[發明專利]渦輪發動機離心壓縮機內氣流的調整方法和實施所述方法的擴散器

有效

• 申請號: 201180018458.4
• 申請日: 2011-04-13
• 公開（公告）號: CN102834622A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 皮埃爾·比斯開;帕特里克·馬可尼;胡伯特·希波呂忒·威戈瑙
• 申請（專利權）人: 渦輪梅坎公司
• 主分類號: F04D29/44
• 分類號: F04D29/44;F04D29/46
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司 11234
• 代理人: 宋義興

技術領域

本發明涉及渦輪發動機內空氣流量的調整方法，特別是直升機渦輪發動機或輔助動力裝置(簡稱APU)內空氣流量的調整方法，以適應流量或機械動力或電力的不同需求，所述渦輪發動機包括離心壓縮機。本發明還涉及為實施所述方法而裝有變距葉片的擴散器。

背景技術

本發明的范圍為渦輪發動機內的氣體壓縮，特別是壓縮空氣流量的調整，以考慮發動機的性能，特別是在部分負荷情況下的消耗率(簡稱Cs)，不論是渦輪發動機還是輔助動力裝置。

考慮到這個目的，一般的問題是滿足泵送裕度(pumping?margin)的需要，解決渦輪發動機中間轉速時的壓縮率下降，以及壓縮空氣流量和輔助動力裝置時的電力需求變化。

人們知道，縮短渦輪發動機操作線可以獲得足夠的泵送裕度。然而，工作循環速率的下降則會降低發動機的效能(yield)，而這種解決方案又需要壓縮機在其最大效能下工作，包括高速運轉。

另外，人們還知道，在壓縮機入口處，可使用由進氣導向葉片(簡稱IGV)構成的預先旋轉環。但是，在這種情況下，針對某個旋轉速度的壓縮率會明顯降低。

在這種情況下，建議使用帶有準恒定壓縮率的壓縮機，不論載荷變化如何，同時又能保持接近最大效能。

在單級壓縮機領域，使用的是帶變距葉片組件的徑向擴散器。例如，專利文件US5207559或EP0589745對這種擴散器就有介紹，而后一個專利則是以本申請者的名義申請的。這些擴散器可以在中間功率時使壓縮機流量/壓力比特性偏向較小流量，不會顯著降低壓縮率或效能。

根據所述物理參數(轉速、壓力、溫度)，通過與控制裝置相關的相應控制來獲得不同螺距。然而，對于控制系統必須滿足高功率控制桿的需要的螺距角范圍，該螺距角范圍引起擴散器進口和出口直徑的重大變化，這會在旋轉部件(輪盤sheave)和靜止部件(徑向變距擴散器)之間引起很大的機械偏差，并會在部分負荷時(中間功率)降低效能。

發明內容

本發明的目的是解決這些缺陷，特別是通過保持壓縮機效能，顯著降低消耗率，同時提供足夠的泵送裕度、部分負荷條件下工作循環的良好效能。為此，本發明提出了一種可優化渦輪發動機離心壓縮機中空氣流可變擴散的方法。

更確切地說，本發明的一個目的是，提出一種渦輪發動機離心壓縮機中空氣流的可變擴散方法，擴散穿過帶變距葉片的第一環形葉片環的空氣，所述第一環形葉片環與帶有相同數量固定螺距葉片的第二環形葉片環形成徑向分界，固定螺距葉片彼此延伸相等，通過兩個葉片環葉片的聯接而沿徑向方向引導擴散，所述第一葉片環的每個葉片以該葉片的距離而被帶動旋轉。術語“渦輪發動機”是指渦輪發動機，特別是帶有離心單級或雙級壓縮機的直升機渦輪發動機，以及裝有離心單級或雙級離心壓縮機的輔助動力裝置(APU)。

在這些情況下，一方面，變距葉片的徑向延伸部分會因為使用包括實際葉片的固定葉片環而大大縮短，從而使得應力得到限制，以改變螺距以及固定葉片環和支撐凸緣之間的間隙，進而改變上游/下游循環，達到降低泵送管路損壞和負荷損失的效果。另一方面，變距葉片旋轉軸線的偏離軸線會實際降低這種等擴散葉片的徑向延伸變化程度：閉合增加更小，從而有利于部分負荷情況下的效能，而打開減小也會更小，從而限制由于輪盤/擴散器相互作用所產生的非穩定氣動力波動所引起的機械偏差。

那么，足夠的泵送裕度使得渦輪發動機可在任何泵送情況下工作，提供很大的加速度能力，并可使輔助動力裝置(APU)面對重要的負荷變化時無需啟動排泄閥，與此同時，保持渦輪發動機的轉速和壓力接近其正常值和提供充足的效能水平。

根據具體實施方式，所述方法應用于裝有動力渦輪的渦輪發動機，如上所述的在離心壓縮機上的變距徑向擴散與變距動力渦輪分配器相耦合。動力的產生可根據幾個方案來實施：軸向或離心式自由渦輪或緊密相連的動力渦輪，其帶有或不帶下游的熱交換。

擴散器和變距分配器之間的耦合使得運行管路可以適合流量的減少，從而改善工作循環效能(通過較好的壓力)并進而改善直升機和輔助動力裝置渦輪發動機的消耗率。

另外，本發明的目的還在于提供一種變距渦輪發動機擴散器以及裝有這種擴散器的渦輪發動機，所述擴散器能夠實施上述方法。擴散器包括帶變距葉片的第一環形葉片環，與第二環形葉片環成徑向分界，所述第二環形葉片環帶有相等延伸部分的固定螺距葉片。此外，第一葉片環的每個葉片都由控制裝置帶動，所述控制裝置可使得每個葉片正常旋轉，而該葉片則相對于其旋轉軸線而偏離中心。

根據具體實施例：