[發明專利]具有一體式空氣循環機的燃氣渦輪發動機

有效

• 申請號: 201910511608.3
• 申請日: 2019-06-13
• 公開（公告）號: CN110608099B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 史蒂芬·道格拉斯·約翰森;杰弗里·藍博
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/12
• 分類號: F02C7/12;F02C7/18
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 肖華

一種燃氣渦輪發動機，包括：壓縮機、燃燒器和渦輪，沿著主要流路以順序流動關系布置，渦輪以機械驅動關系連接到壓縮機，以便限定能夠繞著發動機的中心線軸線旋轉的至少一個發動機轉子；次級流路，與主要流路流動連通地連接；以及，空氣循環機，包括承載至少一個空氣循環壓縮機和至少一個空氣循環膨脹機的空氣循環轉子，其中：空氣循環轉子與至少一個發動機轉子以機械驅動關系聯接；空氣循環轉子與次級流路流體流動連通地聯接；以及，空氣循環轉子與至少一個熱交換器流體流動連通地聯接。

技術領域

本發明大體涉及燃氣渦輪發動機的冷卻，更特別地，涉及被用于冷卻燃氣渦輪發動機的空氣循環機。

背景技術

在燃氣渦輪發動機中，壓縮機引氣通常被用于各種目的，諸如發動機的渦輪區段的冷卻，冷卻發動機增強器(后燃器)或加壓軸承集油槽。

在許多情形下，引氣直接被用于冷卻。然而，在現有技術中還已知，提取空氣或引放空氣，使其穿過熱交換器以減少其溫度，然后將其提供給要冷卻的部件或系統。這稱之為“冷卻過的冷卻空氣”(CCA)。

還已知使用發動機引放空氣用于外在目的，諸如飛行器冷卻。這種冷卻系統通常使用“空氣循環機”(ACM)。ACM包含與壓縮機和膨脹機以環路連接的熱側熱交換器和冷側熱交換器。一般，壓縮機和膨脹機通過軸連接。該設備以逆布雷頓循環操作，也已知為貝爾-科勒曼循環。

大體希望增加壓力并減少冷卻空氣的溫度，尤其是在其被用于渦輪部件的情況下。例如，如果能夠獲得充足數量和質量的冷卻劑，則可以容許在高溫環境中使用金屬部件代替陶瓷部件。特別地，希望提供處于或高于壓縮機排出壓力(“P3”)(在操作期間發動機中的最高靜態壓力)的冷卻空氣。

現有技術的一個問題是提供處于或高于P3壓力的冷卻過的冷卻空氣將需要在發動機“護罩下”區域(即，發動機殼體的外部和護罩的內部)中，或發動機自身上安放大型空氣循環機。

發明內容

該問題通過包含用于冷卻引氣的一體式空氣循環機的燃氣渦輪發動機與熱交換器結合來解決。

根據文中描述的技術的一個方面，燃氣渦輪發動機包括：壓縮機、燃燒器和渦輪，沿著主要流路以順序流動關系布置，渦輪以機械驅動關系連接到壓縮機，以便限定能夠繞著發動機的中心線軸線旋轉的至少一個發動機轉子；次級流路，與主要流路流動連通地連接；以及，空氣循環機，包括承載至少一個空氣循環壓縮機和至少一個空氣循環膨脹機的空氣循環轉子，其中：空氣循環轉子與至少一個發動機轉子以機械驅動關系聯接；空氣循環轉子與次級流路流體流動連通地聯接；以及，空氣循環轉子與至少一個熱交換器流體流動連通地聯接。

根據文中描述的技術的另一方面，一種冷卻一種燃氣渦輪發動機中的空氣的方法，該燃氣渦輪發動機包括壓縮機、燃燒器和渦輪，沿著主要流路以順序流動關系布置，渦輪以機械驅動關系連接到壓縮機，以便限定能夠繞著發動機的中心線軸線旋轉的至少一個發動機轉子，該方法包含：次級流路與主要流路流動連通地連接；以及，將來自壓縮機的空氣從主要流路引放到次級流路中；使用空氣循環機壓縮從壓縮機引放的空氣，空氣循環機包括承載至少一個空氣循環壓縮機和至少一個空氣循環膨脹機的空氣循環轉子，其中，空氣循環轉子通過至少一個發動機轉子機械地驅動；將壓縮空氣從空氣循環壓縮機傳遞到熱交換器并從壓縮空氣散出熱量；以及，將壓縮空氣從熱交換器傳遞通過空氣循環膨脹機。

附圖說明

通過參考以下結合附圖的描述可以最好地了解本發明，其中：

圖1是具有一體式空氣循環機的燃氣渦輪發動機的示意性橫截面視圖；

圖2是聯接到熱交換器的示范性空氣循環機的示意性示圖；以及

圖3是包含一體式空氣循環機的燃氣渦輪發動機的一部分的示意性半截面視圖。

具體實施方式