CN1273724C - 用于调节涡轮冷却气流供应系统的方法和装置 - Google Patents

用于调节涡轮冷却气流供应系统的方法和装置 Download PDF

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Abstract

止回阀(40)包括一个阀壳体(42)和至少一个控制件(100)。阀壳体包括一个侧壁(50)和一个穿过侧壁延伸的开口(70)。所述侧壁限定了所述开口，且包括至少一个形成于侧壁中的凹槽(80)。每个控制件在侧壁凹槽中可转动地与阀壳体相连，且每个控制件的结构设计成可允许流体沿第一方向流经所述阀开口。每个控制件还基本上可避免流体沿与第一方向相反的第二方向流经阀开口。

Description

用于调节涡轮冷却气流供应系统的方法和装置
【技术领域】
本发明涉及燃气涡轮发动机，更具体地说，本发明涉及一种用于向燃气涡轮发动机部件供应冷却空气的冷却系统。
【背景技术】
燃气涡轮发动机通常包括向处于高温环境的部件供应冷却空气的冷却系统。例如，至少有些公知的燃气涡轮发动机包括将空气供应到压力油箱的冷却系统。具体地说，在这种发动机中，利用一对导管使冷却空气从压缩机段流到位于油箱内的冷却板。
在发动机工作过程中，冷却空气可避免冷却板在发动机所产生的热量作用下而使其工作温度升高。在发动机工作过程中，导管也承受发动机所产生的振动应力。长时间连续地承受振动和热应力就会对其中一个冷却供应导管造成损坏。特别是，应力会使导管发生破裂。根据导管的损坏程度，冷却空气就会流经导管时受阻而不能流入到油箱中。另外，由于油箱中有压力，由其它导管供应到油箱的冷却空气会经破裂的导管而流出油箱，从而使冷却板的工作温度升高。长时间连续地在高温下工作会对冷却板造成损坏。
【发明内容】
首先，本发明提供一种止回阀。该止回阀包括一个阀壳体和至少一个控制件。阀壳体包括一个侧壁和一个穿过侧壁延伸的开口。侧壁限定了所述开口，且包括至少一个形成于侧壁中的凹槽。每个控制件在侧壁凹槽中可转动地与阀壳体相连，且每个控制件的结构设计成可允许流体沿第一方向流经所述阀开口。每个控制件还基本上可避免流体沿与第一方向相反的第二方向流经所述阀开口。
其次，本发明提供一种操作燃气涡轮发动机的方法。该方法包括将流体从冷却空气供应管经止回阀引导向下游，该止回阀包括一个中空的阀壳体和至少一个控制件，所述阀壳体包括一个侧壁，所述侧壁具有一个形成于侧壁中的凹槽，所述控制件在所述凹槽中可转动地与止回阀相连。所述方法还包括通过止回阀避免流体向上游流入供应管。
最后，本发明提供一种燃气涡轮发动机冷却空气供应系统。该冷却空气供应系统包括冷却空气供应管和止回阀，所述冷却空气供应管包括一个端部。止回阀与冷却空气供应管的端部相连，其结构设计成可允许流体从冷却空气供应管流出，且同时基本上可避免流体流入冷却空气供应管，所述止回阀包括一个中空的阀壳体和至少一个控制件。所述阀壳体包括一个侧壁和一个穿过侧壁延伸的开口。所述侧壁限定了所述开口，且包括至少一个形成于侧壁中的凹槽。控制件在侧壁凹槽中可转动地与阀壳体相连。
【附图说明】
图1是燃气涡轮发动机的示意图；
图2是与图1所示发动机一起使用的止回阀的透视图；
图3是图2所示止回阀的平面图；
图4是与冷却空气供应管相连的图2所示止回阀的横截面图。
【具体实施方式】
图1是燃气涡轮发动机10的示意图，该发动机10包括风扇组件12、高压压缩机14和燃烧室16。发动机10还包括一个高压涡轮18和一个低压涡轮20。发动机10具有进气侧28和排气侧30。在一个实施例中，发动机10是可从General Electric Aircraft Engines，Cincinnati，Ohio购买到的CF-34发动机。发动机10包括油箱(未示出)，用冷却空气对油箱进行加压和冷却。在一个实施例中，空气从四级压缩机14流出来对油箱进行冷却。
工作时，空气流经风扇组件12，压缩空气供应给压缩机14。压缩空气输送到燃烧室16。从燃烧室16流出的气流驱动涡轮18和20，涡轮20驱动风扇组件12。
图2是用于调节如图1所示的发动机10这样的燃气涡轮发动机中的流体流量的止回阀40的透视图。更具体地说，在一个实施例中，阀40用在冷却空气供应系统(图2中未示出)中，以便将冷却空气从压缩机如压缩机14(如图1所示)供应到下游发动机油箱(未示出)。阀40是中空的，且包括一个壳体42，壳体42包括下游端44、上游端46和在下游端和上游端之间延伸的侧壁50。
壳体下游端44包括一个整体法兰60，整体法兰60可将阀40连接到发动机部件(未示出)上。法兰60从阀40的对称中心轴线64径向向外延伸，从而法兰60的外径62大于壳体上游端46的外径(图2未示出)。在该典型实施例中，法兰60基本上呈圆形。法兰60包括一对径向向内朝对称中心轴线64延伸的止动件66。止动件66沿直径方向相对，并且相同。
壳体上游端46包括一个唇缘68，唇缘68用于将阀40连接到冷却供应通道或管(图2未示出)上。在典型实施例中，唇缘68大致呈圆形，并焊接到冷却供应管上。特别是，唇缘68可将阀40连接到冷却供应管上，从而保持阀40相对于管的几何定位方向。
侧壁50基本上为圆筒形，并确定了一个在壳体下游和上游端44和46之间延伸的开口70。在典型实施例中，在壳体下游和上游端44、46处，开口70大致呈圆形，并在每一端44和46具有直径72。侧壁50包括内表面74和外表面76。侧壁内表面74确定了阀开口70。
侧壁50形成一对凹槽80。凹槽80是相同的，并沿直径方向相对。在典型实施例中，凹槽80基本上与法兰止动件66对齐。每个凹槽80从阀的对称中心轴线64沿径向向外延伸。在典型实施例中，每个凹槽80具有大致三角形的横截面形状。每个凹槽80包括一对延伸穿过侧壁50的开口90。更具体地说，开口90基本上相互对准，且每一个开口90的尺寸设置得可容纳铰接销92从其穿过。
凸缘96从侧壁50沿径向向内伸出。更具体地说，凸缘96从侧壁内表面74沿径向向内伸出。凸缘96不是在侧壁内表面74内沿周向延伸，而是在凹槽80之间呈弧形延伸。
一对控制件或瓣状部件100在凹槽80内与阀40相连。这对控制件100是相同的，且通过铰接销92可转动地与阀40相连。因此，控制件100可在完全关闭位置(图2中未示出)和完全打开位置(图2中未示出)之间转动。相应地，控制件100包括延伸跨过阀开口70的瓣阀部分106和伸入每个侧壁凹槽80中的连接部分110。
每个控制件部分106基本上为半圆形，并包括上表面112和下表面114。控制件100是异型的(有特定断面形状)，因此，每个部分106不是平的。在一个实施例中，每个控制件部分106大致为半球形。在典型实施例中，每个件的下表面114相对于每个件的上表面112是等高的，因此，每个控制件部分106的厚度118基本上保持可承受工作时的机械载荷。凸起119从每个控制件的上表面112伸出，以便于在各个控制件100处于完全打开位置时，与相应的法兰止动件66相接触。
图3是向阀壳体上游端46所视的止回阀40的平面图。图4是与冷却空气供应系统120相连的止回阀40的横截面图。具体地说，在图3中，其中一个控制件100处于完全打开位置122，而另一个控制件100处于完全关闭位置124。当每个控制件100都处于完全关闭位置124时，每个控制件部分106的外周边部分126就位于与每个相应的侧壁凸缘96相邻的位置上，且中心边缘部分128基本上沿直径方向穿过阀开口70。中心边缘部分128包括锥形外边缘130，在控制件100处于完全关闭位置124时，该锥形外边缘130可使每个控制件部分106的中心边缘部分128基本上相互平齐地贴靠在一起。
在每个控制件100处于完全打开位置122时，每个控制件的凸起119就与每个相应的法兰止动件66贴靠在一起。法兰60的外径62大于壳体上游端46的外径140。而且，当每个控制件100处于完全打开位置122时，与包括大致平的阀瓣的阀相比，每个控制件部分106的弯曲轮廓增大了阀40的有效阀面积。
阀40连接到冷却空气供应系统120内，以便向下游发动机部件(未示出)供应冷却空气。具体地说，在典型实施例中，冷却空气供应系统120包括用于将冷却空气从压缩机14(如图1所示)向位于燃气涡轮发动机油箱(未示出)下游的冷却板(未示出)进行供应的供应管152。供应管152出口端156的直径154略小于壳体上游端46的外径160。因此，当壳体上游端唇缘68焊接到管端156时，阀40就固定到供应管152上。而且，由于阀上游端46只是略大于供应管的直径154，因此，认为阀40设计得非常紧凑、精巧，不需要改变现有发动机的硬件就可适应阀40所增大的直径140。
在组装阀40时，将每个铰接销92插入穿过相应的各侧壁凹槽的开口90并穿过相应的控制件100。然后焊接铰接销92并使其牢固地与阀40内的每个控制件100相连接。在典型实施例中，铰接销92可拆卸以便于更换控制件100。另外，由于阀40与供应管152固定连接，因此，可始终保持阀40的定位方向，从而减小了阀瓣的颤振和失效，延长了阀40的使用寿命。
在工作过程中，当流体向下游经供应管152流入阀40时，流体压力迫使控制件100从完全关闭位置124向打开位置122转动。具体地说，流体压力迫使每个控制件100转动，直到每个控制件凸起119与相应的法兰止动件66接触时为止。由于每个控制件部分106是弯曲的，且由于每个控制件在相应的侧壁凹槽80中与阀40相配合，便于增大阀的有效面积。另外，每个控制件100的弯曲轮廓减小了流体流过阀40时所产生的阻塞。从而减小了流体流过阀40的压力降，而且还可保持阀40内的流动损失极限。
另外，当流体反向流经供应管152时，或者如果供应管在阀40的上游出现故障时，控制件100可转动到完全关闭位置124，且基本上可避免流体经阀40向上游流动，或者从阀的下游端44向阀的上游端46流动。
上述止回阀成本低廉、非常可靠。止回阀包括一对具有异型控制元件的控制件。异型控制元件所形成的阀内的阻塞面积小于其它现有止回阀的阻塞面积，因此，有利于降低流体流经阀的压力损失。因此，流体以较小的流经阀的压力降从止回阀流出。另外，止回阀基本上可避免流体经阀向上游流动。因此，提供了一种可靠、价廉的止回阀。
尽管上面对本发明的各个特定实施例进行了描述，本领域技术人员应当意识到在本发明宗旨和权利要求书所限定的范围内还可作出各种的变型。

Claims (10)

1.一种操作燃气涡轮发动机(10)的方法，该方法包括：
将流体从冷却空气供应管(152)经止回阀(40)引导向下游，该止回阀包括一个中空的阀壳体(42)和至少一个控制件(100)，所述阀壳体包括一个侧壁(50)，所述侧壁具有一个形成于侧壁中的凹槽(80)，所述控制件在所述凹槽中可转动地与止回阀相连；
以及通过止回阀避免流体向上游流入供应管。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将流体从冷却空气供应管(152)经止回阀(40)引导向下游的步骤还包括引导流体流经包括至少一个控制件(100)的止回阀，以减小流经止回阀的系统压降。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，将流体从冷却空气供应管(152)经止回阀(40)引导向下游的步骤还包括引导流体流经包括至少一个控制件(100)的止回阀，以增大通过止回阀的有效阀面积。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，将流体从冷却空气供应管(152)经止回阀(40)引导向下游的步骤还包括引导流体流经包括至少一个控制件(100)的止回阀，所述控制件包括一个异型的上游侧(46)和一个异型的下游侧(44)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，将流体从冷却空气供应管(152)经止回阀(40)引导向下游的步骤还包括引导流体流经包括一对相互配合的控制件(100)的止回阀。
6.一种止回阀(40)，其包括：
一个阀壳体(42)，该阀壳体包括一个侧壁(50)和一个穿过侧壁延伸的开口(70)，所述侧壁限定了所述开口，且包括至少一个形成于侧壁中的凹槽(80)；
至少一个控制件(100)，所述控制件在所述侧壁凹槽中可转动地与所述阀壳体相连，且所述控制件的结构设计成可允许流体沿第一方向流经所述阀开口，且基本上还可避免流体沿与所述第一方向相反的第二方向流经所述阀开口。
7.根据权利要求6所述的止回阀(40)，其中，每个所述控制件(100)的至少一个部分(106)的结构设计成基本上平齐地贴靠在所述阀壳体侧壁(50)的内表面(74)上。
8.根据权利要求6所述的止回阀(40)，其中，每个所述控制件(100)的至少一个部分(106)的结构设计成至少部分地延伸穿过所述壳体开口(70)，以避免流体沿所述第二方向流经所述壳体开口。
9.根据权利要求6所述的止回阀(40)，其中，每个所述至少一个控制件(100)包括一个第一控制件和一个第二控制件，所述第一和第二控制件是相同的，且其结构设计成可相互配合，从而基本上可避免流体沿所述第二方向流经所述阀开口(70)。
10.根据权利要求6所述的止回阀(40)，其中，所述开口(70)具有一个基本上为圆形的横截面，所述至少一个控制件(100)包括一个第一控制件和一个相同的第二控制件。
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