[發明專利]燃氣渦輪發動機及其操作方法

有效

• 申請號: 201810621803.7
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN109139258B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: C.J.克羅格爾;T.W.格里;T.納卡諾;J.D.克萊門茨
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/04
• 分類號: F02C7/04;F02C3/34;F02K3/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱鐵宏;李強

本申請公開了一種燃氣渦輪發動機及其操作方法。其中，燃氣渦輪發動機包括渦輪機和可由渦輪機旋轉的風扇，風扇包括多個風扇輪葉，燃氣渦輪發動機還包括外部機艙，所述外部機艙圍繞所述多個風扇輪葉并且限定機艙入口，所述外部機艙包括內壁，所述內壁限定了沿著軸向方向位于所述機艙入口的后方以及所述風扇的多個風扇輪葉的前方的多個開口，以在所述風扇的多個風扇輪葉的上游相對于徑向方向以大于零的旋流角度提供旋流氣流。

技術領域

本主題總體上涉及燃氣渦輪發動機。

背景技術

燃氣渦輪發動機大體上包括布置成彼此流動連通的風扇和核心。另外，燃氣渦輪發動機的核心大體上包括呈串流次序的壓縮機部段、燃燒部段、渦輪部段和排氣部段。在操作中，空氣從風扇提供到壓縮機部段的入口，在所述壓縮機部段，一個或多個軸向壓縮機漸進地壓縮空氣，直到空氣到達燃燒部段為止。燃料利用燃燒部段內的一個或多個燃料噴嘴與壓縮空氣混合并燃燒以提供燃燒氣體。燃燒氣體從燃燒部段被傳送到渦輪部段。燃燒氣體流動通過渦輪部段對渦輪部段進行驅動且接著被傳送通過排氣部段例如到大氣。

典型的燃氣渦輪發動機包括渦輪部段內的驅動渦輪，其被構造為驅動例如壓縮機部段的低壓壓縮機和風扇。為了更有效地操作燃氣渦輪發動機，期望以相對高的旋轉速度操作驅動渦輪。然而，風扇以相對較高的旋轉速度旋轉會導致效率低下，例如由風扇的風扇輪葉上的氣流的沖擊損失和流動分離導致的效率低下。

因此，已經開發了具有減速齒輪箱的某些燃氣渦輪發動機，其允許風扇旋轉比驅動渦輪慢。然而，某些齒輪箱可能會增加燃氣渦輪發動機的復雜性、重量和費用。因此，構造成允許驅動渦輪以相對較高且有效的旋轉速度操作同時最小化風扇的相應低效率的燃氣渦輪發動機將是有用的。

發明內容

本申請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，或可通過本申請的實施而得知。

在本公開的一個示例性實施例中，提供一種燃氣渦輪發動機，所述燃氣渦輪發動機限定軸向方向和徑向方向。燃氣渦輪發動機包括渦輪機和可由渦輪機旋轉的風扇。風扇包括多個風扇輪葉。燃氣渦輪發動機還包括外部機艙，所述外部機艙圍繞所述多個風扇輪葉并且限定機艙入口，所述外部機艙包括內壁，所述內壁限定了沿著軸向方向位于所述機艙入口的后方以及所述風扇的多個風扇輪葉的前方的多個開口，以在所述風扇的多個風扇輪葉的上游相對于徑向方向以大于零的旋流角度提供旋流氣流。

在一些示例性實施例中，所述燃氣渦輪發動機還包括空氣管，所述空氣管在入口和出口之間延伸，其中所述空氣管的出口與由所述外部機艙的內壁限定的一個或多個開口氣流連通。例如，在一些示例性實施例中，所述空氣管的入口與高壓空氣源氣流連通。例如，在一些示例性實施例中，所述燃氣渦輪發動機還包括空氣壓縮機，其中所述空氣壓縮機與所述空氣管氣流連通。

在一些示例性實施例中，所述燃氣渦輪發動機還包括多個氣流噴嘴，每個氣流噴嘴定位在由所述外部機艙的內壁限定的開口之一處。例如，在一些示例性實施例中，所述多個氣流噴嘴與所述外部機艙的內壁分開地形成并且附接到所述外部機艙的內壁。例如，在一些示例性實施例中，所述多個氣流噴嘴中的每一個都限定氣流方向，所述氣流方向等于所述旋流角度。例如，在一些示例性實施例中，所述旋流角度在五度至三十五度之間。

在一些示例性實施例中，所述渦輪機包括驅動渦輪，其中所述風扇機械地聯接到所述驅動渦輪并能夠與所述驅動渦輪一起旋轉，使得所述風扇能夠通過所述驅動渦輪以與所述驅動渦輪相同的旋轉速度旋轉。例如，在某些示例性實施例中，所述風扇在所述燃氣渦輪發動機以額定速度操作期間限定小于1.5的風扇壓力比和大于1,250英尺/秒的風扇末端速度。

在一些示例性實施例中，所述燃氣渦輪發動機還包括氣流輸送系統，所述氣流輸送系統、所述外部機艙或這兩者限定增壓室，所述增壓室沿著所述燃氣渦輪發動機的圓周方向在所述外部機艙內延伸，所述增壓室向所述多個開口提供所述旋流氣流。