CN107044447A - 用于轴流式叶轮机械压缩机的分流鼻部的除冰装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于双流动叶轮机械压缩机的分流鼻部(22)的除冰装置。装置包括分流鼻部(22)，其具有内凸缘(44)且将主流动和次流动分离，遮罩(28)布置在环形壁的内部并带有成环形排的叶片和可磨损密封件，用于让除冰流体在鼻部(22)和遮罩循环流动，分隔部(54)将环形空间(52)环状地分开，包括使用与用于附接外遮罩的同一螺栓附接到分流鼻部(22)的内凸缘(44)的外径向凸缘(62)除冰环形空间(52)。鼻部(22)具有用于使得分隔部(54)中心定位的器件(46)，提供优化密封的压配合。

Description

用于轴流式叶轮机械压缩机的分流鼻部的除冰装置
技术领域
本发明涉及叶轮机械除冰装置领域。更具体地，本发明涉及除冰装置，用于将轴流式叶轮机械压缩机的进气处的分流鼻部除冰装置。本发明还涉及轴流式叶轮机械，其具体是飞机的涡轮喷射发动机。
背景技术
在飞行时，飞机的涡轮喷射发动机易于结冰。冰的沉积局部形成在某些表面上。冰层的厚度和尺寸增加，其趋于使得飞机变重。而且，这种沉积通过改变表面的几何形状而影响叶轮机械的运行，所述表面用于引导涡轮喷射发动机的运行所需的流动。
压缩机的进气部会在分流鼻部附近被阻碍。冰层的发展将并成转变为相对厚的积冰。叶轮机械的振动会使得冰以固体块的形式脱离。如果这在压缩机进气部处发生，则这些冰块会被压缩机吸入，造成其叶片的损坏。为了避免该风险，分流鼻部装配防冰或除冰装置。
文件US2012/0192544A1公开了轴流式叶轮机械，其中压缩机具有分流鼻部除冰装置。该装置通过在鼻部内部让热空气循环流动而工作，随后再将空气喷射到压缩机中。在再喷射之前，空气通过管朝向内部稳压室传导。后者通过径向凸缘界定，所述径向凸缘焊接到环形板，以改善附接和密封。然而，焊接造成膨胀，其对板的正确定位有不利影响，由此降低对热空气流动的控制。这对除冰效率有不利的影响。进而，焊接部的密封是相对的。
发明内容
技术问题
本发明的目的是解决现有技术存在的至少一个问题。更具体地，本发明的目的是改善除冰鼻部的密封。本发明的目的还在于提出简单、鲁棒、便宜、可靠的方案，以改善性能且易于制造和控制。
技术方案
本发明涉及用于叶轮机械的分流鼻部的除冰装置，特别是用于压缩机，装置包括分流鼻部，该分流鼻部包括内径向凸缘且其成形为将叶轮机械的主流动和次流动分开，遮罩布置在分流鼻部内部，除冰环形空间在鼻部和遮罩之间，特别是用于让除冰流体循环流动，且分隔部将环形空间环状地分开，应注意分隔部包括附接到分流鼻部的内凸缘的外径向凸缘。
在具体实施例中，装置还可以包括一个或几个以下特点，其可以单独存在或作任何技术上的组合：
分流鼻部包括用于使得分隔部中心定位的器件，中心***件优选被布置为实现分隔部在中心***件中的压配合。
分隔部包括环形中心定位加厚部分，其与其与中心***件成圆形地接触，和/或中心***件包括具有表面状况Ra的内管状表面，该Ra等于或小于3.00μm，优选等于或小于1.60μm。
遮罩包括附接到内凸缘的外环形环，外凸缘被轴向布置在内凸缘和环之间。
分隔部基本上沿分流鼻部的整个轴向长度延伸。
分流鼻部包括环形钩状物，外遮罩和/或分隔部轴向接合在该环形钩状物中。
分隔部的上游边缘包括上游环形加厚部分，具有用于除冰流体的通道，和/或分隔部的上游边缘与钩状物的背部齐平或成圆形接触。
装置包括在内凸缘和外凸缘之间和/或外凸缘和环之间的密封环形接口，潜在地通过密封垫圈密封。
装置包括用于除冰流体的进给管，特别是热气体，经过分流鼻部的每一个凸缘且与环形空间连通。
装置具有在分流鼻部和遮罩之间的圆形排出部，排出部潜在地通过分隔部与环形空间流体连通。
装置包括至少一个且优选几个装配螺栓，将外凸缘附接到内凸缘，且潜在地附接到遮罩。
装置布置为使得分隔部，潜在地与中心***件组合，将环形空间分为至少三个环形子空间。
遮罩包括轴向半部，特别是上游半部，其不与分隔部接触。
遮罩包括成环形排的叶片，所述叶片径向地向内延伸，所述排优选布置在内凸缘上游和/或在遮罩和在所述叶片附近的分隔部之间没有接触。
遮罩包括内环密封件，特别是用可磨损材料制造的密封件，其优选布置在内凸缘的下游。
分流鼻部具有分离表面，其能将流动分开，该表面具有回转轮廓，在鼻部的前边缘处具有的曲率半径R等于或小于5.00cm，优选等于或小于1.00cm，且更优选等于或小于0.30cm。
分隔部特别是轴向地经过环形空间。
遮罩和分隔部彼此在轴向部分上轴向重叠，在该处装置具有将遮罩和分隔部分开的管状隔间。
外环形环朝向遮罩的外部径向地延伸。
鼻部的中心***件和/或内凸缘径向地向内地延伸。
鼻部具有前边缘，例如形成在环形钩状物上。
钩状物轴向向下打开。
一个或多个固定螺栓轴向经过内凸缘和/或外凸缘和/或环。
环包括至少一个外壳状部，潜在地包括让进给管通过的壳状部。
在拆解状态下，中心***件的内部直径为比分隔部区域的直径小至少0.30mm，所述分隔部的区域的目的是与中心***件协作。直径的这种差实现压配合，特别是对于0.50m到2m，例如1.7m的中心***件的内部直径来说。
包括鼻部、分隔部和遮罩在内的至少两个且优选三个元件具有相等的膨胀系数。
中心***件轴向布置在鼻部的下游凸缘和前边缘之间。
分流鼻部的内径向凸缘为下游凸缘，中心***件具有或是径向中心定位凸缘。
本发明还涉及用于叶轮机械的分流鼻部的除冰装置，特别是用于压缩机，装置包括分流鼻部，其成形为将叶轮机械的主流动和次流动分开，遮罩布置在环形壁内部，除冰环形空间在鼻部和遮罩之间，特别是用于让除冰流体循环流动，且分隔部将环形空间环状地分开，应注意鼻部包括用于使得分隔部中心定位的器件，所述分隔部布置为优选密封地实现压配合。
本发明还涉及叶轮机械压缩机，特别是低压压缩机，包括除冰装置，应注意装置是如本发明所述的装置，分流鼻部优选界定压缩机的进气部。
本发明还涉及叶轮机械，特别是飞机涡轮喷射发动机，包括除冰装置，应注意该装置是本发明所述的装置，叶轮机械优选包括布置在分流鼻部上游的风扇和/或叶轮机械优选包括根据本发明的压缩机。
根据本发明的有利实施例，风扇能在飞行中为飞机提供功率。
通常，本发明每一个目的的有利实施例还适用于本发明的其他目的。在可能的情况下，本发明的每一个目的可与其他目的组合。
优点
本发明有助于在确保除冰流体的流量保持在给定范围的同时保持装置的密封。预定范围针对不同操作温度和叶轮机械的不同振动水平来确保。分隔部保持与其叶片附近的遮罩分开，这限制了振动的传递。
该方案简单，因为其使用将遮罩附接到鼻部所需的螺栓。单个附接操作就可将三个元件连接在一起。
中心***件设计为还提供与环形分隔部的圆形密封。1.60μm的粗糙度Ra进一步改善密封。该组装方法提供了一种密封，其足够用于所使用的流体和压力，尽管膨胀现象趋向于使得分隔部和中心***件之间的接触打开。
附图说明
图1显示了根据本发明的轴流式叶轮机械。
图2显示了根据本发明的叶轮机械压缩机。
图3是根据本发明的分流鼻部的分解等轴视图。
图4是根据本发明的分流鼻部除冰装置的回转轮廓的横截面。
具体实施方式
如下所述，术语“内”和“外”是指相对于轴流式叶轮机械的旋转轴线的位置。轴向方向对应于沿叶轮机械的旋转轴线运转的方向。径向方向垂直于旋转轴线。上游和下游是指叶轮机械中流动的主方向。
图1是轴流式叶轮机械的简化显示。在该具体情况下，其是双流动涡轮喷射发动机。涡轮喷射发动机2具有称为低压压缩机4的第一压缩级，称为高压压缩机6的第二压缩级，燃烧室8，和一个或多个涡轮机级10。在运行时，经由中心轴传递到转子12的涡轮机10的机械功率使得两个压缩机4和6运动。后者具有与多排定子叶片相关的多排转子叶片。转子绕其旋转轴线14的旋转由此使得空气流动产生且逐渐压缩直到其进入燃烧室8。
入口风扇16联接到转子12且产生空气流动，其被分为经过叶轮机械的上述不同级的主流动18和在与涡轮机出口处与主流动重新汇合之前沿该机械经过环形管道(被部分地显示)的次流动20。次流动可被加速以产生推力的反作用。主流动18和次流动20为径向同中心的环形流动。
图2是轴流式叶轮机械的压缩机的横截面，例如图1中的那个。压缩机可以是低压压缩机4。图显示了分流鼻部22和风扇16的一部分，其在主流动18的主喷射和次流动20的次喷射之间共享从叶轮机械而来的流动。转子12包括多排转子叶片24，在该情况下是三个。
低压压缩机4包括几个引导叶片，在该情况下是四个，其每一个包含一排定子叶片26。引导叶片与风扇16有关或与一排转子叶片有关，以引导空气流动，例如将流动速度转换为静态压力。定子叶片26基本上从外壳体或从外遮罩28径向地延伸。壳体和外遮罩28包括内部密封器件30，其每一个围绕该一排转子叶片24且与之相关。可磨损材料的环形层30施加到外遮罩28的内表面。可磨损材料是在与转子叶片24接触时倾向于损坏的材料，以确保转子叶片不被损坏。
为了保护压缩机4不受分流鼻部22周围结冰现象的影响，其装配有除冰装置32，该除冰装置作用在鼻部上，且潜在地作用在被称为入口引导叶片(IGV)的压缩机4的入口叶片26上。管34的除冰装置32供应除冰流体。除冰装置32能防止冰的形成，或熔化已经形成的冰。除冰装置可以交替地运行。
图3是除冰装置32的等轴视图，如图2所示。
分流鼻部22具有环形外壁36。后者的外表面38引导且接触流动(18；20)。在上游，其具有圆形的前边缘40，该前边缘使得进入叶轮机械的流动被分流为主流动18和次流动20。在上游端部处，该壁36的形状为环形钩状物42。其还包括前边缘40且将流动分流(18；20)。其向回弯以保持外遮罩28。在下游，潜在地在其下游端部处，壁36具有内下游附接凸缘44。中心定位凸缘46布置在前边缘40和下游内凸缘44之间。鼻部22的这些凸缘(44；46)径向地向内地延伸且是环形的。
外遮罩28附接到钩状物42。其具有与钩状物的内表面接触的上游管状表面，其能实现中心定位。凹槽沿该表面的厚度形成，以形成用于除冰流体的排出通道。遮罩28具有外部附接环48，用于使用螺栓(未示出)附接下游内凸缘44。这些螺栓与轴向对准孔口50接合。
壁36和遮罩28一起限定除冰空间52，用于对分流鼻部22除冰的流体经过该除冰空间。该空间通过分隔部54而被分隔空间，分隔部也称为稳压室。其可以为大致管状分隔部。该分隔部54可以将空间划分为形成子空间(56；58；60)的至少两个环形隔间。
分隔部54具有外环形凸缘62，其径向地向外地延伸，且使用用于将遮罩28连结到鼻部22的螺栓，使得外环形凸缘附接到环48且附接到下游内凸缘44。这有助于节省附接器件且简化组件，因为单个操作就可实现所有三个元件的附接。
外凸缘62轴向布置在环48和下游内凸缘44之间。其形成三层堆叠结构，该结构改善刚度。它们之间的界面被密封，以容纳除冰流体的流动，且环密封件(未示出)可以插置。鼻部22、分隔部54和遮罩28可以用相同的钛合金制造。每一个部件可以为单件部件。开口64经过下游内凸缘44和外凸缘64，以接收进给管。
图4显示了分流鼻部22的横截面，如图3所示。定子叶片26显示为连接到外遮罩28，代表附接到遮罩的成排叶片。
在轮廓上，在该情况下，环形空间52被分为三个环形子空间(56；58；60)。上游外子空间56通过中心定位凸缘46和分隔部54的上游部分界定。在随主流动18再喷射之前其接收除冰流体66。下游外子空间58中有管经过且以鼻部的凸缘(44；46)为框架。内子空间沿基本上分隔部54的整个长度延伸。其保持遮罩28和分隔部54之间的径向间隙，其提供径向热绝缘。这有助于容纳遮罩28的热膨胀。
进给管34分配除冰流体66。管34可以具有单件部分，其轴向通过鼻部的每一个凸缘(44；46)，用于改进密封。除冰流体66有利地是热气体，例如从低压压缩机获取。流体66可以从高压压缩机或涡轮机获取。
使用虚线显示除冰流体66的路径。其经过环形空间52，且特别是通过上游外子空间56。该隔间中热气体的存在有助于加热鼻部22，且具体是加热其壁36。如果在其上已经形成了任何冰，则其将通过经壁36的热传导而熔化。流体66可以从装置经由排出部68排放。为此，流体66进入钩状物42且分别在遮罩28和分隔部54的上游边缘周围运动。通过进入其中，热流体66接触钩状物42且将前边缘40附近的部分加热。热流体随后朝向定子叶片26重新喷射，以实现抗结冰的效果。
在叶片26的下游，遮罩28携带可磨损层30。该层布置在下游凸缘44和/或外凸缘62的下游。其可以在分隔部54的下游开始布置，这将保护分隔部54不受除冰热量的影响。因此，其可以包括聚合物。
前边缘形成圆形叶片。其可以位于垂直于旋转轴线14的平面中。鼻部的分离表面38可以具有绕轴线14回转的轮廓。在前边缘处轮廓的曲率半径R等于或小于6cm，且优选等于或小于4.00mm。
鼻部22包括用于分隔部54的中心***件。其可以是它的中心定位凸缘46。中心***件46包括管状表面，其保持环形分隔部54，确保同中心。中心***件46和分隔部54之间的装配可以是压配合。在这些元件被拆解时，在它们的、被设计为协作的区域中存在至少0.30mm的直径差。分隔部54的外部直径基本上大于中心***件46的内部直径。可在分隔部的环形过厚部分上测量直径的差。中心***件被设计为用50N到1000N的轴向力使得分隔部装配到鼻部中，优选是100N到500N的力。机械压配合有助于维持外子空间之间的密封，甚至在膨胀差使得鼻部22打开的情况下也可以。

Claims (18)

1.一种用于叶轮机械(2)的分流鼻部(22)的除冰装置(32)，特别是用于压缩机(4)，该装置(32)包括：
分流鼻部(22)，其具有内径向凸缘(44)且其成形为将叶轮机械(2)的主流动(18)和次流动(20)分开，
遮罩(28)，布置在分流鼻部(22)内部，
除冰环形空间(52)，在鼻部(22)和遮罩(28)之间，踏板是用于让除冰流体(66)循环流动，且
分隔部(54)，将环形空间(52)环状地分开，
其特征在于
分隔部(54)，包括附接到分流鼻部(22)的内凸缘(44)的外径向凸缘(62)。
2.如权利要求1所述的装置(32)，其特征在于分流鼻部(22)包括用于使得分隔部(54)中心定位的器件(46)，中心***件(46)优选布置为使得分隔部(54)挤压装配在中心***件(46)中。
3.如权利要求2所述的装置(32)，其特征在于分隔部(54)包括环形中心加厚部分，其与中心***件(46)成圆形地接触，和/或中心***件(46)包括具有表面状况Ra的内管状表面，该Ra等于或小于3.00μm，优选等于或小于1.60μm。
4.如权利要求1到3中的一项所述的装置(32)，其特征在于遮罩(28)包括附接到内凸缘(44)的外环形环(48)，外凸缘(62)被轴向布置在内凸缘(44)和环(48)之间。
5.如权利要求1到4中的一项所述的装置(32)，其特征在于分隔部(54)基本上沿分流鼻部(22)的整个轴向长度延伸。
6.如权利要求1到5中的一项所述的装置(32)，其特征在于分流鼻部(22)包括环形钩状物(42)，遮罩(28)和/或分隔部(54)轴向接合在该环形钩状物中。
7.如权利要求1到6中的一项所述的装置(32)，其特征在于分隔部(54)的上游边缘包括上游环形加厚部分，具有用于除冰流体(66)的通道，和/或分隔部(54)的上游边缘与钩状物(42)的背部齐平或成圆形接触。
8.如权利要求1到7中的一项所述的装置(32)，其特征在于其包括在内凸缘(44)和外凸缘(62)之间和/或外凸缘(62)和环(48)之间的密封环形接口，潜在地通过密封垫圈密封。
9.如权利要求1到8中的一项所述的装置(32)，其特征在于其包括用于除冰流体(66)的进给管(34)，特别是热气体，其经过分流鼻部(22)的每一个凸缘(44；46)且与环形空间(52)连通。
10.如权利要求1到9中的一项所述的装置(32)，其特征在于其具有在分流鼻部(22)和遮罩(28)之间的圆形排出部(48)，排出部(48)潜在地通过分隔部(54)与环形空间(52)流体连通。
11.如权利要求1到10中的一项所述的装置(32)，其特征在于其包括一个且优选几个装配螺栓，将外凸缘(62)附接到内凸缘(44)，且潜在地附接到遮罩(28)。
12.如权利要求1到11中的一项所述的装置(32)，其特征在于其布置为使得分隔部(54)，潜在地与中心***件(46)组合，将环形空间(52)分为至少三个环形子空间(56；58；60)。
13.如权利要求1到12中的一项所述的装置(32)，其特征在于遮罩(28)包括轴向半部，特别是上游半部，其不与分隔部(54)接触。
14.如权利要求1到13中的一项所述的装置(32)，其特征在于遮罩(28)包括成环形排的叶片(26)，所述叶片径向地向内延伸，所述排优选布置在内凸缘(44)上游，和/或在遮罩(28)和在所述叶片附近的分隔部(54)之间没有接触。
15.如权利要求1到14中的一项所述的装置(32)，其特征在于遮罩(28)包括内环密封件(30)，特别是用可磨损材料制造的密封件，其优选布置在内凸缘(44)的下游。
16.如权利要求1到15中的一项所述的装置(32)，其特征在于分流鼻部(22)具有分离表面(38)，其能将流动(18；20)分开，该表面具有回转轮廓，在鼻部(22)的前边缘(40)处具有的曲率半径R等于或小于5.00cm，优选等于或小于1.00cm，且更优选等于或小于0.30cm。
17.一种叶轮机械(2)的压缩机(4)，特别是低压压缩机，包括除冰装置(32)，其特征在于装置(32)为如权利要求1到16中的一项所述的装置，其中分流鼻部(22)优选界定压缩机(4)的进气部。
18.一种叶轮机械(2)，特别是飞机涡轮喷射发动机，包括除冰装置(32)，其特征在于装置(32)为如权利要求1到16的一项所述的装置，其中叶轮机械(2)优选包括布置在分流鼻部上游的风扇(16)，和/或叶轮机械(2)包括如权利要求17所述的压缩机(4)。
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