专利名称：燃气涡轮发动机的热管理系统的制作方法
技术领域：
本公开大体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及管理由燃气涡轮发动机产生的热的燃气涡轮发动机热管理系统。
背景技术：
燃气涡轮发动机例如涡轮风扇燃气涡轮发动机通常包括风扇部分、压缩机部分、燃烧器部分以及涡轮机部分。在运转过程中，空气流在压缩机部分中被压缩，在燃烧器部分中与燃料混合并燃烧。在燃烧器部分中产生的热燃烧气体被传递通过涡轮机部分。涡轮机部分从热的燃烧气体中获取能量来提供动力给压缩机部分、风扇部分以及其他的燃气涡轮发动机载荷。热管理系统可在燃气涡轮发动机内被利用，以管理由燃气涡轮发动机产生的热。热管理系统维持遍及发动机传递的发动机燃料、油以及其他的流体的可操作的温度。例如，发动机油的一部分热可传递到发动机燃料中以提高燃气涡轮发动机的效率。
发明内容
燃气涡轮发动机的热管理系统包括:第一热交换器，所述第一热交换器提供第一经调节流体；第二热交换器，所述第二热交换器与第一热交换器处于串联流体连通，并与第一经调节流体交换热以形成第二经调节流体；以及第三热交换器，所述第三热交换器与第二热交换器处于并联流体连通，并与第一经调节流体选择性地交换热以形成第三经调节流体。第二经调节流体和第三经调节流体结合以形成混合的经调节流体。具有第一温度的混合的经调节流体的第一部分连通到第一发动机系统。具有第二温度的混合的经调节流体的第二部分连通到第二发动机系统。第二温度包括比第一温度高的温度。在另一示例实施例中，燃气涡轮发动机包括压缩机部分、燃烧器部分以及涡轮机部分。燃气涡轮发动机包括包含第一流体回路和第二流体回路的热管理系统。热管理系统管理在压缩机部分、燃烧器部分以及涡轮机部分的至少一者中产生的热。热管理系统的第一流体回路将具有第一温度的经调节流体的第一部分选择性地连通到第一发动机系统，将具有第二温度的经调节流体的第二部分选择性地连通到第二发动机系统。第二温度是比第一温度闻的温度。在另一示例实施例中，使用热管理系统管理在燃气涡轮发动机的运转过程中产生的热的方法包括将具有第一温度的经调节流体的第一部分连通到第一发动机系统以及将具有第二温度的经调节流体的第二部分连通到第二发动机系统。第二温度是比第一温度高的温度。通过下面的详细描述，本公开的多个特征和优点对于本领域的技术人员而言将变得易于理解。详细描述所参照的附图可简要地描述如下。
图1示意性示出了燃气涡轮发动机。图2示出了示例性的用于燃气涡轮发动机的热管理系统。
具体实施例方式图1示意性地图示了燃气涡轮发动机20。示例性燃气涡轮发动机20为两轴涡轮风扇发动机，其通常包括风扇部分22、压缩机部分24、燃烧器部分26和涡轮机部分28。其它的发动机除了其它系统或特征外还可包括更少或更多部分，例如增强器部分(图未示)。通常，风扇部分22沿着旁通流路驱动空气，而压缩机部分24沿着中心流路驱动空气以压缩并传递到燃烧器部分26。在燃烧器部分26中产生的热燃烧气体通过涡轮机部分28膨胀。该图是高度示意性的，并被包括到本文来提供对气涡轮发动机20的基本理解，而不是限制本公开。本公开延伸至所有类型的燃气涡轮发动机及所有类型的应用，包括但不限于涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机以及涡轮螺旋桨发动机。燃气涡轮发动机20通常至少包括低速轴30和高速轴32，它们被安装成借助若干个轴承系统38绕发动机中心轴线A相对于发动机静止结构36旋转。低速轴30通常包括将风扇42、低压压缩机44和低压涡轮机46互连的内轴40。内轴40可通过齿轮传动结构48连接到风扇42从而以低于低速轴30的速度驱动风扇42。尽管图中未示出，但齿轮传动结构48可包括多个部件，包括但不限于轴承、齿轮和驱动机构。高速轴32包括将高压压缩机52和高压涡轮机54互连的外轴50。燃烧器56被布置在高压压缩机52和高压涡轮机54之间。内轴40和外轴50是同心的并绕着发动机中心轴线A旋转。中心空气流先被低压压缩机44压缩接着被高压压缩机52压缩，与燃料混合并在燃烧器56内燃烧，接着膨胀通过高压涡轮机54和低压涡轮机46。涡轮机54、46响应于该膨胀旋转驱动低速轴30和高速轴32。在发动机运转过程中燃气涡轮发动机20的多个部分产生热，包括风扇部分22、压缩机部分24、燃烧室部分26以及涡轮机部分28。这些热可能被遍及燃气涡轮发动机20的这些和其他的部分传递的流体运载。例如，发动机燃料和发动机油在整个燃气涡轮发动机20a中循环并运载在发动机运转过程中产生的热的一部分。在本发明中，术语“流体”旨在包括在燃气涡轮发动机20中循环的燃料、油、润滑流体、液压流体或任何其他的流体。图2示出了燃气涡轮发动机例如图1所示的燃气涡轮发动机20的热管理系统。该热管理系统100能够管理燃气涡轮发动机20在其运转过程中产生的热。热管理系统100能够将经调节流体传送到燃气涡轮发动机20的各个发动机系统，从而使这种热生成最小化并耗散热。例如，热管理系统100能够同时将具有不同温度的经调节流体传递到燃气涡轮发动机20的低温系统和高温系统这两者，如下面将要进一步阐述的。在本发明中，术语“经调节流体”旨在包括加热、冷却和/或加压的流体。当然，这些附图是高程度的示意图，不一定与实际成比例地示出。热管理系统100被安装到燃气涡轮发动机20。热管理系统100的安装位置视应用而定。热管理系统100的非限制性实例的安装位置包括发动机静态结构36(见图1)、中心腔室、风扇腔室、旁通风扇通路以及其他的位置。热管理系统100包括第一流体回路60和第二流体回路62。例如，第一流体回路60能够使第一流体81例如发动机油循环，第二流体回路62能够使第二流体87例如发动机燃料循环。应该理解的是，除油和燃料以外其他的流体也被包含在本发明的范围内。组合地，第一流体回路60和第二流体回路62在经由单独的回路60、62传递的流体之间传递热，从而管路这些流体的温度，如下面将要进一步阐述的。第一流体回路60包括流体罐64、第一热交换器66、第二热交换器68、第三热交换器70以及泵72。泵72将第一流体(由箭头81表示)例如油从流体罐64沿通路74泵送到第一热交换器66的入口 76。可选择地，第一流体回路60可包括用于在将第一流体81传送到入口 76之前过滤第一流体81的过滤器78。另外，第一流体回路60可包括用于在从流体罐64泵送过量的第一流体81的情况下将第一流体81的一部分返回到流体罐64的调整通道80。第一流体81经由第一热交换器66传递并与不同的流体82例如空气交换热，从而调节第一流体81。在本实例中，第一热交换器66是在油和空气之间交换热的空气/油冷却器。然而，也可利用其他类型的热交换器。来自第一流体81的热被传递到流体82从而提供流出第一热交换器66的出口 84的第一经调节流体83。第一经调节流体83沿通路86被向阀88传递。阀88控制向第二热交换器68和第三热交换器70传递的第一经调节流体83的量。第二热交换器68接收由阀88接收到的第一经调节流体83的全部，或仅接收由阀88接收到的第一经调节流体83的一部分，如下面将要进一步阐述的。换言之，在热管理系统100的运转过程中，第一和第二热交换器66、68处于连续的运转，仅第三热交换器70根据需要选择性地运转。第一经调节流体83的第一部分85沿通路90通向第二热交换器68的入口 92。第一经调节流体83的第一部分85经由第二热交换器68传递并与经由第二流体回路62循环的第二流体87例如燃料交换热。第二热交换器68生成经由第二热交换器68的出口94传递并流入通路96中的第二经调节流体89。在第三热交换器70接收第一经调节流体83的一部分(将在下面更详细阐述)的程度上，第一经调节流体83的第二部分91可沿通路98传向第三热交换器70的入口 102。第一经调节流体83的第二部分91经由第三热交换器70连通，并与另一流体104例如空气交换热，从而生成在出口 106流出第三热交换器70的第三经调节流体93。来自第三热交换器70的第三经调节流体93沿通路108传递并最终通向通路96，使得来自第二热交换器68的第二经调节流体89和来自第三热交换器70的第三经调节流体93混合在一起从而生成混合的经调节流体95。混合的经调节流体95的第一部分97沿通路112传向第一发动机系统110。混合的经调节流体95的第二部分99沿通路114传递，与第一经调节流体83的第三部分101 (从第一热交换器66沿在第一热交换器66和第二发动机系统118之间延伸的旁通通路116传递)混合，并传向第二发动机系统118。通过这种方式，能够将具有不同的温度的经调节流体传送到单独的发动机系统。例如，混合的经调节流体95的第二部分99由于其与第一经调节流体83的较热的第三部分101混合，因此可具有比混合的经调节流体95的第一部分97更高的温度。第一发动机系统110可包括风扇部分22的齿轮传动结构48的一部分，例如齿轮传动结构48的轴颈轴承或其他部件。第二发动机系统118可包括齿轮传动结构48的发动机轴承舱、发动机齿轮箱或驱动机构。尽管仅图示出两个发动机系统，但可理解的是，更多或更少数量的发动机系统能够从热管理系统100接收经调节流体。热管理系统100的第二流体回路62包括流体罐120、第二热交换器68 (也被包含在第一流体回路60)以及泵122。第二流体回路62还能够选择性地包括副泵136。流体罐120贮存燃气涡轮发动机20所使用的不同于第一流体81的第二流体87。在一个实例中，第二流体87是燃料。泵122从流体罐120沿通路124泵送并沿通路126经由第二热交换器68传递第二流体87，从而从经由第一流体回路60中的第二热交换器68传递的第一经调节流体83的第一部分85中吸取热。经调节第二流体105沿通路128被传送到燃气涡轮发动机的一部分，例如用于产生流到涡轮机部分28的热燃烧气体的燃烧室部分26。经调节的第二流体105的一部分107经由旁通通路130返回到通路124。第二流体回路62可还包括传感器132，例如温度传感器或其他适合的传感器。传感器132监视经调节的第二流体105的温度。传感器132与发动机控制器134通信。发动机控制器134被使用必要的逻辑编程来尤其编译来自传感器132的信息，并调节阀88的定位。阀88的位置决定第一经调节流体83的被传向第二和第三热交换器68、70的量(如果有的话)。换言之，阀88的位置控制在不同的发动机功率条件下被添加于第二流体87的热的量。其他的阀、传感器以及控制器尽管在图中未示出，但也可以被包含在热管理系统100 中。在一个实例中，第三热交换器70仅在第二流体回路62的经调节的第二流体105的温度超过预定阈值的情况下接收第一经调节流体83的一部分。在一个实例中，预定阈值约为300° F/148.9 °C,但实际的设定将取决于设计的具体参数。如果传感器132向发动机控制器134警告(例如，经由信号)这个预定阈值已被超过，则控制器134调节阀88使第一经调节流体83的流动在第二热交换器68和第三热交换器70之间分流。当然，除来自传感器132的温度以外，也可通过发动机控制器134监视和编译其他的参数，并且可设定其他的预定阈值来控制阀88。被传递给第二和第三热交换器68、70的每一者的第一经调节流体83的实际的量将基于由控制器34监视的参数而改变。前面的描述应该解释为示例性的，而绝不用于限定。本领域技术人员应该认识到，可在本公开的范围内进行一定变型。由此，应当研读所附权利要求以确定本公开的真实的范围和内容。
权利要求
1.一种用于燃气润轮发动机的热管理系统，其包括: 第一热交换器，所述第一热交换器提供第一经调节流体； 第二热交换器，所述第二热交换器与所述第一热交换器处于串联流体连通，并与所述第一经调节流体的至少一部分交换热以提供第二经调节流体；以及 第三热交换器，所述第三热交换器与所述第二热交换器处于并联流体连通，并与所述第一经调节流体的一部分选择性地交换热以提供第三经调节流体，其中，所述第二经调节流体和所述第三经调节流体结合以提供混合的经调节流体；并且 其中，具有第 一温度的所述混合的经调节流体的第一部分被传递到第一发动机系统，具有第二温度的所述混合的经调节流体的第二部分被传递到第二发动机系统，其中，所述第二温度包括比第一温度高的温度。
2.按权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一热交换器和所述第三热交换器是空气/油热交换器，所述第二热交换器是燃料/油热交换器。
3.按权利要求1所述的系统，包括阀，所述阀选择性地进行调节以使所述第一经调节流体的流动在所述第二热交换器和所述第三热交换器之间分流。
4.按权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第二热交换器接收所述第一经调节流体的第一部分，所述第三热交换器接收所述第一经调节流体的第二部分。
5.按权利要求3所述的系统，包括传感器，所述传感器与控制器通信以选择性地控制所述阀的位置。
6.按权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制器调节所述阀，从而响应于所述传感器感测到预定阈值已被超过而将所述第一经调节流体的一部分传递到所述第三热交换器。
7.按权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一热交换器、所述第二热交换器以及所述第三热交换器被包含在所述热管理系统的第一流体回路中，所述第二热交换器被包含所述热管理系统的第二流体回路中。
8.按权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一发动机系统包括所述燃气涡轮发动机的齿轮传动结构的一部分。
9.按权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二发动机系统包括燃气涡轮发动机的齿轮传动结构的发动机轴承舱、发动机齿轮箱和驱动机构中的至少一者。
10.一种燃气涡轮发动机,其包括: 压缩机部分、燃烧器部分以及涡轮机部分； 热管理系统，所述热管理系统包含第一流体回路和第二流体回路，第一流体回路和第二流体回路管理在燃气涡轮发动机的至少一部分中产生的热，以及 其中，所述热管理系统的所述第一流体回路将具有第一温度的经调节流体的第一部分选择性地传递到第一发动机系统，将具有第二温度的所述经调节流体的第二部分选择性地传递到第二发动机系统，其中，所述第二温度是比所述第一温度高的温度。
11.按权利要求10所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一流体回路使油循环。
12.按权利要求10所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第二流体回路使燃料循环。
13.按权利要求10所述的燃气涡轮发动机，包括:传感器，所述传感器感测所述经调节第二流体的温度；以及控制器，所述控制器与所述传感器通信，并且在所述经调节第二流体的温度超过预定阈值的情况下可操作以调节阀。
14.按权利要求10所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一流体回路包含第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器，所述第二流体回路包含所述第二热交换器。
15.按权利要求14所述的燃气涡轮发动机，包括在所述第一热交换器和所述第二发动机系统之间延伸的旁通通道。
16.按权利要求10所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述热管理系统的所述第二流体回路至少将经调节第二流体传递到所述燃烧器部分。
17.一种使用热管理系统管理在如权利要求10所述的燃气涡轮发动机的运转过程中产生的热的方法，包括步骤: 将具有第一温度的经调节流体的第一部分传递到第一发动机系统；以及 将具有第二温度的经调节流体的第二部分传递到第二发动机系统。
18.按权利要求17所 述的方法，其特征在于，所述热管理系统包括第一热交换器、第二热交换器以及第三热交换器，所述方法包括步骤: 感测从所述第二热交换器传递的流体的温度；以及 对阀进行调节以响应于所感测到的温度超过预定阈值来控制被添加到所述流体的热的量。
19.按权利要求18所述的方法，包括步骤: 响应于所述流体的温度超过预定阈值而将经调节流体传递到所述第三热交换器。
20.按权利要求17所述的方法，包括步骤: 将经调节流体的第二部分与另一流体混合以提高所述第二温度。
全文摘要
本发明涉及燃气涡轮发动机的热管理系统。一种用于燃气涡轮发动机的热管理系统，包括提供第一经调节流体的第一热交换器；第二热交换器，与第一热交换器处于串联流体连通，并与第一经调节流体交换热以提供第二经调节流体；以及第三热交换器，与第二热交换器处于并联流体连通，并与第一经调节流体选择性地交换热以形成第三经调节流体。第二经调节流体和第三经调节流体结合以形成混合的经调节流体。具有第一温度的混合的经调节流体的第一部分被传递到第一发动机系统，具有第二温度的混合的经调节流体的第二部分被传递到第二发动机系统。第二温度包括比第一温度高的温度。
文档编号F02C7/224GK103089446SQ20121042592
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者F.帕帕, T.G.菲利普斯, K.R.菲利普斯 申请人:联合工艺公司