專利名稱：具有熱橋除冰器的氣流分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將諸如空氣的氣流分離為主要流動和次要流動的表面的積冰問題。這種類型的分離器尤其用于雙轉(zhuǎn)子軸流式渦輪機的進ロ壓縮機中。在這種類型的機器中，進氣流被分離為主要和次要流動。在橫截面中通常為環(huán)形的主要流動流過發(fā)動機的不同壓縮階段，燃燒室和渦輪機。橫截面中通常為環(huán)形的、直徑比主要流動大的并且與其同心的次要流動被風(fēng)扇和次要流動定子壓縮并繼而再與主要流動匯合，對推力做出貢獻。
背景技術(shù)：
在通過進氣風(fēng)扇后與主氣流分離的次要流動可以引起次要氣流導(dǎo)向面的前緣結(jié)冰。該氣流不受任何加熱的影響并且其限定邊界壁離機器的熱源相對較遠。在某些情況下(具有高濕度的冷空氣)，空氣可以包括與前緣ー接觸就凝固的過冷水滴，后者増大了結(jié)冰可以發(fā)生的表面。該現(xiàn)象在主要和次要氣流分流器尖端尤其普遍，尤其在前緣和限定接近前緣的次要流動的邊界壁。 專利US2003/0035719A1討論了在分流器尖端的前緣上結(jié)冰的問題。提出的解決辦法是在前緣與限定主要流的壁之間的機械接頭處提供間隙，并且在由分流器尖端形成的空腔中噴射一道熱空氣。由于該間隙，熱空氣可以沿前緣處的機械接頭流動并溢出。該流動確保了接近前緣的熱能的供給?？蛇x擇的辦法是在次要氣流中提供附加壁。尖端被設(shè)計成使得熱空氣流還流出到附加壁上。熱空氣流來自高壓壓縮機。上述闡述所提出的解決辦法具有兩個主要缺點，即，熱空氣供給裝置的復(fù)雜性以及由于該泄漏流導(dǎo)致的動カ損失(壓縮氣流所需的能量不對推力做出貢獻)。專利GB2，406, 142A還提出了前緣和第一排定子葉片上結(jié)冰的問題。提出的解決辦法是提供一連接位于機器內(nèi)分流器尖端的更下游的熱源的熱管。盡管熱管的有效熱導(dǎo)率很高，尤其是與諸如銅的材料相比，但由于需要大量分布在分流器尖端的圓周上的熱管以確保有效的除冰，這種解決方案是昂貴和復(fù)雜的。專利EP2075194A1涉及ー種位于分流器尖端和接近前緣的空氣-油熱交換器。接近前緣的熱交換器的存在具有形成熱源以防止結(jié)冰以及提供高效率的熱交換的雙重優(yōu)點。然而，由于其技術(shù)上的復(fù)雜性而帶來了缺點。該解決方案還呈現(xiàn)出由于交換器的位置很靠前，當機器吸入異物時對交換器的損害及漏油的重要風(fēng)險。專利EP1895141A2也涉及ー種位于分流器尖端和接近前緣的空氣-油熱交換器。分流器尖端的最前沿部分與尖端的壁一起形成了由用于冷卻的潤滑劑覆蓋的內(nèi)部容積。由于由潤滑劑供給的熱量，該結(jié)構(gòu)防止了冰的形成。如在上述專利中，該布置在技術(shù)上很復(fù)雜并且可能出現(xiàn)故障，尤其是當機器吸入異物時會導(dǎo)致潤滑劑的泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在提供一種針對上述問題中的至少ー個的解決辦法，更特別地對氣流分離器的前端(或上游)處的結(jié)冰問題提供一種簡單、經(jīng)濟和可靠的解決辦法。
本發(fā)明包括一種用于將氣流分離為主要流動和次要流動的裝置，包括前緣，其分離氣流并且具有近似楔形的縱截面從而將氣流分離為主要和次要氣流，以及前緣除冰裝置；其特征在于除冰裝置包括金屬葉片，該金屬葉片與前緣的后部接觸并且從前緣起隔開一定距離從前緣延伸至分離器的后端，從而與位于距前緣一定距離的熱源接觸。該解決方案尤其有利，由于其確保了分離器最傾于結(jié)冰的部分與放置在該區(qū)域之后的熱源之間的熱橋，尤其是分離器更厚并且還可以有利地容納熱源。非常簡單地和有效地獲得熱橋。該分離器組件簡單并且在與異物發(fā)生任何碰撞時不可能引起故障。根據(jù)本發(fā)明的有利的實施例，通過所述葉片在前緣的后部的槽中的插入，提供了金屬葉片與前緣之間的接觸，這樣使得安裝非常簡單。此外，該布置確保了滿意的熱傳導(dǎo)。根據(jù)本發(fā)明的另一有利的實施例，分離器包括在主要和次要流動之間的導(dǎo)向壁，并且金屬葉片與該導(dǎo)向壁接觸。該葉片的雙觸點確保了與壁的熱連接，確保了熱量輸入不僅在前緣而且也在壁上。該壁優(yōu)選地與前緣直接接觸。該壁優(yōu)選地與前緣在ー塊或與其整體制成。該壁可能由定子葉片支架形成。優(yōu)選地，葉片可以具有以底部形式的ー個或多個連接，尤其在其中心部分與尖端部分之間，例如導(dǎo)向壁或定子葉片的第一排的支架。如果目標是將熱量導(dǎo)向至殼體上的多個點，則可能提供從葉片的前端或中心部分至這些點的ー個或多個連接。根據(jù)本發(fā)明的另一有利實施例，金屬葉片通過將其后端固定到導(dǎo)向壁固定就位。其另外ー個優(yōu)勢即通過其機械連接直接提供了葉片與壁之間的熱連接。根據(jù)本發(fā)明的另一有利的實施例，金屬葉片主要沿導(dǎo)向壁延伸散布，優(yōu)選地在導(dǎo)向壁與金屬葉片之間布置有絕緣材料。分離器可以是在軸流式渦輪機的主要和次要流動之間的流動分離器。在這種情況下，導(dǎo)向壁可以將主要流動導(dǎo)向并且由用于定子葉片的固定平臺制成。葉片可以主要地沿著這些平臺延伸，優(yōu)選地接觸，以確保葉片的除冰。根據(jù)本發(fā)明的另一有利的實施例，金屬葉片與前緣成整塊并且導(dǎo)向壁通過絕緣材料固定到葉片上。當分離器是軸流式渦輪機的主要和次要流動之間的流動分離器時，該實施例尤其有利。更特別地，導(dǎo)向壁尤其能夠?qū)虼我鲃硬⑶彝ㄟ^葉片支承。
根據(jù)本發(fā)明的另一有利實施例，金屬葉片具有以"S"形式的縱截面，優(yōu)選地具有直線的前后面。該"S"形狀補償了葉片與分離器之間的不同的熱膨脹。根據(jù)本發(fā)明的另一有利實施例，分離器包括用于雙轉(zhuǎn)子軸流式渦輪機中分離氣流的分流器尖端，第一流動是所述雙轉(zhuǎn)子渦輪機組的主要流動以及第二流動是所述雙轉(zhuǎn)子渦輪機組的次要流動。根據(jù)本發(fā)明的另一有利的實施例，分流器尖端包括用于次要流動的導(dǎo)向壁，并且金屬葉片與所述壁的后端接觸。該導(dǎo)流壁優(yōu)選地與前緣直接接觸。該壁優(yōu)選地與前緣在ー塊或與其整體制成。根據(jù)本發(fā)明的另一有利的實施例，分離器包括在次要流動中的導(dǎo)向壁的延伸部中的表面式熱交換器，并且金屬葉片與所述交換器接觸。位于鄰接導(dǎo)向壁定位以及用作熱源的熱交換器的使用對結(jié)構(gòu)的簡單性以及可靠性而言是特別有利的。在任何情況下，其還有助于充分利用被除去的熱量。根據(jù)本發(fā)明的另一有利實施例，導(dǎo)向壁，熱交換器以及金屬葉片形成管組件。這意味著裝配是簡單和迅速的。
根據(jù)本發(fā)明的另一有利實施例，金屬葉片包括至少ー個通過覆蓋組件與螺釘緊密配合的內(nèi)螺紋。裝配進ー步地被簡化。根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例，金屬葉片具有近似圓形的橫截面。根據(jù)本發(fā)明的另一有利實施例，該除冰裝置包括多個葉片，每個都具有近似弧形的橫截面。本發(fā)明還由包括氣流分離器的ー種雙轉(zhuǎn)子軸流式渦 輪機構(gòu)成，該氣流分離器將主要和次要氣流分離，該分離器依照如上所述的分離器。根據(jù)本發(fā)明的有利實施例，金屬葉片與位于距前緣一定距離的熱源相接觸。本發(fā)明還包括一種雙轉(zhuǎn)子軸流式渦輪機，其包括依照如上所述的低壓壓縮機。


圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明的分流器尖端位置的噴氣發(fā)動機的總體剖面圖。圖2是圖I所示的渦輪噴氣機的局部22的剖面圖，示出了，在其他部件中的根據(jù)本發(fā)明的分流器尖端，其包括配備了空氣-油熱交換器的壁。圖2還包括分流器尖端的前部的放大視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的圖2的流動分離器的第一實施例的剖面圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的圖2的流動分離器的第二實施例的剖面圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的圖2的流動分離器的第三實施例的剖面圖。
具體實施例方式在圖I中示意地示出了雙流式渦輪噴氣發(fā)動機。其示出了主要元件，即，起圍繞多個部件的外部機殼作用的機艙6，繞機器的軸線X-X’，轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子2以及被轉(zhuǎn)子2支撐的風(fēng)扇4。在下面的描述中，術(shù)語"上游"和"下游"參見在穿過噴氣發(fā)動機的氣流的方向上的沿軸線X-X’，的軸向位置。術(shù)語"前"等同干"上游"以及"后"等同干"下游"。術(shù)語"內(nèi)"或"內(nèi)部"，以及"夕卜"或"外部"參見相對于渦輪機的軸線X-X’，的徑向位置，"タト"或"外部"意思是遠離所述的軸線的位置以及"內(nèi)"或"內(nèi)部"意思是接近軸線的位置。風(fēng)扇4的下游，氣流被分流器尖端10分隔為主要和次要氣流。主要氣流通過內(nèi)部環(huán)形主要管道或主要流動路徑以進入低壓壓縮機。次要流動氣流由分流器尖端10偏轉(zhuǎn)通過外部環(huán)形次要管道或次要流動路徑。渦輪噴氣機包括一系列功能組風(fēng)扇4，低壓壓縮機14，高壓壓縮機16，燃燒室18和渦輪機20。支持臂8提供在機艙和包括轉(zhuǎn)子和不同級的中心部分之間的機械連接。分流器尖端包括對次要流動路徑的內(nèi)或內(nèi)部劃界的尖端。圖2是從前緣30延伸至支持臂8的分流器尖端的剖面圖，還示出了低壓壓縮機的對應(yīng)部分。分流器尖端確保了在通過低壓壓縮機的主要流動路徑與次要流動路徑之間由風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流的分離。主要流動路徑由轉(zhuǎn)子2的機殼和殼體28界定。移動的，或轉(zhuǎn)子，葉片34由轉(zhuǎn)子2載持并且固定，或定子，葉片32由分流器尖端10的內(nèi)壁和殼體28支撐。分流器尖端的外壁實質(zhì)上包括空氣-油表面式熱交換器24，支承梁26以及形成前緣30和界定主要流動路徑的內(nèi)壁初始端的殼體40。支承梁26緊固到中間殼體36上，其本身通過支承臂8剛性連接到機艙上。中間殼體因此是特別堅固并且是機器的剛性部件。支承梁26從中間殼體36延伸至殼體40。其通常是支持換熱器24的成三角的結(jié)構(gòu)。后者包括形成壁的板并且設(shè)有ー個或多個冷卻油路。板設(shè)在其外面設(shè)有冷卻片。換熱器通常是曲線的從而形成壁的環(huán)形片。可替換地，其可以包括通常為平面或稍稍彎曲的一系列的小平面，并且彼此形成一角度從而形成總體上的曲線形狀。渦輪機的各種機械或電器部件，例如某些軸承，變速箱和ー些電機，必須潤滑和/或冷卻。為了這樣，提供了潤滑系統(tǒng)。油起到潤滑劑的作用并且還作為熱傳送液體，這意味著累積的熱量需要經(jīng)由熱交換器消散。為了將空氣動カ干擾最小化，開發(fā)了所謂的表面式熱交換器。為了在熱傳送液體，例如循環(huán)的潤滑油，與空氣(散熱器)之間，提供熱交換面，他們使用了與氣流相接觸的壁。分流器尖端10的殼體40包括設(shè)計為除去殼體尤其是其前緣30的冰的金屬葉片38。金屬葉片38在前緣30與由熱交換器24表示的熱源之間形成熱橋。金屬葉片38的前 端44被插入到接近前緣30的頭部內(nèi)的對應(yīng)的槽中。用于主要流動的導(dǎo)向壁54的前部也被插入到在頭部的內(nèi)側(cè)上的對應(yīng)的槽中。壁54起支持第一排定子葉片32的作用，在第一排定子葉片32上布置了它們的平臺52并且由焊接或由任意其它手段固定到所述墻上。金屬葉片38的后端46由在壁42的后端50處的機械夾具(未示出)固定。金屬葉片38僅僅由不與尖端的其他部分接觸的其前端44和后端46固定，以確保熱源與前緣30之間的最佳熱連接。其具有"S"形狀的縱截面，其中其前端44和其后端46通常是直的并且最好彼此平行。金屬葉片48的中心部分也具有通常為直線的縱截面。其可以呈現(xiàn)出各種形式，尤其包括避免在分流器尖端10的殼體40的腔中存在的任何障礙的手段。為了補償由溫度變化產(chǎn)生的膨脹，"S"形狀具有能夠變形的優(yōu)點。無論是對于制造還是安裝而言，該形式實施起來尤其簡単。通過插入到前緣的頭部的對應(yīng)的槽中的葉片的前端44的連接還對組件的簡單性以及葉片38相對于殼體40的任何膨脹的補償起到作用。圖3示出了如上所述的流動分離器的第一實施例。示意地示出了熱源24。正如圖2所示的分離器，其可以包括熱交換器，尤其是表面式的，例如空氣冷卻的油冷卻器風(fēng)冷式油冷卻器(ACOC)。金屬葉片具有不同于圖2的輪廓。其中心部分48，如在上述ー個中，盡管通常是直的，在其整個長度上與定子葉片的第一排的葉片的平臺52接觸。該接觸，既提供了至前緣的熱流，也提供了至定子葉片的第一排的熱流，尤其是朝向它們的平臺。在葉片與平臺52之間的接觸可以是簡單的自由接觸或可以是經(jīng)由在葉片與平臺之間制造的一個或多個熱橋。應(yīng)當注意，取決于圍繞分流器尖端的其圓周寬度的葉片可以跨過多個相鄰的平臺(圓周方向的)。壁54還可以具有在平臺(附圖中未示出)之間的連接區(qū)域，從而葉片還可以覆蓋和與一個或多個這些區(qū)域接觸。圖4示出了圖2所述的流動分離器的第二實施例。正如如上所述的第一實施例所述，示意地示出了熱源24。正如圖2所示的分離器，其也可以包括熱交換器，尤其是表面式的，尤其空氣冷卻的油冷卻器(ACOC)。葉片38這里與前緣30和其中心是成整塊的，通常為直線的零件48平行于壁42延伸。該壁經(jīng)由絕緣材料層56還由金屬葉片38支持。用這種方式，來自熱源24的熱導(dǎo)向至邊緣30。壁42保護絕緣材料并且后者確保了從熱源至分流器尖端的前部的最佳的熱能的傳導(dǎo)。圖5示出了圖2所述的流動分離器的第三實施例。正如如上所述的第一和第二實施例所述，示意地示出了熱源24。正如圖2所示的分離器，其也可以包括熱交換器，尤其是表面式的，尤其風(fēng)冷式油冷卻器(ACOC)。葉片從其中心部分48至主要流動導(dǎo)向壁的前部的元件具有連接或底部58，例如第一排定子葉片32的平臺52。為了將熱量導(dǎo)向至殼體上的個別點，可能提供從葉片的前端44或中心部分48至這些點的ー個或多個連接。由于其給予了尖端設(shè)計者，尤其對于形成尖端前部的殼體，相當大的自由度，該結(jié)構(gòu)中的葉片的形狀就用于除冰的熱傳遞而言是尤其令人關(guān)注的。通常，葉片應(yīng)當由諸如鋁的良好的金屬導(dǎo)體制成。殼體40典型地由鋁制成。由干，原理上，葉片38的唯一功能是提供熱橋，其可以使用與本身承受較大應(yīng)カ的殼體40不同的等級的鋁制成。葉片38優(yōu)選彎曲成形。其中間部分48可以具有絕緣涂層以減少殼體的腔內(nèi)通過對流和輻射的熱損失。參照圖2，并且同樣的應(yīng)用到圖3，4和5，限定次要氣流的壁42具有用于支持熱交換器24的前沿的帶有側(cè)翼的后部。盡管未詳細地示出，連接可以是如下的熱交換器的前端，壁42的后端50以及葉片38的后端46構(gòu)成了一組并且包括在相對于轉(zhuǎn)子通常為徑向的方向上鉆出的ー個或多個孔，用于接收固定諸如螺釘以確保該組在壓カ下保持在一起的工具接收諸如螺釘?shù)墓潭ㄊ侄?，以確保該組在壓カ下固定在一起。葉片38的后端46可以·包括用于保持螺母的裝置，從而殼體40、葉片38和熱交換器24組件的固定可以通過從次要氣流通道插入夾緊螺釘而獲得。應(yīng)當注意，葉片優(yōu)選地具有與殼體的對應(yīng)截面相匹配的通常為圓形的截面。葉片可以形成完全閉合或開放的圓。其還可以由一連串的彼此鄰接或分開的弧形的截面組成。取決于各種參數(shù)，其對于由葉片形成的熱橋在軸套的整個圓周上延續(xù)可以是不需要的。還應(yīng)當注意，熱源可以并不一定是熱交換器。例如，葉片的后端可以例如與渦輪機的潤滑系統(tǒng)中的油管相接觸。還應(yīng)當注意，葉片可以向后延伸超過殼體的壁42的后端。甚至，可能熱源的出口并不可能直接在殼體連接分流器尖端的后部的點上(當沒有交換器在該點上吋)，而是僅在更后方。在這種情況下，葉片將是這樣的長度從而形成突起。在這種情況下，當可能需要專門地在殼體40的前端或其前緣30提供熱橋吋，不需要連接到壁42上。還更值得注意的是，在葉片的前端44與殼體之間的連接不需要必須通過自由的插入或通過槽中的滑動。確實，尤其是基于包括組件的導(dǎo)熱性和/或穩(wěn)定性的理由，其可能需要提供使用螺釘實現(xiàn)的某種程度的夾持或附加固定，尤其從對次要氣流劃界的外壁或?qū)χ饕獨饬鲃澖绲膬?nèi)壁。如上所述，對葉片的前端的連接還可能単獨使用螺釘獲得。在任何情況下，在沒有運動的任何可能性的情況下，即使葉片的前端被固定到殼體上，其"S"形狀將補償葉片與殼體之間的不同的熱膨脹。還值得注意的是，依據(jù)上述軸流式渦輪機的本發(fā)明的具體實施方式
還可以被用于主要流動被分離為第一和第二流動的其他的應(yīng)用中。在這種情況下，第一流動對應(yīng)于雙流式軸向式渦輪機中的主要流動以及第二流動對應(yīng)于所述機器的次要流動。
權(quán)利要求
1.一種能夠?qū)饬鞣蛛x為第一流動和第二流動的氣流分離器，包括 分離器前緣(30);以及 前緣除冰裝置； 其中 所述除冰裝置包括至少一個金屬葉片(38)，該金屬葉片(38)與前緣(30)熱接觸，并且從前緣(30)隔開一定距離地從前緣延伸至分離器的后端，從而與和前緣成一定距離的熱源(24)熱接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分離器，其中，所述金屬葉片(38)與所述前緣(30)之間的接觸通過在分離器內(nèi)和接近前緣的槽中插入所述葉片獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2中一個所述的分離器，其中，所述分離器包括在第一和第二流動之間的導(dǎo)向壁(42，52，54)，并且所述金屬葉片(38)與所述導(dǎo)向壁接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的分離器，其中，所述金屬葉片(38)通過將其后端(46)連接到次要流動的導(dǎo)向壁(42)上固定就位。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分離器，其中，所述金屬葉片(38)主要地沿導(dǎo)向壁(42)延伸，優(yōu)選地具有布置在導(dǎo)向壁(42)與金屬葉片(38)之間的絕緣材料(56)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分離器，其中，所述金屬葉片(38)與前緣(30)形成為一整體，并且導(dǎo)向壁(42)通過絕緣材料(56)被固定到葉片上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中之一所述的分離器，其中，所述金屬葉片(38)具有通常為"S"形狀的縱截面，優(yōu)選地具有直的前端和優(yōu)選地具有直的后端。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中之一所述的分離器，其中，所述分離器包括用于分離雙轉(zhuǎn)子軸流式渦輪機中的氣流的分流器尖端，第一流動是所述雙轉(zhuǎn)子渦輪機的主要流動并且第二流動是所述雙轉(zhuǎn)子渦輪機的次要流動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分離器，其中，所述分流器尖端包括次要流動的導(dǎo)向壁(42)，并且所述金屬葉片(38)與所述壁(42)的后端相接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求8和9所述的分離器，其中，所述分離器包括在次要流動的導(dǎo)向壁(42)的延伸中的表面式熱交換器表面(24)，并且金屬葉片(38)與所述交換器(24)相接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求9和10之一所述的分離器，其中，所述導(dǎo)向壁(42)的后端(50)，熱交換器(24)的前端以及葉片(38)的后端(46)形成疊層組件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的分離器，其中，所述金屬葉片(38)包括用于與穿過疊層組件的螺釘緊密配合的至少一個內(nèi)螺紋構(gòu)件。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中之一所述的分離器，其中，所述金屬葉片(38)具有大致圓形的橫截面，或其中除冰裝置包括每個都具有大致為弧形的橫截面的多個葉片。
14.一種雙轉(zhuǎn)子軸流式渦輪機壓縮機，包括根據(jù)權(quán)利要求I至13之一所述的分離器，所述分離器將氣流分離為主要和次要氣流。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的壓縮機，其中，所述金屬葉片(38)與和前緣(30)成一定距離的熱源(24)相接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將流動分離為主要和次要氣流的氣流分離器，尤其適用于雙轉(zhuǎn)子軸流式渦輪機。分離器10由所述渦輪機的分流器尖端構(gòu)成并且包括在被分離的氣流中通常為楔形的前緣30。其還包括金屬葉片38，該金屬葉片38具有“S”形狀的縱截面并且位于與前緣30的后部相接觸的尖端并且從前緣30以一定距離從前緣延伸至分離器10的后端，從而與位于與前緣成一定距離的例如熱交換器這樣的熱源24接觸。
文檔編號F04D29/58GK102733957SQ20121014616
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者A·斯特法尼, A·科內(nèi)特, D·巴朱茲, D·德佩普, G·布羅爾斯, M·斯特倫納特, N·萊馬克斯, Y·庫洛特 申請人:航空技術(shù)空間股份有限公司