[發明專利]交叉渦輪發動機的空氣軸承和熱管理噴嘴布置

有效

• 申請號: 201810513538.0
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108930594B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: A.R.斯圖爾特;J.D.克萊門茨;R.施米德特;T.O.莫尼斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/06
• 分類號: F02C7/06;F02C7/18;F01D25/16;F01D25/12;F01D9/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 郭帆揚;譚祐祥

本公開涉及一種燃氣渦輪發動機，所述燃氣渦輪發動機限定縱向方向、沿所述縱向方向延伸的軸向中心線、沿著所述縱向方向的上游端和與所述上游端相對的下游端、徑向方向和圓周方向。燃氣渦輪發動機包括聯接到高壓(HP)軸和HP壓縮機的高速渦輪轉子、包括軸向延伸的轂的低速渦輪轉子、和徑向地設置在低速渦輪轉子和高速渦輪轉子之間的第一渦輪軸承。高速渦輪轉子限定穿過高速渦輪轉子的渦輪冷卻管道。低速渦輪轉子包括與渦輪冷卻管道相鄰的旋轉噴嘴。第一渦輪軸承限定外部空氣軸承和內部空氣軸承。第一渦輪軸承限定與第一渦輪轉子的旋轉噴嘴相鄰的靜止噴嘴。

技術領域

本公開主題大體上涉及燃氣渦輪發動機架構。更具體地，本公開主題涉及用于燃氣渦輪發動機部段的軸承布置和熱管理系統。

背景技術

燃氣渦輪發動機大體上包括渦輪部段，所述渦輪部段在燃燒部段的下游，可隨壓縮機部段旋轉以旋轉和操作燃氣渦輪發動機產生動力，例如推進力。一般燃氣渦輪發動機設計標準常常包括必須平衡或折衷的沖突標準，包括提高燃料效率、操作效率和/或動力輸出，同時維持或減少重量、零件數量和/或包裝(換言之，發動機的軸向和/或徑向尺寸)。

傳統的燃氣渦輪發動機通常包括渦輪部段，其限定與中壓渦輪和/或低壓渦輪以串行流動布置的高壓渦輪。高壓渦輪包括在燃燒部段和高壓渦輪轉子之間的入口或噴嘴引導葉片。常規地，離開燃燒部段的燃燒氣體與渦輪的通常被稱為高壓渦輪轉子的第一旋轉級的速度(例如，沿著圓周或切向方向)相比限定了相對較低的速度。因此，傳統上，噴嘴引導葉片用于加速離開燃燒部段的燃燒氣體的流動，以沿著切向或圓周方向更接近地匹配或超過高壓渦輪轉子速度。已知使用噴嘴引導葉片來匹配或超過高壓渦輪轉子速度的這種流動加速度可改善總的發動機可操作性和性能。

此后，傳統的燃氣渦輪發動機渦輪部段通常相應地包括連續的行或級的固定和旋轉的翼型件或者葉片和輪葉。這種常規構造通常調節進入和離開每級葉片和輪葉的燃燒氣體的流量。然而，傳統的渦輪部段，特別是固定的翼型件(即葉片和噴嘴引導葉片)需要大量和大質量的冷卻空氣來減輕由于熱燃燒氣體造成的損壞。例如，通常，噴嘴引導葉片被設計為能夠承受沿著環形空間的最大燃燒氣體溫度(即，熱點)，這可能明顯大于沿著環形空間的平均燃燒氣體溫度。因此，常規發動機被設計成使用來自壓縮機部段的大量或大質量冷卻空氣或者來自燃燒部段的未燃燒空氣，以減輕噴嘴引導葉片的結構損壞、磨損、劣化以及最終減輕維護和修理。然而，這種冷卻空氣通過消除可能用于燃燒來驅動渦輪、壓縮機和風扇的能量而不利地影響整體發動機效率、性能、燃料消耗和/或可操作性。另外，當確定燃氣渦輪發動機的維護和修理間隔時，噴嘴引導葉片通常是限制部件，由此限制整體發動機性能和效率。

改進渦輪部段效率的已知解決方案是將渦輪部段的轉子(即，旋轉翼型件或輪葉的連續行或級)交叉構造。例如，已知的解決方案是利用噴嘴引導葉片、高壓渦輪轉子、另一個渦輪葉片級(即固定翼型件)以及與低壓渦輪交錯構造的中壓渦輪，沿縱向方向從上游端到下游端以串行流動布置來構造渦輪部段。另一種已知的解決方案是利用噴嘴引導葉片、高壓渦輪轉子以及其后的各種級別的交錯轉子，包括低壓、中壓或高壓渦輪轉子，以串行流動布置來構造渦輪部段。

然而，盡管有各種已知的解決方案，但存在需要使渦輪部段能夠進一步朝向燃燒部段進行交錯構造的結構。更進一步，需要布置和操作能夠有效使用壓縮空氣進行軸承操作和發動機冷卻的渦輪部段軸承的方法。

發明內容

本發明的各方面和優勢將部分地在以下描述中闡述，或可從所述描述顯而易見，或可通過本發明的實踐而得知。