[發明專利]用于渦輪發動機的進口顆粒分離器

有效

• 申請號: 201611021756.X
• 申請日: 2016-11-21
• 公開（公告）號: CN106988886B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: J.C.邁爾;A.P.卡拉菲利斯;J.A.曼泰加;C.A.基塞夫斯基;K.E.R.亨利;C.D.楊
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/05
• 分類號: F02C7/05
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;鄧雪萌

本發明涉及一種用于將顆粒從具有帶有沿徑向在外部的掃氣導管的中心體的渦輪發動機的進口空氣流分離的方法和裝置。進口空氣流具有夾帶的顆粒物質，其可撞擊限定中心體的一部分的撞擊表面。撞擊表面可以某一角度安置或具有低恢復系數，以減少進來的顆粒物質的速率。顆粒物質被徑向轉移徑向向外穿過掃氣導管，不可實現由中心體的形狀所限定的轉向。

關于聯邦政府資助的研究或發展的申明

本發明在由美國政府授予的合同號W911W6-07-02-0002下的政府支持下完成。美國政府具有對本發明的一些權利。

背景技術

發動機(且尤其燃氣或燃燒渦輪發動機)是從經過發動機到大量渦輪葉片上的燃燒氣體流中提取能量的旋轉式發動機。燃氣渦輪發動機被用于陸地和海上運動和發電，但最為普遍地被用于航空應用，例如飛行器(包括直升機)。在飛行器中，燃氣渦輪發動機被用于推進飛行器。在陸上的應用中，渦輪發動機常常被用于發電。此外，諸如包含顆粒物質的臟的流體在其中流動的流體系統可包括下游發動機(諸如在油箱中或發電廠中)。

用于飛行器的燃氣渦輪發動機被設計成在高溫下運行以最大化發動機效率，因而某些發動機構件(諸如高壓渦輪機和低壓渦輪機)的冷卻可為必要的。典型地，冷卻是通過將更冷的空氣從高和/或低壓壓縮機用管道輸送至需要冷卻的發動機構件來完成的。雖然渦輪機空氣是高溫，但它相對于壓縮機空氣更冷，且可被用于冷卻渦輪機。當冷卻渦輪機時，冷卻空氣可被供給至各種渦輪機構件，包括渦輪機葉片和渦輪護罩的內部。

發動機吸入空氣中的顆粒(諸如污垢、灰塵、砂子、火山灰和其它環境污染物)可導致嚴重的壓縮機腐蝕。當顆粒移動穿過發動機時，它們可在燃燒氣體中溶化并隨后在渦輪機流動路徑表面上再固化。夾帶在渦輪機冷卻空氣中的顆粒由于沉淀和冷卻通道的堵塞可導致冷卻的損失。所有這些影響對于飛行器環境而言導致減少的運行時間或“在翼時間”。在全球范圍內的在其中渦輪發動機暴露于顯著量的氣載顆粒的某些運行環境中，該問題被加重。

發明內容

在一方面，一種將顆粒從具有中心體且限定發動機中心線的渦輪發動機的進口空氣流中分離的方法。該方法包括將進口空氣流的至少一部分撞向撞擊表面，在撞擊后，使空氣流繞中心體轉向，并且在轉向期間使空氣流的一部分相對于發動機中心線徑向轉移以形成含有不可實施轉向的慣性束縛顆粒的掃氣流。

在另一方面，一種燃氣渦輪發動機包括：具有中心體且限定進口管道的進口，該進口管道限定進口空氣流路徑；布置在中心體下游且限定發動機中心線的發動機核心；以及具有繞中心體的至少一部分徑向向外布置的掃氣氣室且具有使進口管道流體聯接至掃氣氣室的氣室進口的進口顆粒分離器。

在又一方面，一種燃氣渦輪發動機具有中心體且限定進口管道，該進口管道限定進口空氣流路徑，布置在中心體下游且限定發動機中心線的發動機核心，具有沿徑向向外布置的掃氣氣室且繞中心體的至少一部分形成轉向的并且具有使進口管道流體聯接至掃氣氣室的氣室進口的進口顆粒分離器，以及由位于轉向上游的中心體的至少一部分形成的撞擊表面。

本發明的第一技術方案提供了一種將顆粒從具有中心體且限定發動機中心線的渦輪發動機的進口空氣流分離的方法，所述方法包括：使夾帶在所述進口空氣流中的顆粒物質的至少一部分撞向撞擊表面；在撞擊之后，使所述空氣流繞所述中心體轉向；以及將所述空氣流的一部分在所述轉向期間相對于所述發動機中心線沿徑向轉移，以形成含有不能實現所述轉向的慣性束縛顆粒的掃氣流。

本發明的第二技術方案是在第一技術方案中，使夾帶在所述進口空氣流中的所述顆粒物質撞擊包括使夾帶在所述進口空氣流中的所述顆粒物質的至少一部分撞向與所述發動機中心線和進口空氣流流線中的一個形成90°或更小的前部角的撞擊表面。

本發明的第三技術方案是在第二技術方案中，所述撞擊表面與所述發動機中心線和所述進口空氣流流線兩者都形成90°或更小的前部角。