[发明专利]转子弯曲管理

说明书

一种减少燃气涡轮发动机的高压转子中的转子弯曲的方法，所述燃气涡轮发动机在轴向流动中具有低压转子和高压转子。所述方法包括(a)在发动机运转时储存来自所述燃气涡轮发动机的引气，以提供储存的气动能量；和(b)在发动机关闭后使用储存的气动能量使所述高压转子以一定的速度旋转并持续减少转子弯曲的持续时间。还公开了一种燃气涡轮发动机，其中通过执行上述方法减少了发动机关闭后高压转子中的转子。

相关申请的交叉引用

本说明书基于并要求2017年12月15日提交的英国专利申请第GB 1720944.6号的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及燃气涡轮发动机及其制造。更具体地，本公开涉及一种管理燃气涡轮发动机(例如民用航空燃气涡轮发动机)中的转子弯曲的方法。

背景技术

燃气涡轮发动机通常在轴向流动中具有低压转子和高压转子。一些发动机在低压转子和高压转子之间具有中压转子。转子在操作中暴露于高温，导致它们膨胀。高压转子通常暴露于这些温度中的最高温度。

当燃气涡轮发动机关闭时，例如由于热量上升而在发动机的上半部和下半部之间发生的不均匀冷却通常导致发动机转子在冷却期间弯曲或变形。高压转子特别容易发生这种膨胀。

弯曲可以在几分钟之内变得明显，例如10分钟，并持续几个小时，例如长达8小时，这取决于所涉及的发动机。如果在存在转子弯曲的情况下启动发动机，则存在压缩机叶片摩擦将发生而损坏发动机的风险。

通常，飞行员和商业航空公司经常需要能够在地面上执行严格时间线的发动机启动，因此非常不希望仅仅由于转子弯曲而导致不得不延迟起飞或者通过在存在残余转子弯曲时启动发动机而冒发动机磨损或发动机损坏的风险。

解决这些问题的现有尝试可以概括为包括启动之前干曲柄启动的方法和关闭之后电动机驱动的方法。

在启动之前干曲柄启动的方法中，发动机在启动之前是干曲柄启动的(也称为干式循环)，其速度和持续时间足以将任何转子弯曲减少到允许发动机安全启动的水平。干曲柄启动意味着通过启动马达以死曲柄速度使发动机曲柄起动几分钟，但燃料关闭并且点火器被禁用。

然而，这种启动之前干曲柄启动的方法需要将发动机干曲柄启动几分钟并且通常不被通常需要发动机启动时间小于一分钟的航空公司操作员接受。这种方法还存在风险：油损、启动马达过热以及可能的转子锁定。

欧洲专利申请EP 3051074 A1公开了一种启动发动机的方法，解决了弯曲转子现象。该方法是上述启动之前干曲柄启动的方法的实例。EP 3051074 A1的方法包括加速阶段，其中转子的转速朝向燃烧速度增加以迫使空气通过发动机；弯曲转子冷却阶段，其在加速阶段期间，其中转子的转速保持低于弯曲转子阈值速度，直到满足非弯曲转子条件，其中强制通过燃气涡轮发动机的空气冷却转子；和燃烧阶段，其在弯曲转子冷却阶段之后并且在达到燃烧速度时，其中燃料被供应到燃气涡轮发动机并且点火开启。

用于解决转子弯曲的关闭之后电动机驱动的方法涉及在发动机关闭之后通过安装在附件齿轮箱上的电驱动马达驱动高压转子。美国专利申请US2017/0234166 A1公开了一种采用这种方法的弯曲转子防止系统。该系统包括热电发电机，其可操作以从发动机的废热产生电力，并且由热电发电机产生的电力为弯曲转子防止电动机提供动力，该电动机可操作以驱动发动机的涡轮机械旋转。