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用于涡轮机的低噪声喷射器
技术领域
本发明涉及喷射器技术，更具体地，涉及用于涡轮机的低噪声喷射器。
背景技术
至少一些已知的喷射器混合两种流动流，高压主流或起动流(motive stream)和低压次流或吸入流，以产生具有中间压力或比两个输入流更低压力的排出流。喷射器喷嘴通过加速产生高速射流的高压起动流促进此混合过程。高速射流被导过混合管或混合室以带走低压吸入流。然后，这两种混合流典型地通过扩散器排出。
将起动流节流以使喷射器输出与以非设计负载和/或在环境条件下运行的涡轮匹配。由于输出被减少，现有的节流装置保持恒定的高速射流直径。在这种装置中，通过降低起动流的有效速度来减少流量。在节流条件下降低起动流的速度阻止了喷射器的夹带(entrainment)，因而限制了整个节流范围并降低了夹带性能。
发明内容
根据本发明的一个示例性实施例，涡轮机包括压缩机和喷射器。该喷射器包括至少一个具有第一末端部分的喷嘴，该第一末端部分延伸至限定流动区域的第二末端部分。第二末端部分包括用于控制来自压缩机的气流的可变出口。
根据本发明的另一个示例性实施例，用于涡轮机的喷射器包括至少一个具有第一末端部分的喷嘴，该第一末端部分延伸至限定流动区域的第二末端部分。该第二末端部分包括配置成控制来自压缩机的气流的可变出口。
根据本发明的又一个示例性实施例，控制通过涡轮机喷射器的气流的方法包括：在涡轮机的压缩机部分产生气流；将气流引向喷射器；将气流传至喷射器的喷嘴；以及使气流通过喷嘴的可变出口部分。
通过本发明示例性实施例的技术实现附加的特征和优点。本发明的其它实施例和方面在本文中得到详细描述，并被认为是所要求的发明的一部分。为了更好地理解本发明的优点和特征，可参考实施方式和附图。
附图说明
图1是根据本发明的一个示例性实施例的具有低噪声喷射器的燃气涡轮发动机的示意图，该低噪声喷射器包括具有选择性可变孔的喷嘴；
图2是根据本发明的一个示例性实施例的具有选择性可变孔的喷嘴的局部示意图，其图示了呈第一构形的选择性可变孔；
图3是图2中的喷嘴的局部示意图，其图示了呈第二构形的选择性可变孔；
图4是根据本发明的另一个示例性实施例的具有选择性可变孔的喷嘴的局部示意图，其图示了呈第一构形的选择性可变孔；以及
图5是图4中的喷嘴的局部示意图，其图示了呈第二构形的选择性可变孔。
部件列表：

  2  燃气涡轮发动机  4  压缩机  6  压缩机级  7  压缩机级  8  压缩机级  9  压缩机级
  12  涡轮  14  轴  17  涡轮级  18  涡轮级  19  涡轮级  30  冷却系统  41  第一冷却回路  44  第二冷却回路  47  旁通回路  48  旁通阀  55  喷射器  58  连接器回路  60  喷嘴  70  第一末端部分(60)  71  第二末端部分(60)  72  中间部分(60)  75  流动区域  78  可变出口  79  V形臂  82  出口孔  88  辅助喷嘴  91  致动器轴  93  支撑杆  97  第一末端(88)  98  第二末端(88)  99  中间部分(88)  104  辅助V形臂
  107  辅助出口/孔  120  喷嘴  124  起动管  128  第一末端部分(124)  129  第二末端部分(124)  130  中间部分(124)  132  流动区域  133  可变出口  136  V形臂  138  第一末端部分(136)  139  第二末端部分(136)  140  中间部分(136)  142  铰链  154  V形臂环  157  第一末端(154)  158  第二末端(154)  161  致动器杆  165  孔  166  第一尺寸  169  第二尺寸
具体实施方式
首先参考图1，根据本发明的一个示例性实施例构造的以燃气涡轮发动机的形式示出的涡轮机一般地标示为2。涡轮发动机2包括压缩机4，该压缩机4具有多个压缩机级，其中的四个压缩机级以6至9标示。压缩机4可操作地经由轴14连接到涡轮12上。涡轮12包括多个涡轮级，其中的三个涡轮级以17至19标示。涡轮12也包括将来自压缩机4的冷却气流引向涡轮12的冷却系统30。就是说，冷却空气从级6至级9中的不同级中吸出，并传给涡轮12的级17至级19中的相应级。
为此目的，冷却系统30包括使压缩机级7与涡轮级19互连的第一冷却回路40。在示出的实施例中，压缩机级7是中压级，其连接到涡轮12的相应中压级19。冷却系统30还包括使压缩机级8与涡轮级18互连的第二冷却回路44。压缩机级8处于比级7高的压力，并因而连接到级18上，该级18相似地处于比级17更高的压力。此外，冷却系统30示出为包括具有旁通阀48的旁通回路47，该旁通回路可选择性地运行以保持涡轮发动机2内的内部压力。
为了尽可能少地使用来自压缩机4的高压空气，第二冷却回路44具有喷射器55，该喷射器经连接器回路58可操作地连接到第一冷却回路40上。通过这种布置，通过喷射器55的高压主气流或起动气流吸入来自第一冷却回路40的低压辅助气流或吸入流的一部分。高压气流和低压气流混合以形成组合气流，该组合气流引导通过位于喷射器55内的主喷嘴或起动喷嘴60。起动喷嘴60将高压流体增速至更高速度，以便大体上与例如涡轮级18内的流体压力和速度匹配。然而，当涡轮级18内的压力在涡轮12的整个操作范围内变化时，如将在下面作更详细的讨论，喷射器55可选择性地调节以控制第二冷却回路44内的压力，以便在涡轮12的宽操作范围内匹配涡轮级18内的压力。
现在将参考图2和图3，描述根据本发明的第一示例性实施例构造的起动喷嘴60。如图所示，起动喷嘴60包括第一末端部分70，该第一末端部分70通过限定流动区域75的中间部分72延伸至第二末端部分71。如下面将作更详细讨论的那样，第二末端部分71包括可变出口78。根据该示例性实施例，可变出口78由布置在第二末端部分71处的V形臂79(chevron)部分地限定。V形臂79被设计用来降低来自喷射器55的整体噪声。为了控制气流，V形臂79构造成向喷射器55的中心线(未单独标示)延伸。V形臂79限定用于可变出口78的第一尺寸85。
进一步根据所示的该示例性实施例，喷射器55包括安装在起动喷嘴60内的辅助起动喷嘴88。辅助起动喷嘴88通过多个支撑杆(其中的一个标示为93)可操作地连接到致动器轴91上。如下面更详细讨论的那样，致动器轴91可选择性地操作，以便在流动区域75内移动辅助起动喷嘴88，从而控制来自喷射器55的整个输出。为此目的，辅助起动喷嘴88包括通过中间部分99向第二末端部分98延伸的第一末端部分97。中间部分99限定辅助V形臂104，其相应地限定用于可变出口78的第二尺寸。
通过这种布置，在涡轮2的基本负载运行期间，辅助起动喷嘴88转换至如图2中所示的第一构形，其中，穿过流动区域75的空气穿过配置在第一尺寸85处的可变出口78。然而，在偏离基本负载运行期间或当环境空气温度在设计参数外时，辅助起动喷嘴88向图3所示的第二构形转换，其中，流过流动区域75的气流被引导通过配置在第二尺寸107处的可变出口78。更具体地，在图3所示的第二构形中，辅助V形臂104邻接关闭或缩小可变出口78的V形臂79。当然，根据特定的运行速度和/或环境空气条件，辅助起动喷嘴88可转移到多个中间位置(未示出)中的任何一个，以便建立用于可变出口78的任何数量的中间尺寸，以产生理想的气流压力/速度，从而将冷却空气提供给涡轮级18。通过这种布置，喷射器55可选择性地配置以产生宽范围的压力/容量，从而在跨越涡轮2的宽运行范围内，与涡轮级内的运行压力匹配。
现在参考图4和图5，描述根据本发明另一个示例性实施例构造的起动喷嘴120。如图所示，喷嘴120包括起动管124，该管具有通过中间部分130向第二末端部分129延伸的第一末端部分128，以便限定流动区域132。以类似于上文所描述的方式，第二末端部分129包括可变出口132。喷嘴120进一步包括多个V形臂(其中一个标示为136)，如下文更详细讨论的那样，V形臂限定用于可变出口132的出口几何形状和尺寸。以也类似于上文所描述的方式，V形臂136向喷射器55的中心线(未单独标示)延伸，以便在涡轮运行期间使噪声输出最小化。在示出的实施例中，各V形臂136包括通过中间部分140向第二末端部分139延伸的第一末端部分138。根据所示的该示例性实施列，各V形臂136枢转地安装到起动管124上，因而包括铰链142。如下面将作更详细地描述，V形臂136可选择性地在第一位置(在图4中示出)和第二位置(在图5中示出)之间枢转。
为了控制V形臂136的选择性运动，喷嘴120具有滑动地安装到起动管124上的V形臂环154。V形臂环154包括延伸到第二末端158的第一末端157。第二末端158可操作地连接到多个V形臂136的第一末端部分138上。第一末端部分157可操作地连接到致动器杆161上，致动器杆161可选择性地移动，以便在图4所示的第一位置和图5所示的第二位置之间使V形臂136移动或定位。
在涡轮2的正常或基本负载运行期间，致动器杆161移动以便导致V形臂环154将V形臂136移至图4所图示的建立具有第一尺寸166的出口部分或孔165的第一构形。以这种方式，足够的气流穿过流动区域132进入压缩机级18。在偏离基本负载运行期间，或当环境温度在设计参数之外时，致动器杆161反作用于V形臂环154，以关闭将孔165转至比第一尺寸166小的第二尺寸169的V形臂136。以这种方式，足量和足够温度的冷却空气传给涡轮级18，以便调节偏离基本负载运行。
在这点上，应该了解的是，喷射器55提供选择性可变的气流输出，从而使冷却回路流动能够被调节至跨越宽的运行范围的涡轮发动机的涡轮部分内的压力条件。那就是说，根据本发明示例性实施例的喷射器在更宽的范围或运行条件下是更可调的，以便在更热的温度下提供更多控制，以及提供额外调节以在跨越更宽的运行范围内提供冷却空气。也应该了解的是，可使用多种不同的结构形成可变出口。
一般而言，此书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且也使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果其它示例具有不与权利要求的字面表达不同的结构要件，或者如果其它示例包括与权利要求的字面表达没有本质不同的等效结构要件，则这种其它示例在本发明示例性实施例的范围内。