專利名稱：用于渦輪發(fā)動機的可變動力噴嘴噴射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及渦輪發(fā)動機，尤其涉及為優(yōu)化渦輪發(fā)動機中壓縮機的抽氣混合而對可變動力噴嘴噴射器的使用。
背景技術(shù)：
在燃?xì)廨啓C中，來自壓縮機入口的一部分總氣流被分流用于冷卻各種渦輪組件。然而，分流空氣可能會損耗流過壓縮機的很大一部分總氣流。因此對于該副流的管理和控制可以提高渦輪發(fā)動機的整體性能。
一般，空氣加壓后從壓縮機中抽出，用作各種渦輪組件的冷卻流，從而流經(jīng)燃燒系統(tǒng)的支路。噴射器通常對實現(xiàn)該目的很有用。例如，空氣引流可以從壓縮機的第十三級被抽出以用來冷卻渦輪的第二級噴嘴。空氣引流也可以從另一級中被抽出，比如第九級，并以比從第十三級抽出的氣流更低的壓力和溫度為渦輪的第三級噴嘴提供冷卻空氣。然而，抽氣口通常提供過高的壓力和/或溫度的冷卻氣流。這樣，氣流就有可能受到節(jié)流并造成能量的凈損失。采用噴射器可以將低壓/低溫的氣流與高壓/高溫的氣流混合來提供適中的壓力和溫度，基本上與冷卻渦輪級所需要的壓力和溫度相匹配，雖然同時利用低壓和低溫的氣流可能會作為浪費的能源而耗散掉。
眾所周知，噴射器通常不具有活動件。噴射器的尺寸被設(shè)計用來提供同等條件下的所需空氣。然而日常溫度的差異將會影響噴射器的運行特性。換句話說，在不同日子里，和每日中的不同時間段，噴射器將會有不一樣的運轉(zhuǎn)表現(xiàn)。在比較熱的日子里，噴射器將送出比需求量更多的空氣還可能會溢流。這樣的溢流并不會影響噴射器的使用壽命，但卻可能會對性能效益造成損害。而在比較冷的日子里，噴射器送出的空氣量可能會不夠并可能需要使用到旁通管路。
因此，需要提供一種噴射系統(tǒng)以適應(yīng)周圍環(huán)境每天的差異。這樣的一種系統(tǒng)能更好地提高渦輪發(fā)動機的總效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明因此描述了一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機。該系統(tǒng)包括一具有第一壓縮級和第二壓縮級的壓縮機，一具有第一渦輪級和第二渦輪級的渦輪，連接第一壓縮級和第一渦輪級的第一流動路徑，連接第二壓縮級和第二渦輪級的第二流動路徑，一連接第一流動路徑和第二流動路徑的交叉流動路徑，以及一布置于交叉流動路徑和第一流動路徑附近的噴射器。該噴射器可以是一可變動力噴嘴噴射器。
第一壓縮級可以包括有第十三級，且第二壓縮級可以包括有第九級。第一渦輪級可以包括有第二級噴嘴，且第二渦輪級可以包括有第三級噴嘴。噴射器可以包括有一置于初級噴嘴內(nèi)的柱塞，并有一致動器與柱塞相聯(lián)接。該系統(tǒng)還包括一與第一渦輪級和噴射器相聯(lián)系的壓力傳感器，并且可以使用多個壓力傳感器。
本發(fā)明還描述了一種在具有壓縮機、渦輪和可變動力噴嘴噴射器的渦輪系統(tǒng)中將壓縮機抽氣最大化的方法。該方法包括使第一空氣流從壓縮機流入渦輪，使第二空氣流從壓縮機流入渦輪，將第一空氣流與第二空氣流的一部分在噴射器中混合以形成第三空氣流，感測第三空氣流的壓力，并根據(jù)該感測的壓力調(diào)整該可變動力噴嘴噴射器?；诟袦y到的低壓，該可變動力噴嘴噴射器增加通過該處的第三空氣流，基于感測到的高壓，該可變動力噴嘴噴射器減少通過該處的第三空氣流。
本發(fā)明另外還描述了一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機，該系統(tǒng)包括一具有多個壓縮級的壓縮機，和具有多個渦輪級的渦輪。該系統(tǒng)可以包括一連接第一壓縮級和第一渦輪級的第一流動路徑，一布置于第一流動路徑附近的壓力傳感器，一連接第二壓縮級和第二渦輪級的第二流動路徑，一連接第一流動路徑和第二流動路徑的交叉流動路徑，以及一可調(diào)節(jié)的噴射器，該噴射器置于交叉流動路徑和第一流動路徑附件的位置，并與壓力傳感器相聯(lián)接。該可調(diào)節(jié)的噴射器可以包括一可變動力噴嘴噴射器，還可以包括一置于初級噴嘴內(nèi)的柱塞，和與柱塞相聯(lián)接的一致動器。
通過閱讀下面的具體描述并結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求，本發(fā)明上述和其他技術(shù)特征對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是很明顯的。


圖1為采用現(xiàn)有噴射器的渦輪發(fā)動機中壓縮機和渦輪機截面示意圖。
圖2為現(xiàn)有噴射器的側(cè)面剖視圖。
圖3為本發(fā)明所述的可變動力噴嘴噴射器的側(cè)面剖視圖。
圖4為采用圖3中所示的可變動力噴嘴噴射器的渦輪發(fā)動機中壓縮機和渦輪機截面示意圖。
10渦輪發(fā)動機系統(tǒng)12壓縮機14渦輪16入口20第十三級21第二級噴嘴22流動路徑24第九級26流動路徑28第三級噴嘴29節(jié)流閥30噴射器31交叉流動路徑32流動支路33隔離閥40空氣入口42初級噴嘴44入口46次級噴嘴48混合管50擴散管100可變動力噴嘴噴射器110動力流入口120吸入流入口130初級噴嘴140次級噴嘴
150混合管155第三空氣流160擴散管170柱塞180致動器200渦輪發(fā)動機系統(tǒng)210壓力傳感器具體實施方式
現(xiàn)在參照附圖，在各個視圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖1表示一渦輪發(fā)動機系統(tǒng)10。該系統(tǒng)10包括一壓縮機12和一渦輪機14。壓縮機12具有一入口16用以接收外界環(huán)境空氣。該空氣吸入后被通過不同的壓縮級進行壓縮，每一級都將壓縮空氣至更高的壓力和溫度。大部分的空氣壓縮后被輸送入燃燒室。壓縮機將壓縮空氣和燃料混合用于燃燒。該高溫混合氣體然后被供給到渦輪機14的不同級中?？諝庖饕话阋部梢詮膲嚎s機12的不同級中抽出用作渦輪機14的冷卻氣流或凈化氣流和其它目的。
舉例來說，一高壓抽氣流可以從壓縮機12的第十三級20獲得，使其通過流動路徑22作為冷卻氣流提供給渦輪機14的第二級噴嘴21。如圖所示，可以使用多級流動路徑。類似地，空氣引流也可以從之前的壓縮級中被抽取，比如壓縮機12的第九級24，并通過流動路徑26作為冷卻氣流提供給第三級噴嘴28。一流動支路32與流動路徑22相連接。該流動支路32可以具有一節(jié)流閥29。流動支路32能夠在較冷的天氣里提供更多的氣流，這在以下將進行更詳細(xì)的描述。另外，多個交叉流動路徑也可以被使用。
噴射器30可以布置在流動路徑22中。如上所述，噴射器30消除了耗散抽氣壓力的情況。噴射器30還能夠?qū)⒘鲃勇窂?2和26中的空氣引流混合，以此來調(diào)節(jié)空氣引流量并使整個系統(tǒng)10的效率得到優(yōu)化。一交叉流動路徑31可以置于流動路徑22和26之間。交叉流動路徑31可以包括一隔離閥33，當(dāng)周圍環(huán)境條件不好時，隔離閥33可以將噴射器30隔離開。
圖2表示一現(xiàn)有的噴射器30。該噴射器30為一沒有活動件的機械裝置，根據(jù)動量轉(zhuǎn)換將兩流體進行混合。因為沒有活動件，噴射器30的設(shè)計使其只能基于相同的天氣條件下在特定的設(shè)計狀態(tài)運行。噴射器30具有一用于接收通過流動路徑22高壓動力流的空氣入口40，一使流動的靜壓降低至低于吸力總壓的初級噴嘴42，一通過交叉流動路徑31接收的低壓或吸力流的入口44，從一用以加速二次流以使其靜壓下降的次級噴嘴46，一將兩流動混合的混合管48，以及一使混合流減速并恢復(fù)靜壓的擴散管50。上述現(xiàn)有的噴射器系統(tǒng)記載于美國專利No.6,550,253和US 6,615,574中，在此一并作為參考。
通過將噴射器30定位于流動路徑22中，從壓縮機12的第十三級20抽取的高壓抽氣流在噴射器30的入口40可作為動力流。低壓、低溫流動通過流動路徑26和交叉流動路徑31到達(dá)噴射器30并作為吸力流通過入口44。這樣，兩流動混合到一起并流經(jīng)噴射器30的擴散管50，形成一具第三流53，其壓力和溫度在動力流和吸入流各自的壓力和溫度中間。
圖3表示一本發(fā)明中所述的可變動力噴嘴噴射器100。如圖所示，噴射器100具有一接收通過流動路徑22高壓動力流的動力流入口110，一接收通過交叉流動路徑31低壓吸入流的吸入流入口120，一初級噴嘴130，一次級噴嘴140，一用以混合兩流動以得到第三空氣流155的混合管150，以及一用以將混合流減速并恢復(fù)靜壓的擴散管160。
噴射器100還包括置于初級噴嘴130內(nèi)的柱塞170。一致動器180可以控制柱塞170。該致動器180在初級噴嘴130內(nèi)操縱柱塞170，以此限據(jù)當(dāng)前的環(huán)境條件來改變初級噴嘴130的流通面積。這種可變動力噴嘴噴射器100的樣件在紐約巴達(dá)維亞的Graham公司就有銷售。
圖4表示本發(fā)明中所述的一渦輪發(fā)動機系統(tǒng)200。該系統(tǒng)200采用了噴射器100，并去除了流動支路32和節(jié)流閥29。作為流動支路32的替代，噴射器的致動器180能夠抽回柱塞170以增大初級噴嘴130的流通面積并因此而增加通過該處的空氣流。
噴射器100可以與多個壓力傳感器210相聯(lián)接。壓力傳感器210可以置于渦輪14的第二級噴嘴21附近，以此來感測該處的壓力變化。噴射器100和壓力傳感器210可以與一普通的微處理器和/或其他類型的控制裝置相聯(lián)接。控制裝置根據(jù)從傳感器190接收的信號可以啟動致動器180工作。在此可以使用常規(guī)的速查表格或者是相類似的控制手段。噴射器100也可以將環(huán)境溫度直接加入作為考慮因素。
這樣，噴射器100能在周圍環(huán)境條件的變化范圍內(nèi)提供優(yōu)化的性能，而不是只能針對單一操作溫度提供優(yōu)化。因此噴射器100能夠提供理想的空氣引流并以此使得誘導(dǎo)比(作為一部分高壓空氣的低壓抽氣)最大化。同樣地，整個系統(tǒng)200的復(fù)雜程度也因為流動支路32和節(jié)流閥29的去除而得到了降低。
明顯地是，前述僅僅涉及本發(fā)明優(yōu)選實施例描述，但是在不偏離本發(fā)明所附權(quán)利要求以及其等同物限定的精神和范圍前提下，可進行許多變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機系統(tǒng)(200)，其包括一壓縮機(12)；該壓縮機(12)包括第一壓縮級(20)和第二壓縮級(24)；一渦輪機(14)；該渦輪機(14)包括第一渦輪級(21)和第二渦輪級(28)；連接第一壓縮級(20)和第一渦輪級(21)的第一流動路徑(22)；連接第二壓縮級(24)和第二渦輪級(28)的第二流動路徑(26)；連接第一流動路徑(22)和第二流動路徑(26)的交叉流動路徑(31)；位于交叉流動路徑(31)和第一流動路徑(22)附近的噴射器(100)，該噴射器(100)包括一可變動力噴嘴噴射器(100)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(200)，其中第一壓縮級(20)包括第十三級。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(200)，其中第二壓縮級(24)包括第九級。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(200)，其中第一渦輪級(21)包括第二級噴嘴。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(200)，其中第二渦輪級(28)包括第三級噴嘴。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(200)，其中噴射器(100)包括一置于初級噴嘴(130)內(nèi)的柱塞(170)。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)(200)，其中噴射器(100)包括一與柱塞(170)聯(lián)系的致動器(180)。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(200)，其中還包括與第一渦輪級(210)和噴射器(100)相聯(lián)系的壓力傳感器(210)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(200)，其中傳感器(210)包括多個壓力傳感器。
10.一種使壓縮機在具有壓縮機(12)、渦輪(14)和可變動力噴嘴噴射器(100)的渦輪系統(tǒng)(200)中抽氣最大化的方法，其包括使第一空氣流(22)從壓縮機(12)流入渦輪(14)；使第二空氣流(26)從壓縮機(12)流入渦輪(14)；將第一空氣流(22)與第二空氣流(26)的一部分在噴射器(100)中混合以形成第三空氣流(155)；感測第三空氣流(155)的壓力；并且根據(jù)所感測的壓力調(diào)節(jié)可變動力噴嘴噴射器(100)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機系統(tǒng)(200)。該系統(tǒng)(200)包括一具有第一壓縮級(20)和第二壓縮級(24)的壓縮機(12)，一具有第一渦輪級(21)和第二渦輪級(28)的渦輪機(14)，一連接第一壓縮級(20)和第一渦輪級(21)的第一流動路徑(22)，一連接第二壓縮級(24)和第二渦輪級(28)的第二流動路徑(26)，一連接第一流動路徑(22)和第二流動路徑(26)的交叉流動路徑(31)，以及一置于交叉流動路徑(31)和第一流動路徑(22)附近的噴射器(100)。所述噴射器(100)可以是一可變動力噴嘴噴射器(100)。
文檔編號F02C7/12GK101059102SQ200610064708
公開日2007年10月24日 申請日期2006年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月7日
發(fā)明者C·E·沃爾夫, D·F·比迪, K·N·沃林, D·W·巴爾, K·T·麥戈文, R·P·埃盧里帕蒂, O·薩穆德拉拉 申請人:通用電氣公司