[發明專利]用于渦輪機的熱交換器

在審

• 申請號: 202010004546.X
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111927628A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: K.桑帕思;V.S.拉克什馬南;M.A.本杰明;V.瓦納帕利
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/18
• 分類號: F02C7/18;F04D29/54;F02C7/224;F23R3/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 楊忠;金飛

本發明涉及用于渦輪機的熱交換器。大體上提供了一種包括熱交換器流徑的渦輪機。渦輪機包括：外殼，其沿著軸向方向延伸；預擴散器，其限定進入渦輪機的燃燒區段的入口通路；內殼，其從預擴散器延伸，其中擴散器腔限定在外殼與內殼之間；第一氣室壁，其從預擴散器沿著徑向方向向外延伸；以及第二氣室壁，其從預擴散器沿著徑向方向向外延伸。第二氣室壁沿著軸向方向與第一氣室壁分離。氣室限定在第一氣室壁與第二氣室壁之間。渦輪機包括熱交換器，熱交換器包括與擴散器腔成流體連通的第一導管。第一導管與通路成流體連通，且第二導管與通路和氣室成流體連通。經由第一導管、通路和第二導管而容許工作流體的流從擴散器腔通過熱交換器而到達氣室。

技術領域

本主題大體上涉及用于渦輪機的熱交換器。本主題具體地涉及燃燒區段處的熱交換器系統。

背景技術

隨著熱力發動機(諸如燃氣渦輪發動機)的效率和總壓力比(OPR)的增加，進入燃燒區段的壓縮機出口處的最高空氣溫度大體上也增加。在一些情況下，燃燒區段處的內殼與轉子組件之間的腔內的空氣的溫度可顯著地高于擴散器腔(大部分壓縮機出口空氣進入到其中)處的空氣的溫度。燃燒區段和轉子組件處的密封件(諸如大體上將壓縮機和渦輪轉子相對于彼此而密封的壓縮機排放壓力(CDP)密封件)可由于這些較高的溫度而經歷顯著的退化和不期望的間隙改變。這些不期望的間隙改變可造成熱力發動機的可操作性的劣化，從而引起失速、喘振或其它可操作性和性能故障。因此，需要一種將經冷卻的空氣提供給CDP密封件的熱交換器系統。

發明內容

本發明的方面和優點將在以下描述中得到部分闡述，或可根據描述而為顯然的，或可通過實踐本發明而認識到。

大體上提供了一種包括熱交換器流徑的渦輪機。該渦輪機包括：外殼，其沿著軸向方向延伸；預擴散器，其限定進入渦輪機的燃燒區段的入口通路；內殼，其從預擴散器延伸，其中擴散器腔限定在外殼與內殼之間；第一氣室(plenum)壁，其從預擴散器沿著徑向方向向外延伸；以及第二氣室壁，其從預擴散器沿著徑向方向向外延伸。第二氣室壁沿著軸向方向與第一氣室壁分離。氣室限定在第一氣室壁與第二氣室壁之間。該渦輪機包括熱交換器，該熱交換器包括與擴散器腔成流體連通的第一導管。第一導管與通路成流體連通，并且第二導管與通路和氣室成流體連通。經由第一導管、通路和第二導管而容許工作流體的流從擴散器腔通過熱交換器而到達氣室。

在一個實施例中，第一氣室壁和第二氣室壁各自沿著周向方向延伸以將氣室限定為環形。

在多種實施例中，預擴散器包括導葉，通過該導葉而限定與氣室和內殼的徑向內側的腔成流體連通的跨接(crossover)通路。在一個實施例中，渦輪機進一步包括轉子組件，該轉子組件在內殼的徑向內側延伸。轉子組件包括限定在轉子組件和內殼處的密封件。腔在轉子組件與內殼之間限定成與氣室和密封件成流體連通。

在另外的多種實施例中，渦輪機進一步包括燃料噴射器組件，該燃料噴射器組件包括限定外表面和內表面的主體，其中熱交換器設置在主體內。在一個實施例中，熱交換器進一步包括成同心布置的多個壁。多個壁限定多個通路，多個通路包括由第二通路環繞的第一通路。多個壁限定環繞第二通路的第三通路。各個通路通過多個壁而彼此流體隔離。第一導管由從外表面通過主體而限定的第一導管壁限定。第一導管壁將第一導管與第三通路流體隔離，并且進一步構造成容許工作流體的流從擴散器腔進入第二通路。在另一實施例中，熱交換器進一步包括從外表面通過主體而限定的第二導管壁。第二導管壁限定與第二通路成流體連通的第二導管，其中第二導管壁將第一導管與第三通路流體隔離。第二導管構造成使工作流體的流從第二通路出去以到達氣室。在另外的另一實施例中，燃料噴射器包括從多個壁中的一個或多個延伸到第二通路中的翅片結構。翅片結構限定通過第二通路的螺旋流徑。

在一個實施例中，渦輪機進一步包括燃料系統，該燃料系統構造成向燃料噴射器組件的第一通路和第三通路提供脫氧燃料的一支或多支流。第二通路構造成經由第一導管而從擴散器腔接收壓縮空氣的流。燃料噴射器組件構造成使壓縮空氣的流經由第二導管而出去。燃料的一支或多支流和壓縮空氣在熱交換器內成熱連通。