CN117917502A - 具有带有导流器的压缩机的涡轮发动机 - Google Patents

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CN117917502A CN202311363742.6A CN202311363742A CN117917502A CN 117917502 A CN117917502 A CN 117917502A CN 202311363742 A CN202311363742 A CN 202311363742A CN 117917502 A CN117917502 A CN 117917502A
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斯科特·艾伦·施密尔斯
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Abstract

一种涡轮发动机，具有能够绕旋转轴线旋转的转子、定子、多个周向间隔开的引气通道和导流器。多个周向间隔开的引气通道位于轴向相邻的一组定子的轮叶和转子的叶片之间。导流器包括将导流器的喷嘴入口流体地联接到导流器的喷嘴出口的喷嘴通道。

Description

具有带有导流器的压缩机的涡轮发动机
技术领域
本主题大体涉及涡轮发动机，并且更具体地涉及涡轮发动机的压缩机区段的部件。
背景技术
涡轮发动机，特别是燃气涡轮发动机，是从连续流过压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段的工作空气流中提取能量的旋转发动机，在压缩机区段中工作空气被压缩，在燃烧器区段中燃料被添加到工作空气中并点燃，在涡轮区段中燃烧的工作空气在涡轮区段中膨胀并从工作空气中获取功以驱动压缩机区段以及其他系统，并在飞行器实施方式中提供推力。驱动轴可操作地联接涡轮区段、压缩机区段和风扇区段，使得涡轮区段的旋转驱动压缩机区段和风扇区段。
引气可以从涡轮发动机的上游部分(例如，风扇区段或压缩机区段)取出并被供给到涡轮发动机的下游部分以冷却涡轮发动机的所述下游部分。引气的至少一部分可以通过形成在涡轮发动机的转子内的通道供给。一些发动机包括设置在涡轮发动机的静止部分上的结构，其将引气引导或供给到通道中，在通道中引气最终被供给到涡轮发动机的下游部分。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述针对本领域普通技术人员的本公开的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：
图1是根据本公开的示例性实施例的涡轮发动机的示意性横截面图，该涡轮发动机包括压缩机区段。
图2是适合用作图1的压缩机区段的示例性压缩机区段的示意性侧视图，该压缩机区段还包括定子、具有引气通道的转子以及从定子延伸的导流器。
图3是图2的定子和导流器的后立体图，进一步示出了导流器的多个周向间隔开的喷嘴。
图4是从图3的视线IV-IV观察的导流器的径向横截面图，进一步示出了流过多个周向间隔开的喷嘴的气流。
图5是适合用作图2的导流器的示例性导流器的示意性侧视图，示例性导流器相对于涡轮发动机的下游旋转部件的表面径向间隔开。
图6是适合用作图2的导流器的示例性导流器的示意性侧视图，该导流器还包括漏斗。
图7是适合用作图2的导流器的示例性导流器的示意性侧视图，该导流器还包括天使翼。
具体实施方式
本文公开的各方面涉及一种涡轮发动机，其包括串联流动布置的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段。该涡轮发动机包括转子，该转子能够绕旋转轴线旋转并具有多组周向布置的叶片，这些叶片沿着旋转轴线彼此轴向间隔开。涡轮发动机包括定子，定子具有围绕转子环形布置的内带和外带以及在内带和外带之间延伸的多组周向布置的轮叶。导流器从定子延伸。导流器包括多个周向间隔开的喷嘴，其将流体流引导向转子的一部分。流体的至少一部分用作涡轮发动机的下游部分中的引气。
导流器被设计成将流体流引导到形成在转子内的引气通道中，而不牺牲涡轮发动机的效率。为了说明的目的，本公开将关于设置在涡轮发动机内的导流器、具体地设置在涡轮发动机的压缩机区段内的导流器进行描述。然而，应当理解，本文描述的本公开的各方面不限于此，并且可以在其他发动机内具有普遍的适用性。例如，本公开可适用于其他发动机或运载器中的包括导流器的定子或翼型件组件，并且可用于在工业、商业和住宅应用中提供益处。
如本文所使用的，术语“上游”指的是与流体流动方向相反的方向，并且术语“下游”指的是与流体流动方向相同的方向。术语“前方”或“前”指的是在某物前面，“后方”或“后”指的是在某物后面。例如，当用于流体流时，前方/前可以表示上游，而后方/后可以表示下游。
另外，如本文所使用的，术语“径向”或“径向地”指的是远离公共中心的方向。例如，在涡轮发动机的总体背景下，径向指的是沿着在发动机的中心纵向轴线和发动机外圆周之间延伸的射线的方向。此外，如本文所使用的，术语“组”或“一组”元件可以是任意数量的元件，包括仅一个。
此外，如本文所使用的，术语“流体”或其重复形式可指燃气涡轮发动机内的任何合适的流体，燃气涡轮发动机的至少一部分暴露于该流体，例如但不限于燃烧气体、环境空气、加压气流、工作气流或其任何组合。还进一步设想，燃气涡轮发动机可以是其他合适的涡轮发动机，例如但不限于蒸汽涡轮发动机或超临界二氧化碳涡轮发动机。作为非限制性示例，术语“流体”可以指蒸汽涡轮发动机中的蒸汽，或者指超临界二氧化碳涡轮发动机中的二氧化碳。
所有方向参考(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、向前、向后等)仅用于识别目的以帮助读者理解本公开，并且不产生限制，特别是关于本文描述的本公开的各方面的位置、取向或使用。连接参考(例如，附接、联接、固定、紧固、连接和接合)应被广义地解释并且可以包括元件集合之间的中间构件以及元件之间的相对运动，除非另有说明。这样，连接参考并不一定意味着两个元件直接连接并且彼此之间具有固定关系。示例性附图仅用于说明的目的，并且所附附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可以变化。
图1是用于飞行器的涡轮发动机10的示意性横截面图。涡轮发动机10具有从前部14延伸至后部16的大体纵向延伸的轴线或发动机中心线12。涡轮发动机10包括处于下游串联流动关系的包括风扇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包括绕发动机中心线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形成涡轮发动机10的发动机核心44，其产生燃烧气体。发动机核心44被核心壳体46围绕，核心壳体46可与风扇壳体40联接。
驱动轴51可旋转地联接压缩机区段22，并且风扇区段18可以可操作地联接到涡轮区段32。涡轮区段32的旋转可以将旋转力传递到驱动轴51，这可以转而被传递到压缩机区段22或风扇区段18中的至少一个，以驱动压缩机区段22或风扇区段18。驱动轴51可以绕轴线旋转。在所示的涡轮发动机10中，驱动轴51可绕发动机中心线12旋转。
驱动轴51可包括单独的线轴。作为非限制性示例，驱动轴51可包括绕涡轮发动机10的发动机中心线12同轴设置的HP轴或线轴48，将HP涡轮34驱动地连接至HP压缩机26。作为非限制性示例，驱动轴51可包括LP轴或线轴50，其绕涡轮发动机10的发动机中心线12同轴设置在较大直径环形的HP线轴48内，将LP涡轮36驱动地连接到LP压缩机24和风扇20。线轴48、50可以一起限定驱动轴51。线轴48、50能够绕发动机中心线12旋转并联接到多个可旋转元件，这些可旋转元件可共同限定转子。
LP压缩机24和HP压缩机26分别包括多个压缩机级52、54，其中一组压缩机叶片56、58相对于对应的一组静态压缩机轮叶60、62(也称为喷嘴)旋转，以压缩或加压流经该级的流体流。在单个压缩机级52、54中，多个压缩机叶片56、58可以设置成环并且可以相对于发动机中心线12从叶片平台径向向外延伸到叶片尖端，而对应的静态压缩机叶片60、62定位在旋转叶片56、58的上游并邻近旋转叶片56、58。注意，图1中所示的叶片、轮叶和压缩机级的数量仅用于说明目的，并且其他数量也是可能的。
用于压缩机级的叶片56、58可以安装到盘61，盘61安装到HP和LP线轴48、50中对应的一个，其中每一级具有其自己的盘61。多个臂90从HP线轴50的盘61延伸。用于压缩机级的轮叶60、62可以以周向布置安装到核心壳体46。
HP涡轮34和LP涡轮36分别包括多个涡轮级64、66，其中一组涡轮叶片68、70相对于对应的一组静态涡轮轮叶72、74(也称为喷嘴)旋转，以从流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可以设置成环并且可以相对于发动机中心线12从叶片平台径向向外延伸到叶片尖端，而对应的静态压缩机轮叶72、74定位在旋转涡轮叶片68、70的上游并邻近旋转涡轮叶片68、70。注意，图1中所示的叶片、轮叶和涡轮级的数量仅用于说明目的，并且其他数量也是可能的。
用于涡轮级的涡轮叶片68、70可以安装到盘71，盘71安装到HP和LP线轴48、50中对应的一个，其中每一级具有专用的盘71。用于压缩机级的轮叶72、74可以以周向布置安装到核心壳体46。
与转子部分互补，涡轮发动机10的静止部分，例如压缩机区段22和涡轮区段32中的静态轮叶60、62、72、74，也单独或共同称为定子63。这样，定子63可以指整个涡轮发动机10中的非旋转元件的组合。
在操作中，离开风扇区段18的气流被分开，使得该气流的一部分被导通到LP压缩机24中，LP压缩机24然后将加压气流76供应到HP压缩机26，HP压缩机26进一步对空气加压。来自HP压缩机26的加压气流76在燃烧器30中与燃料混合并被点燃，从而产生燃烧气体。通过HP涡轮34从这些气体中提取一些功，HP涡轮34经由驱动轴51驱动HP压缩机26。燃烧气体被排放到LP涡轮36中，LP涡轮36提取额外的功来驱动LP压缩机24，并且排气最终经由排气区段38从涡轮发动机10排出。LP涡轮36的驱动驱动LP线轴50，以使风扇20和LP压缩机24旋转。
加压气流76的一部分可分别作为第一引气流77和第二引气流79从压缩机区段22抽取。第二引气流79被供给通过转子的一部分。多个臂90用于引导第二引气流79。第一引气流77和第二引气流79可以从加压气流76中抽取并提供到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，由第一引气流77和第二引气流79提供的冷却对于在高温环境中操作此类发动机部件是必要的。
离开风扇区段的气流的剩余部分，旁通气流78绕过LP压缩机24和发动机核心44，并通过静止轮叶排，更具体地，通过出口引导轮叶组件80离开涡轮发动机10，该出口导向轮叶组件80包括在风扇排气侧84处的多个翼型导向轮叶82。更具体地，邻近风扇区段18使用周向排的径向延伸的翼型导向轮叶82，以对旁通气流78施加一些方向控制。
由风扇20供应的一些空气可以绕过发动机核心44并用于冷却涡轮发动机10的部分，尤其是热部分，和/或用于冷却飞行器的其他方面或为飞行器的其他方面提供动力。在涡轮发动机的情况下，发动机的热部分通常位于燃烧器30的下游，尤其是涡轮区段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。冷却流体的其它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是适合用作图1的压缩机区段22的示例性压缩机区段100的示意性侧视图。因此，压缩机区段100和涡轮发动机10的相似部分将被给予相似的名称，并且应当理解的是，涡轮发动机10的相似部分的描述适用于压缩机区段100，除非另有说明。
如本文所述，压缩机区段100可以是LP压缩机区段24或HP压缩机区段26(图1)中的任一个或两者。压缩机区段100包括定子102和转子104。替代地，本文所述的压缩机区段100的各方面可应用于燃气涡轮发动机的其他区段(例如，涡轮区段32)。
定子102包括在相应的内带112和外带114之间延伸的多组轴向间隔开、周向布置的轮叶106。多个周向布置的轮叶106中的每个轮叶可以包括在前缘136和后缘138之间轴向延伸并且在尖端110和根部144之间径向延伸的壁。尖端110和根部144分别可操作地联接到外带114和内带112的相应部分或与外带114和内带112的相应部分一体地形成。内带112与转子104径向间隔开以限定泄漏腔164。内带112在前缘132和后缘134之间轴向延伸，并且在第一带表面166和第二带表面168之间径向延伸。
转子104包括多组轴向间隔开、周向布置的叶片108，其绕旋转轴线150旋转。旋转轴线150可对应于、偏离、平行于或不平行于发动机中心线12(图1)。转子104还包括多个周向布置的引气通道118。
多个臂120从转子104径向向内延伸。管道122可操作地联接到多个臂120的一部分或与多个臂120的一部分一体地形成。管道122包括径向高度(H)。
导流器124将流体流引导到周向间隔开的引气通道118中。如图所示，导流器124在级间位置处从定子102延伸。然而，其他安装布置也是可能的，包括级内位置。作为非限制性示例，导流器124可以设置为在内带112的前缘132的轴向前方延伸或者在内带112的后缘134的轴向后方延伸。作文非限制性示例，导流器124可以延伸穿过内带112并且轴向地设置在内带112的前缘132或后缘134之间或以其他方式限定内带112的前缘132或后缘134中的至少一个。
导流器124包括前壁128和与前壁128轴向间隔开的后壁129。至少一个喷嘴通道126轴向位于前壁128和后壁129之间。至少一个喷嘴通道126在喷嘴入口140和喷嘴出口142之间径向延伸。中心线116在喷嘴入口和喷嘴出口142之间延伸。中心线116被限定为延伸穿过喷嘴通道126的线，其在沿中心线116的所有点处与相对的侧壁等距。如图所示，喷嘴通道126是弯曲通道，使得中心线116是非线性的。然而，可以设想具有线性中心线的布置。
前壁128、喷嘴通道126和后壁129可以一体地形成(例如整体地形成)，或者固定到彼此和/或固定到内带112，或以其他方式彼此或与内带112非一体地形成。在非限制性示例中，前壁128可通过任何合适的方法固定到导流器124的其余部分或内带112，例如但不限于焊接、粘合、紧固、铜焊或任何其他合适的固定或联接方法。作为非限制性示例，前壁128可以与内带112一体地形成，并且导流器124的其余部分可以联接到前壁128。作为非限制性示例，导流器124和内带112可以彼此一体地形成。
喷嘴出口142与多个周向间隔开的引气通道118的至少一部分径向间隔开，并且可以相对于旋转轴线150与多个周向间隔开的引气通道118的至少一部分轴向对准。喷嘴入口140可以与内带112的第一带表面166齐平。
喷嘴入口140以在轴向线182和表面线180之间形成的角度(β)从前壁128延伸，表面线180从导流器124沿着喷嘴入口140延伸。角度(β)可以是对于给定配置的任何合适的角度，以实现气流朝向引气通道118的传送。作为非限制性示例，在喷嘴入口140和轴向线182之间形成的角度(β)可以大于或等于-20度且小于或等于20度。相对于不包括导流器124的涡轮发动机，角度(β)可以变化以最小化由导流器124的引入引起的周围气流的扭曲。在喷嘴入口140和轴向线182之间形成的角度(β)大于0度的情况下，喷嘴入口140可以被定义为上斜喷嘴入口140。在角度(β)小于0度的情况下，喷嘴入口140可以被定义为下斜喷嘴入口140。
角度(β)帮助导流器124，具体地帮助导流器124的后壁129充当偏转器，其用于使穿过一组轮叶的空气的至少一部分向下转向并进入喷嘴入口140中。在这个意义上，角度(β)的作用类似于偏转器或勺子以转动空气。作为非限制性示例，可以使用其他结构来帮助将气流转向导流器124，例如但不限于从后壁129径向向外延伸的挤压件。
在压缩机区段100的操作期间，工作气流(Fw)被供给通过压缩机区段100并且流过多组周向布置的叶片和轮叶108、106。随着工作气流(Fw)流过涡轮发动机，工作气流(Fw)的至少一部分将从工作气流路径(例如，多组周向布置的叶片和轮叶108、106延伸穿过的路径)分叉。作为非限制性示例，泄漏气流(FL)可以在一组周向布置的轮叶106的上游从工作气流(Fw)分叉。泄漏气流(FL)可以流入泄漏腔164。工作气流(Fw)的另一部分在流过一组轮叶106之后可以分支并作为通道气流(Fp)流过至少一个喷嘴通道126。通道气流(Fp)和泄漏气流(FL)可以在泄漏腔164内相遇。如本文所述，导流器124被设计成最小化通道气流(Fp)和泄漏气流(FL)在泄漏腔164中相遇的影响，这将在下面更详细地描述。
被定义为通道气流(Fp)和泄漏气流(FL)的组合的气流的至少一部分可以流回到工作流动路径中，而示出为通道气流(Fp)的另一部分然后可以被供给通过周向间隔开的引气通道118，在引气通道118中其可经由多个臂120被引导到管道122中，以限定引气流(Fc)。引气流(Fc)可以形成图1的第二引气流79。引气流(Fc)最终被供给到涡轮发动机的下游部分(例如，图1的涡轮区段32或燃烧区段28)以冷却下游部件(例如，导流器124下游的压缩机区段22的一部分，图1的静态涡轮轮叶72、74和/或涡轮叶片68、70)。
图3是图2的定子和导流器124的一部分的后立体图，更好地示出了它们的相对布置。如图所示，至少一个喷嘴通道126包括在多个周向间隔开的喷嘴通道126内，每个喷嘴通道126延伸穿过导流器124的相应部分。虽然仅示出了定子102的周向区段，其包括单组周向布置的轮叶106，但是应当理解，这组周向布置的轮叶106绕整个旋转轴线150周向间隔开。导流器124可以绕整个旋转轴线150连续地或非连续地(例如，分段地)延伸。可以设想，导流器124不需要完全绕旋转轴线150周向延伸。
图4是从图3的截面线IV-IV看到的导流器124的径向横截面图。多个周向间隔开的喷嘴通道126中的每个喷嘴通道由多个内壁145周向界定，这些内壁145在喷嘴入口140和喷嘴出口142之间径向延伸并且在前壁128和后壁129之间轴向延伸。
多个内壁145中的每个壁可以彼此相同或不相同。当沿着从旋转轴线150垂直且径向延伸并与内壁相交的竖直平面观察时，多个内壁145中的每个内壁由相应的横截面区域限定。每个壁的横截面区域可以是任何合适的横截面区域。作为非限制性示例，多个内壁145中的每个内壁的横截面区域是翼型横截面区域(例如，包括压力侧和吸力侧的横截面区域或以其他方式包括俯冲(swooping)横截面区域)。对于翼型横截面，内壁145限定轮叶，其可以帮助控制通道气流(Fp)的方向。
在喷嘴出口142处，中心线116相对于径向线局部不垂直，径向线从旋转轴线150穿过到转子104的径向相邻表面。每个喷嘴通道126更好地由相应的通道横截面区域限定，该通道横截面区域从喷嘴入口140到喷嘴出口142减小。
在压缩机区段100的操作期间，工作气流(Fw)(图2和图3)作为通道气流(Fp)被供给到喷嘴入口140中。通道气流(Fp)遵循由中心线116限定的曲率。这样，每个喷嘴通道126将通道气流(Fp)的切向或周向分量从第一周向方向(C1)转向到第二周向方向(C2)，其与第一周向方向(C1)相反或相对。随着通道气流(Fp)流过喷嘴通道126，通道气流(Fp)由于从喷嘴入口140到喷嘴出口142的通道横截面区域减小而被收缩和加速。
本文将讨论流动通道气流(Fp)的周向分量；然而，应当理解，气流(Fp)可以是具有周向矢量的任何合适的气流。例如，通道气流(Fp)可以包括径向、轴向和周向分量。
应当理解，导流器124可以形成为使得其将气流从第二周向方向(C2)转向第一周向方向(C1)，或反之亦然。导流器124使通道气流(Fp)转向的方式进一步由喷嘴出口142处的通道气流(Fp)的周向分量是否平行于或不平行于转子104的旋转的周向分量来限定。
改变喷嘴出口142处的通道气流(Fp)的周向分量是否平行于或不平行于转子104旋转的周向分量可以为引导通道气流(Fp)的一部分相对于彼此进入转子104提供明显的益处。将喷嘴出口142处的通道气流(Fp)的周向分量与转子104的周向分量对准导致在喷嘴出口142和转子104之间的区域内产生正涡流(例如，来自喷嘴出口142的涡流，该涡流与泄漏腔164内泄漏气流(FL)流动的周向方向周向对准)。喷嘴出口142处的通道气流(Fp)的周向分量与转子104的周向分量不对准会导致在喷嘴出口142和转子104之间的区域内产生负涡流(例如，来自喷嘴出口142的涡流，该涡流与泄漏腔164内泄漏气流(FL)流动的周向方向周向不对准)。发现正涡流会提高冷却能力，而负涡流会积极影响离开喷嘴出口142进入泄漏腔164然后流入多个引气通道118中相应的引气通道的通道气流(Fp)的压力。此外，正涡流或负涡流的引入进一步减少了与流动通道气流(Fp)与已经在泄漏腔164内的泄漏气流(FL)合并相关联的风阻损失。
正涡流增加了涡轮发动机的限定泄漏腔164的部分的冷却能力或以其他方式增加了其冷却效率。这是通过减小由转子104引起的剪切应力(通过确保流动通道气流(Fp)相对总温度降低)实现的。
负涡流减小了与流动通道气流(Fp)与泄漏腔内的泄漏气流(FL)合并并最终流入引气通道118相关联的压力损失。泄漏腔164内的流动通道气流(Fp)的负涡流导致引气通道118处或内的流动通道气流(Fp)不具有涡流。这最终减少了与流动通道气流(Fp)通过引气通道118的导通相关联的压力损失。
多个内壁145的俯冲横截面区域(例如，翼型横截面区域)以及从喷嘴入口142到喷嘴出口142减小的横截面区域，允许导流器被构造成将空气涡流比定制为等于：V/ωr至期望值。V是通道气流(Fp)离开喷嘴出口142并流入泄漏腔164的速度，ω是转子104的角速度，r是引气通道118的入口与旋转轴线150之间的径向距离。导流器124能够创建等于零的空气涡流比。在一些情况下，导流器124能够产生-0.4或更小的空气涡流比。作为非限制性示例，空气涡流比可以大于或等于-0.5并且小于或等于0.5。可以设想，空气涡流比的目标可以等于空气涡流比或者泄漏气流(FL)作用在不包括导流器124的泄漏腔164内的作用方式。换句话说，如本文所述的导流器124具有这样的空气涡流比，使得当与没有导流器124的相同涡轮发动机相比时，其不会负面地影响或以其他方式正面地影响(例如，减少风阻损失)泄漏腔164内的泄漏气流(FL)。
还发现，当与不具有导流器124的涡轮发动机相比时，导流器124的实施可导致管道122的高度(H)减小，如本文所述。作为非限制性示例，高度(H)可以减小30％。
图5是适合用作图2的导流器124的示例性导流器224的示意性侧视图。导流器224与导流器124相似，因此，相似部分将用增加至200系列的相似数字来标识，应当理解的是，导流器124的相似部分的描述适用于导流器224，除非另有说明。
导流器224适合用在压缩机区段200内(例如，在图1的LP压缩机26的HP压缩机24内)。压缩机区段包括定子202和转子204，转子204与定子202间隔开以限定形成在其间的泄漏腔264。转子204包括至少一个引气通道218并绕旋转轴线250旋转。定子202包括内带212，内带212相对于旋转轴线250轴向地终止于后缘234处。导流器224包括前壁228、后壁229以及在喷嘴入口240和喷嘴出口242之间延伸的至少一个喷嘴通道226。导流器224包括中心线216。
转子204包括直接联接到至少一组叶片的至少一个转子带246。转子带246直接位于内带212的下游。转子带246包括上表面248。
导流器224类似于导流器124(图2)，除了导流器224与上表面248径向间隔开距离(D)之外。距离(D)是相对于旋转轴线250在第一轴向线252与第二轴向线254之间的径向距离，第一轴向线252从上表面248的上游边缘轴向延伸，第二轴向线254相对于旋转轴线250从喷嘴入口240与前壁228相遇处轴向延伸。
对于转子204和定子202的给定实施方式，距离(D)可以是任何合适的值。作为非限制性示例，距离(D)可以大于或等于3mm并且小于或等于20mm。距离(D)可以是正距离或负距离，使得上表面248分别从第二轴向线254径向向外或径向向内定位。距离(D)可以等于0。
可以改变距离(D)以创建用于流动通道气流(Fp)的漏斗。例如，将上表面248定位在距喷嘴入口240一定距离(D)处可导致流动通道气流(Fp)被引导或以其他方式汇集到喷嘴入口240中。此外，距离(D)可以用于确保与导流器224的引入相关联的空气动力损失最小至不存在(例如，压力损失、风阻损失)。
图6是适合用作图2的导流器124的示例性导流器324的示意性侧视图。导流器324与导流器124、224相似，因此，相似部分将用增加到300系列的相似数字来标识，应当理解，导流器124、224的相似部分的描述适用于导流器324，除非另有说明。
导流器324适合用在压缩机区段300内(例如，在图1的LP压缩机26的HP压缩机24内)。压缩机区段包括定子302和转子304，转子304与定子302间隔开以限定形成在其间的泄漏腔364。转子304包括至少一个引气通道318并且绕旋转轴线350旋转。转子304还包括具有上表面348的转子带346。转子带346直接位于内带312的下游，使得联接到内带312或与内带312一体地形成的一组周向布置的轮叶(未示出)与联接到转子带346或与转子带346一体地形成的一组周向布置的叶片(未示出)形成单级。定子302包括内带312，该内带312相对于旋转轴线350轴向终止于后缘334。导流器324包括前壁328、后壁329和在喷嘴入口340和喷嘴出口342之间延伸的至少一个喷嘴通道326。导流器324包括中心线316。
导流器324的后壁329包括第一表面370和相对于旋转轴线350在第一表面370轴向前方的第二表面372。导流器324类似于导流器124(图2)、224(图5)，除了导流器324包括限定漏斗356的喷嘴通道326。漏斗356形成在喷嘴入口340处并且被限定为导流器324的表面，该表面相对于旋转轴线350从喷嘴入口340朝向中心线316径向向内倾斜。漏斗356可以包括恒定或非恒定的斜率。作为非限制性示例，漏斗356可以从第一表面370延伸，或者轴向靠近第一表面370延伸，并且延伸到第二表面372或者轴向靠近第二表面372。漏斗356在上游边缘376和下游边缘378之间延伸，所述上游边缘376对应于漏斗356与喷嘴入口340相遇的位置，所述下游边缘378对应于漏斗356与后壁329的第二表面372相遇的位置。如图所示，上游边缘376在下游边缘378的轴向后方。
漏斗356相对于旋转轴线350以在第一直线358和第二直线360之间形成的漏斗角度(α)延伸，第一直线358从漏斗356与喷嘴入口340相遇处向外突出，第二直线360从漏斗356与喷嘴入口340相遇处径向向外突出。第一直线358由漏斗356的在其与喷嘴入口340相遇处的斜率限定。漏斗角度(α)可以是任何合适的角度。作为非限制性示例，漏斗角度(α)可以大于0度且小于或等于45度。作为非限制性示例，漏斗角度(α)可以大于0度且小于或等于80度。
虽然示出为正漏斗角度(α)，但是应当理解，漏斗356可以以小于0度且大于或等于-45度的负漏斗角度(α)延伸。作为非限制性示例，漏斗角度(α)可以小于0度并且大于或等于-80度。换句话说，上游边缘376可以相对于旋转轴线350在下游边缘378的轴向前方。
相对于导流器124、224，包括漏斗356的好处在于，漏斗356在流体流经喷嘴入口340并进入喷嘴通道326时加速流体流(例如，图2的通道气流(Fp))。流体流的加速进而允许流体流在离开喷嘴出口342时的压力的更大调节能力，这最终可用于确保空气涡流比落在优选范围内。此外，漏斗356的引入消除或减少了不包括漏斗356的导流器324可能存在的流动停滞点。换句话说，漏斗356可以确保通道气流(Fp)无缝地流入喷嘴通道326(例如，流动通道气流(Fp)不从喷嘴通道326分叉)。
图7是适合用作图2的导流器124的示例性导流器424的示意性侧视图。导流器424与导流器124、224、324相似，因此，相似部分将用增加到400系列的相似数字来标识，应当理解，导流器124、224、324的相似部分的描述适用于导流器424，除非另有说明。
导流器424适合用在压缩机区段400内(例如，在图1的LP压缩机26的HP压缩机24内)。压缩机区段包括定子402和转子404，转子404与定子402间隔开以限定形成在其间的泄漏腔464。转子404包括至少一个引气通道418并且绕旋转轴线450旋转。转子404还包括具有上表面448的转子带446。转子带446直接位于内带412的下游，使得联接到内带412或与内带412一体地形成的一组周向布置的轮叶(未示出)与联接到转子带446或与转子带446一体地形成的一组周向布置的叶片(未示出)形成单级。定子402包括内带412，该内带412相对于旋转轴线450轴向终止于后缘434处。导流器424包括前壁428、后壁429和在喷嘴入口440和喷嘴出口442之间延伸的至少一个喷嘴通道426。导流器424包括中心线416。
导流器424类似于导流器124(图2)、224(图5)、324(图6)，除了导流器424包括从导流器424延伸的天使翼462之外。作为非限制性示例，天使翼462可以相对于旋转轴线450从导流器424轴向延伸。天使翼462可以延伸到泄漏腔464中并且用于为在转子404和导流器424之间流动的泄漏腔464内的泄漏气流创建曲折路径。
与传统涡轮发动机相比，本公开的优点包括具有更高效率的涡轮发动机。例如，传统涡轮发动机利用形成在转子内或定子内的结构来将引气引导到转子的引气通道中。由于角动量守恒，随着引气从包括结构(例如，轮叶)的静止部件供给到旋转部件(例如，包括通道的转子)，引气的压力下降并且在该结构和转子的通道之间的区域中产生涡流。压力的下降和涡流的引入最终导致压力和风阻损失，这最终降低了涡轮发动机的整体效率。然而，如本文所述，导流器能够引导流体流，使得在喷嘴出口和引气通道的入口处的流体流的周向分量平行于或不平行于转子旋转的周向方向。这种重定向用于确保将气流比定制为特定的期望值，从而与传统涡轮发动机相比，产生相对较低的风阻损失、压力损失并提高冷却效率。作为非限制性示例，已经发现，与传统涡轮发动机相比，如本文所述的导流器的使用可以导致压力损失的减少。与传统涡轮发动机相比，减少风阻损失和压力损失以及提高冷却效率，可以导致更有效的涡轮发动机。具体地，已经发现，与传统涡轮发动机相比，如本文所述的导流器的实施方式可以导致燃料消耗率降低高达0.1％。
此外，如本文所述，导流器的实施方式可以导致管道的高度降低，该管道用于将引气引导到涡轮发动机的下游部分。相对于传统涡轮发动机中的管道所需的高度，这种高度的降低导致涡轮发动机的重量减轻。与传统涡轮发动机相比，重量的减轻最终导致涡轮发动机的整体效率进一步提高。
在尚未描述的范围内，各个方面的不同特征和结构可以根据需要组合使用或彼此替代。没有在所有示例中示出一个特征并不意味着被解释为不能如此示出，而是为了描述的简洁而这样做。因此，不同方面的各种特征可以根据需要混合和匹配以形成新方面，无论新方面是否被明确描述。本文所描述的特征的所有组合或排列均由本公开内容覆盖。
本书面描述使用示例来描述本文描述的本公开的各方面，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本公开的各方面，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何合并方法。本公开各方面的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些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差异的等效结构元件，则这些其他示例旨在落入权利要求的范围内。
进一步的方面由以下条项的主题提供：
一种涡轮发动机，包括：转子，所述转子能够绕旋转轴线旋转并且具有多组周向布置的叶片，所述多组周向布置的叶片沿着所述旋转轴线彼此轴向间隔开；定子，所述定子具有内带、外带以及在所述内带和所述外带之间延伸的多组周向布置的轮叶，每组周向布置的轮叶轴向地设置在两组周向布置的叶片之间；多个周向间隔开的引气通道，所述多个周向间隔开的引气通道延伸通过所述转子并且位于轴向相邻的一组轮叶和叶片之间；和导流器，所述导流器轴向位于所述轴向相邻的一组轮叶和叶片之间，所述导流器包括：一组周向间隔开的喷嘴，所述一组周向间隔开的喷嘴具有面向所述定子的喷嘴入口和面向所述多个周向间隔开的引气通道的喷嘴出口；和喷嘴通道，所述喷嘴通道将所述喷嘴入口流体地联接到所述喷嘴出口；其中所述喷嘴通道限定局部不垂直于所述转子的中心线，从而将所述喷嘴通道中的通道气流从在所述喷嘴入口处具有第一周向分量转向为在所述喷嘴出口处具有第二周向分量，所述第二周向分量与第一周向分量相对。
一种翼型件组件，所述翼型件组件周向地延伸穿过轴向中心线的一部分，所述翼型件组件包括：带；和导流器，所述导流器可操作地联接到所述带并且包括：一组周向间隔开的喷嘴，所述一组周向间隔开的喷嘴具有喷嘴入口和喷嘴出口；和喷嘴通道，所述喷嘴通道将所述喷嘴入口流体地联接到所述喷嘴出口；其中所述喷嘴通道限定局部不垂直于所述转子的中心线，从而将所述喷嘴通道中的通道气流从在所述喷嘴入口处具有第一周向分量转向为在所述喷嘴出口处具有第二周向分量，所述第二周向分量与所述第一周向分量相对。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，其中所述转子限定具有平行于所述第二周向分量的第三周向分量的旋转方向。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，其中所述转子限定具有不平行于所述第二周向分量的第三周向分量的旋转方向。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，其中所述喷嘴出口与所述多个周向间隔开的引气通道轴向对准。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，其中所述内带包括第一带表面和相对于所述旋转轴线与所述第一带表面径向相对的第二带表面；并且所述喷嘴入口与所述第一带表面齐平。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，其中所述喷嘴入口以大于0度且小于或等于20度的角度从所述第一带表面径向向外延伸，或者以小于0度且大于或等于-20度的角度从所述第一带表面径向向内延伸。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，其中所述导流器固定到所述内带。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，其中所述导流器包括前壁，所述前壁从所述内带延伸并且限定所述喷嘴通道的轴向前壁。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，其中所述导流器与所述内带一体地形成。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，其中当沿着与所述一组周向间隔开的喷嘴相交的周向平面观察时，所述一组周向间隔开的喷嘴限定翼型横截面区域。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，其中所述导流器进一步包括从所述导流器轴向向外延伸的天使翼。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，其中所述喷嘴通道限定漏斗，所述漏斗从所述喷嘴入口径向向内并朝向所述喷嘴通道的所述中心线会聚。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，其中所述漏斗相对于径向线以一定角度延伸，所述径向线在所述喷嘴入口处从所述中心线延伸，其中所述角度大于0度且小于或等于45度。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，其中所述内带在前缘和后缘之间轴向延伸，并且所述导流器可操作地联接到所述后缘。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，进一步包括处于串联流动布置的压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段，其中所述定子设置在所述压缩机区段内，并且所述多个周向间隔开的引气通道流体地联接到所述燃烧器区段或所述涡轮区段中的至少一个。
根据任一前述条项所述的涡轮发动机，其中内带在前缘和后缘之间延伸，并且所述导流器轴向地设置在所述内带的所述前缘或所述后缘之间或者以其他方式限定所述内带的所述前缘或所述后缘。
根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述导流器固定到所述带或与所述带一体地形成。
根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中当沿着与所述一组周向间隔开的喷嘴相交的周向平面观察时，所述一组周向间隔开的喷嘴包括翼型横截面区域。
根据任一前述条项所述的翼型件组件，其中所述喷嘴入口以大于0度且小于或等于20度的角度从所述带径向向外延伸，或者以小于0度且大于或等于-20度的角度从所述带径向向内延伸。

Claims (10)

1.一种涡轮发动机，其特征在于，包括：
转子，所述转子能够绕旋转轴线旋转并且具有多组周向布置的叶片，所述多组周向布置的叶片沿着所述旋转轴线彼此轴向间隔开；
定子，所述定子具有内带、外带以及在所述内带和所述外带之间延伸的多组周向布置的轮叶，其中每组周向布置的轮叶轴向地设置在两组周向布置的叶片之间；
多个周向间隔开的引气通道，所述多个周向间隔开的引气通道延伸通过所述转子并且位于轴向相邻的一组轮叶和叶片之间；和
导流器，所述导流器轴向位于所述轴向相邻的一组轮叶和叶片之间，所述导流器包括：
一组周向间隔开的喷嘴，所述一组周向间隔开的喷嘴具有面向所述定子的喷嘴入口和面向所述多个周向间隔开的引气通道的喷嘴出口；和
喷嘴通道，所述喷嘴通道将所述喷嘴入口流体地联接到所述喷嘴出口；
其中所述喷嘴通道限定局部不垂直于所述转子的中心线，从而将所述喷嘴通道中的通道气流从在所述喷嘴入口处具有第一周向分量转向为在所述喷嘴出口处具有第二周向分量，所述第二周向分量与所述第一周向分量相对。
2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述转子限定具有平行于所述第二周向分量的第三周向分量的旋转方向。
3.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述转子限定具有不平行于所述第二周向分量的第三周向分量的旋转方向。
4.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述喷嘴出口与所述多个周向间隔开的引气通道轴向对准。
5.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中：
所述内带包括第一带表面和相对于所述旋转轴线与所述第一带表面径向相对的第二带表面；并且
所述喷嘴入口与所述第一带表面齐平。
6.根据权利要求5所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述喷嘴入口以大于0度且小于或等于20度的角度从所述第一带表面径向向外延伸，或者以小于0度且大于或等于-20度的角度从所述第一带表面径向向内延伸。
7.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述导流器固定到所述内带。
8.根据权利要求7所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述导流器包括前壁，所述前壁从所述内带延伸并且限定所述喷嘴通道的轴向前壁。
9.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述导流器与所述内带一体地形成。
10.一种翼型件组件，所述翼型件组件周向地延伸穿过轴向中心线的一部分，其特征在于，所述翼型件组件包括：
带；和
导流器，所述导流器可操作地联接到所述带并且包括：
一组周向间隔开的喷嘴，所述一组周向间隔开的喷嘴具有喷嘴入口和喷嘴出口；和
喷嘴通道，所述喷嘴通道将所述喷嘴入口流体地联接到所述喷嘴出口；
其中所述喷嘴通道限定局部不垂直于所述转子的中心线，从而将所述喷嘴通道中的通道气流从在所述喷嘴入口处具有第一周向分量转向为在所述喷嘴出口处具有第二周向分量，所述第二周向分量与所述第一周向分量相对。
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