[发明专利]用于获取冰的燃气涡轮发动机两自由度可变泄放阀

说明书

相关申请的交叉引用

本申请请求享有2012年10月12日提交的美国临时专利申请序列号No.61/712,944和2013年1月25日提交的美国专利申请No.13/750346，它们都题为“GAS TURBINE ENGINE TWO DEGREE OF FREEDOM VARIABLE BLEED VALVEFOR ICE EXTRACTION”的优先权，其公开内容在此通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机可变泄放阀，并且更具体地涉及用于防止喘振和从增压器与核心发动机压缩机之间的导管移除冰的此类阀。

背景技术

燃气涡轮发动机领域中已知的是提供一种可变泄放阀(VBV)，通常是门，其提供泄放通路来泄放增压器与燃气涡轮发动机的核心发动机压缩机之间的压缩空气。空气通常从增压器与核心发动机压缩机之间的称为鹅颈管流路的物件泄放。飞行器鼓风喷气燃气涡轮发动机和此类发动机的海洋和工业变型已使用了各种类型的弯曲流路和VBV泄放门，它们收缩到流路壳体中，以便形成去往泄放导管的入口，泄放导管泄放增压器或低压压缩机排出空气流，来以如下方式将颗粒吸出流路：如Monhardt等人的题为“Combined Surge Bleed and Dust Removal System for a Fan-Jet Engine”的美国专利No.4,463,552公开的那样。由于泄放流突然远离压缩机流的方向弯折，故由于其动量而很难保持泄放流中的较大颗粒。该问题对于飞行器、海洋和陆基燃气涡轮发动机而言是共通的。涡扇喷气发动机，如General Electric CF6和GE90系列的发动机，以串联关系具有风扇、增压器和核心发动机压缩机，由此，行进穿过风扇的空气的一部分流入增压器中，且然后流入核心发动机压缩机中。为了使核心发动机压缩机的入口空气流与其飞行操作要求匹配且为了防止增压器失速，增压器可变泄放阀(VBV)以增压器泄放导管的形式提供，该泄放导管具有增压器与核心发动机压缩机之间的入口，和去往风扇导管的出口。增压器泄放导管的开启和闭合通常由沿周向设置的多个枢转门提供，这些枢转门收缩到发动机结构或壳体中，且由单个协调环(unison ring)操作，该环由一个或更多个燃料供能的促动器供能。曲拐连杆机构将收缩的枢转泄放门可操作地连接到协调环。相比于Monhardt专利中的滑动门或阀，使用收缩枢转门的此种防失速系统的实例在Shipley等人的题为“Bypass Valve Mechanism”且转让给与本发明相同的受让人且通过引用并入本文中的美国专利No.3,638,428中公开。VBV的操作由发动机控制器计划，可使用机 械或数字电子类型。

与常规泄放阀导管和阀门相关联的问题是较大的颗粒和大量颗粒如冰通常不被吸入泄放导管中。期望具有一种发动机，其提供从压缩机空气流移除大量冰且以及在增压器与核心发动机压缩机之间有效地泄放空气的能力。因此，很期望从鹅颈管流路移除冰，而不移除核心空气流或使移除的核心空气流量最小化。

现代的飞行器使用较少的较高推力、燃料效率高的很高旁通的发动机，如，双发动机波音767飞行器。具有较少发动机的飞行器要求更大的总起飞功率和更大的每发动机功率，以便满足能够在一个发动机停机的情况下飞行的要求。因此，发动机设置至较低功率设置，从而导致所有发动机操作时的下降期间的较少发动机空气流。这导致了发动机空气流的高水含量，因为只要飞行器的速度保持相同，则进入发动机中的冰、冰雹或水的量相同。

另一方面，较高的旁通比具有较小的核心流和较大的子弹形机头前区域。这意味着更多的冰、冰雹或水穿过压缩机进入燃烧器中，从而导致空气的更高水含量。这两个基本现象组合，导致燃烧器中的水与空气之比的显著增大，从而导致此种飞行器发动机更易受暴雨或雹暴中的发动机冒火问题影响。具有较大前区域的较高旁通比的发动机在结冰环境内的空转期间还导致增压器入口和增压器级上的增加的积冰。这导致了加速期间增加的冰放出，包括最大功率操作下或附近的放出。这还增大了因冰放出且更具体而言高速转子冰放出引起的压缩机失速的风险，这在历史上已经是双轴大型发动机的问题，且将继续是未来的大型发动机上的问题。

现代高旁通比发动机包括较高压力的核心压缩机和较低压力的增压器，且因此在增压器出口与风扇旁通导管之间产生较小压力差。这增大了从增压器下游泄放足量空气至风扇旁通导管来相对于失速保护增压器的难度。增压器失速裕度通过开启VBV门来控制，以向外排放一些增压器流，以便将增压器操作线控制为低于其失速线的点。