CN108027143A - 用于涡轮机的颗粒捕集装置以及具有该装置的涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机的颗粒捕集装置(2)，所述颗粒被包含在涡轮机内部流动的空气流，特别是在所述涡轮机的燃烧室(13)的旁路区域(17)中流动的空气流中。所述装置的特征在于，所述装置包括：‑至少两个颗粒偏转器(3，3a，3b，3c)，‑用于收集和存储被所述偏转器偏转的颗粒的构件(5)，‑以及用于将所述捕集装置(2)附接到所述涡轮机的一部分的部件(6)。

Description

用于涡轮机的颗粒捕集装置以及具有该装置的涡轮机

技术领域

本发明涉及配备在特别是飞机或直升机中的涡轮机的领域。

本发明更确切地涉及用于涡轮机的颗粒捕集装置，这些颗粒尤其是包含在在所述涡轮机内部流通的空气流中的沙尘或灰尘粒子。该捕集装置更具体地被设计成设置在涡轮机的燃烧室的旁路区域中。

本发明还涉及配备有这种捕集装置的涡轮机。

背景技术

如在附图1的示意图中可见，涡轮机1沿气流方向从上游到下游通常包括空气入口11、一个或多个压缩机级12(例如该图中的单个压缩机级)、环形燃烧室13、一个或多个涡轮级(例如一个高压涡轮14和一个低压涡轮15)以及最终的排气喷嘴16。

以下在说明书和权利要求书以及附图中，术语“前部”(附图标记AV)和“后部”(附图标记AR)参考涡轮机在飞机或直升机上的部署来使用。

空气在空气入口11处被吸入，在压缩机12中被压缩，然后被引导到所述燃烧室13的旁路区域17。

在涡轮机运行期间，燃烧室13的壁131经受非常高的温度。然后，这些壁的冷却通常通过离开压缩机12的空气穿过多个孔眼——即设置在所述燃烧室的壁131中的非常小直径的很多孔——进行流通来实现。

图1中仅示出了这些孔中的几个，附图标记为130。

离开燃烧室13的空气和热燃烧气体然后被输送到涡轮14、15和排气喷嘴16。

现在已经注意到，当配备有所述涡轮机的机械在多尘或含沙大气中例如在沙漠中进行飞行时，颗粒P的云团比如沙尘和灰尘粒子在空气入口11处被摄入。

这些颗粒P然后到达旁路区域17并最终堵塞设置在燃烧室13的壁131中的孔130。

然而，如果这些孔130被堵塞，则空气不能再在燃烧室13中流通，燃烧室的壁131的冷却不再被提供，并且燃烧室在与火焰接触的情况下迅速劣化。

已知的能够将涡轮机摄入的颗粒P保留的装置是位于空气入口11处的空气入口滤网，滤网能够使异物中的一部分在其进入涡轮机之前被保留。

但是，具有比滤网的网眼小的尺寸的颗粒P被摄入。

事实上，在空气入口处安装具有更细网眼的过滤网并不实际，因为这会造成过高的压头损失，并会导致涡轮机性能下降。

从文件US 3 371 471中已知的是一种设计成放置在燃气轮机的发动机的空气入口处的颗粒捕集装置。这种装置包括一系列被进入的空气流冲击的弯曲的挡板。由这些挡板所保留的颗粒被收集在环形灰尘回收装置中。

然而，这样的装置并不紧凑，并且没有被设计成安装在涡轮机的燃烧室的旁路区域中。

另外，挡板具有减缓空气流的流通并导致相当大的压头损失的作用。

发明内容

因此，本发明的目的是解决现有技术的上述缺点，并且提供一种颗粒捕集装置，该装置能够使颗粒或至少颗粒中的大部分在其会堵塞设置在燃烧室的壁中的孔之前被保留。

本发明的另一个目的是提出这样一种捕集装置，该装置不会改变涡轮机的运行性能，并且尤其不会改变涡轮机内部的空气的流通。

本发明的另一个目的是提出一种紧凑的捕集装置。

最后，有利的是，这样的捕集装置还必须允许临时存储捕集的颗粒，随后在涡轮机的维护操作期间将其移除，以避免这些颗粒积聚在捕集装置中。

为此，本发明涉及一种涡轮机颗粒捕集装置，这些颗粒尤其是包含在在涡轮机内部流通的空气流，特别是在所述涡轮机的燃烧室的旁路区域中流通的空气流中的沙尘或灰尘粒子。

根据本发明，所述装置包括：

-至少两个颗粒偏转器，

-用于收集和存储被所述偏转器偏转的颗粒的元件，

-用于将所述捕集装置附接在所述涡轮机的一部分上的部件，

所述偏转器具有环形形状并且被附接到至少一个支撑框架，以便同轴、径向对齐并且彼此或相互径向间隔开，所述偏转器相对于它们的旋转轴线沿相同的方向倾斜，以便朝向所述颗粒收集和存储元件。

由于本发明的这些特征，撞击偏转器的所有颗粒都被朝向颗粒收集和存储元件驱回，并且不会堵塞设置在燃烧室的壁中的孔。

该装置还具有非常紧凑的优点。

根据本发明的单独或组合使用的其它有利和非限制性特征：

-所述支撑框架是在垂直于或基本上垂直于所述偏转器的旋转轴线的平面中延伸的环，一对相邻的偏转器中的偏转器分别沿着所述环形支撑框架的外圆形边缘和内圆形边缘附接，并且所述支撑框架穿通有用于空气流通过的开口；

-偏转器的内表面相对于所述旋转轴线的倾斜角度大于更径向向内地设置在所述装置内部的偏转器的内表面相对于同一旋转轴线的倾斜角度；

-一对相邻的偏转器中的最外侧的偏转器的内半径小于或等于位于更内侧的偏转器的外半径；

-所述装置包括三个偏转器；

-所述偏转器中的至少一个具有直的横截面；

-所述偏转器中的至少一个具有弯曲的横截面，其凹面朝向所述颗粒收集和存储元件；

-所述收集和存储元件包括与所述偏转器的旋转轴线同轴的完整的环，并且所述环在垂直于或大致垂直于所述轴线的平面中延伸，所述环通过完整的外环形边缘和完整的内环形边缘沿所述偏转器的方向延续，所述收集和存储元件被设置成面向所述偏转器；

-所述附接部件包括与所述偏转器的旋转轴线同轴并且垂直于所述旋转轴线的平面环形凸缘，并且所述平面环形凸缘通过具有与所述旋转轴线同轴的纵向轴线的筒体沿所述颗粒收集和存储元件的方向延续，所述筒体穿通有用于空气流通过的多个开口，并且所述环形凸缘穿通有用于附接构件通过的多个开口。

最后，本发明还涉及一种涡轮机，该涡轮机包括燃烧室和设置在所述燃烧室的壁和所述涡轮机的外壳体之间的旁路区域，所述涡轮机配备有前述的颗粒捕集装置，并且所述装置设置在所述旁路区域内部。

附图说明

本发明的其它特征和优点将从现在参照附图进行的描述中显现，附图通过指示而非限制的方式示出了其可能的实施例。

在附图中：

-图1是涡轮机的示例性实施例的纵向截面示意图，

-图2是图1的细节A的视图，其进一步示出了根据本发明的捕集装置，

-图3、图4和图5是从三个不同的观察角度获得的根据本发明的捕集装置的实施例的局部透视图。

具体实施方式

根据本发明的颗粒捕集装置具有通用附图标记2。

如图2中可见，该装置2被设计成定位在燃烧室13的旁路区域17中，更确切地定位在燃烧室13的壁131的外部以及涡轮机的外壳体18的内部。

然而，该装置的精确位置将根据在该旁路区域17内部流通的空气流中包含的颗粒的轨迹通过计算来确定。该计算还考虑了壁131和外壳体18的壁180的位于面向燃烧室13的后端部的部分的相应形状。

由此，捕集装置将有利地设置在颗粒到达燃烧室的壁的孔130之前将允许最大量的颗粒被收集的位置。

现在将参照图2至图5描述该捕集装置2的特定实施例。

该捕集装置2从前部AV朝向后部AR优选地包括至少两个偏转器3、颗粒收集和存储元件5以及用于将所述存储装置附接在涡轮机的一部分上的部件6。

所有这些元件都由耐热并且优选地还耐颗粒磨蚀的材料例如金属或复合材料构成。

现在将更详细地描述这些不同的元件。

该装置包括至少两个偏转器3，例如图中所示的三个。该装置也可以具有三个以上的偏转器。

每个偏转器具有环形(具有旋转轴线X、X’)的形状。不同的偏转器3附接到支撑框架4，以便与轴线X-X’同轴并且彼此径向地间隔开。

在图3描述和示出的示例中，这些偏转器被称为“外”偏转器3a、“中”偏转器3b和“内”偏转器3c，外偏转器是具有最大直径并因此位于最外侧的偏转器。每个偏转器由具有小宽度的完整的叶片形状的元件构成，该元件本身以环的形式闭合。

所有这些偏转器3a、3b、3c进一步附接到框架4，以便相对于它们的公共旋转轴线X-X’沿相同方向倾斜，即从外侧和前部朝向旋转轴线X-X’和后部AR倾斜。换句话说，它们具有截头圆锥形的环的形状。但是，它们的倾斜角度优选地是不同的。这些偏转器朝向元件5。

最后，偏转器3、3a、3b、3c附接到框架4以便径向对齐并且不沿着轴线X-X’偏移，以便不会占据燃烧室的壁130和壳体的壁180之间的太多空间，并且不限制在该位置处流通的空气流的流动。

“径向对齐”是指所有偏转器3a、3b、3c切割与它们各自的旋转轴线X-X’(这些轴线全等)垂直的称为P的同一平面。

外偏转器3a的内表面30a(即，朝向轴线X-X’的表面)与旋转轴线X-X’形成角度α，中偏转器3b的内表面30b与轴线X-X’成角度β，并且最后内偏转器3c的内表面30c与轴线X-X’形成角度γ。如在图2中可见，角度α大于角度β，角度β本身大于角度γ。

优选地，角度α介于65°至75°之间，更优选地等于70°，角度β介于45°至55°之间，更优选地等于50°，角度γ介于25°至35°之间，更优选地等于30°。

优选地，如图2中可见，偏转器3a、3b和3c具有直的横截面。然而，该横截面可以是弯曲的，其凹面朝向颗粒收集和存储元件5。

如图2、图4和图5所示，框架4在两个相邻的偏转器之间起着间隔构件的作用。框架具有在垂直于或大致垂直于旋转轴线X-X’的平面(例如平面P)中延伸的环形的形状。框架4穿通有允许空气流通过的开口40。这些开口40有利地以均匀的间距分布并且优选地构成框架4的大部分表面。开口还能够使框架被减轻。

在捕集装置2包括多于两个的偏转器(例如图中的三个)的情况下，该捕集装置于是在每个相邻的偏转器的壁之间包括框架4(参见图5)。一对相邻的偏转器中的偏转器分别沿着环形框架4的外圆形边缘和内圆形边缘固定。

有利地，偏转器3、3a、3b、3c通过焊接附接到框架4。

如在图2和图4中更好地示出的，优选地，颗粒收集和存储元件5包括与偏转器3a至3c的旋转轴线X-X’同轴的完整的环50，该完整的环在垂直于或基本上垂直于该轴线的平面中延伸。

优选地，单个收集元件5用于所有偏转器3、3a、3b、3c。

该环50通过完整的外环形边缘51和完整的内环形边缘52向前部AV延续。

优选地，内环形边缘52位于最内侧偏转器3c的后边缘的延续部分中。更优选地，这两个元件仅形成相同的单个部件。

因此，该元件5具有面向偏转器3、3a、3b、3c定向的凹槽的大体形状。

最后，如在图2至图4中最清楚可见，优选地，附接部件6包括与偏转器的旋转轴线X-X’同轴且垂直于该轴线X-X’的平面环形凸缘60，该凸缘通过具有纵向轴线X-X’的筒体61向前部延续。

凸缘60穿通有多个开口62，这些开口能够使附接构件7例如螺钉通过。这些螺钉能够使凸缘附接到涡轮机的一部分。

筒体61穿通有多个开口63，从而能够使在涡轮机内部流通的空气流通过。类似于针对框架4所描述的，这些开口63代表筒体61的表面的相当大的部分，从而不会减慢或抑制空气的流动。这也有助于减少装置的总质量。

筒体61联接到颗粒存储元件5。优选地，筒体61焊接到元件5的环50的内端部。

该装置的操作如下。

来自压缩机12的带有颗粒P的空气在燃烧室13的外壁131与壳体18之间从前部AV到后部AR进入旁路区域17内部(图2中的箭头F)。

这种带有颗粒的空气流撞击壁180，使得颗粒对着该壁弹跳(反弹)，然后撞击朝向该壁180定向的偏转器3a、3b和3c的外表面31a、31b、31c。颗粒减速，这些颗粒沿着偏转器向内(朝向轴X-X’)滑动，直到它们被汇合并收集在元件5中，由于该元件的壁是完整的，所以颗粒不能离开。

然而，开口40能够限制捕集装置2对空气流的流通的影响，并且因此限制了压头损失。换句话说，颗粒被元件5保留，但空气流可以继续围绕燃烧室13的外壁131流通，从而进入孔130中并提供冷却这些壁的功能。

最后，应该指出，有利的是，外偏转器3a的内半径R1(即其较小半径)小于或等于相邻的中偏转器3b的外半径R2(即其较大半径)。对于每一对相邻的偏转器也是如此。

因此，如果颗粒要对着壳体18的壁180弹跳并沿平行于轴线X-X’的方向向前返回，它将不可避免地被外偏转器3a所捕集。

颗粒轨迹的计算必须针对每个涡轮机根据限定燃烧室的旁路区域17的壁的形状来执行，以便最好地定位颗粒捕集器2，使得该捕集器保留由涡轮机摄入并进入燃烧室的旁路中的几乎所有的颗粒。

另外，角度α、β和γ的值也根据壁180的形状来调整，并且可以不同于前面提到的那些值。

在涡轮机的维护操作期间，可以移除捕集在元件5中的颗粒以避免其积聚。

Claims (10)

1.一种用于涡轮机的颗粒捕集装置(2)，这些颗粒尤其是包含在在涡轮机内部流通的空气流，特别是在所述涡轮机的燃烧室的旁路区域中流通的空气流中的沙尘或灰尘粒子，其特征在于，所述颗粒捕集装置包括：

-至少两个颗粒偏转器(3，3a，3b，3c)，

-用于收集和存储被所述偏转器偏转的颗粒的元件(5)，

-用于将所述捕集装置(2)附接在所述涡轮机的一部分上的部件(6)，

所述偏转器(3，3a，3b，3c)具有环形形状并且被附接到至少一个支撑框架(4)，以便同轴、径向对齐并且彼此或相互径向间隔开，所述偏转器(3，3a，3b，3c)相对于它们的旋转轴线(X-X’)沿相同的方向倾斜，以便朝向所述颗粒收集和存储元件(5)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支撑框架(4)是在垂直于或基本上垂直于所述偏转器(3，3a，3b，3c)的旋转轴线(X-X’)的平面中延伸的环，一对相邻的偏转器中的偏转器分别沿着所述环形支撑框架(4)的外圆形边缘和内圆形边缘附接，并且所述支撑框架(4)穿通有用于空气流通过的开口(40)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，偏转器(3a，3b)的内表面相对于所述旋转轴线(X-X’)的倾斜角度(α，β)大于更径向向内地设置在所述装置内部的偏转器(3b，3c)的内表面相对于同一旋转轴线(X-X’)的倾斜角度(β，γ)。

4.根据前述权利要求中一项所述的装置，其特征在于，一对相邻的偏转器中的最外侧的偏转器的内半径(R1)小于或等于位于更内侧的偏转器的外半径(R2)。

5.根据前述权利要求中一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括三个偏转器(3a，3b，3c)。

6.根据前述权利要求中一项所述的装置，其特征在于，所述偏转器(3，3a，3b，3c)中的至少一个具有直的横截面。

7.根据权利要求1至5中一项所述的装置，其特征在于，所述偏转器(3，3a，3b，3c)中的至少一个具有弯曲的横截面，其凹面朝向所述颗粒收集和存储元件(5)。

8.根据前述权利要求中一项所述的装置，其特征在于，所述收集和存储元件(5)包括与所述偏转器(3，3a，3b，3c)的旋转轴线(X-X’)同轴的完整的环(50)，并且所述环在垂直于或大致垂直于所述轴线的平面中延伸，所述环(50)通过完整的外环形边缘(51)和完整的内环形边缘(52)沿所述偏转器的方向延续，所述收集和存储元件(5)被设置成面向所述偏转器。

9.根据前述权利要求中一项所述的装置，其特征在于，所述附接部件(6)包括与所述偏转器(3，3a，3b，3c)的旋转轴线(X-X’)同轴并且垂直于所述旋转轴线的平面环形凸缘(60)，并且所述平面环形凸缘通过具有与所述旋转轴线(X-X’)同轴的纵向轴线的筒体(61)沿所述颗粒收集和存储元件(5)的方向延续，所述筒体(61)穿通有用于空气流通过的多个开口(63)，并且所述环形凸缘(60)穿通有用于附接构件(7)通过的多个开口(62)。

10.一种涡轮机(1)，包括燃烧室(13)和设置在所述燃烧室(13)的壁(131)和所述涡轮机的外壳体(18)之间的旁路区域(17)，其特征在于，所述涡轮机配备有根据前述权利要求中任一项所述的颗粒捕集装置(2)，并且所述装置(2)设置在所述旁路区域(17)内部。