机，所述低压压缩机经由低压轴驱动地联接至所述燃气涡轮发动机的低压涡轮。所述燃气涡轮发动机进一步包括高压压缩机，所述高压压缩机经由高压轴驱动地联接至所述燃气涡轮发动机的高压涡轮。所述高压压缩机包括限定孔的转子和与所述孔流体连通的多个开口。所述燃气涡轮发动机还包括可移动构件，所述可移动构件定位在所述转子的第一级转子叶片的前方，所述可移动构件能够在至少第一位置和第二位置之间移动，以调节经由所述多个开口进入所述转子的所述孔中的气流。

15.根据任何前述方面所述的燃气涡轮发动机，其中，所述多个开口定位在所述转子的第一级转子叶片的前方。

16.根据任何前述方面所述的燃气涡轮发动机，其中，所述多个开口沿着所述周向方向彼此间隔开。

17.根据任何前述方面所述的燃气涡轮发动机，其中，所述可移动构件包括沿着所述周向方向彼此间隔开的多个翼片。此外，所述多个翼片中的每一个均能够在至少所述第一位置和所述第二位置之间旋转。

18.提供了一种用于调节进入燃气涡轮发动机的转子的孔中的气流的方法。所述方法包括由一个或多个处理器获得指示与所述燃气涡轮发动机的操作或所述燃气涡轮发动机操作的环境相关联的一个或多个参数的数据。所述方法包括至少部分地基于所述数据，由所述一个或多个处理器确定能够在至少第一位置和第二位置之间移动以调节进入所述转子的所述孔中的气流的可移动构件需要从当前位置移动到调整位置。所述方法包括由所述一个或多个处理器提供与控制所述可移动构件的操作相关联的一个或多个控制信号，使得所述可移动构件从所述当前位置移动到所述调整位置。

19.根据任何前述方面所述的方法，其中， 当所述可移动构件处于所述当前位置时，所述可移动构件覆盖与所述转子的所述孔流体连通的多个开口的至少一部分，使得空气以第一质量流率流过所述多个开口。此外，当所述可移动构件处于所述调整位置时，空气以不同于所述第一质量流率的第二质量流率流过所述多个开口。

20.根据任何前述方面所述的方法，其中，提供与控制所述可移动构件的操作相关联的一个或多个控制信号使得所述可移动构件从所述当前位置移动到所述调整位置包括：由所述一个或多个处理器将所述一个或多个控制信号提供给一个或多个致动器，所述一个或多个致动器被构造成使所述可移动构件在至少所述第一位置和所述第二位置之间移动。

Claims (13)

1.一种用于调节进入由燃气涡轮发动机的转子限定的孔中的气流的系统，所述燃气涡轮发动机限定轴向方向，周向方向和径向方向，其特征在于，所述系统包括：

可移动构件，所述可移动构件在所述转子上定位在所述转子的第一级转子叶片的前方，所述可移动构件能够在至少第一位置和第二位置之间移动，以调节经由与所述孔流体连通的多个开口进入所述孔中的气流，

其中，所述可移动构件包括限定所述多个开口的套筒，所述套筒能够沿着所述周向方向在至少所述第一位置和所述第二位置之间旋转。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述套筒能够沿着所述周向方向在至少所述第一位置和所述第二位置之间旋转，其中所述系统包括一个或多个旋转致动器，所述一个或多个旋转致动器被构造成使所述套筒沿着所述周向方向在至少所述第一位置和所述第二位置之间旋转。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中：

当所述套筒处于所述第一位置时，由所述套筒限定的所述多个开口中的每一个和与由所述转子限定的所述孔流体连通的所述多个开口中的相应开口对准；并且

当所述套筒处于所述第二位置时，所述套筒覆盖与由所述转子限定的所述孔流体连通的所述多个开口的至少一部分。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，其中：

当所述套筒处于所述第一位置时，空气以第一质量流率经由所述多个开口流入所述孔中；并且

当所述套筒处于所述第二位置时，空气以不同于所述第一质量流率的第二质量流率经由所述多个开口流入所述孔中。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述套筒能够沿着所述轴向方向在至少所述第一位置和所述第二位置之间移动，其中所述系统包括线性致动器，所述线性致动器被构造成使所述套筒沿着所述轴向方向在至少所述第一位置和所述第二位置之间移动。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中：

所述可移动构件包括阀；并且

所述阀能够在至少所述第一位置和所述第二位置之间移动，以调节进入所述孔的气流。

7.一种限定轴向方向，周向方向和径向方向的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机包括：

低压压缩机，所述低压压缩机经由低压轴驱动地联接至所述燃气涡轮发动机的低压涡轮；

高压压缩机，所述高压压缩机经由高压轴驱动地联接至所述燃气涡轮发动机的高压涡轮，所述高压压缩机包括限定孔的转子和与所述孔流体连通的多个开口；以及

可移动构件，所述可移动构件定位在所述转子的第一级转子叶片的前方，所述可移动构件能够在至少第一位置和第二位置之间移动，以调节经由所述多个开口进入所述转子的所述孔中的气流，

其中所述多个开口沿着所述周向方向彼此间隔开，并且

其中所述可移动构件包括沿着所述周向方向彼此间隔开的多个翼片，所述多个翼片中的每一个均能够在至少所述第一位置和所述第二位置之间旋转。

8.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述多个开口定位在所述转子的所述第一级转子叶片的前方。

9.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，所述可移动构件设置在所述转子上。

10.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括：

多个致动器，所述多个致动器中的每一个被构造成使所述多个翼片中的相应翼片在至少所述第一位置和所述第二位置之间旋转。

11.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中：

当所述多个翼片中的翼片处于所述第一位置时，所述翼片定向在第一平面中；并且

当所述翼片处于所述第二位置时，所述翼片定向在不同于所述第一平面的第二平面中。

12.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中，当所述翼片处于所述第一位置时，所述翼片沿着所述径向方向与所述多个开口中的相应开口间隔开。

13.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中：

当所述翼片处于所述第一位置时，所述翼片覆盖所述多个开口中的相应开口的一部分，使得空气以第一质量流率流过所述相应开口；并且

当所述翼片处于所述第二位置时，空气以不同于所述第一质量流率的第二质量流率流过所述相应开口。