[發(fā)明專利]在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中控制葉片頂端間隙

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080039622.5
• 申請(qǐng)日: 2010-09-07
• 公開（公告）號(hào): CN102482947A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文森特·菲利伯特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 斯奈克瑪
• 主分類號(hào): F01D11/24
• 分類號(hào): F01D11/24;F01D19/02;F01D25/10
• 代理公司: 中國商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司 11234
• 代理人: 萬學(xué)堂;桑麗茹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如飛行器渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)安裝有用于控制葉片頂端間隙的裝置，本發(fā)明還涉及控制這樣的間隙的方法。

背景技術(shù)

在傳統(tǒng)方式中，穿過渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣從上游到下游地穿過低壓壓縮機(jī)以及高壓壓縮機(jī)，而后則穿入到燃燒室中，并從所述燃燒室出口輸入到高壓渦輪機(jī)，再輸入到低壓渦輪機(jī)，所述高壓渦輪機(jī)具有驅(qū)動(dòng)所述高壓壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子，而所述低壓渦輪機(jī)則具有驅(qū)動(dòng)所述低壓壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子。

通常地，所述高壓渦輪機(jī)包括安裝在兩排定子葉片(一排上游定子葉片以及一排下游定子葉片)之間的裝有葉片的葉輪，所述定子葉片由外殼帶有，在所述動(dòng)葉片頂端與所述外殼之間設(shè)置有少量的徑向間隙。所述葉輪包括帶有葉片且與所述高壓渦輪機(jī)的軸相連接的輪盤。

當(dāng)所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，為了避免空氣泄漏也為了保證所述發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能，使位于所述葉片頂端的徑向間隙最小化是非常重要的。

然而，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于固定部分的尺寸變化與旋轉(zhuǎn)部分的尺寸變化并不相同，所以調(diào)整該徑向間隙是有困難的。所有的部分都經(jīng)受了燃燒氣體中的溫度變化，也由此導(dǎo)致了取決于所述發(fā)動(dòng)機(jī)速度的連續(xù)的擴(kuò)張和收縮，然而，由于構(gòu)成所述高壓渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子盤的物質(zhì)的熱慣性，所述溫度變化以及所述旋轉(zhuǎn)部分的相應(yīng)的尺寸變化比所述固定部分的尺寸變化發(fā)生得更加緩慢。另外，由于工作過程中的離心力所引起的渦輪葉片的尺寸變化也必須考慮進(jìn)來。

用于控制所述葉片頂端間隙的裝置已經(jīng)被提出，所述裝置包括用于將空氣從所述高壓壓縮機(jī)的上游部分(例如從它的第四級(jí))以及從所述壓縮機(jī)的下游部分(例如從它的第九級(jí))帶走的裝置。用于帶走空氣的每一個(gè)回路包括閥門，所述閥門的開啟和關(guān)閉由控制系統(tǒng)控制。以這一方式被帶走的空氣被輸送到所述外殼，以便對(duì)其進(jìn)行冷卻或加熱，從而對(duì)所述高壓渦輪機(jī)的動(dòng)葉片頂端位置的間隙進(jìn)行調(diào)整(參見申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)文件FR?2828908-A1)。

所述控制系統(tǒng)接受關(guān)于所述發(fā)動(dòng)機(jī)速度、所述外殼溫度以及所述高壓壓縮機(jī)出口位置的溫度的信息，以及所述發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的相關(guān)信息(在地面空轉(zhuǎn)、熱啟動(dòng)或冷啟動(dòng)、臨時(shí)加速或減速……)。

由于該裝置需要安裝分開的閥門和回路用以從所述高壓壓縮機(jī)的上游和下游部分帶走空氣，該已知裝置較為復(fù)雜。為了對(duì)將要沖擊所述外殼的空氣的溫度進(jìn)行全面的控制，控制所述閥門被打開的程度是必要的，同樣地，這也是較為復(fù)雜的。此外，所述這種類型的裝置特別地重并且特別地龐大。最后，將空氣從所述高壓壓縮機(jī)的下游部分的帶走是沒有益處的，這是由于它以非常高的壓力消耗掉空氣從而對(duì)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的效率造成影響。

當(dāng)在熱狀態(tài)下重新啟動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)(也就是已經(jīng)停止了一段時(shí)間之后重新啟動(dòng)所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī))時(shí)出現(xiàn)了另外一個(gè)問題，該段時(shí)間不足以使所述發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度，特別是所述高壓渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子盤的溫度，恢復(fù)至環(huán)境溫度。在所述發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)后，可以看出其底部(6點(diǎn)鐘方向)的冷卻比其頂部(12點(diǎn)鐘方向)的冷卻更快，這導(dǎo)致了所述高壓渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子在所述外殼內(nèi)占據(jù)了一個(gè)偏離中心的位置。因此，底部位置中葉片頂端間隙減小，而且，所述高壓渦輪的轉(zhuǎn)子葉片的離心能夠?qū)е略谄涞撞颗c所述外殼發(fā)生摩擦。

用于通過電加熱所述外殼的方式來控制間隙的裝置也得以被提出，從而使得適應(yīng)加速度并且避免熱狀態(tài)重新啟動(dòng)的不良影響成為可能，但是，該裝置無法冷卻所述外殼，以便在巡航飛行過程中減小所述間隙。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明特別的目的在于提供一種針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的那些問題的解決方案，所述方案簡(jiǎn)單、有效并且廉價(jià)。

為此目的，本發(fā)明提供一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括用于控制高壓渦輪機(jī)的動(dòng)葉片頂端和環(huán)繞葉片的外殼之間間隙的裝置，所述控制裝置包括空氣沖擊冷卻裝置，用于通過從所述發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓縮機(jī)級(jí)所帶走的空氣沖擊來冷卻所述外殼，所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)特征在于，其進(jìn)一步包括用于加熱所述外殼頂部的第一電加熱裝置以及用于加熱所述外殼底部的第二電加熱裝置，以及用于控制所述空氣沖擊冷卻裝置的開/關(guān)控制裝置，以及用于控制所述第一、第二電加熱裝置的獨(dú)立裝置。

用于以空氣沖擊方式冷卻外殼的裝置與用于電加熱所述外殼的裝置相結(jié)合，使得本發(fā)明從兩個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)中得到好處，同時(shí)還避免了它們各自的不同。

為所述外殼加入電加熱裝置使得移除用于自所述高壓壓縮機(jī)的下游部分帶走熱空氣的回路成為可能，并且因此提高了所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

在開/關(guān)模式下操縱所述空氣沖擊冷卻裝置能夠使得所述間隙控制裝置的設(shè)計(jì)得以簡(jiǎn)化，這是由于不需要再像現(xiàn)有技術(shù)那樣對(duì)閥門打開的程度加以控制。