[发明专利]燃气涡轮发动机过渡导管和涡轮中心框架

说明书

本发明涉及燃气涡轮发动机过渡导管和涡轮中心框架。过渡导管(300)包括：整流罩(200)，具有过渡导管流道(306)和空心整流罩翼型(201)，过渡导管流道(306)和空心整流罩翼型(201)在整流罩(200)的外壁(302)与内壁(304)之间延伸；和用于使沿着内壁(304)的压力梯度平滑的部件。一部件是从整流罩翼型(201)的前缘(202)至整流罩弦(C)的大约50%的流道(306)的收缩的导管流动区(A)。在外壁(302)的高曲率区域(303)的后部，整流罩翼型(201)的前缘(202)与外壁(302)相交。前缘(202)可以从径向外交点(340)和径向内交点(342)沿轴向向后且沿径向弯曲至径向外壁(302)与径向内壁(304)之间的整流罩翼型(201)和过渡导管流道(306)中。过渡导管(300)的下游第二面积(328)/上游第一面积(318)可以大于大约1.35。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机涡轮区段，且更具体地涉及燃气涡轮发动机高压涡轮和低压涡轮及它们之间的涡轮中心框架和过渡导管。

背景技术

至少一些已知的燃气涡轮发动机按照向下游串流的关系包括前部风扇、核心发动机以及低压涡轮(LPT)。核心发动机包括至少一个压缩机、燃烧器以及高压涡轮(HPT)。压缩机和HPT通过轴而联接，以限定高压转子组件。使进入核心发动机的空气压缩且与燃料混合而点燃，从而形成高能量气流。高能量气流被指引通过HPT，从而可旋转地驱动HPT，使得轴可旋转地驱动压缩机。然后，将高能量气流经由过渡导管而向下游从HPT引导至LPT。

通常，HPT具有比LPT更小的半径，并且因而过渡导管具有“S”形的横截面，以促进它们之间的流动。通常，理想的是，在尽可能短的轴向距离内，从半径较小的高压涡轮过渡至半径较大的低压涡轮。这样的以较短的过渡导管实现的迅速过渡促进减轻整个涡轮组件的重量，并且，促进提高发动机的性能。然而，使用具有急剧变化的曲率的较短的过渡导管的方案可能导致过渡导管内壁和外壁的边界层处的流动分离。

发动机可以包括HPT与LPT之间的涡轮中心框架(TCF)。沿径向延伸的TCF支柱被过渡导管的整流罩(fairings)环绕且覆盖，并且，经过过渡导管的整流罩。整流罩在过渡导管内壁与外壁之间沿径向延伸。

Joseph Machnaim等人的于2015年12月29日公告且名称为“用于在涡轮发动机中使用的过渡导管及组装方法”的美国专利9222437，公开了在飞机燃气涡轮发动机中将高压涡轮(HPT)与低压涡轮(LPT)流体连接且联接的过渡导管，并且通过引用而合并于本文中。该专利注意到，通常理想的是，以过渡导管从半径较小的HPT迅速地过渡至半径较大的LPT，从而引导流过过渡导管的流体。向较大半径的过渡促进改进LPT性能和效率。然而，使用具有较短的轴向长度且带有急剧变化的外壁斜率的过渡导管的方案可能导致流过过渡导管的流体的不需要的边界层流动分离。此外，已知的过渡导管包括整流罩，以容纳延伸穿过过渡导管的中心框架的支柱(struts)，其中，这些支柱用于支撑涡轮中心框架。

这些已知的支柱和整流罩扰乱流过过渡导管的流体的流动。因此，边界层流动分离还可能出现于整流罩上或整流罩与外壁之间的分界面处，即，两个边界层相互作用的位置处。专利文献中所描述并公开的过渡导管设计成促进减少从HPT引导至LPT的流体的流动分离。更具体地，过渡导管包括从导管入口至过渡导管中的预定的轴向位置的急剧变化的外壁斜率和从预定的轴向位置至导管排放部的降低的外壁斜率。在其中所公开的示例性的实施例中，预定的轴向位置是气动支柱整流罩的最厚的部分(次于最厚的位置)。因此，其中所描述的过渡导管通过控制过渡导管的外壁与支柱整流罩之间的边界层相互作用，从而促进改进LPT性能和效率。

整流罩及其与过渡导管内壁和外壁的气动(aerodynamic)相互作用可能导致过渡导管和涡轮中心框架之间的DP/P损失。因此，非常重要的是，使该DP/P损失最小化，并且，使过渡导管内壁和外壁的边界层处的流动分离最小化。

发明内容