CN1892007A - 增压器喷油管安装 - Google Patents

Abstract

一种燃气涡轮发动机增压器具有位于从上游到下游的气体流路内的中心体。该增压器具有上游和下游壳体段，上游壳体段的下游边缘接触下游壳体段的上游边缘。多个叶片定位在中心体的外侧气体流路内。增压器喷油管燃料导管经中心体和第一叶片延伸以便向中心体输送燃料。封口安装在喷油管上并定位在从上游壳体段的下游边缘以及下游壳体段的上游边缘中的至少一个延伸的凹部内。该封口具有第一部分和以反闭锁相互配合接合第一部分的第二部分。

Description

增压器喷油管安装

技术领域

本发明是根据美国海军授予的合同N00019-02-C-3003在美国政府支持下进行的。美国政府对本发明享有特定权利。

本发明涉及涡轮发动机，特别涉及涡轮发动机增压器(augmentor)。

背景技术

在工业上后燃室或推力增压器是公知的。存在多种结构。在典型的结构中，来自涡轮的废气在增压器中心体上通过。附加燃料紧贴中心体引入并进行燃烧以提供附加推力。在某些结构中，增压器中心体与涡轮中心体集成。在另一些结构中，增压器中心体通过环绕二者之间的环形空间的管道与涡轮中心体分离。美国专利5,685,140和5,385,015显示了示范性的集成式增压器。

中心体可以包含用来作为燃烧源的燃烧室。为了引入附加燃料，在基本径向延伸的叶片内定位多个喷油管。导向器紧贴尾锥体的上游端。作为备选或附加方案，对于燃烧室可以在这些叶片的相关叶片内定位多个点火器，以便点燃附加燃料。叶片的后缘可以作为用于在中心体周围的流路上分配火焰的火焰稳定器元件。

与之独立地，电石墨碳(electro-graphitic carbon)已经发展为用于各种用途。美国早期公开20050084190A1公开了由电石墨碳制成的可变叶片内径(ID)衬圈。

发明内容

因而，本发明的一方面涉及一种涡轮发动机。在从上游到下游的气体流路中定位中心体。增压器具有上游和下游壳体段，上游壳体段的下游边缘与下游壳体段的上游边缘接触。多个叶片定位在中心体的外侧气体流路内。增压器喷油管燃料导管经中心体和第一叶片延伸，以便向中心体输送燃料。封口安装到喷油管上并定位在从上游壳体段的下游边缘和下游壳体段的上游边缘中的至少一个延伸的凹部内。该封口具有第一部分和以反闭锁(backlocked)相互配合与第一部分接合的第二部分。

在下文的附图和描述中阐述了本发明的一个或多个实施例的细节。从该描述和附图以及从权利要求中，本发明的其它特征、目的和优点显而易见。

附图说明

图1是飞机动力装置的示意性纵向截面示意图；

图2是图1的动力装置的增压器的后视图；

图3是图2的增压器的喷油管阵列和加燃料歧管的侧视图；

图4是图3的喷油管阵列和歧管的前视图；

图5是图3和图4的阵列的喷油管的部分分解示意图；

图6是喷油管到中心体的封口的后视图；

图7是图6的封口的横截面示意图；

图8是图6的封口的分解示意图。

在各附图中相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

图1显示了一种燃气涡轮发动机10，其从上游到下游并从前到后包括：风扇11、压缩机12、燃烧器14、涡轮16以及增压器18。进入风扇11的空气在中心气流20和支路气流22之间进行分流。中心气流20沿最初通过压缩机12并随后通过燃烧器14和涡轮16的路径传输。最后，中心气流20通过增压器18，在此选择性添加附加燃料19、与气流20混合并燃烧以便向气流20增加更多的能量，并因而从发动机喷嘴24射出更大的推力。因而，中心气流20可以描述为沿基本平行于发动机10并经过压缩机12、燃烧器14、涡轮16以及增压器18的轴线26的路径传输。支路空气22同样沿平行于发动机10的轴线26的路径传输，通过沿发动机10外围的环状套管28，以便在喷嘴24或靠近喷嘴24处与气流20合并。

增压器包括基本绕轴线26对称并形成为发动机中枢的一部分的中心体30。示范性中心体具有主要部分32和其下游的尾锥体34。周向排布的叶片36具有前端37和末端38，并且在中心体30和涡轮排气缸(TEC)40之间基本呈径向延伸。各叶片可以是前主体部分42和后缘箱44的组装件。该叶片具有周向相对的第一和第二侧面46和48(图2)。后缘箱44可以容纳用以引入附加燃料19的喷油嘴(在下文中讨论)。中心体可容纳用以燃烧燃料的燃烧室50，以便转而开始燃烧燃料19。燃烧室50和喷油嘴可以由经或沿一个或多个叶片延伸到中心体的一个或多个供应导管(未示出)供油。如迄今为止所描述的，该发动机结构可以是本教导所适用的多种现有发动机结构中的一种。然而，该教导同样适用于不同的发动机结构。

图3和图4显示了增压器加燃料系统60的部分，该系统包括用于向喷油管64的阵列馈送燃料的歧管62。歧管62可以定位在中心体30内。图5进一步显示了示范性喷油管64的细节。示范性喷油管是具有第一和第二导管66和68的双导管喷油管。导管66和68通过具有分别接收该导管的一对孔的挡块69彼此固定。导管具有安装在喷油管挡块70的出口的近端部分(例如，通过钎焊或焊接)。挡块70具有承载用于与歧管62连接的入口的内侧端。示范性挡块70包括内侧槽和外侧槽74和76。内侧槽74接收用于与中心体结构接合的封口(未图示)。外侧槽76接收相关叶片的第一和第二侧面的半部。各喷油管带有多个喷嘴80和磨损挡块82。各喷嘴具有用于排放燃料的相关喷流的孔81。各磨损挡块具有接收相关喷嘴的中心孔83。而现有技术的系统将磨损挡块、喷嘴和喷油管作为单一或集成结构(例如，通过焊接或钎焊)提供，示范性磨损挡块82以其它方式形成。在示范性实施例中，各喷嘴80与相关导管66或68的相关轴套84集成(例如通过钎焊或焊接)。然而，磨损挡块82由相对叶片和喷嘴的相邻材料优先磨损的材料形成。通过夹持器88安装磨损挡块82，以便沿喷嘴轴线86往复运动。弹簧90(例如，压缩在挡块82和相关导管之间)可以将挡块82向外偏置。除了对配合细节的优先磨损，用作磨损元件的电石墨材料可以在磨损界面沉积一薄层石墨。这种沉积物进一步用于减小磨损率。

图6进一步显示将喷油管64封装到中心体30的封口100的细节。如上文提到的，封口包围该喷油管并且锁定在图5的凹槽74内。凹槽74在第一凸缘102和其内侧的第二凸缘104之间(图7)。喷油管64通过中心体壳体内的孔并且封口100容纳在该孔内。该孔由一方面从中心体的主要部分32的后/下游边缘108向前/向上游延伸的凹部106和另一方面尾锥体34(在图6中移除以显示封口)的前向边缘110(图1)组合而成。凹部106具有形成孔各相关表面的第一和第二横向表面112和114以及前向/上游端面116。尾锥体边缘110(图6中未显示)形成了孔的下游表面。在截面图中，孔和凹部106是半椭圆形(obround)，侧面112和114是直的，而端面106是半圆的。侧面112和114彼此平行并在横剖面上具有一定方向120。在示范性实施例中，该方向与导管长度的局部径向方向122和局部方向124都不平行。具体地，如下文所讨论的方向120和方向124在相反方向上偏离径向。

封口100的外围126与中心体孔互补，以便允许封口在孔内往复移动(例如，在方向120上)。因而示范性外围为非直角、非圆形的柱面。封口中心孔表面128与凸缘102和104之间的挡块70的截面互补。封口具有外侧面和内侧面130和132。

示范性封口100由咬合、反闭锁接合的两个工件形成。图8进一步显示了示范性封口100的细节。如上文所提到的，封口100具有分别为半圆形且平的上游端和下游端140和142，用来接合相关孔表面116和110。封口100还具有用于分别接合孔/凹部第一和第二侧面112和114的第一和第二侧面144和146。示范性封口形成在第一和第二工件150和152内。在前向/上游端140，第一工件150具有接收第二工件的相应突起156的槽口或切口154。紧接其后部/下游并延伸到封口中心孔157，第一工件150具有由第二工件的槽口159接收的突起158。这些突起/槽口形成防止两个封口半部150和152横向分离的半燕尾反闭锁相互配合连接。类似地，在封口后部，存在由槽口或切口164和166接收的突起160和162。这两个半部绕挡块70咬合成接合，半部的弹性变形允许偏心咬合接合。这种咬合接合通过解咬合可逆。在备选实施例中(例如采用倒钩而不是半燕尾接合)，该接合是不可逆的，需要破坏性移除封口。可以采用其它实施例(例如，需要用于非破坏性移除的脱扣工具)。当绕喷油管安装封口半部150和152时，通过在方向124上平移，凸缘102和104的靠近可防止封口半部的分离。

示范性封口材料基本为单晶电石墨碳。而示范性中心体和尾锥体材料为基于镍的超合金，电石墨碳具有有利的优先磨损属性。此外，电石墨碳相对用于其它应用的聚合物以及其它非金属的牺牲磨损材料具有有利的温度稳定性。因而，随着热循环、振动以及类似情况引起封口和中心体的相对运动，封口优先磨损。最后，磨损足以需要替换封口。备选封口可以不是单晶(例如，具有携带电石墨碳外部的金属芯)。封口不必防止所有的泄漏。特别是随时间推移，在封口和其相关中心体孔之间将出现间隙。然而，封口的作用是相对其不存在时所出现的情况减小经过该孔的主要气流。

已经描述了本发明的一个或多个实施例，但应该理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下可进行各种修改。因而其它实施在后续权利要求的范围内。

Claims (25)

1.一种涡轮发动机增压器，包括：

位于从上游到下游的气体流路内的中心体，所述中心体包括：

上游和下游壳体段，所述上游壳体段的下游边缘与所述下游壳体段的上游边缘接触；

定位在所述中心体的外侧气体流路内的多个叶片；

经所述中心体和所述叶片的第一叶片延伸以便向所述中心体输送燃料的增压器喷油管燃料导管；以及

安装在所述喷油管上并定位在从所述上游壳体段的下游边缘和及所述下游壳体段的上游边缘中的至少一个延伸的凹部内的封口，所述封口包括：

第一部分；以及

以反闭锁相互配合与所述第一部分接合的第二部分。

2.根据权利要求1所述的涡轮发动机增压器，其特征在于：所述封口外围基本成形为非直角、非圆形的柱体。

3.根据权利要求1所述的涡轮发动机增压器，其特征在于：所述封口的平面形状的特征在于具有直的第一端、至少部分为圆形的第二端以及第一和第二直侧面。

4.根据权利要求3所述的涡轮发动机增压器，其特征在于：所述封口平面形状第二端为半圆形。

5.根据权利要求3所述的涡轮发动机增压器，其特征在于：所述封口平面形状第一端密封所述下游壳体段的上游边缘。

6.根据权利要求1所述的涡轮发动机增压器，其特征在于：所述封口包括电石墨碳。

7.根据权利要求1所述的涡轮发动机增压器，其特征在于：所述下游壳体段为尾锥体。

8.一种涡轮发动机增压器，包括：

位于从上游到下游的气体流路内中心体，所述中心体包括：

上游和下游壳体段，所述上游壳体段的下游边缘与所述下游壳体段的上游边缘接触；

定位在所述中心体的外侧气体流路内的多个叶片；

经所述中心体和所述叶片的第一个延伸以便向所述中心体输送燃料的增压器喷油管燃料导管；以及

安装在所述喷油管上并定位在从所述上游壳体段的下游边缘以及所述下游壳体段的上游边缘中的至少一个延伸的凹部内并且包括电石墨碳材料的封口。

9.根据权利要求8所述的涡轮发动机增压器，其特征在于：所述封口包括：

第一部分；以及

通过反闭锁相互配合来接合所述第一部分的第二部分。

10.根据权利要求8所述的涡轮发动机增压器，其特征在于：所述封口基本包括所述电石墨碳材料。

11.一种相对于静态结构来密封涡轮发动机增压器喷油管的电石墨碳材料的用法。

12.根据权利要求11所述的用法，其特征在于：所述电石墨碳材料与所述静态结构纵向滑动接合。

13.根据权利要求11所述的用法，其特征在于：所述电石墨碳材料锁定在所述喷油管的第一和第二凸缘之间。

14.根据权利要求11所述的用法，其特征在于：所述静态结构为中心体。

15.根据权利要求11所述的用法，其特征在于：所述电石墨碳材料形成为两片分块封口。

16.一种增压器喷油管封口，包括：

第一部分；以及

可在组装结构中以反闭锁相互配合接合到所述第一部分的第二部分。

17.根据权利要求16所述的封口，其特征在于：

所述封口的外围成形为非直角非圆形柱体；

所述封口的平面形状的特征在于具有直的第一端、至少部分圆形的第二端以及第一和第二直侧面。

18.根据权利要求16所述的封口，其特征在于：

所述封口的孔基本成形为非直角椭圆柱状，非平行于所述封口的外围。

19.根据权利要求16所述的封口，其特征在于：所述封口包括电石墨碳。

20.一种用于改进具有叶片和中心体的涡轮发动机增压器或改进所述增压器结构的方法，所述方法包括：

在喷油管和所述中心体内的孔之间增设新型封口，所述新型封口包括电石墨碳。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：所述孔由所述中心体的壳体的第一段内的凹部和所述壳体的第二段的边缘组合而形成。

22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：所述新型封口增设到旧封口的位置，所述旧封口不包括电石墨碳。

23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：所述新型封口增设到旧封口的位置，所述旧封口包括合金体。

24.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：所述新型封口增设到旧封口的位置，所述旧封口包括开端式主体。

25.一种用于改进具有叶片和中心体的涡轮发动机增压器或改进所述增压器的结构的方法，所述方法包括：

在喷油管和所述中心体内的孔之间增加新型封口，所述新型封口包括：

第一部分；以及

以反闭锁相互配合以接合所述第一部分的第二部分。

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