CN109154195A - 用于低涡旋低压涡轮机的*** - Google Patents

用于低涡旋低压涡轮机的*** Download PDF

Info

Publication number
CN109154195A
CN109154195A CN201780031920.1A CN201780031920A CN109154195A CN 109154195 A CN109154195 A CN 109154195A CN 201780031920 A CN201780031920 A CN 201780031920A CN 109154195 A CN109154195 A CN 109154195A
Authority
CN
China
Prior art keywords
low
rotor blade
grade
rotor
stator vane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201780031920.1A
Other languages
English (en)
Inventor
B·W·米勒
T·O·莫尼兹
J·D·克莱门茨
J·G·罗斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN109154195A publication Critical patent/CN109154195A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/141Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/02Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F01D1/10Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines having two or more stages subjected to working-fluid flow without essential intermediate pressure change, i.e. with velocity stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/107Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor with two or more rotors connected by power transmission
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K3/00Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan
    • F02K3/02Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber
    • F02K3/04Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber the plant including ducted fans, i.e. fans with high volume, low pressure outputs, for augmenting the jet thrust, e.g. of double-flow type
    • F02K3/06Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan in which part of the working fluid by-passes the turbine and combustion chamber the plant including ducted fans, i.e. fans with high volume, low pressure outputs, for augmenting the jet thrust, e.g. of double-flow type with front fan
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • F05D2220/32Application in turbines in gas turbines
    • F05D2220/321Application in turbines in gas turbines for a special turbine stage
    • F05D2220/3215Application in turbines in gas turbines for a special turbine stage the last stage of the turbine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • F05D2220/32Application in turbines in gas turbines
    • F05D2220/323Application in turbines in gas turbines for aircraft propulsion, e.g. jet engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/35Combustors or associated equipment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/60Shafts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明涉及低压涡轮机。低压涡轮机包括转子、外部壳体、多个转子桨叶级以及多个定子叶片级。转子包括纵向中心线。外部壳体包围转子。多个转子桨叶级以串行流布置设置于转子的径向外表面上。多个定子叶片级以串行流布置设置于外部壳体的径向内表面上。多个定子叶片级的每个级均位于一转子桨叶级之前。多个转子桨叶级的最后转子桨叶级包括低涡旋出口转子桨叶级。

Description

用于低涡旋低压涡轮机的***
背景技术
本公开内容的领域总体上涉及燃气涡轮发动机,并且更具体地,涉及用于低涡旋低压涡轮机级的方法和***。
燃气涡轮发动机组件通常包括呈串行流构型的风扇组件、低压压缩机、核心发动机以及低压涡轮机。低压压缩机由低压涡轮机驱动,进而以与低压涡轮机近似相同的速度旋转。通常需要四个发动机框架来支承燃气涡轮发动机部件。例如,第一框架在低压压缩机与风扇组件之间支承燃气涡轮发动机,第二框架在低压压缩机与高压压缩机之间支承燃气涡轮发动机,第三框架在高压涡轮机与低压涡轮机之间支承燃气涡轮发动机,并且第四框架在低压涡轮机的后部支承燃气涡轮发动机。这些框架趋向于增加燃气涡轮发动机组件的长度并且由此也趋向于增加燃气涡轮发动机组件的重量和成本。而且,位于低压涡轮机后部的框架包括出口导向叶片,出口导向叶片减少排出气体的涡旋。这些出口导向叶片增加了燃气涡轮发动机组件的重量和成本。
发明内容
在一个方面中,提供了一种用于整体传动式燃气涡轮发动机的低压涡轮机。低压涡轮机包转子、外部壳体、多个转子桨叶级以及多个定子叶片级。转子包括纵向中心线。外部壳体包围转子。多个转子桨叶级以串行流布置设置于转子的径向外表面上。多个定子叶片级以串行流布置设置于外部壳体的径向内表面上。多个定子叶片级的每个级均位于一转子桨叶级之前。多个转子桨叶级的最后转子桨叶级包括低涡旋出口转子桨叶级。
在另一个方面中,提供了一种燃气涡轮发动机组件。燃气涡轮发动机组件包括核心发动机和低压涡轮机。核心发动机包括呈串行流布置的高压压缩机、燃烧室以及高压涡轮机。低压涡轮机定位于核心发动机的轴向后部。低压涡轮机包括转子、外部壳体、多个转子桨叶级以及多个定子叶片级。转子包括纵向中心线。外部壳体包围转子。多个转子桨叶级以串行流布置设置于转子的径向外表面上。多个定子叶片级以串行流布置设置于外部壳体的径向内表面上。多个定子叶片级的每个级均位于一转子桨叶级之前。多个转子桨叶级的最后转子桨叶级包括低涡旋出口转子桨叶级。
在另外一个方面中,提供了一种燃气涡轮发动机组件。燃气涡轮发动机组件包括核心发动机、低压压缩机、风扇以及低压涡轮机。核心发动机包括呈串行流布置的高压压缩机、燃烧室以及高压涡轮机。低压压缩机定位于核心发动机的轴向前部。风扇定位于低压压缩机的轴向前部。低压涡轮机定位于核心发动机的轴向后部。低压涡轮机包括转子、外部壳体、多个转子桨叶级以及多个定子叶片级。转子包括纵向中心线。外部壳体包围转子。多个转子桨叶级以串行流布置设置于转子的径向外表面上。多个定子叶片级以串行流布置设置于外部壳体的径向内表面上,多个定子叶片级的每个级均位于一转子桨叶级之前。多个转子桨叶级的最后转子桨叶级包括低涡旋出口转子桨叶级。
附图说明
当参考附图阅读下述详细说明时,本公开内容的这些及其他特征、方面和优点将得到更好地理解,其中附图中自始至终相同的符号表示相同的部件,其中:
图1至图4示出了本文所述方法和装置的示例实施例。
图1是飞行器的透视图。
图2是可与图1所示的飞行器一起使用的、根据本公开内容的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。
图3是图1和图2所示的涡扇发动机的后部部分的侧视平面图。
图4是定子叶片的透视图。
尽管各个实施例的特定特征可能在一些附图中示出而没有在其他附图中示出,这仅是为了方便。任意附图的任意特征可与任意其他附图的任意特征结合而被引用并且/或者要求保护。
除非明确指出,否则本文中提供的附图意在图示本公开内容的实施例的特征。这些特征被认为能够应用于包括本公开内容的一个或多个实施例的多种***中。同样,附图并非意在包括本领域普通技术人员所知的用于实践本文公开的实施例所需的全部常规特征。
具体实施方式
在下面的说明书和权利要求书中,将引用多个短语,这些短语应当被限定为具有以下意思。
除非上下文另有明确说明,否则,单数形式的“一个”、“一种”和“该/所述”包括复数指示物。
“可选”或“可选地”意指随后描述的事件或情况可以发生或可以不发生,并且这种描述包括事件发生的实例以及事件不发生的实例。
如贯穿说明书和权利要求书所使用的,近似语言可应用于修饰可允许改变而不导致与其相关的基本功能的改变的任何定量表示。相应地,由术语例如“约”、“近似”、以及“基本上”修饰的值并不限于所指定的精确值。在至少一些情况下,近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精确度。在这里以及贯穿说明书和权利要求书,范围限制可以结合并且/或者互换,除非上下文或语言另有明确说明,否则这种范围被确定为包括包含于其中的所有子范围。
下文的详细说明通过示例的方式而不是通过限制图示了本公开内容的实施例。应当理解,本公开内容一般适用于具有低涡旋低压涡轮机级的燃气涡轮发动机的***。
本文描述的整体传动式燃气涡轮发动机的实施例提供了更短且更轻的燃气涡轮发动机结构。使用整体式传动的、具有高速低压压缩机的燃气涡轮发动机组件通常需要位于低压涡轮机后部的框架。这种框架趋向于增加燃气涡轮发动机组件的长度并且由此也增加燃气涡轮发动机组件的重量和成本。通过包含低涡旋低压涡轮机最后级,这个框架和出口导向叶片可被省去。本文说明的燃气涡轮发动机组件包括核心发动机,核心发动机包括呈串行流布置的高压压缩机、燃烧室以及高压涡轮机。低压涡轮机定位于核心发动机的轴向后部,并且低压压缩机定位于核心发动机的轴向前部。低压涡轮机的最后级是低涡旋低压涡轮机转子桨叶级,进而消除了对用于减少排出气体的涡旋的涡轮机后部框架或出口导向叶片的需要。本文描述的实施例公开了包括低涡旋低压涡轮机转子桨叶级。这种构型省去了对用于减少排出气体的涡旋的涡轮机后部框架或出口导向叶片的需要。
图1是飞行器100的透视图。在示例实施例中,飞行器100包括机身102,机身包括前端104、尾部106、以及在前端与尾部之间延伸的中空的、长形主体108。飞行器100还包括沿横向方向112远离机身102延伸的翼部110。翼部110包括沿飞行器100在正常飞行期间的运动方向116的前部的前缘114以及在翼部110的相反边缘上的后部的后缘118。飞行器100还包括构造为驱动有桨叶的可旋转构件或风扇以产生推力的至少一个发动机120。发动机120、例如以后推式构型(未示出)、接近尾部106联接至翼部110和机身102中至少一者。
图2是根据本公开内容的示例性实施例的燃气涡轮发动机120的示意性横截面图。在示例实施例中,燃气涡轮发动机120具体化为高旁通涡扇喷气式发动机。如图2所示,涡扇发动机120限定了轴向方向A(平行于设置为用于参照的纵向轴线202延伸)以及径向方向R。一般来说,涡扇120包括风扇组件204和设置于风扇组件204下游的核心涡轮发动机206。
在示例实施例中,核心涡轮发动机206包括限定了环形入口220的近似呈管状的外部壳体208。外部壳体208包围呈串行流关系的压缩机部段、燃烧部段226、涡轮机部段以及喷射排气喷嘴部段232,其中,压缩机部段包括增压器或低压(LP)压缩机222和高压(HP)压缩机224,涡轮机部段包括高压(HP)涡轮机228和低压(LP)涡轮机230。高压(HP)轴(shaft)或轴芯(spool)234将HP涡轮机228驱动地连接至HP压缩机224。低压(LP)轴或轴芯236将LP涡轮机230驱动地连接至LP压缩机222。压缩机部段、燃烧部段226、涡轮机部段以及喷嘴部段232一起限定了核心空气流动路径237。
在示例实施例中,风扇组件204包括变距风扇238,变距风扇具有以分隔开的关系联接至轮盘242的多个风扇桨叶240。风扇桨叶240自轮盘242径向向外地延伸。由于风扇桨叶240可操作地联接至构造为改变风扇桨叶240的桨距的适当的变距机构(PCM)244,每个风扇桨叶240均能够相对于轮盘242绕变桨轴线(pitch axis)P旋转。在其他实施例中,PCM244构造为全体一致地改变风扇桨叶240的桨距。风扇桨叶240、轮盘242、PCM 244以及LP压缩机222能够通过穿过动力齿轮箱246的LP轴236一起绕纵向轴线202旋转。在多个实施例中,不使用PCM244并且风扇组件204的桨距不可变。动力齿轮箱246包括用于将风扇238和LP压缩机222相对于LP轴236的转速调节至更有效的转速的多个齿轮。
轮盘242由可旋转的前部毂部248覆盖,可旋转的前部毂部的外形以空气动力学的方式设定为促进空气流穿过多个风扇桨叶240。此外,风扇组件204包括周向地包围风扇238和/或核心涡轮发动机206的至少一部分的环形风扇壳体或外部机舱250。在示例实施例中,机舱250构造为由多个周向间隔开的出口导向叶片252相对于核心涡轮发动机206而支承。而且,机舱250的下游部段254可以在核心涡轮发动机206的整个外部部分上延伸以便在其之间限定旁路空气流通道256。
在涡扇发动机120的运行期间,一定量空气(a volume of air)258进入涡扇120穿过机舱250的相关联的入口260和/或风扇组件204。在一定量空气258横穿风扇桨叶240时,一定量空气258的第一部分262被指引或引导至旁路空气流通道256内并且一定量空气258的第二部分264被指引或引导至核心空气流动路径237内,或者更具体地被指引或引导至LP压缩机222内。第一部分262和第二部分264之间的比率通常被称为旁通比。第二部分264的压力之后随第二部分被引导穿过HP压缩机224并进入燃烧部段226而增加,在燃烧部段处,第二部分与燃料混合并被燃烧以提供燃烧气体266。
燃烧气体266被引导穿过HP涡轮机228,在HP涡轮机228处,来自燃烧气体266的热能和/或动能的一部分经由联接至外部壳体208的HP涡轮机定子叶片268以及联接至HP轴或轴芯234的HP涡轮机转子桨叶270的连续级而被提取,因而使HP轴或轴芯234旋转,这之后驱动HP压缩机224的旋转。燃烧气体266之后被引导穿过LP涡轮机230,在LP涡轮机处,经由联接至外部壳体208的LP涡轮机定子叶片272以及联接至LP轴或轴芯236的LP涡轮机转子桨叶274的连续级从燃烧气体266中提取热能和动能的另一部分,这驱动LP轴或轴芯236和LP压缩机222的旋转和横穿动力齿轮箱246的风扇238的旋转。
燃烧气体266随后被引导穿过核心涡轮发动机206的喷射排气喷嘴部段232以提供推进推力。喷射排气喷嘴部段232包围后部中央主体276。后部中央主体276联接至LP轴或轴芯236并且与LP轴或轴芯一起旋转。同时,第一部分262的压力随第一部分262被引导穿过旁路空气流通道256之后从涡扇120的风扇喷嘴排气部段276被排出而显著增加,进而也提供推进推力。LP涡轮机230包括低涡旋LP涡轮机级,低涡旋LP涡轮机级不需要用于减少排出气体的涡旋的出口导向叶片或转向叶片。HP涡轮机228、LP涡轮机230以及喷射排气喷嘴部段232至少部分地限定用于引导燃烧气体266穿过核心涡轮发动机206的热气路径278。
前部框架构件280和涡轮机框架构件282支承燃气涡轮发动机120。在本文中使用时,框架构件支承轴承。前部框架构件280设置于LP压缩机222与HP压缩机224之间并支承动力齿轮箱246。涡轮机框架构件282设置于LP涡轮机230与HP涡轮机228之间并支承HP轴234的后部端部部分和LP轴236的后部端部部分。前部框架构件280和涡轮机框架构件282二者将燃气涡轮发动机120联接至翼部110或机身102中任一者。
图2仅通过示例的方式描绘了示例性涡扇发动机120,在其他实施例中,涡扇发动机120可以具有任意其他适合的构型。还应当理解,在另外的其他实施例中,本公开内容的各方面可被合并至任意其他适合的燃气涡轮发动机中。例如,在其他实施例中,本公开内容的各方面可被合并至,例如,涡轮螺旋桨发动机中。
图3是根据本公开内容的示例性实施例的燃气涡轮发动机120的后部部分的示意性横截面图。LP涡轮机230包括由联接至LP轴236的LP涡轮机转子桨叶302、304、306和308组成的四个级以及由LP涡轮机定子叶片309、310、312和314组成的四个级。在替代性实施例中,LP涡轮机230可包括由LP涡轮机转子桨叶组成的更多或更少的级,例如一个、两个、三个或五个LP涡轮机转子桨叶,或使LP涡轮机230能够如本文所述那样作用的任意其他适合数目的LP涡轮机转子桨叶。在替代性实施例中,LP涡轮机230可包括由LP涡轮机定子叶片组成的更多或更少的级,例如一个、两个、三个或五个LP涡轮机定子叶片,或使LP涡轮机230能够如本文所述那样作用的任意其他适合数目的LP涡轮机定子叶片。在运行期间,燃烧气体266被相继地引导至第一LP涡轮机定子叶片309、第一LP涡轮机转子桨叶级302、第二LP涡轮机定子叶片310、第二LP涡轮机转子桨叶级304、第三LP涡轮机定子叶片312、第三LP涡轮机转子桨叶级306、第四LP涡轮机定子叶片314和第四LP涡轮机转子桨叶级308。
燃烧气体266包括LP涡轮机定子叶片速度315、318、322和326以及LP涡轮机转子桨叶速度316、320、324和328。LP涡轮机定子叶片速度315、318、322和326以及LP涡轮机转子桨叶速度316、320、324和328各自包括轴向分速度和周向分速度。LP涡轮机定子叶片速度315、318、322和326将燃烧气体266映射(project)至LP涡轮机转子桨叶速度316、320、324和328,使得LP涡轮机转子桨叶速度316、320、324和328的周向分速度减小。LP涡轮机转子桨叶速度328的周向分速度减小使得在燃烧气体266离开第四LP涡轮机转子桨叶级308的点处LP涡轮机转子桨叶速度328的方向与轴向方向A偏离小于或等于十度。第四LP涡轮机转子桨叶级308是低涡旋LP涡轮机级,其不需要出口导向叶片或转向叶片来减少排出气体的涡旋。第四LP涡轮机转子桨叶级308将燃烧气体266喷射(project)至喷射排气喷嘴部段232,使得LP涡轮机转子桨叶速度328的周向分速度减小。
图4是如上所述的可在LP涡轮机230(图2和图3中示出)内发现的翼型400的透视图。在示例性图4中,图示了联接至涡轮机外部壳体208的径向内部表面404的单个定子叶片402。在其他实施例中,翼型400是LP涡轮机230的单个转子桨叶。定子叶片402具有翼型形状从而形成有压力侧406和相反的吸力侧408。此外,定子叶片402包括定位于上游区域411内的前缘410和定位于下游区域413内的相反的后缘412。轴向弦距离415限定为前缘410与后缘412之间的轴向距离。轴向弦角416限定为轴向方向A与轴向弦距离415之间的角度。
在示例性实施例中,LP涡轮机定子叶片309、310、312和314的轴向弦角416影响LP涡轮机定子叶片速度315、318、322和326的周向分速度。LP涡轮机定子叶片309、310、312和314的轴向弦角416可以减小或增大LP涡轮机定子叶片速度315、318、322和326的周向分速度。由LP涡轮机定子叶片309、310、312和314组成的每个级的轴向弦角416可以与由LP涡轮机定子叶片309、310、312和314组成的其他级不同或相同。LP涡轮机转子桨叶302、304、306和308的轴向弦角416影响LP涡轮机转子桨叶速度316、320、324和328的周向分速度。LP涡轮机转子桨叶302、304、306和308的轴向弦角416可以减小或增大LP涡轮机转子桨叶速度316、320、324和328的周向分速度。由LP涡轮机转子桨叶302、304、306和308组成的每个级的轴向弦角416可以与由LP涡轮机转子桨叶302、304、306和308组成的其他级不同或相同。第四LP涡轮机转子桨叶级308的轴向弦角416减小了LP涡轮机转子桨叶速度328的周向分速度。
上述的具有低涡旋低压涡轮机转子桨叶级的燃气涡轮发动机组件的***的实施例提供了用于减小燃气涡轮发动机组件的长度、重量和成本的成本有效且可靠的方式。更具体地,本文所述的***包括低涡旋低压涡轮机转子桨叶级。这种构型消除了对用于减少排出气体的涡旋的涡轮机后部框架或出口导向叶片的需要。这种框架趋向于增加燃气涡轮发动机组件的长度并且由此也增加燃气涡轮发动机组件的重量和成本。通过包含低压(LP)涡轮机的低涡旋最后级,能够减小燃气涡轮发动机的长度、重量和成本。
上文对用于具有低涡旋低压涡轮机转子桨叶级的燃气涡轮发动机组件的***的示例性实施例进行了详细地说明。具有低涡旋低压涡轮机转子桨叶级的燃气涡轮发动机组件、组装这种***的方法、以及装置并不限于本文说明的特定实施例,相反,***的部件和/或方法的步骤可与本文说明的其他部件和/或步骤而独立并单独地使用。例如,上述方法也可与需要低压涡轮机的其他***结合使用,并且不限于仅以本文说明的***和方法来实践。相反,示例性实施例能够结合当前被构造为接收并接受用于低压涡轮机的***的许多其他机械应用而实施并被利用。
本书面说明使用示例来公开包括最佳模式的本发明,也使用示例来使本领域任何技术人员都能够实践实施例,包括制作并使用任何装置或***并执行任何所包含的方法。本公开内容的可授予专利权的范围由权利要求限定,并且可以包括本领域技术人员能够想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言并无不同的结构元件,或如果他们包括与权利要求的字面语言具有非实质性差异的等效结构元件,这些其他示例意在落入权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种低压涡轮机,所述低压涡轮机联接至减速齿轮,所述低压涡轮机包括:
转子,所述转子包括纵向中心线;
外部壳体,所述外部壳体包围所述转子;
多个转子桨叶级,所述多个转子桨叶级以串行流布置设置于所述转子的径向外表面上;
多个定子叶片级,所述多个定子叶片级以串行流布置设置于所述外部壳体的径向内表面上,所述多个定子叶片级的每个级均位于一转子桨叶级之前,其中,所述多个转子桨叶级的最后转子桨叶级包括低涡旋出口转子桨叶级。
2.根据权利要求1所述的低压涡轮机,其特征在于,所述低涡旋出口转子桨叶级基本上平行于所述纵向中心线指引所述排气流。
3.根据权利要求2所述的低压涡轮机,其特征在于,所述多个定子叶片的最后定子叶片级以第一速度将排气流导向所述低涡旋出口转子桨叶级,所述第一速度包括第一轴向分速度和第一周向分速度,所述低涡旋出口转子桨叶级以第二速度指引所述排气流,所述第二速度包括第二轴向分速度和第二周向分速度,其中,所述第一周向分速度大于所述第二周向分速度。
4.根据权利要求3所述的低压涡轮机,其特征在于,所述第二速度与所述纵向中心线偏离小于或等于十度。
5.根据权利要求4所述的低压涡轮机,其特征在于,所述低涡旋出口转子桨叶级是所述转子的后部延伸部。
6.根据权利要求5所述的低压涡轮机,其特征在于,所述多个转子桨叶级的每个级均包括多个转子桨叶,所述多个转子桨叶沿周向设置于所述转子的所述径向外表面上,所述多个定子叶片级的每个级均包括多个定子叶片,所述多个定子叶片沿周向设置于所述外部壳体的所述径向内表面上,所述多个转子桨叶和所述多个定子叶片的每一者均包括翼型构件。
7.根据权利要求6所述的低压涡轮机,其特征在于,所述多个翼型构件包括前缘、后缘以及在所述前缘与所述后缘之间延伸的弦长,其中,所述弦长自所述纵向中心线以一弦角延伸。
8.根据权利要求7所述的低压涡轮机,其特征在于,所述低涡旋出口转子桨叶级的所述多个翼型构件的所述弦角与所述最后定子叶片级的所述多个翼型构件的所述弦角不同。
9.根据权利要求8所述的低压涡轮机,进一步包括所述多个定子叶片的倒数第二定子叶片级,其中,所述倒数第二定子叶片级的所述多个翼型构件的所述弦角与所述最后定子叶片级的所述多个翼型构件的所述弦角不同。
10.根据权利要求9所述的低压涡轮机,进一步包括所述多个转子桨叶的倒数第二转子桨叶级,其中,所述低涡旋出口转子桨叶级的所述多个翼型构件的所述弦角与所述倒数第二转子桨叶级的所述多个翼型构件的所述弦角不同。
11.一种燃气涡轮发动机组件,所述燃气涡轮发动机组件包括:
核心发动机,所述核心发动机包括呈串行流布置的高压压缩机、燃烧室以及高压涡轮机;
减速齿轮;以及
低压涡轮机,所述低压涡轮机定位于所述核心发动机的轴向后部,所述低压涡轮机包括:
转子,所述转子包括纵向中心线,所述转子联接至所述减速齿轮;
外部壳体,所述外部壳体包围所述转子;
多个转子桨叶级,所述多个转子桨叶级以串行流布置设置于所述转子的径向外表面上;
多个定子叶片级,所述多个定子叶片级以串行流布置设置于所述外部壳体的径向内表面上,所述多个定子叶片级的每个级均位于一转子桨叶级之前,其中,所述多个转子桨叶级的最后转子桨叶级包括低涡旋出口转子桨叶级。
12.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机组件,其特征在于,所述低涡旋出口转子桨叶级基本上平行于所述纵向中心线指引所述排气流。
13.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机组件,其特征在于,所述多个定子叶片的最后定子叶片级以第一速度将排气流导向所述低涡旋出口转子桨叶级,所述第一速度包括第一轴向分速度和第一周向分速度,所述低涡旋出口转子桨叶级以第二速度指引所述排气流,所述第二速度包括第二轴向分速度和第二周向分速度,其中,所述第一周向分速度大于所述第二周向分速度。
14.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机组件,其特征在于,所述第二速度与所述纵向中心线偏离小于或等于十度。
15.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机组件,其特征在于,所述多个转子桨叶级包括少于六个的转子桨叶级并且所述多个定子叶片级包括少于六个的定子叶片级。
16.一种燃气涡轮发动机组件,所述燃气涡轮发动机组件包括:
核心发动机,所述核心发动机包括呈串行流布置的高压压缩机、燃烧室以及高压涡轮机;
减速齿轮;
低压轴;
低压压缩机,所述低压压缩机定位于所述核心发动机的轴向前部,所述减速齿轮经所述低压轴可旋转地联接至所述低压涡轮机;
风扇,所述风扇定位于所述低压压缩机的轴向前部;以及
低压涡轮机,所述低压涡轮机定位于所述核心发动机的轴向后部,所述低压涡轮机包括:
转子,所述转子包括纵向中心线;
外部壳体,所述外部壳体包围所述转子;
多个转子桨叶级,所述多个转子桨叶级以串行流布置设置于所述转子的径向外表面上;
多个定子叶片级,所述多个定子叶片级以串行流布置设置于所述外部壳体的径向内表面上,所述多个定子叶片级的每个级均位于一转子桨叶级之前,其中,所述多个转子桨叶级的最后转子桨叶级包括低涡旋出口转子桨叶级。
17.根据权利要求16所述的燃气涡轮发动机组件,其特征在于,所述低压压缩机经所述低压轴可旋转地联接至所述低压涡轮机。
18.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机组件,其特征在于,所述低涡旋出口转子桨叶级基本上平行于所述纵向中心线指引所述排气流。
19.根据权利要求18所述的燃气涡轮发动机组件,其特征在于,所述风扇经所述减速齿轮可旋转地联接至所述低压涡轮机。
20.根据权利要求19所述的燃气涡轮发动机组件,其特征在于,所述多个转子桨叶级包括少于六个的转子桨叶级并且所述多个定子叶片级包括少于六个的定子叶片级。
CN201780031920.1A 2016-05-25 2017-04-19 用于低涡旋低压涡轮机的*** Pending CN109154195A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/164,648 2016-05-25
US15/164,648 US20170342839A1 (en) 2016-05-25 2016-05-25 System for a low swirl low pressure turbine
PCT/US2017/028214 WO2017204941A1 (en) 2016-05-25 2017-04-19 System for a low swirl low pressure turbine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109154195A true CN109154195A (zh) 2019-01-04

Family

ID=59215927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780031920.1A Pending CN109154195A (zh) 2016-05-25 2017-04-19 用于低涡旋低压涡轮机的***

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20170342839A1 (zh)
EP (1) EP3464823A1 (zh)
CN (1) CN109154195A (zh)
WO (1) WO2017204941A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1025984B1 (fr) * 2018-02-06 2019-09-03 Safran Aero Boosters S.A. Veine de compresseur basse-pression pour turbomachine
FR3111377B1 (fr) * 2020-06-10 2022-07-15 Safran Aircraft Engines Architecture améliorée de turbomachine à turbine contrarotative

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB722001A (en) * 1951-03-09 1955-01-19 Power Jets Res & Dev Ltd Turbines
US20020197156A1 (en) * 2000-02-17 2002-12-26 Haller Brian Robert Aerofoil for an axial flow turbomachine
US20060272314A1 (en) * 2005-06-06 2006-12-07 General Electric Company Integrated counterrotating turbofan
EP1731734A2 (en) * 2005-06-06 2006-12-13 General Electronic Company Counterrotating turbofan engine
CN101666327A (zh) * 2008-09-04 2010-03-10 通用电气公司 涡轮机翼型件的同步
EP2508711A1 (de) * 2011-04-07 2012-10-10 Siemens Aktiengesellschaft Axialturbinenstufe mit einer Ausblaseeinrichtung und Gasturbine mit der Axialturbinenstufe sowie Verfahren zum Betreiben der Axialturbinenstufe
US20130287575A1 (en) * 2012-01-03 2013-10-31 United Technologies Corporation Geared Architecture for High Speed and Small Volume Fan Drive Turbine
US20140037443A1 (en) * 2012-08-02 2014-02-06 Wasif Khan Reflex annular vent nozzle

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3070401B2 (ja) * 1994-08-23 2000-07-31 株式会社日立製作所 ガスタービン排気構造
US6997676B2 (en) * 2004-03-10 2006-02-14 General Electric Company Bifurcated outlet guide vanes
US9957832B2 (en) * 2012-02-28 2018-05-01 United Technologies Corporation Variable area turbine

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB722001A (en) * 1951-03-09 1955-01-19 Power Jets Res & Dev Ltd Turbines
US20020197156A1 (en) * 2000-02-17 2002-12-26 Haller Brian Robert Aerofoil for an axial flow turbomachine
US20060272314A1 (en) * 2005-06-06 2006-12-07 General Electric Company Integrated counterrotating turbofan
EP1731734A2 (en) * 2005-06-06 2006-12-13 General Electronic Company Counterrotating turbofan engine
CN101666327A (zh) * 2008-09-04 2010-03-10 通用电气公司 涡轮机翼型件的同步
EP2508711A1 (de) * 2011-04-07 2012-10-10 Siemens Aktiengesellschaft Axialturbinenstufe mit einer Ausblaseeinrichtung und Gasturbine mit der Axialturbinenstufe sowie Verfahren zum Betreiben der Axialturbinenstufe
US20130287575A1 (en) * 2012-01-03 2013-10-31 United Technologies Corporation Geared Architecture for High Speed and Small Volume Fan Drive Turbine
US20140037443A1 (en) * 2012-08-02 2014-02-06 Wasif Khan Reflex annular vent nozzle

Also Published As

Publication number Publication date
EP3464823A1 (en) 2019-04-10
US20170342839A1 (en) 2017-11-30
WO2017204941A1 (en) 2017-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2548133C (en) Counterrotating turbofan engine
EP1731716B1 (en) Forward tilted turbine nozzle
US11767856B2 (en) Gas turbine engine airfoil
EP1624169B1 (en) Fan assembly for a gas turbine
CN106150701B (zh) 用于支承间接驱动的涡扇发动机的转子轴的***
CN109196187B (zh) 用于两框架式燃气涡轮发动机的方法和***
CN107061008A (zh) 燃气涡轮发动机风扇
CN109139256A (zh) 入口预旋流燃气涡轮发动机
CN109723559A (zh) 包括双速分离式压缩机的燃气涡轮发动机
US11686248B2 (en) Core duct assembly
CN109477391A (zh) 涡扇发动机及对应的操作方法
CN109154195A (zh) 用于低涡旋低压涡轮机的***
US12037921B2 (en) Fan for a turbine engine
CN107084006A (zh) 用于燃气涡轮发动机翼型件的加速器***件
EP3108119B1 (en) Turbofan engine with geared architecture and lpc blade airfoils
EP3108115B1 (en) Turbofan engine with geared architecture and lpc blades
CN113389599A (zh) 具有高加速度和低叶片转动的翼型件的涡轮发动机
EP0393283B1 (en) A ducted fan gas turbine engine with a spinner.
CN110382825A (zh) 用于耐冰排气去除的方法和***
US20240254883A1 (en) Turbine airfoils
EP3108112B1 (en) Turbofan engine with geared architecture and lpc airfoils
EP3108121B1 (en) Turbofan engine with geared architecture and lpc airfoils
US20170175759A1 (en) Gas turbine engine airfoil

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190104

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication