[发明专利]在涡轮发动机中控制叶片顶端间隙

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮发动机，诸如飞行器涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，所述发动机安装有用于控制叶片顶端间隙的装置，本发明还涉及控制这样的间隙的方法。

背景技术

在传统方式中，穿过涡轮发动机的空气从上游到下游地穿过低压压缩机以及高压压缩机，而后则穿入到燃烧室中，并从所述燃烧室出口输入到高压涡轮机，再输入到低压涡轮机，所述高压涡轮机具有驱动所述高压压缩机转子的转子，而所述低压涡轮机则具有驱动所述低压压缩机转子的转子。

通常地，所述高压涡轮机包括安装在两排定子叶片(一排上游定子叶片以及一排下游定子叶片)之间的装有叶片的叶轮，所述定子叶片由外壳带有，在所述动叶片顶端与所述外壳之间设置有少量的径向间隙。所述叶轮包括带有叶片且与所述高压涡轮机的轴相连接的轮盘。

当所述涡轮发动机在运转过程中，为了避免空气泄漏也为了保证所述发动机的最佳性能，使位于所述叶片顶端的径向间隙最小化是非常重要的。

然而，在运转过程中，由于固定部分的尺寸变化与旋转部分的尺寸变化并不相同，所以调整该径向间隙是有困难的。所有的部分都经受了燃烧气体中的温度变化，也由此导致了取决于所述发动机速度的连续的扩张和收缩，然而，由于构成所述高压涡轮机的转子盘的物质的热惯性，所述温度变化以及所述旋转部分的相应的尺寸变化比所述固定部分的尺寸变化发生得更加缓慢。另外，由于工作过程中的离心力所引起的涡轮叶片的尺寸变化也必须考虑进来。

用于控制所述叶片顶端间隙的装置已经被提出，所述装置包括用于将空气从所述高压压缩机的上游部分(例如从它的第四级)以及从所述压缩机的下游部分(例如从它的第九级)带走的装置。用于带走空气的每一个回路包括阀门，所述阀门的开启和关闭由控制系统控制。以这一方式被带走的空气被输送到所述外壳，以便对其进行冷却或加热，从而对所述高压涡轮机的动叶片顶端位置的间隙进行调整(参见申请人的专利申请文件FR 2828908-A1)。

所述控制系统接受关于所述发动机速度、所述外壳温度以及所述高压压缩机出口位置的温度的信息，以及所述发动机运转的相关信息(在地面空转、热启动或冷启动、临时加速或减速……)。

由于该装置需要安装分开的阀门和回路用以从所述高压压缩机的上游和下游部分带走空气，该已知装置较为复杂。为了对将要冲击所述外壳的空气的温度进行全面的控制，控制所述阀门被打开的程度是必要的，同样地，这也是较为复杂的。此外，所述这种类型的装置特别地重并且特别地庞大。最后，将空气从所述高压压缩机的下游部分的带走是没有益处的，这是由于它以非常高的压力消耗掉空气从而对所述发动机的效率造成影响。

当在热状态下重新启动所述发动机(也就是已经停止了一段时间之后重新启动所述涡轮发动机)时出现了另外一个问题，该段时间不足以使所述发动机的温度，特别是所述高压涡轮机的转子盘的温度，恢复至环境温度。在所述发动机停转后，可以看出其底部(6点钟方向)的冷却比其顶部(12点钟方向)的冷却更快，这导致了所述高压涡轮机的转子在所述外壳内占据了一个偏离中心的位置。因此，底部位置中叶片顶端间隙减小，而且，所述高压涡轮的转子叶片的离心能够导致在其底部与所述外壳发生摩擦。

用于通过电加热所述外壳的方式来控制间隙的装置也得以被提出，从而使得适应加速度并且避免热状态重新启动的不良影响成为可能，但是，该装置无法冷却所述外壳，以便在巡航飞行过程中减小所述间隙。

发明内容

本发明特别的目的在于提供一种针对现有技术中的那些问题的解决方案，所述方案简单、有效并且廉价。

为此目的，本发明提供一种涡轮发动机，其包括用于控制高压涡轮机的动叶片顶端和环绕叶片的外壳之间间隙的装置，所述控制装置包括空气冲击冷却装置，用于通过从所述发动机的高压压缩机级所带走的空气冲击来冷却所述外壳，所述涡轮发动机特征在于，其进一步包括用于加热所述外壳顶部的第一电加热装置以及用于加热所述外壳底部的第二电加热装置，以及用于控制所述空气冲击冷却装置的开/关控制装置，以及用于控制所述第一、第二电加热装置的独立装置。

用于以空气冲击方式冷却外壳的装置与用于电加热所述外壳的装置相结合，使得本发明从两个系统的优点中得到好处，同时还避免了它们各自的不同。

为所述外壳加入电加热装置使得移除用于自所述高压压缩机的下游部分带走热空气的回路成为可能，并且因此提高了所述涡轮发动机的性能。

在开/关模式下操纵所述空气冲击冷却装置能够使得所述间隙控制装置的设计得以简化，这是由于不需要再像现有技术那样对阀门打开的程度加以控制。