专利名称：使用来自涡轮机排气烟道的辐射红外能量的防冰系统的制作方法
技术领域：
本文公开的主题一般地涉及燃气涡轮发动机，并且更特别地，涉及与燃气涡轮发 动机一起使用的防冰系统。
背景技术：
已知的燃气涡轮发动机包括进气口、核心机(core engine)和排气烟道。已知的 核心机包括压缩机、多个燃烧器以及涡轮。进气口通道将空气吸入压缩机。至少一些已知 的进气口包括空气过滤器组件，该空气过滤器组件过滤吸入的空气来促进保护核心机免受 在吸入的空气流中夹带的物体的损害。核心机产生排放气体，该排放气体以比至少一些吸 入的空气的温度更高的温度经由排气烟道从涡轮机排出。在至少一些已知的燃气涡轮发动机内，进气口内的冰的形成可扰乱气流，并且不 利地影响发动机的性能和效率，并且如果移动的话，会损坏发动机部件。为防止冰形成，至 少一些已知的涡轮机通过经由横流热交换器和/或使用灯组件在进气口内发射红外辐射 来加热进气口，从而从压缩机将压缩气体弓I导至进气口。然而，此类方法通常降低了质量流 率，降低了涡轮机运行压力和/或需要额外的能量输入。因此，期望的是用于防冰的更有效 的方法和/或系统。
发明内容
一方面，提供了用于组装燃气涡轮发动机一种方法。该方法包括给燃气涡轮发动 机内的核心机提供包括空气过滤器组件的进气口。该进气口定向为将空气引入核心机。排 气烟道包括联接至核心机的辐射部分。排气烟道定向为引导来自核心机的排放气体。排气 烟道安置在进气口内，使得辐射部分定向为朝空气过滤器组件发出红外辐射。另一方面，提供了与燃气涡轮发动机一起使用的一种排气烟道，该燃气涡轮发动 机包括核心机以及包括空气过滤器组件的进气口。排气烟道定向为引导来自核心机的排放 气体。排气烟道包括安置在进气口内的辐射部分，使得辐射部分定向为朝空气过滤器组件 发射红外辐射。又另一方面，提供了一种涡轮发动机。该涡轮发动机包括核心机、进气口和排气烟 道。核心机包括上游部分和下游部分。进气口包括空气过滤器组件。进气口联接至核心机 的上游部分来将周围空气引入核心机。排气烟道包括安置在进气口内的辐射部分。排气烟 道联接至核心机的下游部分以引导来自核心机的排放气体。辐射部分定向为朝空气过滤器 组件发出红外辐射。
图1是示例性燃气涡轮发动机的示意性视图；图2是包括示例性防冰耙的燃气涡轮发动机的示意性视图；图3是包括示例性的热交换器系统的燃气涡轮发动机的示意性视图4是包括示例性灯组件的燃气涡轮发动机的示意性视图；图5是燃气涡轮发动机的示意性视图，该燃气涡轮发动机包括示例性进气口和定 向为在该进气口内发出红外辐射的示例性排气烟道；图6是图5中所示的进气口的第图7是图5中所示的进气口的第部件清单100燃气涡轮发动机102进气口104空气过滤器组件106核心机108排气烟道110压缩机112燃烧器组件114涡轮200燃气涡轮发动机202防冰耙300燃气涡轮发动机302热交换器系统304进口热交换器306热交换器400燃气涡轮发动机402灯组件500燃气涡轮发动机502排气烟道504辐射部分506第一侧508第二侧510宽度512直径514高度516辐射部分或高度518距离
具体实施例方式本文描述的方法和系统通过使用排气烟道来在进气口内发出红外辐射以促进改 善燃气涡轮发动机内的防冰，并且更具体而言，促进改善进气口内的防冰。图1至图5是示例性燃气涡轮发动机100、200、300、400和500的示意性视图。燃 气涡轮发动机100、200、300、400和500大致类似，每一个均以串行流排列包括包含空气过 滤器组件104的进气口 102、核心机106和排气烟道108。在示例性实施例中，核心机106包括压缩机110、包括多个燃烧器(未显示)的燃烧器组件112和涡轮114。在运行期间，周围空气经进气口 102和空气过滤器组件104被引向核心机106，并 且更具体而言，引向压缩机110。空气过滤器组件104过滤周围空气，以促进保护核心机106 免受夹带于进入进气口 102的周围空气中的尘埃和/或其它碎屑的损害。压缩机110压缩空气，并且该压缩空气从压缩机110排入燃烧器组件112，其中压 缩空气与燃料混合，并且在燃烧器组件112内点燃以产生燃烧气体。然后该燃烧气体被排 向涡轮114，其中涡轮114将来自燃烧气体的热能转换为用于驱动旋转轴(未显示)的机械 转动能量。排放气体经排气烟道108从涡轮114排出，并且进入涡轮发动机100下游的大气。 从燃气涡轮发动机100排出的废气通常具有比进入进气口 102的吸入空气的温度更高的温度。燃气涡轮发动机100与燃气涡轮发动机200、300、400和500的不同之处在于燃气 涡轮发动机100不包括防冰系统。而燃气涡轮发动机200、300、400、500的每一个均包括防 冰系统的不同实施例。更具体而言，燃气涡轮发动机200包括将来自核心机106的压缩空 气引导至进气口 102的防冰耙202，燃气涡轮发动机300包括将热传输至进气口 102的热交 换器系统302，燃气涡轮发动机400包括从进气口 102内发出热的灯组件402，而燃气涡轮 发动机500包括定向为在进气口内102发出红外辐射的排气烟道502。在图2中所图示的实施例中，防冰耙202将压缩空气从核心机106引至进气口 102。更具体而言，在该示例性实施例中，至少一些压缩空气自压缩机110提取、被引导通过 防冰耙202并且供应至进气口 102。经耙202引导至进气口 102的压缩空气通常处于比进 入进气口 102的吸入空气的温度更高的温度下。值得注意的是，自压缩机110提取的压缩 空气降低了燃气涡轮发动机200的总的质量流率和/或运行压力。在图3中所图示的实施例中，热交换器系统302包括进口横流热交换器(“进口热 交换器”)304和排放横流热交换器(“排放热交换器”)306。更具体而言，在该示例性实施 例中，进口热交换器304安置在进气口 102内，并且排放热交换器306安置在排气烟道108 内。备选地，排放热交换器306可安置在核心机106内。在该示例性实施例中，热交换器系 统302在进口热交换器304和排放热交换器306之间循环流体。更具体而言，在该示例性 实施例中，在排放热交换器306处，热从自涡轮114排放的排放气体传递至被弓I导通过热交 换器系统302的流体。在热交换器系统302内的热的流体被从排放热交换器306引导至进 口热交换器304，其中，在进气口 102处，热从进口热交换器304传递至吸入的空气。值得 注意的是，在热交换器304和306之间传递的热是低效率的，也就是说，一些热在来自涡轮 114的排放气体与被引导通过热交换器系统302的流体之间和/或排放热交换器306与进 口热交换器304之间被损失了。备选地，当将排放热交换器306安置在核心机106内时，经 由热交换器304和306的热传递可降低燃气涡轮发动机300内的运行压力。在图4中图示的实施例中，灯组件402在进气口 102内发出辐射。更具体而言，在 该示例性实施例中，灯组件402朝空气过滤器组件104发出红外辐射。值得注意的是，灯组 件402需要额外的能源来发出红外辐射。在图5中所图示的实施例中，排气烟道502包括辐射部分504，该辐射部分504包 括在进气口 102内基本垂直地朝空气过滤器组件104发出红外辐射的表面区域。
图6是从第一侧506的视角的进气口 102的第一横截面视图。图7是从空气过滤 器组件104的视角的进气口 102的第二横截面视图。排气烟道502定向为将来自燃气涡轮发动机100的排放气体弓|导通过进气口 102。 更具体而言，排气烟道502定向为将来自燃气涡轮发动机100的排放气体从进气口 102的 第一侧506至进气口的第二侧508引导通过进气口 102。在该示例性实施例中，进气口具有 从第一侧506至第二侧508的大约2. 4米(m)的宽度510。在该示例性实施例中，排气烟道 502安置为基本垂直于第一侧506和/或第二侧508。此外，在该示例性实施例中，排气烟 道502安置为基本平行于空气过滤器组件104。在该示例性实施例中，排气烟道502以及(更具体而言)辐射部分504被安置在 空气过滤器组件104的上游。在该示例性实施例中，排气烟道502为基本圆柱形，并且具有 小于进气口 102的高度514的直径512，来使吸入空气能够环绕排气烟道502流向空气过滤 器组件104。更具体而言，在该示例性实施例中，排气烟道502的直径512为大约1.0米，并 且进气口 102的高度514为大约3. 0米。辐射部分504的高度516取决于从辐射部分516 至空气过滤器组件104的距离518。在该示例性实施例中，高度516为大约0. 5米。在该示例性实施例中，排气烟道502由具有大约0. 8的热辐射系数的不锈钢材料 制成。备选地，排气烟道502可具有任何形状或尺寸，或由使燃气涡轮发动机500能够如本 文所述起作用的任何材料制成。在运行期间，周围空气进入进气口 102，并且围绕排气烟道502引导，且朝向空气 过滤器组件104。具有比进入进气口 102的吸入空气的温度更高的温度的辐射部分504发 出红外辐射，从而将热传递至在辐射部分504附近的进气口 102和/或空气过滤器组件104 的至少一部分。例如，在该示例性实施例中，辐射部分504的壁保持在大约417°C (783° F) 下。加热空气过滤器组件104促进加热被经由其中引导的空气。从辐射部分504传递至空气过滤器组件104的辐射热的量值可用下列公式计算
权利要求
1.一种与燃气涡轮发动机(100，200，300，400，500) —起使用的排气烟道(502)，所述 燃气涡轮发动机(100，200，300，400，500)包括核心机(106)和进气口 (102)，所述进气口 (102)包括空气过滤器组件(104)，所述排气烟道定向为引导来自所述核心机的排放气体， 所述排气烟道包括安置在所述进气口内的辐射部分(516)，使得所述辐射部分定向为朝所 述空气过滤器发出红外辐射。
2.根据权利要求1所述的排气烟道(502)，其特征在于，所述排气烟道在所述进气口 (102)的第一侧(506)至所述进气口的相对的第二侧(508)之间延伸。
3.根据权利要求2所述的排气烟道(502)，其特征在于，所述排气烟道定向为基本垂直 于所述第一侧(506)和第二侧(508)的至少其中一个。
4.根据权利要求1所述的排气烟道(502)，其特征在于，所述排气烟道定向为基本平行 于所述空气过滤器组件(104)。
5.根据权利要求1所述的排气烟道(502)，其特征在于，所述辐射部分(504)安置在所 述空气过滤器组件(104)的上游。
6.根据权利要求1所述的排气烟道(502)，其特征在于，所述排气烟道具有比所述进气 口(102)的直径小的直径。
7.一种涡轮发动机(100，200，300，400，500)，包括核心机(106)，其包括上游部分和下游部分；进气口(102)，其包括空气过滤器组件(104)，所述进气口联接至所述核心机的所述上 游部分，以将周围空气引入所述核心机；以及排气烟道(108)，其包括安置在所述进气口内的辐射部分(504)，所述排气烟道联接至 所述核心机的所述下游部分，以引导来自所述核心机的排放气体，所述辐射部分定向为朝 所述空气过滤器组件发出红外辐射。
8.根据权利要求7所述的涡轮发动机(100，200，300，400，500)，其特征在于，所述排气 烟道(502)在所述进气口(102)的第一侧(506)至所述进气口的相对的第二侧(508)之间 延伸。
9.根据权利要求8所述的涡轮发动机(100，200，300，400，500)，其特征在于，所述排气 烟道(502)定向为基本垂直于所述第一侧(506)和第二侧(508)的至少其中一个。
10.根据权利要求7所述的涡轮发动机(100，200，300，400，500)，其特征在于，所述排 气烟道(502)定向为基本平行于所述空气过滤器组件(104)。
全文摘要
本发明涉及使用来自涡轮机排气烟道的辐射红外能量的防冰系统，具体而言，涉及与燃气涡轮发动机(100，200，300，400，500)一起使用的一种排气烟道(502)，该燃气涡轮发动机(100，200，300，400，500)包括核心机(106)和进气口(102)，该进气口(102)包括空气过滤器组件(104)，排气烟道定向为引导来自核心机的排放气体，该排气烟道包括安置在进气口内的辐射部分(516)，使得辐射部分定向为朝空气过滤器组件发射红外辐射。
文档编号F01D25/02GK102116199SQ20101061614
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者P·S·布赖恩特 申请人:通用电气公司