[發明專利]渦輪發動機轉子中的熱管

在審

• 申請號: 201710741668.5
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107780972A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: A.莎馬;D.J.拉波里
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/08
• 分類號: F01D5/08;F28D15/02;F28D15/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 萬欣,安文森

技術領域

本發明大體上涉及渦輪發動機旋轉構件的熱管理。更具體而言，本發明涉及減小渦輪發動機中的旋轉構件的熱梯度。

背景技術

渦輪發動機的空氣動力性能和熱動力性能的進步已經導致了穿過渦輪發動機的旋轉構件的日益增大的熱梯度。較大的熱梯度以及渦輪發動機工作循環引起高周疲勞(HCF)和低周疲勞(LCF)，最終縮短了旋轉構件的結構壽命。此外，由于渦輪發動機停機之后的非對稱冷卻，熱梯度至少部分地對旋轉構件例如軸中的熱彎曲或彎曲轉子負責。

HCF、LCF和彎曲轉子可在渦輪發動機運行期間導致旋轉構件故障，或需要以較小間隔替換旋轉構件，從而增加了渦輪發動機運行成本。由于可導致渦輪發動機效率、性能和結構壽命降低的相鄰旋轉構件的變形，HCF、LCF和彎曲轉子還可引起對其它渦輪發動機構件(例如軸承和殼)的破壞。

增大旋轉構件的厚度、使用較致密的材料以及將較冷的空氣從推進熱動力循環引導至旋轉構件對于減小熱梯度是已知的，從而延長結構壽命且緩和彎曲轉子。此外，制定在渦輪發動機停機期間或停機與重啟之間的較長冷卻周期對于緩和彎曲轉子是已知的。然而，引導來自推進熱動力循環的空氣和使用較厚或較致密的材料降低渦輪發動機效率，且通過減少可用于推進推力的能量或需要用于推進推力的附加能量而增加燃料消耗。此外，較長的冷卻時段增加了渦輪發動機可被重啟之前的時間量，這可具有類似于降低的發動機效率或增加的燃料消耗的經濟性影響。

因此，需要減小穿過旋轉構件的熱梯度，同時緩和對渦輪發動機性能、效率和經濟性的不利影響。

發明內容

本發明的方面和優點將在以下描述中部分地闡明，或可從描述中顯而易見，或可通過實踐本發明來學習。

本公開內容針對一種用于渦輪發動機的旋轉構件。該旋轉構件限定表面，且包括定位在旋轉構件的表面上或旋轉構件內的熱管。熱管包括工作流體和外周壁。

本公開內容的另一方面針對一種渦輪發動機。渦輪發動機包括限定表面的旋轉構件，以及定位在旋轉構件的表面上或旋轉構件內的熱管。熱管包括工作流體和外周壁。渦輪發動機還包括：包括多個旋轉構件的壓縮機區段、包括多個旋轉構件的渦輪區段，以及包括多個旋轉構件的風扇區段。

本發明的這些及其它特征、方面和優點參照以下描述和所附權利要求將變得更好理解。并入且構成本說明書的一部分的附圖示出了本發明的實施例，且與描述一起用于闡釋本發明的原理。

技術方案1. 一種用于渦輪發動機的旋轉構件，包括：

旋轉構件(100)，其限定表面(102)；以及

熱管(104)，其定位在所述旋轉構件(100)的表面(102)上或所述旋轉構件(100)內，其中所述熱管(104)包括工作流體(112)和外周壁(120)。

技術方案2. 根據技術方案1所述的旋轉構件(100)，其特征在于，所述熱管(104)的外周壁(120)限定容納所述工作流體(112)的蒸汽腔(123)。

技術方案3. 根據技術方案1所述的旋轉構件(100)，其特征在于，所述旋轉構件(100)包括第一材料，并且其中所述外周壁(120)包括第二材料，并且進一步其中所述第一材料在成分上不同于所述第二材料。

技術方案4. 根據技術方案1所述的旋轉構件(100)，其特征在于，所述熱管(104)還包括：

內周壁(122)，其中所述外周壁(120)和所述內周壁(122)限定沿徑向在其間的毛細管(125)，并且其中所述內周壁(122)限定蒸汽腔(123)，并且進一步其中所述內周壁(122)允許所述工作流體(112)通過所述內周壁(122)冷凝或蒸發。

技術方案5. 根據技術方案1所述的旋轉構件(100)，其特征在于，所述工作流體(112)包括氦、氮、氨、三氯氟甲烷、二氯氟甲烷、戊烷、三氟三氯乙烷、丙酮、甲醇、全氟甲基環己烷、乙醇、庚烷、水、甲苯、全氟甲基萘烷、二苯醚、汞、銫、鉀、鈉、鋰、銀或它們的組合。

技術方案6. 根據技術方案1所述的旋轉構件(100)，其特征在于，所述旋轉構件(100)限定具有邊沿(109)和開孔(107)的盤，并且其中多個熱管(104)在所述盤上或在所述盤內沿徑向延伸。

技術方案7. 根據技術方案6所述的旋轉構件(100)，其特征在于，所述旋轉構件(100)還包括所述盤的半徑處的沿周向延伸的熱管(105)。

技術方案8. 根據技術方案7所述的旋轉構件(100)，其特征在于，所述沿周向延伸的熱管(105)定位在所述開孔(107)處。