降低停机后发动机温度的系统和方法与流程

本公开的领域通常涉及冷却燃气涡轮发动机，并且更特别地涉及降低停机后(post-shutdown)发动机温度的方法和系统。

背景技术：

在正常的运行期间燃气涡轮发动机构件的温度通过多个冷却系统维持在容许的界限内，该多个冷却系统使冷却流体以到构件并且从构件离开的方式循环以将热量传递到一个或多个散热器(sink)。当发动机停机时，大多数冷却系统不再运行。在发动机中的剩余的热量能够增加发动机构件的温度超过容许的界限。此外，在发动机转子上的附加的热量随着时间流逝并且在转子处于静止的情况下能够导致发动机转子弯曲。附加地，在停机后增加的温度能够导致机油焦化或碳化。在发动机停机后的剩余的热量移除降低了发动机构件的温度并且防止了弯曲的转子。

减轻剩余的热量的影响的一些已知的方法包括在发动机停机后使转子旋转、添加新系统以将冷却空气吹到发动机中以及在停机后利用高压空气系统吹扫机油以防止焦化。在发动机停机后使转子旋转、将空气吹到发动机中以及利用高压空气吹扫机油都需要附加的装备以冷却发动机。添加附加的装备增加了发动机的重量并且降低了燃料效率。

技术实现要素：

在一方面，提供了一种构造成在停机的运行模式中降低在燃气涡轮发动机内的温度的冷却系统。冷却系统包括第一燃气涡轮发动机，该第一燃气涡轮发动机包括具有排放口的压缩机。在燃气涡轮发动机的第一运行模式中，压缩机排放口构造成从压缩机引导空气的高压流。在停机的运行模式期间，压缩机排放口构造成将冷却空气的外部流引导到压缩机中。冷却系统还包括冷却空气的来源以及以流联通的方式在压缩机排放口和冷却空气的来源之间联结的管道。冷却空气的来源构造成通过压缩机排放口将冷却空气的流运送到压缩机中。

在另一方面，提供了一种冷却燃气涡轮发动机的方法。方法包括将多个冷却流体的流从冷却流体的流的来源引导到管道。方法还包括将多个冷却流体的流从管道引导到发动机罩壳。方法此外包括将冷却流体的流排出到布置在发动机罩壳内的压缩机中。

在再另一方面，提供了一种航空器。航空器包括多个燃气涡轮发动机。多个燃气涡轮发动机中的每个燃气涡轮发动机包括具有排放口的压缩机。在航空器的第一运行模式中，压缩机排放口构造成从压缩机引导空气的高压流。在停机的运行模式期间，压缩机排放口构造成将冷却空气的外部流引导到压缩机中。航空器还包括冷却空气的来源以及以流联通的方式在压缩机排放口和冷却空气的来源之间联结的管道。冷却空气的来源构造成通过压缩机排放口将冷却空气的流运送到压缩机中。

实施方案1.一种构造成在停机的运行模式中降低在燃气涡轮发动机内的温度的冷却系统，所述系统包含：

包含具有排放口的压缩机的第一燃气涡轮发动机，在所述燃气涡轮发动机的第一运行模式中所述压缩机排放口构造成从所述压缩机引导空气的高压流，在停机的运行模式期间，所述压缩机排放口构造成将冷却空气的外部流引导到所述压缩机中；

冷却空气的来源；以及

以流联通的方式在所述压缩机排放口和所述冷却空气的来源之间联结的管道，所述冷却空气的来源构造成通过所述压缩机排放口将冷却空气的流运送到所述压缩机排放口中。

实施方案2.根据实施方案1所述的系统，其特征在于，在所述停机的运行模式期间，所述冷却空气的流的速率基于所述燃气涡轮发动机的运行历史和自所述燃气涡轮发动机的停机起的时间被控制。

实施方案3.根据实施方案1所述的系统，其特征在于，在所述停机的运行模式期间，所述冷却空气的流的速率被控制以在预定量的时间中将所述燃气涡轮发动机的转子冷却到预定的温度。

实施方案4.根据实施方案1所述的系统，其特征在于，所述冷却空气的来源是辅助功率单元。

实施方案5.根据实施方案1所述的系统，其特征在于，所述冷却空气的来源是基于地面的来源。

实施方案6.根据实施方案1所述的系统，此外包含第二燃气涡轮发动机，该第二燃气涡轮发动机包含具有排放口的压缩机，在所述第二燃气涡轮发动机的第一运行模式中所述压缩机排放口构造成从所述压缩机引导空气的高压流，在停机的运行模式期间，所述压缩机排放口构造成将冷却空气的外部流引导到所述压缩机中。

实施方案7.根据实施方案6所述的系统，其特征在于，所述冷却空气的来源是所述第一燃气涡轮发动机。

实施方案8.一种冷却燃气涡轮发动机的方法，所述方法包含：

将多个冷却流体的流从冷却流体的流的来源引导到管道；

将所述多个冷却流体的流从所述管道引导到发动机罩壳；并且

将所述冷却流体的流引导到布置在所述发动机罩壳内的压缩机排放口中。

实施方案9.根据实施方案8所述的方法，其特征在于，将多个冷却流体的流从冷却流体的流的来源引导到管道包含将多个压缩空气的流从压缩空气的流的来源引导到管道。

实施方案10.根据实施方案8所述的方法，其特征在于，将多个冷却流体的流从管道引导到发动机罩壳包含将所述多个冷却流体的流从所述管道引导到在发动机罩壳上的压缩机排放口。

实施方案11.根据实施方案8所述的方法，其特征在于，将冷却流体的流引导到布置在所述发动机罩壳内的压缩机中包含将冷却流体的流引导到布置在所述发动机罩壳内的高压压缩机中。

实施方案12.根据实施方案8所述的方法，其特征在于，将多个冷却流体的流从冷却流体的流的来源引导到管道包含将多个冷却流体的流从辅助功率单元引导到管道。

实施方案13.根据实施方案8所述的方法，其特征在于，将多个冷却流体的流从冷却流体的流的来源引导到管道包含将多个冷却流体的流从地面连接部引导到管道。

实施方案14.根据实施方案8所述的方法，其特征在于，将多个冷却流体的流从冷却流体的流的来源引导到管道包含将多个冷却流体的流从燃气涡轮发动机引导到管道。

实施方案15.一种航空器，包含：

多个燃气涡轮发动机，所述多个燃气涡轮发动机中的每个燃气涡轮发动机包含具有排放口的压缩机，在所述航空器的第一运行模式中，所述压缩机排放口构造成从所述压缩机引导空气的高压流，在停机的运行模式期间，所述压缩机排放口构造成将冷却空气的外部流引导到所述压缩机中；

冷却空气的来源；以及

以流联通的方式在所述压缩机排放口和所述冷却空气的来源之间联结的管道，所述冷却空气的来源构造成通过所述压缩机排放口将冷却空气的流运送到所述压缩机排放口中。

实施方案16.根据实施方案15所述的航空器，其特征在于，在所述停机的运行模式期间，所述冷却空气的流的速率基于所述航空器的运行历史和自所述航空器的停机起的时间被控制。

实施方案17.根据实施方案15所述的航空器，其特征在于，在所述停机的运行模式期间，所述冷却空气的流的速率被控制以在预定量的时间中将所述燃气涡轮发动机的转子冷却到预定的温度。

实施方案18.根据实施方案15所述的航空器，其特征在于，所述冷却空气的来源是所述多个燃气涡轮发动机中的燃气涡轮发动机。

实施方案19.根据实施方案15所述的航空器，其特征在于，所述冷却空气的来源是辅助功率单元。

实施方案20.根据实施方案15所述的航空器，其特征在于，所述冷却空气的来源是基于地面的来源。

附图说明

当参考附图阅读下面的详细的描述时，本公开的这些和其他的特征、方面以及优点将变得更好理解，在该附图中相似的符号贯穿图代表相似的部件，其中：

图1-2示出了在本文中描述的方法和装置的示例实施例。

图1是燃气涡轮发动机冷却系统的示意图。

图2示出了用于冷却燃气涡轮发动机的方法。

尽管各种实施例的特别的特征可在一些图中被示出并且在其他的图中未被示出，但这仅仅是为了方便起见。任何图的任何特征可被参考和/或结合任何其他的图的任何特征被要求保护。

除非另外指出，在本文中提供的图意在示出本公开的实施例的特征。这些特征被相信可在包含本公开的一个或多个实施例的系统的广泛的变型中应用。同样地，图不意在包括为了在本文中公开的实施例的实践而需要的由本领域的普通技术人员已知的所有常规的特征。

参考符号列表

100涡轮发动机冷却系统

104涡轮发动机排放系统

110燃气涡轮发动机

112纵向轴线

114风扇区段

116核心涡轮发动机

118外部罩壳

120环形入口

122低压(lp)压缩机

124高压(hp)压缩机

126燃烧区段

128hp涡轮

130lp涡轮

132喷嘴区段

134hp轴或筒管

136lp轴或筒管

137核心空气流通路

138中间压力排放阀

139高压排放阀

140风扇叶片

142盘状件

144中间压力管道

146系统预冷器

147高压管道

148集管管道(headerconduit)

150空气调节组件连接部(airconditionpacksconnection，有时称为空调组件连接部)

152防冰连接部

154地面连接部

156辅助功率单元连接部

158一定体积的空气

160可变节距风扇

162箭头

163旁路气流通道

164箭头

164空气的第二部分

165空气的部分

166燃烧气体

167箭头

168hp涡轮定子导叶

170hp涡轮转子叶片

172lp涡轮定子导叶

174lp涡轮转子叶片

180箭头

182箭头

184箭头

186箭头

188箭头

190箭头

200方法

202引导步骤

204引导步骤

206引导步骤。

具体实施方式

在以下说明书和权利要求中，将参照多个用语，它们应当限定为具有以下意义。

单数形式"一个"、"一种"和"该"包括复数参照，除非上下文清楚地另外指出。

"可选"或"可选地"意思是随后描述的事件或情形可发生或可不发生，且描述包括事件发生的情况以及其不发生的情况。

近似的语言如在本文中贯穿说明书和权利要求使用的那样可被应用于修饰可允许在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下改变的任何数量表达。因此，由一个或多个用语诸如"大约"、"大概"和"大致"修饰的值不限于指定的准确值。在至少一些情况中，近似语言可对应于用于测量该值的器具的精度。这里且贯穿说明书和权利要求，范围极限可组合和/或互换；这样的范围被确定且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。

下面的详细的描述通过示例的方式而非通过限制的方式示出了本公开的实施例。预期的是本公开具有对于用于在停机时冷却航空器发动机的方法和系统的一般应用。

在本文中描述的燃气涡轮发动机冷却系统的实施例在发动机的停机后冷却燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机冷却系统包括通过多个管道联结到发动机的冷却空气的来源。管道通过位于发动机上的压缩机排放阀连接到燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机还包括喷射排气喷嘴区段。在正常的运行期间，来自发动机的压缩空气导引通过压缩机排放阀并且进入到管道中。管道联结到预冷器，该预冷器在将空气导引到飞机前冷却压缩空气以用于使用在各种应用中，例如(但是不限于)机翼防冰系统和环境控制系统(ecs)。在燃气涡轮发动机停机后，冷却空气从冷却空气的来源被导引到管道中。在各种实施例中冷却空气的来源包括辅助功率单元(apu)或位于地面上的冷却空气的来源。管道导引冷却空气通过预冷器并且进入到压缩机排放阀中。冷却空气进入燃气涡轮发动机并且冷却发动机构件。冷却空气通过入口和/或喷射排气喷嘴区段离开发动机。

在本文中描述的燃气涡轮发动机冷却系统提供优于在发动机停机后冷却燃气涡轮发动机的已知方法的优点。更特别地，一些已知的燃气涡轮发动机冷却系统使用分离的系统以冷却停机发动机。使用现有的压缩机排放系统的燃气涡轮发动机冷却系统通过消除对于附加的燃气涡轮发动机冷却构件的需要降低了航空器发动机的重量。此外，分离的燃气涡轮发动机冷却系统通过增加在发动机中的系统的数量增加了燃气涡轮发动机的复杂性。

图1是根据本公开的示范性的实施例的燃气涡轮发动机冷却系统100的示意性的横截面视图。燃气涡轮发动机冷却系统100包括燃气涡轮发动机110，在本文中称作“燃气涡轮发动机110”。燃气涡轮发动机冷却系统100还包括以流联通的方式联结到燃气涡轮发动机110的燃气涡轮发动机排放系统104。如在图1中示出的那样，燃气涡轮发动机110限定了轴向方向a(平行于为了参考提供的纵向的中心线112延伸)和径向方向r。通常，燃气涡轮机110包括风扇区段114和布置在风扇区段114下游的核心涡轮发动机116。

所描绘的示范性的核心涡轮发动机116通常包括限定了环形入口120的大致管状的外部罩壳118。外部罩壳118以连续的流的关系包围了包括增压机或低压(lp)压缩机122和高压(hp)压缩机124的压缩机区段；燃烧区段126；包括高压(hp)涡轮128和低压(lp)涡轮130的涡轮区段；以及喷射排气喷嘴区段132。高压(hp)轴或筒管134将hp涡轮128驱动地连接到hp压缩机124。低压(lp)轴或筒管136将lp涡轮130驱动地连接到lp压缩机122。压缩机区段、燃烧区段126、涡轮区段以及喷嘴区段132一起限定了核心空气流通路137。外部罩壳118包括中间压力排放阀138以及高压排放阀139。

对于描绘的实施例，风扇区段114包括具有以空间上分离的方式联结到盘状件142的多个风扇叶片140的可变节距风扇160。如描绘的那样，风扇叶片140通常沿径向方向r从盘状件142向外延伸。风扇叶片140和盘状件142可通过lp轴136围绕纵向轴线112一起旋转。

燃气涡轮发动机排放系统104包括以流联通的方式与中间压力排放阀138联结的中间压力管道144以及排放系统预冷器146。燃气涡轮发动机排放系统104还包括以流联通的方式与高压排放阀139联结的高压管道147以及排放系统预冷器146。排放系统预冷器146以流联通的方式与集管管道148联结，该集管管道148以流联通的方式与多个连接部联结，该多个连接部包括空气调节组件连接部150、机翼防冰连接部152、地面连接部154以及辅助功率单元(apu)连接部156。

在燃气涡轮发动机110的运行期间，一定体积的空气158通过风扇区段114的关联的入口120进入燃气涡轮机110。当一定体积的空气158穿越风扇叶片140时，如由箭头162指出的空气158的第一部分被导引或按路线输送到旁路气流通道163中并且如由箭头164指出的空气158的第二部分被导引或按路线输送到核心空气流通路137中，或更明确地到lp压缩机122中。当该空气的第二部分164按路线输送通过hp压缩机124并且进入到燃烧区段126中时该空气的第二部分164的压力然后增加，在该燃烧区段126中该空气的第二部分164与燃料混合并且燃烧以提供燃烧气体166。如由箭头165指出的空气的中间压力部分被导引到中间压力排放阀138中。如由箭头167指出的空气的高压部分被导引到高压排放阀139中。

燃烧气体166按路线输送通过hp涡轮128，在该hp涡轮128中来自燃烧气体166的热能和/或动能的一部分经由联结到外部罩壳118的hp涡轮定子导叶168和联结到hp轴或筒管134的hp涡轮转子叶片170的连续的级被提取，因而导致hp轴或筒管134旋转，从而支持hp压缩机124的运行。燃烧气体166然后按路线输送通过lp涡轮130，在该lp涡轮130中热能和动能的第二部分经由联结到外部罩壳118的lp涡轮定子导叶172和联结到lp轴或筒管136的lp涡轮转子叶片174的连续的级从燃烧气体166中被提取，因而导致lp轴或筒管136旋转，从而支持lp压缩机122的运行和/或风扇138的旋转。燃烧气体166随后按路线输送通过喷射排气喷嘴区段132以提供推进推力。

空气的中间压力部分165被导引到中间压力管道144中，该中间压力管道144将空气的中间压力部分165导引到排放系统预冷器146。在一种备选的运行实施例中，空气的高压部分167被导引到高压管道147中，该高压管道147将空气的高压部分167导引到排放系统预冷器146。排放系统预冷器146或者冷却空气的中间压力部分165或者冷却空气的高压部分167并且将被冷却的空气如由箭头180指出的那样导引到集管管道148。集管管道148将被冷却的空气180导引到空气调节组件连接部150以及机翼防冰连接部152。被导引到空气调节组件连接部150的被冷却的空气180被用于对飞机机舱进行空气调节。被导引到机翼防冰连接部152的被冷却的空气180被用于将飞机机翼除冰。管道和连接部180,150,152,154以及156可以使燃气涡轮发动机排放系统104能够运行的任何构造方案被构造。

在燃气涡轮发动机110停机后，如由箭头182指出的来自地面连接部154的空气或如由箭头184指出的来自apu连接部156的空气被导引到集管管道148中。如由箭头186指出的在集管管道148中的空气被导引到排放系统预冷器146，该排放系统预冷器146将在集管管道186中的空气或者如由箭头188指出的那样导引到高压管道147或者如由箭头190指出的那样导引到中间压力管道144。在高压管道188中的空气或在中间压力管道190中的空气被导引到hp压缩机124中并且冷却燃气涡轮发动机110的构件。在高压管道188中的空气或在中间压力管道190中的空气然后被导引到燃烧区段126、hp涡轮128以及lp涡轮130中。在高压管道188中的空气或在中间压力管道190中的空气通过喷射排气喷嘴区段132端部入口120离开燃气涡轮发动机110。

进入到燃气涡轮发动机110中的空气的流动速率基于燃气涡轮发动机110的运行历史和自燃气涡轮发动机110的最后的停机起流逝的时间而确定。进到燃气涡轮发动机110中的空气的流动速率也可基于在预定量的时间中将燃气涡轮发动机的转子冷却到预定的温度所需要的流动速率而确定。附加地，进入到燃气涡轮发动机110中的空气的流动速率也可基于在转子弯曲前冷却燃气涡轮发动机的转子所需要的流动速率而确定。

在一种备选的实施例中，航空器包括以流联通的方式联结到多个燃气涡轮发动机110的燃气涡轮发动机排放系统104。如先前讨论的那样，如由箭头182指出的来自地面连接部154的空气或如由箭头184指出的来自apu连接部156的空气被导引到集管管道148中并且冷却燃气涡轮发动机110的构件。在一种备选的实施例中，多个燃气涡轮发动机110的单个燃气涡轮发动机将空气导引到集管管道148中并且冷却燃气涡轮发动机110的构件。

但是应认识到的是，在图1中描绘的示范性的燃气涡轮发动机110仅仅以示例的方式，并且在其他的示范性的实施例中，燃气涡轮发动机110可具有任何其他的适当的构造方案。还应认识到的是，在依然其他示范性的实施例中，本公开的方面可被结合到任何其他的适当的燃气涡轮发动机中。例如，在其他的示范性的实施例中，本公开的方面可被结合到例如涡轮螺旋桨发动机中。

图2是冷却燃气涡轮发动机例如燃气涡轮发动机110(在图1中示出)的方法200的流程图。方法200包括将多个冷却流体的流从冷却流体的流的来源引导202到管道。在步骤202中的冷却流体的来源包括(但不限于)apu或地面连接部例如如先前讨论的机场地面连接部或冷却流体供给卡车。附加地，冷却流体包括压缩空气并且管道包括如先前讨论的集管管道148。方法200此外包括将多个冷却流体的流从管道引导204到发动机罩壳并且将冷却流体的流引导206到布置在发动机罩壳内的压缩机排放口中。

上面描述的燃气涡轮发动机冷却系统提供了用于在发动机停机后冷却燃气涡轮发动机的有效的方法。特别地，上面描述的燃气涡轮发动机冷却系统使用现有的压缩机排放系统以在停机后冷却燃气涡轮发动机。使用现有的压缩机排放系统降低了在航空器发动机中的系统的数量并且降低了发动机的复杂性。同样地，使用现有的压缩机排放系统降低了发动机的重量。

用于降低停机后发动机温度的方法和系统的示范性的实施例在上面详细地被描述。用于降低停机后发动机温度的系统，和运行这样的系统以及装置的方法不限于在本文中描述的特别的实施例，而是系统的构件和/或方法的步骤可与在本文中描述的其他的构件和/或步骤独立地并且分离地被利用。例如，方法还可与需要停机后发动机温度降低的其它的系统联合使用，并且不限于利用仅仅在本文中描述的系统和方法而实践。更确切地，示范性的实施例可结合当前构造成接收和接受用于降低停机后发动机温度的系统的许多其他的机械应用被实施和利用。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。