[发明专利]涡轮发动机以及涡轮发动机的气动组件

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮机，更为具体地说，涉及涡轮发动机，所述涡轮发动机具有被配置成提供用于延迟流动分离的气动组件。

背景技术

一种典型的涡轮机如燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧室、涡轮以及扩压器。压缩机压缩入口空气，并且燃烧室使得被压缩的入口空气与燃料一起燃烧。燃烧产生的高能产物被导入涡轮，在所述涡轮中，这些高能产物在发电操作中膨胀。扩压器设置在涡轮下游，并且用于在燃烧产物排出到大气中之前减少这些燃烧产物的剩余能量。

一般地说，扩压器包括：外壁；中间主体，所述中间主体设置在所述外壁内以便界定环状路径；以及一个或多个叶片，所述叶片横越所述环状路径。在基线涡轮机运行期间，燃烧产物流经扩压器的速度足够高，并且不会呈现出与一个或多个叶片的表面流动分离。然而，在部分负载操作如燃气涡轮发动机启动或消减序列(turn-down sequences)中，燃烧产物速度减小或高攻角条件生效，并且趋于发生流动分离。这种流动分离导致扩压器性能降低。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种涡轮发动机，所述涡轮发动机包括：气动组件，所述气动组件设置成与工作流体流气动地相互作用；以及轮廓特征，所述轮廓特征设置在所述气动组件上，并与所述气动组件在至少一个维度(dimension)上对齐。所述轮廓特征彼此接近并且配置成促使反向旋转涡流生成，这种反向旋转涡流生成导向与沿着所述气动组件的主流方向大致上垂直。

根据本发明的另一方面，提供一种涡轮发动机的气动组件，所述气动组件包括：环状内壁，所述环状内壁设置在环状外壁内，从而界定环状路径，所述环状内壁包括角裂缝（angular break），所述角裂缝界定轴向位置，在所述轴向位置处，所述环状路径路径沿着所述角裂缝后部的轴向尺寸(axial dimension)上的面积增加速率大于沿着所述角裂缝前部的轴向尺寸上的面积增加速率；并且至少第一和第二轮廓特征设置在所述环状内壁上。所述第一和第二轮廓特征在所述角裂缝附近并且沿着所述轴向位置大致上对齐。

根据本发明的又一方面，提供一种涡轮发动机的气动组件，所述气动组件包括：环状内壁，所述环状内壁设置在环状外壁内，从而界定环状路径，所述环状内壁包括角裂缝，所述角裂缝界定轴向位置，在所述轴向位置处，所述环状路径路径沿着所述角裂缝后部的轴向尺寸上的面积增加速率大于沿着所述角裂缝前部的轴向尺寸上的面积增加速率；；以及排列在所述环状内壁上的轮廓特征，每个轮廓特征接近所述角裂缝和相邻轮廓特征。所述轮廓特征各自沿着所述轴向位置大致上对齐，以促使反向旋转涡流生成，这种反向旋转涡流导向与沿着所述环状内壁的主流方向大致上垂直。

这些和其它优点和特征将从结合附图的以下描述中更加清楚。

附图说明

本专利申请文件中的权利要求书详细指出并明确主张了本发明。通过以下结合附图的详细描述可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中：

图1是包括气动组件的涡轮发动机的一部分的侧视图；

图2是在基线操作期间图1所示气动组件的径向视图；

图3是在部分负载操作期间图1所示气动组件的径向视图；

图4是图1所示气动组件的吸入侧的放大图；

图5是根据进一步实施例的图1所示气动组件的径向视图；

图6是根据替代实施例的图1所示气动组件的径向视图；以及

图7是根据进一步实施例的包括气动组件的涡轮发动机的扩压器的侧视图。

具体实施方式参考附图以实例方式介绍本发明的各项实施例以及优点和特征。

具体实施方式

根据本发明的各个方面，通过沿着例如翼型或叶片的低压表面（即吸入侧）形成反向旋转涡流提供在涡轮机的一个或多个部分中的延迟流动分离。所述延迟流动分离在与所述涡轮机的削减(turn-down)操作相关联的相对高的攻角条件下尤其有用。所述延迟流动分离易于通过轮廓的附加件如凹凸（bumps）、突起或刻痕对所述翼型或叶片的所述低压表面进行，从而促使沿着相对于穿过所述涡轮机的工作流体的主流方向垂直界定的线形成切向反向旋转涡流结构。