[发明专利]交叉涡轮发动机热管理的方法和结构

说明书

本公开涉及用于燃气涡轮发动机的涡轮部段热管理的方法。该方法包括：使来自压力增压室的空气流动到第一涡轮轴承；使空气在外部空气轴承和低速涡轮转子毂之间流动；使空气在内部空气轴承和HP轴之间流动；使空气从第一涡轮轴承经由第二歧管流动到压力调节阀；以及使空气从第一涡轮轴承经由第二歧管流动到外径二级流动路径。

技术领域

本公开主题涉及燃气涡轮发动机架构。更具体地，本公开主题涉及用于燃气涡轮发动机涡轮部段的轴承布置和热管理方法。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括位于燃烧部段下游的涡轮部段，其可随压缩机部段旋转以旋转和操作燃气涡轮发动机产生动力，例如推进力。一般燃气涡轮发动机设计标准常常包括必须平衡或折衷的冲突标准，包括提高燃料效率、操作效率和/或动力输出，同时维持或减少重量、零件数量和/或包装（即发动机的轴向和/或径向尺寸）。

传统的燃气涡轮发动机通常包括涡轮部段，其限定与中压涡轮和/或低压涡轮以串行流动布置的高压涡轮。高压涡轮包括在燃烧部段和高压涡轮转子之间的入口或喷嘴引导叶片。常规地，离开燃烧部段的燃烧气体与涡轮的第一旋转级（通常被称为高压涡轮转子）的速度（例如，沿着圆周或切向方向）相比限定了相对较低的速度。因此，传统上，喷嘴引导叶片用于加速离开燃烧部段的燃烧气体的流动，以沿着切向或圆周方向更接近地匹配或超过高压涡轮转子速度。已知使用喷嘴引导叶片来匹配或超过高压涡轮转子速度的这种流动加速度可改善总的发动机可操作性和性能。

此后，传统的燃气涡轮发动机涡轮部段通常相应地包括连续的行或级的固定和旋转的翼型件或者叶片和轮叶。这种常规构造通常调节进入和离开每级叶片和轮叶的燃烧气体的流量。然而，传统的涡轮部段，特别是固定的翼型件（即叶片和喷嘴引导叶片）需要大量和大质量的冷却空气来减轻由于热燃烧气体造成的损坏。例如，通常，喷嘴引导叶片被设计为能够承受沿着环形空间的最大燃烧气体温度（即，热点），这可能明显大于沿着环形空间的平均燃烧气体温度。因此，常规发动机被设计成使用来自压缩机部段的大量或大质量冷却空气或者来自燃烧部段的未燃烧空气，以减轻喷嘴引导叶片的结构损坏、磨损、劣化以及最终减轻维护和修理。然而，这种冷却空气通过消除可能用于燃烧来驱动涡轮、压缩机和风扇的能量而不利地影响整体发动机效率、性能、燃料消耗和/或可操作性。另外，当确定燃气涡轮发动机的维护和修理间隔时，喷嘴引导叶片通常是限制部件，由此限制整体发动机性能和效率。

改进涡轮部段效率的已知解决方案是将涡轮部段的转子（即，旋转翼型件或轮叶的连续行或级）交叉构造。例如，已知的解决方案是利用喷嘴引导叶片、高压涡轮转子、另一个涡轮叶片级（即固定翼型件）以及与低压涡轮交错构造的中压涡轮，沿纵向方向从上游端到下游端以串行流动布置来构造涡轮部段。另一种已知的解决方案是利用喷嘴引导叶片、高压涡轮转子以及其后的各种级别的交错转子，包括低压、中压或高压涡轮转子，以串行流动布置来构造涡轮部段。

然而，尽管有各种已知的解决方案，但存在需要使涡轮部段能够进一步朝向燃烧部段进行交错构造的结构。更进一步，需要布置和操作能够有效使用压缩空气进行轴承操作和发动机冷却的涡轮部段轴承的方法。

发明内容

本发明的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实践而得知。

本公开涉及用于燃气涡轮发动机的涡轮部段热管理的方法。发动机包括第一涡轮轴承，所述第一涡轮轴承限定与低速涡轮转子的低速涡轮转子毂径向相邻地布置的外部空气轴承和与联接到高速涡轮转子的高压（HP）轴径向相邻地布置的内部轴承，其中第一歧管从燃烧部段的压力增压室流体连通到所述第一涡轮轴承，并且其中第二歧管从所述第一涡轮轴承流体连通到压力调节阀和涡轮部段的外径二级流动路径，并且其中第三歧管从所述燃烧部段的压力增压室流体连通到所述压力调节阀。该方法包括：使来自压力增压室的空气流动到第一涡轮轴承；使空气在外部空气轴承和低速涡轮转子毂之间流动；使空气在内部空气轴承和HP轴之间流动；使空气从第一涡轮轴承经由第二歧管流动到压力调节阀；以及使空气从第一涡轮轴承经由第二歧管流动到外径二级流动路径。