[發(fā)明專(zhuān)利]用于渦輪框架和出口導(dǎo)向輪葉的先進(jìn)航空擴(kuò)散器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210930205.4
• 申請(qǐng)日: 2022-08-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115929413A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 克里斯托弗·R·約翰森;托馬斯·J·利平斯基;埃里克·施羅德;卡洛斯·費(fèi)爾南德斯;大衛(wèi)·A·佩爾維勒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類(lèi)號(hào): F01D9/04
• 分類(lèi)號(hào): F01D9/04;F04D29/54;F01D25/30
• 代理公司: 上海華誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31300
• 代理人: 陳海琴

公開(kāi)了用于渦輪框架和出口導(dǎo)向輪葉的擴(kuò)散器設(shè)備。示例擴(kuò)散器集成到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中。示例擴(kuò)散器包括在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部分和外部分之間延伸的多個(gè)支柱；以及由多個(gè)支柱支撐的多個(gè)流動(dòng)路徑表面。示例多個(gè)流動(dòng)路徑表面在多個(gè)徑向跨度處在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)周向延伸，以控制氣流在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的擴(kuò)散。

關(guān)于聯(lián)邦資助的研究或開(kāi)發(fā)的聲明

本發(fā)明是在美國(guó)政府的支持下完成的。美國(guó)政府可以對(duì)本發(fā)明擁有某些權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)大體涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，并且更具體地，涉及用于渦輪框架和出口導(dǎo)向輪葉的擴(kuò)散器。

背景技術(shù)

渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)是一些最廣泛使用的發(fā)電技術(shù)。燃?xì)鉁u輪是內(nèi)燃機(jī)的示例，其使用燃燒的空氣-燃料混合物產(chǎn)生熱氣體，該熱氣體使渦輪旋轉(zhuǎn)，從而生成動(dòng)力。燃?xì)鉁u輪的應(yīng)用可以在飛行器、火車(chē)、輪船、發(fā)電機(jī)、氣體壓縮機(jī)和泵中找到。例如，現(xiàn)代飛行器依靠各種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)作為推進(jìn)系統(tǒng)的一部分來(lái)生成推力，包括渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和后燃式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)包括燃燒區(qū)段、壓縮機(jī)區(qū)段、渦輪區(qū)段和入口，從而以高熱效率提供高功率輸出。

渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括擴(kuò)散器區(qū)段，其可以減慢由壓縮機(jī)區(qū)段輸送到燃燒區(qū)段的空氣，以減少燃燒區(qū)段中的氣流損失。擴(kuò)散器區(qū)段產(chǎn)生的較慢氣流和較高靜壓有助于穩(wěn)定燃燒區(qū)段并提高燃燒效率。然而，擴(kuò)散器區(qū)段的設(shè)計(jì)和定位的限制限制了其在減少氣流以及提高燃燒穩(wěn)定性和效率方面的有效性。

附圖說(shuō)明

圖1是示例渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意橫截面視圖。

圖2示出了用于氣流的現(xiàn)有支柱構(gòu)造，其可以在圖1的示例燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中使用。

圖3-8示出了可以形成在圖1的示例燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)區(qū)段中的擴(kuò)散器的示例視圖。

具體實(shí)施方式

某些示例實(shí)施了改進(jìn)的流動(dòng)擴(kuò)散器，其可以定位在通過(guò)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或其他軸流式渦輪機(jī)的多個(gè)位置(例如，渦輪中心、渦輪后框架、出口導(dǎo)向輪葉、排氣中心體等)處，以引導(dǎo)氣流通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的相應(yīng)部分。一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)路徑表面可以由支柱和/或其他翼型件形狀支撐，以將流動(dòng)路徑表面剛性地放置在通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)限定位置處。與現(xiàn)有擴(kuò)散器設(shè)計(jì)相比，每個(gè)流動(dòng)路徑表面局部地控制流動(dòng)擴(kuò)散速率并且能夠在減小的軸向長(zhǎng)度中發(fā)生更積極的擴(kuò)散，現(xiàn)有的擴(kuò)散器設(shè)計(jì)在擴(kuò)散器區(qū)段中需要更長(zhǎng)的長(zhǎng)度來(lái)控制氣流。此外，流動(dòng)路徑表面可以用作流體邊界控制和/或邊界層抽吸的促成因素(enabler)，以進(jìn)一步增強(qiáng)擴(kuò)散并減輕邊界層生長(zhǎng)、分離以及相關(guān)聯(lián)的壓力損失和再循環(huán)區(qū)。

在飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣區(qū)段中，氣流通常通過(guò)渦輪后框架、出口導(dǎo)向輪葉和/或排氣中心體擴(kuò)散。這種擴(kuò)散是在空氣動(dòng)力學(xué)方面小心執(zhí)行的，因?yàn)槿绻谶吔鐚涌焖偕L(zhǎng)和跳動(dòng)(tripped)，則可能會(huì)生成大的壓力損失，從而導(dǎo)致從層流到湍流或分離流的過(guò)渡以及相關(guān)聯(lián)的壓力損失。此外，增強(qiáng)型發(fā)動(dòng)機(jī)中的流分離可能會(huì)導(dǎo)致局部再循環(huán)區(qū)滯留或暫時(shí)保留燃料，這些燃料隨后可能會(huì)點(diǎn)燃而造成損壞，從而導(dǎo)致有效部件壽命縮短或發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生災(zāi)難性故障。

現(xiàn)有擴(kuò)散設(shè)計(jì)是通過(guò)以經(jīng)驗(yàn)長(zhǎng)度增加流動(dòng)區(qū)域與相關(guān)聯(lián)的擴(kuò)散速率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然而，通常對(duì)應(yīng)于流動(dòng)區(qū)域增加速率的擴(kuò)散速率受到限制，以確保發(fā)生“干凈”擴(kuò)散而沒(méi)有分離。這種擴(kuò)散限制最終會(huì)增加發(fā)生擴(kuò)散的總長(zhǎng)度，從而導(dǎo)致整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的加長(zhǎng)以適應(yīng)更長(zhǎng)的擴(kuò)散區(qū)段。某些示例通過(guò)在較低壓力損失下實(shí)現(xiàn)更快速擴(kuò)散來(lái)解決這些缺陷，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度。

在下面的詳細(xì)描述中，參考了構(gòu)成其一部分的附圖，其中通過(guò)說(shuō)明的方式示出了可以實(shí)踐的具體示例。對(duì)這些示例進(jìn)行了足夠詳細(xì)的描述，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`該主題，并且應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其他示例。因此，提供以下詳細(xì)描述以描述示例性實(shí)施方式并且不應(yīng)被視為限制本公開(kāi)中描述的主題的范圍。來(lái)自以下描述的不同方面的某些特征可以組合以形成以下討論的主題的新方面。