[发明专利]交错燃气涡轮发动机及操作主动间隙控制系统的方法

说明书

本公开内容针对一种燃气涡轮发动机和一种操作用于相互交错涡轮发动机的主动间隙控制系统的方法。该方法包括使空气从压缩机区段流至相互交错涡轮区段的可旋转外部护罩；以及至少基于涡轮发动机的发动机状态调整至外部护罩的空气流。本公开内容进一步针对一种燃气涡轮发动机，其包括低速涡轮转子，低速涡轮转子包括内部护罩、外部护罩，以及联接内部护罩和外部护罩的至少一个连接翼型件。外部护罩包括沿径向方向向内延伸的多个外部护罩翼型件。发动机还包括至少部分地包绕低速涡轮转子的涡轮框架；设置在低速涡轮转子的外部护罩与涡轮框架之间的密封组件；以及联接到涡轮框架上的第五歧管。第五歧管将加压空气流提供至密封组件。

技术领域

本主题大体上涉及燃气涡轮发动机架构和操作。更具体而言，本主题涉及用于涡轮区段的密封和间隙控制的方法。

背景技术

燃气涡轮发动机大体上包括涡轮区段，所述涡轮区段在燃烧区段的下游，可随压缩机区段旋转而旋转和操作燃气涡轮发动机产生动力，例如推进力。一般燃气涡轮发动机设计标准常常包括必须平衡或折衷的冲突标准，包括提高燃料效率、操作效率和/或动力输出，同时维持或减少重量、零件数量和/或包装(即发动机的轴向和/或径向尺寸)。

在涡轮区段中，限定了涡轮转子组件，其使用外径鼓来连接转子。大体上需要吹扫或冷却空气来提供涡轮转子的密封和间隙控制。缺少用于控制的方法和结构大体上导致用于连接转子的鼓的相对较大外径(outer diameter)周围的过量空气泄漏。过大的泄漏和缺少控制大体上导致效率损失，这样会显著地消除外鼓涡轮转子组件的性能和效率益处。

因此，所需的是缓解过大空气泄漏和控制外径转子与涡轮区段的静止结构之间的间隙的结构及方法。

发明内容

本发明的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实施而得知。

本公开内容针对一种操作用于相互交错(interdigitated)涡轮发动机的主动间隙控制系统的方法。该方法包括使空气从压缩机区段流至相互交错涡轮区段的可旋转外部护罩；以及至少基于涡轮发动机的发动机状态调整至外部护罩的空气流。

在一个实施例中，调整至外部护罩的空气流至少基于涡轮区段处的排出气体温度和外部护罩的转速。在另一个实施例中，调整空气流进一步基于与包括外部护罩的第一涡轮转子相互交错的第二涡轮转子的转速。

在各种实施例中，调整至外部护罩的空气流还包括确定外部护罩与第二涡轮转子的多个第二涡轮翼型件的径向外端之间的期望的间隙。在一个实施例中，调整至外部护罩的空气流还包括确定外直径密封组件与外部护罩之间的期望的径向间隙；以及确定外直径密封组件与外部护罩之间的期望的轴向间隙。在又一个实施例中，调整至外部护罩的空气流还包括加压外直径密封组件的第一侧，其中加压第一侧提供了外部护罩与外直径密封组件之间的空气流。在一个实施例中，加压外直径密封组件的第一侧包括加压外部护罩与涡轮框架之间的吸气面密封组件(aspirating face seal assembly)。

在一个实施例中，该方法还包括使空气从压缩机区段流至与外部护罩的多个外部护罩翼型件相互交错的第二涡轮转子。在另一个实施例中，使空气流至第二涡轮转子包括使空气流至第二涡轮转子的内径(inner diameter)以减轻径向热增长。

在其它各种实施例中，该方法还包括旋转燃气涡轮发动机来经由主流动路径和次级流动流径提供空气的流动和压力；将空气的至少一部分引导至外部护罩与涡轮框架之间的吸气面密封组件；以及基于一个或多个发动机操作条件沿外部护罩的纵向方向且围绕外部护罩的圆周引导至少一部分空气。在一个实施例中，将至少一部分空气引导至沿径向设置在外部护罩内侧的第二涡轮转子，其中部分空气提供第二涡轮转子处的热衰减，以缓解第二涡轮转子的径向增长。