燃气涡轮发动机和操作用于燃气涡轮发动机的换热器组件的方法与流程

1.本公开涉及燃气涡轮发动机和操作用于燃气涡轮发动机的换热器组件的方法。


背景技术：

2.已知在燃气涡轮发动机中使用换热器组件来使燃气涡轮发动机的部件冷却。在燃气涡轮发动机的轴承室和齿轮箱中生成的热使用燃料冷却式油冷却器(fcoc)来通过过程流体(诸如，润滑油)而传递到相对冷的燃料。剩余在油中的多余热可以经由空气冷却式油冷却器(acoc)传递到空气流。空气流可以起源于燃气涡轮发动机的旁通导管或冲压进气口。acoc还可以用于耗散由其它热源(诸如，电力发电机、马达或电子器件)生成的热。燃气涡轮发动机技术中的最近的创新已例如由于日益复杂的齿轮箱和轴承布置而导致燃气涡轮发动机内的热生成水平提高。
3.因此，期望的是，提供解决该问题的燃气涡轮发动机和操作用于燃气涡轮发动机的换热器组件的方法。


技术实现要素：

4.根据第一方面，提供了一种燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机包括旁通导管和换热器组件，换热器组件包括换热器和换热器导管，换热器导管具有入口区域、弯曲区域以及出口区域。入口区域配置成从旁通导管接收空气流，弯曲区域配置成将空气流从入口区域传递到出口区域，并且，出口区域配置成将空气流排放到旁通导管中。换热器导管的中心线的方向在入口区域、弯曲区域以及出口区域中的一个或多个处具有相对于燃气涡轮发动机的主旋转轴线的切向分量。换热器设置于弯曲区域内，并且配置成在空气流穿过弯曲区域时，将由燃气涡轮发动机生成的热传递到空气流中。
5.换热器可以包括配置成将由燃气涡轮发动机生成的热传递到空气流中的内部部分、配置成将空气流传递到内部部分的入口面以及配置成将空气流从内部部分排放的出口面。入口面和出口面可以相对于主旋转轴线沿切向方向偏移。
6.入口面和出口面可以与主旋转轴线共面。
7.燃气涡轮发动机可以进一步包括发动机核心。换热器组件可以设置于发动机核心的径向外部和旁通导管的径向内部。换热器可以配置成在空气流穿过弯曲区域时，将由发动机核心生成的热传递到空气流中。
8.换热器可以包括多个区分(distinct)的流体回路。区分的流体回路中的每个可以流体地连接到发动机核心的相应的区分的外部流体回路。
9.换热器导管在入口区域处的中心线和换热器导管在出口区域处的中心线可以是平行的。
10.换热器导管可以包括入口区域开口和出口区域开口。入口区域可以配置成经由入口区域开口从燃气涡轮发动机的旁通导管接收空气流。出口区域可以配置成经由出口区域
开口将空气流排放到旁通导管中。入口区域开口可以设置于围绕主旋转轴线的第一周向位置处。出口区域开口可以设置于与第一周向位置不同的围绕主旋转轴线的第二周向位置处。
11.换热器导管在入口区域处的中心线和换热器导管在出口区域处的中心线可以与主旋转轴线共面。
12.换热器导管在弯曲区域处在垂直于中心线的平面上的横截面面积可以大于换热器导管在入口区域处在垂直于换热器导管的中心线的平面上的横截面面积和换热器导管在出口区域处在垂直于换热器导管的中心线的平面上的横截面面积。
13.入口区域和出口区域可以相对于主旋转轴线周向地偏移，使得入口区域和出口区域并非相对于主旋转轴线周向地重叠。
14.换热器导管的中心线可以沿着弯曲区域曲折。换热器导管的中心线的曲率可以沿着弯曲区域改变符号。
15.换热器导管的中心线的方向可以不具有相对于主旋转轴线的径向分量。
16.换热器的上游的换热器导管的弯曲区域可以由相对于主旋转轴线从彼此周向地分离的第一凹表面和第一凸表面限定。换热器的下游的换热器导管可以由相对于主旋转轴线从彼此周向地分离的第二凹表面和第二凸表面限定。
17.换热器组件可以进一步包括补充空气供应开口，补充空气供应开口在换热器的下游定位于第二凸表面处或邻近第二凸表面定位，并且配置成将补充空气流供应到换热器导管中、供应到第二凸表面上或邻近第二凸表面供应。
18.换热器组件可以进一步包括附加空气供应开口，附加空气供应开口在换热器的上游定位于第一凹表面处或邻近第一凹表面定位，并且配置成将附加空气流供应到换热器导管中、供应到第一凹表面上或邻近第一凹表面供应。
19.根据第二方面，提供了一种操作如任何前文的陈述中所陈述的换热器组件的方法，该方法包括：确定燃气涡轮发动机的参数；以及基于燃气涡轮发动机的参数而使进入换热器导管中的补充空气流的参数变化，和/或基于燃气涡轮发动机的参数而使进入换热器导管中的附加空气流的参数变化。燃气涡轮发动机的参数包括旁通导管内的空气流的压力和离开换热器的过程流体的温度中的至少一个。补充空气流的参数是进入换热器导管中的补充空气流的流动速率。附加空气流的参数包括进入换热器导管中的附加空气流的流动速率和/或进入换热器导管中的附加空气流的温度中的至少一个。
20.燃气涡轮发动机可以进一步包括附加换热器组件。附加换热器组件可以是根据任何前文的陈述的换热器组件。
21.换热器组件的换热器可以相对于主旋转轴线从附加换热器组件的换热器轴向地偏移并且与附加换热器组件的换热器周向地对准。
22.换热器组件和附加换热器组件可以相对于主旋转轴线周向地偏移。
23.燃气涡轮发动机可以进一步包括间隔楔。间隔楔可以设置于换热器组件的换热器导管与附加换热器组件的换热器导管之间，并且部分地限定换热器组件的换热器导管和附加换热器组件的换热器导管。
24.可以提供如任何前文的陈述中所陈述的换热器组件或如任何前文的陈述中所陈述的换热器布置。
25.如在本文中的其它地方注意到的，本公开可以涉及一种燃气涡轮发动机。这样的燃气涡轮发动机可以包括发动机核心，发动机核心包括涡轮、燃烧器、压缩机以及使涡轮连接到压缩机的核心轴。这样的燃气涡轮发动机可以包括位于发动机核心的上游的风扇(具有风扇叶片)。
26.本公开的布置可以特别地但非排他性地有益于经由齿轮箱驱动的风扇。因此，燃气涡轮发动机可以包括齿轮箱，该齿轮箱从核心轴接收输入并且将驱动输出到风扇，以便以比核心轴更低的旋转速度驱动风扇。到齿轮箱的输入可以直接地来自核心轴或例如经由正齿轴和/或齿轮间接地来自核心轴。核心轴可以刚性地连接涡轮和压缩机，使得涡轮和压缩机以相同速度旋转(其中，风扇以较低速度旋转)。
27.如在本文中描述和/或要求保护的燃气涡轮发动机可以具有任何合适的总体架构。例如，燃气涡轮发动机可以具有连接涡轮和压缩机的任何期望数量的轴，例如一个、两个或三个轴。纯粹通过示例的方式，连接到核心轴的涡轮可以是第一涡轮，连接到核心轴的压缩机可以是第一压缩机，并且，核心轴可以是第一核心轴。发动机核心可以进一步包括第二涡轮、第二压缩机以及使第二涡轮连接到第二压缩机的第二核心轴。第二涡轮、第二压缩机以及第二核心轴可以布置成以比第一核心轴更高的旋转速度旋转。
28.在这样的布置中，第二压缩机可以定位于第一压缩机的轴向下游。第二压缩机可以布置成接收(例如，例如经由总体上环状的导管直接地接收)来自第一压缩机的流。
29.齿轮箱可以布置成由配置成以最低旋转速度旋转(例如，在使用中)的核心轴(例如，在上文中的示例中，第一核心轴)驱动。例如，齿轮箱可以布置成仅由配置成以最低旋转速度旋转(例如，在使用中)的核心轴(例如，在上文中的示例中，仅为第一核心轴，而非第二核心轴)驱动。备选地，齿轮箱可以布置成由任何一个或多个轴(例如，在上文中的示例中，第一轴和/或第二轴)驱动。
30.该齿轮箱可以是减速齿轮箱(因为，到风扇的输出是比来自核心轴的输入更低的旋转速率)。可以使用任何类型的齿轮箱。例如，如在本文中的其它地方更详细地描述的，该齿轮箱可以是“行星式”或“星形”齿轮箱。该齿轮箱可以具有任何期望的减速比(被限定为输入轴的旋转速度除以输出轴的旋转速度)，例如大于2.5，例如在从3至4.2、或3.2至3.8的范围内，例如大约为或至少3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1或4.2。齿轮比可以例如在前一句中的值中的任何两个之间。纯粹通过示例的方式，该齿轮箱可以是具有从3.1或3.2至3.8的范围内的比率的“星形”齿轮箱。在一些布置中，齿轮比可以在这些范围之外。
31.在如在本文中描述和/或要求保护的任何燃气涡轮发动机中，燃烧器可以提供在风扇和(一个或多个)压缩机的轴向下游。例如，燃烧器可以在第二压缩机的直接下游(例如，在其离去口处)，在该处提供第二压缩机。通过另外的示例的方式，到燃烧器的离去口处的流可以被提供到第二涡轮的入口，在该处提供第二涡轮。燃烧器可以提供在(一个或多个)涡轮的上游。
32.压缩机或每个压缩机(例如，如上文中所描述的第一压缩机和第二压缩机)可以包括任何数量的级，例如多个级。每个级可以包括一排转子叶片和一排定子导叶，该排定子导叶可以是可变定子导叶(因为，其入射角可以是可变的)。该排转子叶片和该排定子导叶可以从彼此轴向地偏移。
33.涡轮或每个涡轮(例如，如上文中所描述的第一涡轮和第二涡轮)可以包括任何数量的级，例如多个级。每个级可以包括一排转子叶片和一排定子导叶。该排转子叶片和该排定子导叶可以从彼此轴向地偏移。
34.每个风扇叶片可以被限定为具有从径向内部的气体洗涤位置或0％翼展位置处的根部(或毂)延伸到100％翼展位置处的末梢的径向翼展。风扇叶片在毂处的半径与风扇叶片在末梢处的半径的比率可以小于(或大约为)下者中的任何：0.4、0.39、0.38、0.37、0.36、0.35、0.34、0.33、0.32、0.31、0.3、0.29、0.28、0.27、0.26或0.25。风扇叶片在毂处的半径与风扇叶片在末梢处的半径的比率可以在由前一句中的值中的任何两个界定的包括性范围内(即，所述值可以形成上限或下限)，例如在从0.28至0.32的范围内。这些比率通常可以被称为毂与末梢的比率。毂处的半径和末梢处的半径两者可以在叶片的前缘(或轴向最前)部分处测量。当然，毂与末梢的比率指风扇叶片的气体洗涤部分，即，任何平台的径向外侧的部分。
35.风扇的半径可以在发动机中心线与风扇叶片的在其前缘处的末梢之间测量。风扇直径(其可以简单地为风扇的半径的两倍)可以大于(或大约为)下者中的任何：220cm、230cm、240cm、250cm(大约100英寸)、260cm、270cm(大约105英寸)、280cm(大约110英寸)、290cm(大约115英寸)、300cm(大约120英寸)、310cm、320cm(大约125英寸)、330cm(大约130英寸)、340cm(大约135英寸)、350cm、360cm(大约140英寸)、370cm(大约145英寸)、380cm(大约150英寸)、390cm(大约155英寸)、400cm、410cm(大约160英寸)或420cm(大约165英寸)。风扇直径可以在由前一句中的值中的任何两个界定的包括性范围内(即，所述值可以形成上限或下限)，例如在从240cm至280cm或330cm至380cm的范围内。
36.风扇的旋转速度可以在使用中变化。总体上，对于具有较高直径的风扇，旋转速度较低。纯粹通过非限制性示例的方式，在巡航条件下的风扇的旋转速度可以小于2500rpm，例如小于2300rpm。纯粹通过另外的非限制性示例的方式，对于具有从220cm至300cm(例如240cm至280cm或250cm至270cm)的范围内的风扇直径的发动机，在巡航条件下的风扇的旋转速度可以在从1700rpm至2500rpm的范围内，例如在从1800rpm至2300rpm的范围内，例如在从1900rpm至2100rpm的范围内。纯粹通过另外的非限制性示例的方式，对于具有从330cm至380cm的范围内的风扇直径的发动机，在巡航条件下的风扇的旋转速度可以在从1200rpm至2000rpm的范围内，例如在从1300rpm至1800rpm的范围内，例如在从1400rpm至1800rpm的范围内。
37.在燃气涡轮发动机的使用中，风扇(具有相关联的风扇叶片)围绕旋转轴线旋转。该旋转导致风扇叶片的末梢以速度u
末梢
移动。由风扇叶片13对流做的功导致该流的焓升dh。风扇末梢负荷可以被限定为dh/u
末梢
2，其中，dh是跨过风扇的焓升(例如1-d平均焓升)，并且，u
末梢
是风扇末梢(例如在末梢的前缘处)的(平移)速度(其可以被限定为前缘处的风扇末梢半径乘以角速度)。在巡航条件下的风扇末梢负荷可以大于(或大约为)下者中的任何：0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4(该段落中的所有单位都是jkg-1k-1/(ms-1)2)。风扇末梢负荷可以在由前一句中的值中的任何两个界定的包括性范围内(即，所述值可以形成上限或下限)，例如在从0.28至0.31或0.29至0.3的范围内。
38.根据本公开的燃气涡轮发动机可以具有任何期望的旁通比，其中，旁通比被限定
为在巡航条件下通过旁通导管的流的质量流动速率与通过核心的流的质量流动速率的比率。在一些布置中，旁通比可以大于(或大约为)下者中的任何：10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5或20。旁通比可以在由前一句中的值中的任何两个界定的包括性范围内(即，所述值可以形成上限或下限)，例如在从12至16、13至15或13至14的范围内。旁通导管可以基本上是环状的。旁通导管可以在发动机核心的径向外侧。旁通导管的径向外表面可以由机舱和/或风扇外壳限定。
39.如在本文中描述和/或要求保护的燃气涡轮发动机的总压力比可以被限定为风扇上游的停滞压力与最高压力压缩机的离去口处(在进入到燃烧器中之前)的停滞压力的比率。通过非限制性示例的方式，如在本文中描述和/或要求保护的燃气涡轮发动机在巡航时的总压力比可以大于(或大约为)下者中的任何：35、40、45、50、55、60、65、70、75。总压力比可以在由前一句中的值中的任何两个界定的包括性范围内(即，所述值可以形成上限或下限)，例如在从50至70的范围内。
40.发动机的比推力可以被限定为发动机的净推力除以通过发动机的总质量流量。在巡航条件下，在本文中描述和/或要求保护的发动机的比推力可以小于(或大约为)下者中的任何：110nkg-1
s、105nkg-1
s、100nkg-1
s、95nkg-1
s、90nkg-1
s、85nkg-1
s或80nkg-1
s。比推力可以在由前一句中的值中的任何两个界定的包括性范围内(即，所述值可以形成上限或下限)，例如在从80nkg-1
s至100nkg-1
s或85nkg-1
s至95nkg-1
s的范围内。与常规燃气涡轮发动机相比，这样的发动机可以特别地高效。
41.如在本文中描述和/或要求保护的燃气涡轮发动机可以具有任何期望的最大推力。纯粹通过非限制性示例的方式，如在本文中描述和/或要求保护的燃气涡轮可能能够产生至少为(或大约为)下者中的任何的最大推力：160kn、170kn、180kn、190kn、200kn、250kn、300kn、350kn、400kn、450kn、500kn或550kn。最大推力可以在由前一句中的值中的任何两个界定的包括性范围内(即，所述值可以形成上限或下限)。纯粹通过示例的方式，如在本文中描述和/或要求保护的燃气涡轮可能能够产生在从330kn至420kn(例如，350kn至400kn)的范围内的最大推力。上文中所提到的推力可以是在发动机静止的情况下在海平面处的标准大气条件加上15摄氏度(环境压力101.3kpa、温度30摄氏度)下的最大净推力。
42.在使用中，到高压涡轮的进入口处的流的温度可能特别高。可以被称为tet的该温度可以在到燃烧器的离去口处(例如，第一涡轮导叶(其本身可以被称为喷嘴引导导叶)的紧接上游)测量。在巡航时，tet可以至少为(或大约为)下者中的任何：1400k、1450k、1500k、1550k、1600k或1650k。巡航时的tet可以在由前一句中的值中的任何两个界定的包括性范围内(即，所述值可以形成上限或下限)。在发动机的使用中的最大tet可以例如至少为(或大约为)下者中的任何：1700k、1750k、1800k、1850k、1900k、1950k或2000k。最大tet可以在由前一句中的值中的任何两个界定的包括性范围内(即，所述值可以形成上限或下限)，例如在从1800k至1950k的范围内。最大tet可以例如发生在高推力条件下，例如在最大起飞(mto)条件下。
43.在本文中描述和/或要求保护的风扇叶片和/或风扇叶片的翼型件部分可以由任何合适的材料或材料的组合制造。例如，风扇叶片和/或翼型件的至少部分可以至少部分地由复合材料(例如，金属基质复合材料和/或有机基质复合材料(诸如，碳纤维))制造。通过另外的示例的方式，风扇叶片和/或翼型件的至少部分可以至少部分地由金属(诸如，钛基
金属或铝基材料(诸如，铝-锂合金)或钢基材料)制造。风扇叶片可以包括使用不同材料来制造的至少两个区域。例如，风扇叶片可以具有保护性前缘，该保护性前缘可以使用能够比叶片的其余部分更好地抵抗冲击(例如，来自鸟、冰或其它材料)的材料来制造。这样的前缘可以例如使用钛或钛基合金来制造。因而，纯粹通过示例的方式，风扇叶片可以具有带有钛前缘的碳纤维或铝基本体(诸如，铝锂合金)。
44.如在本文中描述和/或要求保护的风扇可以包括中心部分，风扇叶片可以从中心部分例如沿径向方向延伸。风扇叶片可以以任何期望的方式附接到中心部分。例如，每个风扇叶片可以包括可以接合在毂(或盘)中的对应槽的固定装置。纯粹通过示例的方式，这样的固定装置可以呈燕尾榫(dovetail)的形式，该燕尾榫可以槽接到毂/盘中的对应槽中和/或接合该对应槽，以便将风扇叶片固定到毂/盘。通过另外的示例的方式，风扇叶片可以与中心部分一体地形成。这样的布置可以被称为带叶片的盘或带叶片的环。任何合适的方法可以用于制造这样的带叶片的盘或带叶片的环。例如，风扇叶片的至少部分可以由块机加工，和/或风扇叶片的至少部分可以通过焊接(诸如，线性摩擦焊接)来附接到毂/盘。
45.在本文中描述和/或要求保护的燃气涡轮发动机可以或可以不被提供有可变面积喷嘴(van)。这样的可变面积喷嘴可以允许旁通导管的离去口面积在使用中变化。本公开的总体原理可以施加到具有或不具有van的发动机。
46.如在本文中描述和/或要求保护的燃气涡轮的风扇可以具有任何期望的数量的风扇叶片，例如14、16、18、20、22、24或26个风扇叶片。
47.如本文中所使用的，巡航条件具有常规含义，并且将容易被技术人员理解。因而，对于用于飞行器的给定的燃气涡轮发动机，技术人员将立即认识到，巡航条件是指在燃气涡轮发动机设计成附接到的飞行器的给定任务(其在工业中可以被称为“经济任务”)的中间巡航处的发动机操作点。就此点而言，中间巡航是飞行器飞行循环中的点，在该点处，在爬升的顶部与下降的起点之间燃烧的总燃料的50％已被燃烧(其可以由爬升的顶部与下降的起点之间——就时间和/或距离而言——的中点近似)。巡航条件因而限定(在考虑向该飞行器提供的发动机的数量的情况下)提供在燃气涡轮发动机设计成附接到的飞行器的中间巡航处将确保稳态操作(即，维持恒定海拔和恒定马赫数)的推力的燃气涡轮发动机的操作点。例如，在发动机设计成附接到具有相同类型的两个发动机的飞行器的情况下，在巡航条件下，发动机提供在中间巡航处将对于该飞行器的稳态操作所要求的总推力的一半。
48.换而言之，对于用于飞行器的给定的燃气涡轮发动机，巡航条件被限定为发动机的操作点，所述发动机的操作点在中间巡航大气条件下(由在中间巡航海拔处根据iso 2533的国际标准大气来限定)提供比推力(其被需要以在给定的中间巡航马赫数下提供——与飞行器上的任何其它发动机组合——发动机设计成附接到的飞行器的稳态操作)。对于用于飞行器的任何给定的燃气涡轮发动机，中间巡航推力、大气条件以及马赫数是已知的，并且因而清楚地限定发动机在巡航条件下的操作点。
49.纯粹通过示例的方式，在巡航条件下的前向速度可以是从0.7至0.9，例如0.75至0.85，例如0.76至0.84，例如0.77至0.83，例如0.78至0.82，例如0.79至0.81马赫的范围内，例如大约为0.8马赫、大约为0.85马赫或在从0.8至0.85的范围内的任何点。这些范围内的任何单个速度可以是巡航条件的部分。对于某个飞行器，巡航条件可以在这些范围之外，例如低于0.7马赫或高于0.9马赫。
50.纯粹通过示例的方式，巡航条件可以对应于在从10000m至15000m的范围内，例如在从10000m至12000m的范围内，例如在从10400m至11600m(大约38000ft)的范围内，例如在从10500m至11500m的范围内，例如在从10600m至11400m的范围内，例如在从10700m(大约35000ft)至11300m的范围内，例如在从10800m至11200m的范围内，例如在从10900m至11100m的范围内，例如大约为11000m的海拔处的标准大气条件(根据国际标准大气isa)。巡航条件可以对应于在这些范围内的任何给定海拔处的标准大气条件。
51.纯粹通过示例的方式，巡航条件可以对应于在0.8的前向马赫数下和38000ft(11582m)的海拔处的标准大气条件(根据国际标准大气)下提供已知的所要求的推力水平(例如，从30kn至35kn的范围内的值)的发动机的操作点。纯粹通过另外的示例的方式，巡航条件可以对应于在0.85的前向马赫数下和35000ft(10668m)的海拔处的标准大气条件(根据国际标准大气)下提供已知的所要求的推力水平(例如，从50kn至65kn的范围内的值)的发动机的操作点。
52.在使用中，在本文中描述和/或要求保护的燃气涡轮发动机可以在本文中的其它地方限定的巡航条件下操作。这样的巡航条件可以由飞行器的巡航条件(例如，中间巡航条件)确定，至少一个(例如，2或4个)燃气涡轮发动机可以装配到该飞行器，以便提供推进推力。
53.根据一方面，提供了一种飞行器，该飞行器包括如在本文中描述和/或要求保护的燃气涡轮发动机。根据该方面的飞行器是燃气涡轮发动机已设计成附接于其的飞行器。因此，根据该方面的巡航条件对应于如在本文中的其它地方限定的飞行器的中间巡航。
54.根据一方面，提供了一种操作如在本文中描述和/或要求保护的燃气涡轮发动机的方法。该操作可以处于如在本文中的其它地方限定(例如，就推力、大气条件以及马赫数而言)的巡航条件。
55.根据一方面，提供了一种操作包括如在本文中描述和/或要求保护的燃气涡轮发动机的飞行器的方法。根据该方面的操作可以包括(或可以是)如在本文中的其它地方限定的在飞行器的中间巡航处的操作。
56.技术人员将意识到，除了相互排斥的情况之外，关于上文的方面中的任一个而描述的特征或参数可以应用于任何其它方面。此外，除了相互排斥的情况之外，本文中所描述的任何特征或参数可以应用于任何方面和/或与本文中所描述的任何其它特征或参数组合。
附图说明
57.现在将通过示例的方式并且参考附图而描述实施例，其中：图1是包括燃气涡轮发动机的飞行器的平面视图；图2是包括换热器组件的燃气涡轮发动机的横截面截面侧视图；图3是燃气涡轮发动机的上游部分的特写截面侧视图；图4是用于燃气涡轮发动机的齿轮箱的局部剖视图；图5是常规换热器组件的透视图；图6是根据本公开的第一示例性换热器组件的透视图；图7是第一示例性换热器组件的横截面示意性平面视图；
图8是根据本公开的第二示例性换热器组件的透视图；图9是处于第一配置的根据本公开的第三示例性换热器组件的横截面示意性平面视图；图10是处于第二配置的第三示例性换热器组件的横截面示意性平面视图；图11是操作第三示例性换热器组件的第一方法的流程图；图12是操作第三示例性换热器组件的第二方法的流程图；图13是根据本公开的第一示例性换热器布置的透视图；以及图14是根据本公开的第二示例性换热器布置的透视图。
具体实施方式
58.现在将参考附图而讨论本公开的方面和实施例。另外的方面和实施例将对本领域技术人员显而易见。
59.图1是包括燃气涡轮发动机10的飞行器400的平面视图。燃气涡轮发动机10可以是导管式风扇燃气涡轮发动机。飞行器400可以包括任何数量的燃气涡轮发动机10。
60.图2说明具有主旋转轴线9的燃气涡轮发动机10。发动机10包括空气引入口12和推进风扇23，推进风扇23生成两股空气流：核心空气流a和旁通空气流b。燃气涡轮发动机10包括接收核心空气流a的核心11。发动机核心11以轴向流串联的方式包括低压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮17、低压涡轮19以及核心排出喷嘴20。发动机核心11具有基本上与主旋转轴线9对准的中心轴线192。机舱21包围燃气涡轮发动机10并且限定旁通导管22和旁通排出喷嘴18。旁通空气流b流过旁通导管22。风扇23经由轴26和周转齿轮箱30附接到低压涡轮19并且由低压涡轮19驱动。
61.为了清楚起见，图1至图3、图5至图10、图13和图14各自示出主旋转轴线9和中心轴线192的圆柱坐标系180的方向。圆柱坐标系180包括轴向方向(指代为z)182、径向方向(指代为r)184以及切向或周向方向(指代为θ)186。用语轴向地、轴向、径向地、径向、周向地、周向、切向地以及切向相对于主旋转轴线9(并且因而相对于中心轴线192)限定。圆柱坐标系180在上文中所提到的图中被示出为远离主旋转轴线9和中心轴线180移位，然而，将意识到，圆柱坐标系180以主旋转轴线9和中心轴线192为中心(即，轴向方向182与主旋转轴线9对准)。
62.在使用中，核心空气流a被低压压缩机14加速并压缩，并且被导引到高压压缩机15中，在高压压缩机15中，发生进一步的压缩。从高压压缩机15排出的经压缩空气被导引到燃烧设备16中，在燃烧设备16中，该经压缩空气与燃料混合并且混合物燃烧。然后，所得到的热燃烧产物在通过核心排出喷嘴20排出之前，通过高压涡轮17和低压涡轮19膨胀，并且由此驱动高压涡轮17和低压涡轮19，以提供一定的推进推力。高压涡轮17通过合适的互连轴27驱动高压压缩机15。风扇23总体上提供大部分的推进推力。周转齿轮箱30是减速齿轮箱。
63.燃气涡轮发动机10进一步包括换热器组件101，换热器组件101围绕核心11环状地设置，并且配置成将由核心11生成的热传递到旁通空气流b中。特别地，换热器组件101设置于核心11的径向外部和旁通导管22的部分的径向内部。如所示出的，换热器组件101包括入口区域开口111和出口区域开口121。图2中的换热器组件101的位置纯粹是说明性的，并且，将意识到，换热器组件101可以围绕核心11设置于燃气涡轮发动机10内的任何合适的位置
处。
64.在图3中示出对于齿轮式风扇燃气涡轮发动机10的示例性布置。低压涡轮19(参见图2)驱动轴26，轴26联接到周转齿轮布置30的太阳轮或太阳齿轮28。多个行星齿轮32在太阳齿轮28的径向向外并且与太阳齿轮28互相啮合，所述多个行星齿轮32通过行星架34联接在一起。行星架34将行星齿轮32约束成同步地围绕太阳齿轮28进动，同时使每个行星齿轮32能够围绕其自身的轴线旋转。行星架34经由连杆36联接到风扇23，以便驱动其围绕发动机轴线9旋转。环状或环形齿轮38在行星齿轮32的径向向外并且与行星齿轮32互相啮合，所述环状或环形齿轮38经由连杆40联接到静止支承结构24。
65.注意到，如本文中所使用的用语“低压涡轮”和“低压压缩机”可以被认为分别意指最低压力涡轮级和最低压力压缩机级(即，不包括风扇23)和/或通过在发动机中具有最低旋转速度的互连轴26(即，不包括驱动风扇23的齿轮箱输出轴)连接在一起的涡轮和压缩机级。在一些文献中，本文中所提到的“低压涡轮”和“低压压缩机”可以备选地被称为“中压涡轮”和“中压压缩机”。在使用这样的备选术语的情况下，风扇23可以被认为是第一或最低压力、压缩级。
66.在图4中通过示例的方式更详细地示出周转齿轮箱30。太阳齿轮28、行星齿轮32以及环形齿轮38中的每个包括围绕其圆周的齿，以与其它齿轮互相啮合。然而，为了清楚起见，在图4中仅说明齿的示例性部分。说明了四个行星齿轮32，但是，将对技术熟练的读者显而易见的是，在要求保护的本发明的范围内，可以提供更多或更少的行星齿轮32。行星周转齿轮箱30的实际应用总体上包括至少三个行星齿轮32。
67.在图3和图4中通过示例的方式说明的周转齿轮箱30属于行星类型，因为，行星架34经由连杆36联接到输出轴，而环形齿轮38被固定。然而，可以使用任何其它合适类型的周转齿轮箱30。通过另外的示例的方式，周转齿轮箱30可以是星形布置，其中，行星架34被保持固定，而环形(或环状)齿轮38被允许旋转。在这样的布置中，风扇23由环形齿轮38驱动。通过另外的备选示例的方式，齿轮箱30可以是其中环形齿轮38和行星架34两者都被允许旋转的差动齿轮箱。
68.将意识到，图3和图4中所示出的布置仅通过示例的方式，并且，各种备选方案都在本公开的范围内。纯粹通过示例的方式，任何合适的布置可以用于将齿轮箱30定位于发动机10中和/或用于使齿轮箱30连接到发动机10。通过另外的示例的方式，齿轮箱30与发动机10的其它部分(诸如，输入轴26、输出轴以及固定结构24)之间的连接件(诸如，图3示例中的连杆36、40)可以具有任何期望的程度的刚度或柔性。通过另外的示例的方式，可以使用发动机的旋转部分与静止部分之间(例如，来自齿轮箱的输入轴和输出轴与固定结构(诸如，齿轮箱壳)之间)的轴承的任何合适的布置，并且，本公开不限于图3的示例性布置。例如，在齿轮箱30具有星形布置(在上文中描述)的情况下，技术人员将容易理解到，输出和支承连杆以及轴承位置的布置将典型地不同于在图3中通过示例的方式示出的布置。
69.因此，本公开扩展到具有齿轮箱样式(例如，星形或行星式)、支承结构、输入和输出轴布置以及轴承位置的任何布置的燃气涡轮发动机。
70.可选地，齿轮箱可以驱动附加部件和/或备选的部件(例如，中压压缩机和/或升压压缩机)。
71.本公开可以应用于的其它燃气涡轮发动机可以具有备选配置。例如，这样的发动
机可以具有备选数量的压缩机和/或涡轮和/或备选数量的互连轴。通过另外的示例的方式，图2中所示出的燃气涡轮发动机具有分流喷嘴18、20，这意味着，通过旁通导管22的流具有其自身的喷嘴18，喷嘴18与核心排出喷嘴20分开并且在核心排出喷嘴20的径向外侧。然而，这并非限制性的，并且，本公开的任何方面也可以应用于其中通过旁通导管22的流和通过核心11的流在可以被称为混合流喷嘴的单个喷嘴之前(或其上游)被混合或组合的发动机。一个或两个喷嘴(不论是混合流还是分流)可以具有固定面积或可变面积。虽然所描述的示例涉及涡轮风扇发动机，但本公开可以例如应用于任何类型的燃气涡轮发动机，例如，诸如开放转子(其中，风扇级不被机舱包围)或涡轮螺旋桨发动机。在一些布置中，燃气涡轮发动机10可以不包括齿轮箱30。
72.图5是不根据本公开的常规换热器组件301的透视图。换热器组件301被示出为位于环状壳体99内，然而，这不是必须的情况。隐藏特征(即，从图5的视点不可观察到的那些特征)以虚线示出。
73.常规换热器组件301包括换热器导管305和换热器330。换热器导管305具有入口区域310和出口区域320。换热器330设置于入口区域310与出口区域320之间。换热器导管305进一步包括入口导管开口311和出口导管开口321，入口导管开口311和出口导管开口321两者与旁通导管22流体连通。换热器330包括入口面332、出口面334以及设置于入口面332与出口面334之间的内部。入口面332和出口面334相对于轴线9从彼此轴向地偏移。换热器导管305的中心线6(即，沿着换热器导管305的中点伸展的轴线)与轴线9共面。因此，换热器导管305是线性的，并且，换热器导管305的中心线6的方向不具有切向分量186(即，沿方向θ的分量)或周向分量。
74.在操作期间，入口导管310经由入口导管开口311从旁通导管22接收沿由箭头311’指示的方向的空气流。空气流沿着入口导管开口311传到换热器330的入口面332。空气流然后穿过换热器330的内部(在换热器330的内部，空气流被过程流体加热)，并且经由出口面334离开换热器330。空气流然后沿着出口区域320通过，并且沿由箭头321’指示的方向经由出口导管开口321排放到旁通导管22中。
75.图6示出根据本公开的第一示例性换热器组件101的透视图。第一示例性换热器组件101被示出为位于环状壳体199内，然而，这不是必须的情况。
76.第一示例性换热器组件101包括换热器导管105和换热器130。换热器导管105具有入口区域110、弯曲区域135以及出口区域120。换热器130设置于弯曲区域135内。换热器导管105进一步包括入口区域开口111和出口区域开口121，入口区域开口111和出口区域开口121两者与旁通导管22流体连通。换热器130包括入口面132、出口面134以及设置于入口面132与出口面134之间的内部。入口面132和出口面134相对于轴线9沿切向方向从彼此偏移。换热器130流体地连接到设置于燃气涡轮发动机10的核心11内的外部流体回路。
77.在操作期间，入口区域110经由入口导管开口111从旁通导管22接收沿由箭头111’指示的方向的空气流。入口区域开口111相对于燃气涡轮发动机10的导管式风扇取向，以便使空气从燃气涡轮发动机10的旁通导管22到换热器组件101的入口区域110中的进入优化。空气流沿着入口区域110通过，沿着换热器130的上游的弯曲区域135的部分通过，并且传到换热器130的入口面132。穿过外部流体回路的过程流体被加热并且输送到换热器130。过程流体可以是用于核心11的轴承室或齿轮箱的润滑油或用于使燃气涡轮发动机10的核心11
内的电力发电机、马达、功率电子装置或另一发热装置冷却的冷却剂。换热器导管105内的空气流穿过换热器130的内部，并且被过程流体加热，由此使过程流体冷却，过程流体返回到外部流体回路的其余部分。因此，换热器130配置成当空气流穿过弯曲区域135时，将由燃气涡轮发动机10的核心11生成的热传递到空气流中。空气流然后沿着换热器130的下游的弯曲区域135的部分通过，沿着出口区域120通过，并且沿由箭头121’指示的方向经由出口导管开口121排放到旁通导管22中。因此，弯曲区域135配置成将空气流从入口区域110传递到出口区域120，并且，换热器导管105配置成经由换热器130将空气流从入口区域开口111输送到出口区域开口121。
78.图7是在图6中示出的第一示例性换热器101组件穿过与轴线9、192同中心的平面的横截面示意性平面视图。
79.如所示出的，换热器导管105在入口区域110与弯曲区域135之间改变方向，并且在弯曲区域135与出口区域120之间改变方向。因此，换热器导管105的中心线106(即，沿着换热器导管105的中点伸展的轴线)的方向具有相对于轴线9的切向分量(即，沿方向θ186的分量)，并且因而具有周向分量。另外，换热器导管105的中心线106在弯曲区域135内或沿着弯曲区域135基本上曲折，并且具有在弯曲区域135内改变符号的曲率。因此，换热器导管105的中心线106在弯曲区域135内弯曲。换热器导管105因此基本上是蜿蜒的。
80.换热器导管105的中心线106设置于围绕轴线9延伸的单个同中心平面上。因此，换热器导管105的中心线106的方向不具有相对于轴线9的径向分量(即，沿方向r 184的分量)。然而，在备选布置中，这不一定是必须的情况。
81.入口区域开口111设置于围绕轴线9的第一周向位置处，并且，出口区域开口121设置于围绕轴线9的第二周向位置121处。第一周向位置不同于第二周向位置。在图7中所示出的布置中，入口区域110和出口区域120相对于轴线9周向地偏移(即，沿切向方向偏移)，使得入口区域110和出口区域120不相对于轴线9周向地重叠。然而，在备选布置中，入口区域110和出口区域120周向地偏移，同时也周向地重叠。
82.换热器导管105在入口区域110处的中心线106和换热器导管105在出口区域120处的中心线106各自基本上与轴线9共面并且基本上相互平行。
83.换热器导管105在弯曲区域135处在垂直于中心线106的平面上限定的横截面面积大于换热器导管105在入口区域110处在垂直于换热器导管105的中心线106的平面上限定的横截面面积和换热器导管105在出口区域120处在垂直于换热器导管105的中心线106的平面上限定的横截面面积。
84.换热器的入口面132和出口面134相对于彼此偏移，以便限定换热器130的内部部分。入口面132和出口面134相对于轴线9沿切向方向偏移，并且因而周向地偏移。入口面132和出口面134基本上与轴线9共面。因此，换热器130与轴线9对准。
85.换热器130的上游的弯曲区域135由第一凸表面116和第一凹表面118限定。换热器130的下游的弯曲区域135由第二凸表面126和第二凹表面128限定。第一凸表面116和第一凹表面118相对于轴线9沿切向方向偏移，并且因而周向地偏移。同样地，第二凸表面126和第二凹表面128相对于轴线9沿切向方向偏移，并且因而周向地偏移。
86.换热器导管105(包括入口区域110、弯曲区域135、出口区域135、第一凸壁表面116和第二凸壁表面126以及第一凹壁表面118和第二凹壁表面128)的几何结构确保在空气流
穿过换热器130的内部部分之前由入口区域110输送的空气流的速度轮廓(profile)被扩散(即，线性化)。通过换热器130的内部部分的空气流的线性化的速度轮廓提供换热器130内的过程流体的流的更均匀且更优化的对流冷却。
87.通过提供换热器组件101，换热器组件101具有换热器导管105，换热器导管105具有入口区域110、出口区域120以及弯曲区域135，其中，换热器导管105具有带有切向分量的中心线106，并且其中，换热器组件101设置于弯曲区域135内，能够提供相对大的换热器130(即，具有相对大的冷却能力的换热器)，而换热器导管105不必占据燃气涡轮发动机10内的大的周向或径向占用空间。这例如减少成本和重量，为其它部件提供附加空间，改进性能，并且允许在单个燃气涡轮发动机10中提供的更多的换热器。
88.图8示出第二示例性换热器组件102的透视图。第二示例性换热器组件102在形式和功能上与第一示例性换热器组件101基本上相同，其中，同样的参考标号指示共同或类似的特征。然而，第二示例性换热器组件102不同于第一示例性换热器组件101的范围在于，第二示例性换热器组件102的换热器130的长度大于第一示例性换热器组件101的换热器130的长度。弯曲区域135处的换热器导管105具有更大的轴向尺寸，以容纳长形换热器130。
89.第二示例性换热器组件102的长形换热器130可以包括多个区分的流体回路131a、131b，而非单个流体回路。例如，长形换热器130可以包括一个或多个内部隔离物，所述一个或多个内部隔离物用于使长形换热器130分离成多个区分的区段，通过所述区段，可以由相应的(即，分离的)外部流体回路提供过程流体的区分的流。这允许单个换热器130由多个外部流体回路共享。
90.在这样的示例中，消除了对于用以满足多个过程流体的流的附加换热器组件的需要，这提供用于使燃气涡轮发动机10内的过程流体的流冷却的更简单的方式。每个换热器组件102与入口区域开口111与出口区域开口121之间的旁通导管22内的压降相关联。因此，与以其他方式在包括多个区分的换热器组件的情况下将存在的总压降相比，图8的配置可以在旁通导管22内提供更低的总压降。
91.这样的换热器组件102的配置还允许在换热器130内使过程流体的多个流冷却，而不要求在通过换热器130输送之前使多个流混合。因此，过程流体的多个流中的每个可以包括不适合于在换热器130内混合的不同类型的过程流体。
92.图9是第三示例性换热器组件103在正常空气供应模式下通过与轴线9同中心的平面的横截面示意性平面视图。第三示例性换热器组件103在形式和功能上与第一示例性换热器组件101基本上相同，其中，同样的参考标号指代共同或类似的特征。
93.第三示例性换热器组件103与第一示例性换热器组件101的不同之处在于，第三示例性换热器组件103包括：补充空气供应开口140，其在换热器130的下游定位于第二凸表面126处或邻近第二凸表面126定位；和附加空气供应开口141，其在换热器130的上游定位于第一凹表面118处或邻近第一凹表面118定位。补充空气供应开口140经由补充空气供应管线142流体地连接到来自燃气涡轮发动机10的核心11的流体供应。附加空气供应开口141经由附加空气供应管线143流体地连接到来自燃气涡轮发动机10的核心11的流体供应。补充空气控制阀144沿着补充空气供应管线142设置，以用于修改补充空气流的流动速率。附加空气控制阀149沿着附加空气供应管线143设置，以用于修改附加空气流的流动速率。
94.将意识到，在其它示例中，补充空气供应开口140和/或附加空气供应开口141可以
配置成从另一源(诸如，舱室鼓风机压缩机或辅助空气供应)接收它们的相应的空气流。在其它配置中，对于补充空气供应开口140和/或附加空气供应开口141中的每个，空气的源可以是不同的。
95.如上文中所提到的，换热器组件101与入口区域开口111与出口区域开口121之间的旁通导管22内的压降相关联。为了使空气流通过换热器组件101输送，入口区域开口111的上游的旁通导管22内的空气的压力必须足够大，以便能够克服入口区域开口111与出口区域开口121之间的压降。除了其它事物之外，该压降还取决于由出口区域120通过出口区域开口121输送并且输送到燃气涡轮发动机10的旁通导管22中的空气流的有效离去口面积。有效离去口面积可以被视为通过其的空气流为层流的面积。较小的有效离去口面积与增大的压降相关联，而较大的有效离去口面积与减小的压降相关联。
96.在图9中所示出的正常空气供应模式下，关闭补充空气控制阀144，并且，不向补充空气供应开口140或附加空气供应开口141提供补充空气流。仅出于说明性目的，图9示出在正常空气供应模式下近似于弯曲区域135和出口导管120内的空气流的多个流线129(对应的流线也存在于换热器130的上游，但未示出)。
97.当空气流从换热器130穿过弯曲区域135时，在接近第二凸表面126的区域上，倾向于产生不利的压力梯度。不利的压力梯度导致相对于第二凸表面126的内部流动分离，这转而造成产生如流线129a所示出的再循环流的区域。再循环流的区域129a的大小减小有效离去口面积a
e1
，并且因此不利地增大入口区域开口111与出口区域开口121之间的压降。
98.图10示出处于补充空气供应模式的第三示例性换热器组件103。在补充空气供应模式下，补充空气控制阀144至少部分地打开，并且，补充空气流被导引到出口导管120中，并且被导引到弯曲区域135的第二凸表面126上或弯曲区域135的第二凸表面126附近。
99.由于补充空气供应开口140的定位，补充空气控制阀144将补充空气流导引到第二凸表面126上或第二凸表面126附近。因此，补充空气流由于康达效应而具有附接到第二凸表面126的倾向。因此，补充空气流阻碍相对于第二凸表面126的内部流动分离，这减小由流线129a’近似的再循环流的区域的大小。与在正常空气供应模式下的有效离去口面积a
e1
相比，再循环流的区域129a’的减小的大小增大在补充空气供应模式下的有效离去口面积a
e2
，并且因此与正常空气供应模式相比，减小在补充空气供应模式下在入口区域开口111与出口区域开口121之间的压降。
100.在补充空气供应模式下减小的压降具有促进空气流通过换热器组件103的作用，并且，因此，从旁通导管22通过换热器组件103(并且因此通过换热器130)的空气流的质量流动速率可以在补充空气供应模式下比在正常空气供应模式下更大，这转而增大在空气流与在换热器130内的过程流体的流或每个过程流体的流之间的对流传热的速率。换而言之，换热器130内的过程流体的流或每个过程流体的流的冷却速率在补充空气供应模式下比在正常空气供应模式下更高。
101.此外，换热器130内的过程流体的流或每个过程流体的流在补充空气供应模式下的冷却速率可以通过控制补充空气流的质量流动速率来调制。增大补充空气流的质量流动速率增大了邻近第二凸表面126的康达效应的强度，由此阻碍相对于第二凸表面126的内部流动分离。因此，在补充空气供应模式下，出口补充空气流的增大的质量流动速率与增大的有效离去口面积a
e2
和减小的压降相关联，由此增大换热器130内的过程流体的流或每个过
程流体的流的冷却速率。
102.在图9和图10的示例中，第三示例性换热器组件102包括传感器布置145以及与传感器布置145和补充空气控制阀144通信的控制器148。在所说明的示例中，传感器布置145包括过程流体温度传感器146和旁通导管压力传感器147。然而，将意识到，在其它示例中，传感器布置145可以仅包括过程流体温度传感器146或旁通导管压力传感器147。
103.过程流体温度传感器146配置成生成指示换热器130内或至少一个外部流体回路内的过程流体的温度的信号。优选地，过程流体温度传感器146可以配置成生成指示过程流体在它离开换热器130时的温度的信号。旁通导管压力传感器147配置成生成指示燃气涡轮发动机10的旁通导管22内的空气的压力(例如，入口导管开口的上游的压力)的信号。
104.控制器148配置成根据方法900基于由过程流体温度传感器146和/或旁通导管压力传感器147生成的信号而控制补充空气控制阀144的状态，并且由此基于由过程流体温度传感器146生成的信号和/或由旁通导管压力传感器147生成的信号而控制补充空气流的质量流动速率。
105.图11是操作第三示例性换热器组件103的这样的第一方法900的流程图。
106.在第一方法900的第一步骤910中，确定燃气涡轮发动机10的参数。在第一方法900的第二步骤920中，进入换热器导管105中的补充空气流的参数基于燃气涡轮发动机10的参数而变化。燃气涡轮发动机10的参数可以是燃气涡轮发动机10的旁通导管内的空气流的压力和/或离开换热器130的过程流体的温度。补充空气流的参数可以是进入换热器导管105中的补充空气流的流动速率。
107.旁通导管22内的空气流的压力可以由控制器148基于指示入口导管开口的上游的燃气涡轮发动机10的旁通导管22内的空气的压力的从旁通导管压力传感器147接收的信号而确定。离开换热器130的过程流体的温度可以由控制器148基于指示换热器130内或至少一个外部流体回路内的过程流体的温度的从过程流体温度传感器146接收的信号而确定。
108.通过方法900的第一示例的方式，控制器148可以配置成响应于确定过程流体的温度大于上温度阈值而打开补充空气控制阀144，并且由此将换热器组件103置于补充空气供应模式下。如上文中所提到的，这具有促进空气流通过换热器组件103的作用，这增大空气流与换热器130内的过程流体的流或每个过程流体的流之间的对流传热的速率。
109.相反地，控制器148可以配置成响应于确定过程流体的温度低于下温度阈值而关闭补充空气控制阀144，并且由此将换热器组件103置于正常空气供应模式下。这具有减少通过换热器组件103的空气流的作用，其减小空气流与换热器130内的过程流体的流或每个过程流体的流之间的对流传热的速率。
110.以此方式，控制器配置成将换热器130内或外部流体回路或每个外部流体回路内的过程流体的温度维持于下温度阈值与上温度阈值之间。下温度阈值和/或上温度阈值可以基于与外部流体回路或多个外部流体回路相关联的部件或多个部件的冷却要求而选取。
111.通过方法900的第二示例的方式，控制器148可以配置成响应于确定旁通导管22内的空气的压力低于下压力阈值而打开补充空气控制阀144，并且由此将换热器组件103置于补充空气供应模式下。这具有增大旁通导管22内的空气的压力并且促进空气流通过换热器组件103的作用，这增大空气流与换热器130内的过程流体的流或每个过程流体的流之间的对流传热的速率。
112.相反地，控制器148可以配置成响应于确定旁通导管22内的空气的压力大于上压力阈值而关闭补充空气控制阀144，并且由此将换热器组件103置于正常空气供应模式下。这具有减小旁通导管22内的空气的压力并且减少通过换热器组件103的空气流的作用，这减小空气流与换热器130内的过程流体的流或每个过程流体的流之间的对流传热的速率。
113.上压力阈值和/或下压力阈值可以基于换热器组件103的驱动压力要求而选取。驱动压力要求可以与入口区域开口111与出口区域开口121之间的压降相关。
114.例如，可能的是，当燃气涡轮发动机10静止时(即，当燃气涡轮发动机10不具有前向速度时)，和/或当燃气涡轮发动机10的导管式风扇仅引起旁通导管22中的空气与环境空气之间的小的压差时，旁通导管22内的空气的压力不足够高以便由于与换热器组件103相关联的压降(即，驱动压力要求)而充分地驱动空气流通过换热器组件103。将换热器组件103置于补充空气供应模式下减小与换热器组件103相关联的压降，这即使在旁通导管22内的空气的压力低时，也促进空气流通过换热器组件103(并且由此促进换热器130内的过程流体的流或每个过程流体的流的冷却)。另一方面，当旁通导管22内的空气的压力高时，换热器组件103可以被置于正常空气供应模式下，因为，旁通导管22内的空气的压力足够高，以便充分地驱动空气流通过换热器组件103，而不要求通过补充空气供应管线142提供补充流或空气。
115.代替补充空气供应开口140或除了补充空气供应开口140之外，可以替代地利用附加空气供应开口141来在补充空气供应模式下将附加空气流供应到换热器导管105。
116.图12是操作第三示例性换热器组件103的第二方法1000的流程图。
117.在方法1000的第一步骤1010中，确定其中并入有换热器组件103的燃气涡轮发动机10的参数。在方法1000的第二步骤1020中，进入换热器导管105中的附加空气流的参数基于燃气涡轮发动机10的参数而变化。燃气涡轮发动机10的参数可以是燃气涡轮发动机10的旁通导管22内的空气流的压力和/或离开换热器130的过程流体的温度。附加空气流的参数可以是进入换热器导管105中的附加空气流的流动速率和/或进入换热器导管105中的附加空气流的温度。
118.进入换热器导管105中的附加空气流的流动速率可以例如通过控制器148打开或关闭附加空气控制阀149来改变。附加空气供应开口141配置成将附加空气流供应到换热器导管105中，并且供应到弯曲区域135的第二凹表面118上或邻近弯曲区域135的第二凹表面118供应。
119.进入换热器导管105中的附加空气流的温度可以例如通过控制器148控制附加空气流的组成来改变。例如，为了将相对热的附加空气流提供到换热器导管105中，控制器148能够控制核心11以给另外的补充空气供应管线143供应起源于核心11的相对热的部分(例如，压缩机)的附加空气流。此外，为了将相对冷的附加空气流提供到换热器导管105中，控制器148能够控制核心11以给另外的补充空气供应管线143供应起源于核心11的相对冷的部分的附加空气流。
120.通过第二方法1010的示例的方式，控制器148可以配置成当离开换热器130的过程流体的温度低于下温度阈值时，给附加空气供应开口141供应相对热的空气供应(或相对大的流动速率的相对热的空气供应)，由此减小换热器130中的过程流体与穿过换热器导管105的空气流之间的相对温差，并且减少换热器130内的过程流体的冷却的量。相反地，控制
器148可以配置成当离开换热器130的过程流体的温度高于上温度阈值时，给附加空气供应开口141供应相对冷的空气供应(或相对小的流动速率的相对热的空气供应)，由此增大换热器130中的过程流体与穿过换热器导管105的空气流之间的相对温差，并且增加换热器130内的过程流体的冷却的量。
121.在备选布置中，换热器组件可以包括补充空气供应开口140和附加空气供应开口141中的仅一个。
122.图13示出第一示例性换热器布置201的透视图，第一示例性换热器布置201包括多个换热器组件，其中，每个换热器组件根据上文中所描述的示例中的任何，其中，同样的参考标号指示共同或类似的特征。在图12的示例中，多个换热器组件包括第一换热器组件101和第二换热器组件101’。然而，将意识到，换热器布置201可以包括根据上文中所描述的示例性换热器组件的附加换热器组件。
123.第一换热器组件101相对于轴线9从第二换热器组件101’周向地偏移。因此，第一换热器组件101的第一换热器130相对于轴线9相对于第二换热器组件101’的第二换热器130’周向地偏移。第一换热器组件101的换热器导管105和第二换热器组件102的换热器导管105配置成将来自相应的入口区域开口111、111’的相应的空气流输送到相应的出口区域开口121、121’。
124.第一换热器组件101和第二换热器组件101’通过间隔楔150来分离。间隔楔150部分地限定第一换热器导管105和第二换热器导管105’。换而言之，间隔楔150部分地限定第一换热器导管105的内部几何结构和第二换热器导管105’的内部几何结构。间隔楔150可以由燃气涡轮发动机10的壳(诸如，燃气涡轮发动机10的内旁通壳)一体地形成。将间隔楔150提供在每个热组件之间允许限定每个换热器导管的内部几何结构，而不显著地增加换热器布置201的零件计数(并且因此增加复杂性)。
125.图14示出第二示例性换热器布置202的透视图。第二示例性换热器布置202总体上类似于第一示例性换热器布置201，其中，同样的参考标号指示共同或类似的特征。然而，第一换热器组件101的弯曲区域相对于轴线9从第二换热器组件101’的弯曲区域轴向地偏移。此外，第一换热器组件101的换热器130和第二换热器组件101’的换热器130’相对于燃气涡轮发动机10的核心11的轴线9轴向地偏移(即，沿着轴向方向182相对于彼此偏移)。另外，第一换热器组件101的换热器130和第二换热器组件101’的换热器130’相对于轴线9周向地对准。第一换热器组件101的换热器导管105和第二换热器组件102的换热器导管105适于将空气流从相应的入口区域开口111、111’输送到相应的出口区域开口121、121’。
126.第一换热器导管105邻接第二换热器导管105’，以提供紧凑的换热器布置202。然而，在其它示例中，第一换热器导管105可以不邻接第二换热器导管105。在这样的示例中，如上文中所描述的，第一换热器导管105和第二换热器导管105可以由间隔楔150限定。
127.上文中所描述的示例性换热器布置允许多个换热器组件容易地围绕燃气涡轮发动机10的核心11设置，而不要求在每个换热器组件的高度的方面的增加。
128.将理解到，本发明不限于上文中所描述的示例，并且，在不脱离本文中所描述的概念的情况下，能够进行各种修改和改进。除了互相排斥的情况之外，任何特征可以单独地采用或与任何其它特征组合采用，并且，本公开扩展到并且包括本文中所描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。保护范围在所附权利要求中限定。

技术特征：
1.一种燃气涡轮发动机(10)，包括旁通导管(22)和换热器组件(101、102、103)，所述换热器组件(101、102、103)包括换热器(130)和换热器导管(105)，所述换热器导管(105)具有入口区域(110)、弯曲区域(135)以及出口区域(120)，其中，所述入口区域(110)配置成从所述旁通导管(22)接收空气流，所述弯曲区域(135)配置成将所述空气流从所述入口区域(110)传递到所述出口区域(120)，并且，所述出口区域(120)配置成将所述空气流排放到所述旁通导管(22)中，其中，所述换热器导管(105)的中心线(106)的方向在所述入口区域(110)、所述弯曲区域(135)以及所述出口区域(120)中的一个或多个处具有相对于所述燃气涡轮发动机(10)的主旋转轴线(192)的切向分量，并且，其中，所述换热器(130)设置于所述弯曲区域(135)内，并且配置成在所述空气流穿过所述弯曲区域(135)时，将由所述燃气涡轮发动机(10)生成的热传递到所述空气流中。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其中，所述换热器(130)包括配置成将由所述燃气涡轮发动机生成的所述热传递到所述空气流中的内部部分、配置成将所述空气流传递到所述内部部分的入口面(132)以及配置成将所述空气流从所述内部部分排放的出口面(134)，其中，所述入口面(132)和所述出口面(134)相对于所述主旋转轴线(192)沿切向方向偏移，并且可选地，其中，所述入口面(132)和所述出口面(134)与所述主旋转轴线(192)共面。3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，进一步包括发动机核心(11)，其中，所述换热器组件(101、102、103)设置于所述发动机核心(11)的径向外部和所述旁通导管(22)的径向内部，并且其中，所述换热器(130)配置成在所述空气流穿过所述弯曲区域(135)时，将由所述发动机核心(11)生成的热传递到所述空气流中，并且可选地，其中，所述换热器(130)包括多个区分的流体回路(131a、131b)，所述区分的流体回路(131a、131b)中的每个流体地连接到所述发动机核心(11)的相应的区分的外部流体回路。4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其中，所述换热器导管(105)包括入口区域开口(111)和出口区域开口(121)，其中，所述入口区域(110)配置成经由所述入口区域开口(111)从所述燃气涡轮发动机(10)的所述旁通导管(22)接收所述空气流，其中，所述出口区域(120)配置成经由所述出口区域开口(121)将所述空气流排放到所述旁通导管(22)中，其中，所述入口区域开口设置于围绕所述主旋转轴线(192)的第一周向位置处，并且其中，所述出口区域开口设置于与所述第一周向位置不同的围绕所述主旋转轴线(192)的第二周向位置处。5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其中，所述换热器导管(105)在所述弯曲区域(135)处在垂直于所述中心线(106)的平面上的横截面面积大于所述换热器导管(105)在所述入口区域(110)处在垂直于所述换热器导管(105)的所述中心线(106)的平面上的横截面面积和所述换热器导管(105)在所述出口区域(120)处在垂直于所述换热器导管(105)的所述中心线(106)的平面上的横截面面积。6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其中，所述入口区域(110)和所述出口区域(120)相对于所述主旋转轴线(192)周向地偏移，使得所述入口区域(110)和所述出口区域(120)不相对于所述主旋转轴线(192)周向地重叠。7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其中，所述换热器导管(105)的所述中
心线(106)的方向不具有相对于所述主旋转轴线(192)的径向分量。8.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其中，所述换热器(130)的上游的所述换热器导管(105)的所述弯曲区域(135)由相对于所述主旋转轴线(192)从彼此周向地分离的第一凹表面(118)和第一凸表面(116)限定，其中，所述换热器(130)的下游的所述换热器导管(105)由相对于所述主旋转轴线(192)从彼此周向地分离的第二凹表面(128)和第二凸表面(126)限定。9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机(10)，其中，所述换热器组件(101、102、103)进一步包括补充空气供应开口(140)，所述补充空气供应开口(140)在所述换热器(130)的下游定位于所述第二凸表面(126)处或邻近所述第二凸表面(126)定位，并且配置成将补充空气流供应到所述换热器导管(105)中、供应到所述第二凸表面(126)上或邻近所述第二凸表面(126)供应。10.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机(10)，其中，所述换热器组件(101、102、103)进一步包括附加空气供应开口(141)，所述附加空气供应开口(141)在所述换热器(130)的上游定位于所述第一凹表面(118)处或邻近所述第一凹表面(118)定位，并且配置成将附加空气流供应到所述换热器导管(105)中、供应到所述第一凹表面(118)上或邻近所述第一凹表面(118)供应。11.一种操作根据权利要求9或10所述的换热器组件(101、102、103)的方法(900、1000)，所述方法(900、1000)包括：确定(910、1010)所述燃气涡轮发动机(10)的参数；以及基于所述燃气涡轮发动机(10)的所述参数而使进入所述换热器导管(105)中的所述补充空气流的参数变化(920)，和/或基于所述燃气涡轮发动机(10)的所述参数而使进入所述换热器导管(105)中的所述附加空气流的参数变化(1020)，其中，所述燃气涡轮发动机(10)的所述参数包括所述旁通导管(22)内的所述空气流的压力和离开所述换热器(130)的过程流体的温度中的至少一个，其中，所述补充空气流的所述参数是进入所述换热器导管(105)中的所述补充空气流的流动速率，和/或其中，所述附加空气流的所述参数包括进入所述换热器导管(105)中的所述附加空气流的流动速率和/或进入所述换热器导管(105)中的所述附加空气流的温度中的至少一个。12.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，进一步包括附加换热器组件(101’)，所述附加换热器组件(101’)是根据权利要求1的所述换热器组件(101、102、103)。13.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机(10)，其中，所述换热器组件(101)的所述换热器(130)相对于所述主旋转轴线(192)从所述附加换热器组件(101’)的所述换热器(130’)轴向地偏移并且与所述附加换热器组件(101’)的所述换热器(130’)周向地对准，或其中，所述换热器组件(101)和所述附加换热器组件(101’)相对于所述主旋转轴线(192)周向地偏移。14.根据权利要求12或权利要求13所述的燃气涡轮发动机(10)，进一步包括间隔楔(150)，其中，所述间隔楔(150)设置于所述换热器组件(101)的所述换热器导管(105)与所述附加换热器组件(101’)的所述换热器导管(105’)之间，并且部分地限定所述换热器组件(101)的所述换热器导管(105)和所述附加换热器组件(101’)的所述换热器导管(105’)。
15.一种根据权利要求1所述的换热器组件(101、102、103)。

技术总结
一种燃气涡轮发动机(10)包括旁通导管(22)和换热器组件(101、102、103)，换热器组件(101、102、103)包括换热器(130)和换热器导管(105)，换热器导管(105)具有入口区域(110)、弯曲区域(135)以及出口区域(120)。换热器导管(105)的中心线106的方向在入口区域(110)、弯曲区域(135)以及出口区域(120)中的一个或多个处具有相对于燃气涡轮发动机(10)的主旋转轴线(192)的切向分量。换热器(130)设置于弯曲区域(135)内，并且配置成在空气流穿过弯曲区域(135)时，将由燃气涡轮发动机(10)生成的热传递到空气流中。传递到空气流中。传递到空气流中。


技术研发人员：P
受保护的技术使用者：劳斯莱斯有限公司
技术研发日：2023.01.18
技术公布日：2023/7/31