[發明專利]燃氣渦輪發動機流體冷卻系統及其組裝方法

有效

• 申請號: 201611115170.X
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN106988887B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: M.E.H.森諾恩
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/14
• 分類號: F02C7/14
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周心志;李強

本申請涉及燃氣渦輪發動機流體冷卻系統及其組裝方法。其中，一種用于包括圍繞核心燃氣渦輪發動機的風扇殼的燃氣渦輪發動機的流體冷卻系統，其包括構造成將熱傳遞至熱傳遞流體的熱源，以及與熱源流動連通聯接的主換熱器。主換熱器構造成將熱傳遞流體導送穿過其間，且聯接到風扇殼上。流體冷卻系統還包括與主換熱器流動連通聯接的副換熱器。副換熱器構造成將熱傳遞流體導送穿過其間，且聯接到核心燃氣渦輪發動機上。流體冷卻系統還包括與副換熱器流動連通聯接的旁通機構。旁通機構基于流體介質的溫度可有選擇地移動，以控制穿過副換熱器的冷卻空氣流。

技術領域

本文所述的申請大體上涉及燃氣渦輪發動機，并且更具體地涉及用于燃氣渦輪發動機的流體冷卻系統。

背景技術

燃氣渦輪發動機通常包括入口、風扇、低壓壓縮機和高壓壓縮機、燃燒器和至少一個渦輪。壓縮機壓縮空氣，空氣被導送至其與燃料混合的燃燒器。混合物然后點燃來生成熱燃燒氣體。燃燒氣體導送至渦輪，渦輪從燃燒氣體獲得能量來對壓縮機供能，且產生有用功來推進飛行中的飛行器或對負載（如，發電機）供能。

在發動機操作期間，產生了大量熱，其將發動機系統的溫度升高到不可接受的水平。各種潤滑系統用于便于潤滑燃氣渦輪發動機內的構件。潤滑系統構造成將潤滑流體導送至燃氣渦輪發動機內的各種軸承組件和至少一個外部發電機。在操作期間，由發動機和發電機內的構件（如軸承和密封件）生成的熱傳送至潤滑流體。為了便于降低潤滑流體的操作溫度，至少一個已知的燃氣渦輪發動機使用表面冷卻器或磚形冷卻器（brick cooler）中的一者來冷卻在其內循環的流體。

至少一些已知的渦輪發動機包括表面冷卻器，其設計和尺寸確定成在各種預定操作條件期間冷卻發動機流體。具體而言，在用于飛行器發動機中時，至少一些表面冷卻器設計成在標準天、熱天和極熱天操作期間操作，以確保發動機流體的適當冷卻。大體上，發動機流體的溫度越熱，表面冷卻器就必須越大以降低發動機流體溫度。因此，相比于標準天或熱天操作所需的表面的尺寸，極熱天條件需要相對較大的表面冷卻器。由于表面冷卻器的尺寸不可變，故至少一些已知的渦輪發動機包括尺寸確定成在極熱天條件期間將發動機流體溫度降低至預定溫度的表面冷卻器。

然而，渦輪發動機操作時間的僅大約0.1%出現在極熱天條件期間。因此，至少一些已知的渦輪發動機包括比絕大多數時間實際所需的更大的表面冷卻器。此類過大容量增加了飛行器的重量，且因此降低了燃料效率。此外，大于所需的表面冷卻器占據了可用于不同目的的渦輪發動機內的空間。

發明內容

一方面，提供了一種用于燃氣渦輪發動機中的流體冷卻系統，燃氣渦輪發動機包括具有旋轉軸線的核心燃氣渦輪發送機和大致圍繞（circumscribing）核心燃氣渦輪發動機的風扇殼。流體冷卻系統包括構造成將熱傳遞至熱傳遞流體的熱源，以及與熱源流動連通聯接的主換熱器（primary heat exchanger）。主換熱器構造成將熱傳遞流體導送穿過其間，且聯接到風扇殼上。流體冷卻系統還包括與主換熱器流動連通聯接的副換熱器（secondary heat exchanger）。副換熱器構造成將熱傳遞流體導送穿過其間，且聯接到核心燃氣渦輪發動機上。流體冷卻系統還包括與副換熱器流動連通聯接的旁通機構。旁通機構基于流體介質的溫度可有選擇地移動，以控制穿過副換熱器的冷卻空氣流。

另一方面，提供了一種操作燃氣渦輪發動機的方法。該方法包括將熱從熱源傳遞至熱傳遞流體，且將熱傳遞流體導送穿過與熱源流動連通聯接的主換熱器。該方法還包括確定流體介質的溫度，以及基于流體介質的溫度控制旁通機構來有選擇地將副換熱器定位在冷卻空氣流中。

技術方案1. 一種用于燃氣渦輪發動機的流體冷卻系統，所述燃氣渦輪發動機包括具有旋轉軸線的核心燃氣渦輪發動機和大致圍繞所述核心燃氣渦輪發動機的風扇殼，所述流體冷卻系統包括：

構造成將熱傳遞至熱傳遞流體的熱源；

與所述熱源流動連通聯接且構造成將所述熱傳遞流體導送穿過其間的主換熱器，所述主換熱器聯接到所述風扇殼上；