[发明专利]涡轮发动机离心压缩机内气流的调整方法和实施所述方法的扩散器

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮发动机内空气流量的调整方法，特别是直升机涡轮发动机或辅助动力装置(简称APU)内空气流量的调整方法，以适应流量或机械动力或电力的不同需求，所述涡轮发动机包括离心压缩机。本发明还涉及为实施所述方法而装有变距叶片的扩散器。

背景技术

本发明的范围为涡轮发动机内的气体压缩，特别是压缩空气流量的调整，以考虑发动机的性能，特别是在部分负荷情况下的消耗率(简称Cs)，不论是涡轮发动机还是辅助动力装置。

考虑到这个目的，一般的问题是满足泵送裕度(pumping margin)的需要，解决涡轮发动机中间转速时的压缩率下降，以及压缩空气流量和辅助动力装置时的电力需求变化。

人们知道，缩短涡轮发动机操作线可以获得足够的泵送裕度。然而，工作循环速率的下降则会降低发动机的效能(yield)，而这种解决方案又需要压缩机在其最大效能下工作，包括高速运转。

另外，人们还知道，在压缩机入口处，可使用由进气导向叶片(简称IGV)构成的预先旋转环。但是，在这种情况下，针对某个旋转速度的压缩率会明显降低。

在这种情况下，建议使用带有准恒定压缩率的压缩机，不论载荷变化如何，同时又能保持接近最大效能。

在单级压缩机领域，使用的是带变距叶片组件的径向扩散器。例如，专利文件US5207559或EP0589745对这种扩散器就有介绍，而后一个专利则是以本申请者的名义申请的。这些扩散器可以在中间功率时使压缩机流量/压力比特性偏向较小流量，不会显著降低压缩率或效能。

根据所述物理参数(转速、压力、温度)，通过与控制装置相关的相应控制来获得不同螺距。然而，对于控制系统必须满足高功率控制杆的需要的螺距角范围，该螺距角范围引起扩散器进口和出口直径的重大变化，这会在旋转部件(轮盘sheave)和静止部件(径向变距扩散器)之间引起很大的机械偏差，并会在部分负荷时(中间功率)降低效能。

发明内容

本发明的目的是解决这些缺陷，特别是通过保持压缩机效能，显著降低消耗率，同时提供足够的泵送裕度、部分负荷条件下工作循环的良好效能。为此，本发明提出了一种可优化涡轮发动机离心压缩机中空气流可变扩散的方法。

更确切地说，本发明的一个目的是，提出一种涡轮发动机离心压缩机中空气流的可变扩散方法，扩散穿过带变距叶片的第一环形叶片环的空气，所述第一环形叶片环与带有相同数量固定螺距叶片的第二环形叶片环形成径向分界，固定螺距叶片彼此延伸相等，通过两个叶片环叶片的联接而沿径向方向引导扩散，所述第一叶片环的每个叶片以该叶片的距离而被带动旋转。术语“涡轮发动机”是指涡轮发动机，特别是带有离心单级或双级压缩机的直升机涡轮发动机，以及装有离心单级或双级离心压缩机的辅助动力装置(APU)。

在这些情况下，一方面，变距叶片的径向延伸部分会因为使用包括实际叶片的固定叶片环而大大缩短，从而使得应力得到限制，以改变螺距以及固定叶片环和支撑凸缘之间的间隙，进而改变上游/下游循环，达到降低泵送管路损坏和负荷损失的效果。另一方面，变距叶片旋转轴线的偏离轴线会实际降低这种等扩散叶片的径向延伸变化程度：闭合增加更小，从而有利于部分负荷情况下的效能，而打开减小也会更小，从而限制由于轮盘/扩散器相互作用所产生的非稳定气动力波动所引起的机械偏差。

那么，足够的泵送裕度使得涡轮发动机可在任何泵送情况下工作，提供很大的加速度能力，并可使辅助动力装置(APU)面对重要的负荷变化时无需启动排泄阀，与此同时，保持涡轮发动机的转速和压力接近其正常值和提供充足的效能水平。

根据具体实施方式，所述方法应用于装有动力涡轮的涡轮发动机，如上所述的在离心压缩机上的变距径向扩散与变距动力涡轮分配器相耦合。动力的产生可根据几个方案来实施：轴向或离心式自由涡轮或紧密相连的动力涡轮，其带有或不带下游的热交换。

扩散器和变距分配器之间的耦合使得运行管路可以适合流量的减少，从而改善工作循环效能(通过较好的压力)并进而改善直升机和辅助动力装置涡轮发动机的消耗率。

另外，本发明的目的还在于提供一种变距涡轮发动机扩散器以及装有这种扩散器的涡轮发动机，所述扩散器能够实施上述方法。扩散器包括带变距叶片的第一环形叶片环，与第二环形叶片环成径向分界，所述第二环形叶片环带有相等延伸部分的固定螺距叶片。此外，第一叶片环的每个叶片都由控制装置带动，所述控制装置可使得每个叶片正常旋转，而该叶片则相对于其旋转轴线而偏离中心。

根据具体实施例：