用于降低燃气涡轮发动机中的流体粘度的系统和方法与流程

本发明的领域整体涉及燃气涡轮发动机，更具体地，本发明涉及用于降低燃气涡轮发动机中的流体粘度的系统和方法。

燃气涡轮发动机通常包括挤压膜阻尼器，该挤压膜阻尼器为诸如转子轴的旋转部件提供阻尼，以减少和控制振动。至少一些已知挤压膜包括轴承支撑构件，例如滚动元件轴承支撑轴的外座圈，其装配在环形壳体腔室中，限制轴承支撑构件的径向运动。环形膜空间限定在外座圈的外表面和轴承壳体的相对内表面之间，从而可以将阻尼器油引入到其中。轴及其轴承的振动和/或径向运动在环形膜空间内的阻尼器油中产生水动力，以用于阻尼的目的。阻尼器油通常由供油系统提供，该供油系统包括泵，该泵使阻尼器油循环通过环形膜空间。

在已知的挤压膜阻尼器系统中，阻尼大致是基于阻尼器油的粘度，其中较冷温度的油通常具有较高的粘度，较高的粘度使其较硬并且对剪切和/或拉伸应力具有更高的抵抗性。在寒冷天气的发动机启动条件下，高粘性油可能在发动机中导致转子动力学不稳定。通过加热阻尼器油并且降低其粘度，提高了发动机稳定性。一些已知的油粘度系统是外部系统，其包括辅助油管线，该辅助油管线联接到发动机油箱。辅助油管线将油从油箱泵出以进行加热，然后使油返回到油箱。然而，外部系统需要连接到油箱，并且提取油以用于油加热和降低粘度。

技术实现要素：

在一个方面中，提供用于燃气涡轮发动机的流体粘度系统。流体粘度系统包括感应组件，该感应组件联接到燃气涡轮发动机内的流体管线。感应组件包括电磁体。感应组件还包括与电磁体电子地(electronically)联接的电子振荡器。电子振荡器被构造成用以产生交流电(ac)，该交流电以预定频率和幅值传输到电磁体，使得被引导通过流体管线的流体的粘度至少部分地由于感应加热而降低。

在另一个方面中，提供燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括阻尼系统。流体管线流动连通地联接到阻尼系统并且被构造成用以将油通过流体管线引导到阻尼系统。燃气涡轮发动机还包括流体粘度系统，该流体粘度系统包括感应组件，该感应组件联接到流体管线。感应组件包括电磁体。感应组件还包括与电磁体电子地联接的电子振荡器。电子振荡器被构造成用以产生交流电(ac)，该交流电以预定频率和幅值传输到电磁体，使得被引导通过流体管线的油的粘度至少部分地由于感应加热而降低。

在又一个方面中，提供利用燃气涡轮发动机中的流体粘度系统降低流体粘度的方法。流体粘度系统包括感应组件，该感应组件联接到流体管线。感应组件包括电磁体和与电磁体电子地联接的电子振荡器。该方法包括：将流体流引导通过流体管线；和通过电子振荡器感应交流电(ac)。该方法还包括：以预定频率和幅值将ac传输到电磁体，使得被引导通过流体管线的流体的粘度至少部分地由于感应加热而降低。

附图说明

当参考附图阅读以下的详细说明时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将得到更好的理解，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件，其中：

图1为根据本发明示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意图。

图2为图1所示的涡轮风扇发动机的示例性流体粘度系统的示意图。

图3为可以用于图2所示的流体粘度系统的示例性金属流体管线部段的透视图。

图4为利用燃气涡轮发动机中的流体粘度系统(例如图1和2所示的流体粘度系统)降低流体粘度的方法的示例性实施例的流程图。

除非另外指明，否则本文提供的附图用来示出本发明的实施例的特征。这些特征能够应用于各种各样的系统，包括本发明的一个或多个实施例。因此，附图并不用来包括本领域普通技术人员已知的用于实施本文公开的实施例所需的所有常规特征。

具体实施方式

在以下的说明书和权利要求中，将参考多个术语，这些术语应当被限定为具有以下的含义。

单数形式“一”、“该”和“所述”包括指代复数，除非上下文另有清晰的表示。

术语“可选的”或“可选地”指的是，接下来描述的事件或情形可能出现或者可能不出现，并且该描述包括所述事件或情形出现的例子以及不出现的例子。

如本文说明书和权利要求中所用的，大约化的语言可以用来修改任何数量上的表示，这允许能够进行改变，而不会导致相关的基本功能的变化。因此，由诸如“大约”、“大致”和“基本上”的术语修改的值并不限于所指定的精确值。至少在某些情况下，大约化的语言可以对应于测量该值的仪器的精度。在这里和整个说明书和权利要求，范围限制可以是组合的和/或互换的，这样的范围被认为包括其中所含有的所有的子范围，除非文本或语言另外表明。

如在此所用的，术语“处理器”和“计算机”以及相关的术语，例如“处理装置”、“计算装置”和“控制器”，并不仅仅限于本领域中称为计算机的那些集成电路，而是广义地涉及微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(plc)、专用集成电路(asic)、以及其它可编程电路，并且这些术语在本文中可以互换地使用。在本文所述的实施例中，存储器可以包括但不限于计算机可读介质，例如随机存取存储器(ram)、计算机可读非易失性介质，例如闪存存储器。作为另外一种选择，可以使用软盘、光盘只读存储器(cd-rom)、磁光盘(mod)、和/或数字化光盘(dvd)。另外，在本文所述的实施例中，另外的输入通道可以包括但不限于与操作者接口相关的计算机外围设备，例如鼠标和键盘。作为另外一种选择，还可以使用其它计算机外围设备，可以包括例如但不限于扫描仪。此外，在示例性实施例中，另外的输出通道可以包括但不限于操作者界面监视器。

本文所述的流体粘度系统的实施例提供便于降低燃气涡轮发动机内的燃气涡轮发动机流体粘度的系统和方法。具体地，流体粘度系统包括联接到流体管线的感应组件，该感应组件以预定频率和幅值施加交流电(ac)，使得引导通过流体管线的流体通过感应加热而被加热到预定温度，以降低其粘度。在一些实施例中，温度传感器与流体管线流动连通地联接，从而测量引导通过流体管线的流体的温度，以控制由感应组件产生的ac。通过加热流体管线内的流体并且降低粘度，流体粘度系统可以沿着流体管线放置在任何位置处，同时还增加了对流体温度的控制。另外，流体被直接引导到燃气涡轮发动机部件，以提高流体粘度系统的效率并减少能量消耗。流体粘度系统还减小了发动机重量，从而提高了总体发动机效率。

图1为根据本发明示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。在示例性实施例中，燃气涡轮发动机是高旁通涡轮风扇喷射发动机110，在本文中称为“涡轮风扇发动机110。”如图1所示，涡轮风扇发动机110限定了轴向方向a(与供参考的纵向中心线112平行地延伸)和径向方向r(与纵向中心线112垂直地延伸)。一般来讲，涡轮风扇发动机110包括风扇壳体组件114和设置在风扇壳体组件114下游的燃气涡轮发动机116。

燃气涡轮发动机116包括大致管状的外部壳体118，该外部壳体限定了环形入口120。外部壳体118沿着串行流动关系包围：压缩机部段，其包括增压器或低压(lp)压缩机122和高压(hp)压缩机124；燃烧部段126；涡轮部段，其包括高压(hp)涡轮128和低压(lp)涡轮130；以及喷射排出喷嘴部段132。高压(hp)轴(shaft)或线轴(spool)134将hp涡轮128驱动地连接到hp压缩机124。低压(lp)轴或线轴136将lp涡轮130驱动地连接到lp压缩机122。每个轴134和136由具有阻尼系统140的多个轴承组件138支撑。压缩机部段、燃烧部段126、涡轮部段和排气喷嘴部段132一起限定了空气流动路径137。

在示例性实施例中，风扇壳体组件114包括风扇142，该风扇具有多个风扇叶片144，这些风扇叶片以间隔开的方式联接到盘146。如图所示，风扇叶片144从盘146大致沿着径向方向r向外延伸。风扇叶片144和盘146一起能够通过lp轴136绕纵向中心线112旋转。

仍然参考图1的示例性实施例，盘146由可旋转的前毂148覆盖，该前毂的轮廓在空气动力学上形成为用以促进空气流通过多个风扇叶片144。另外，示例性风扇壳体组件114包括环形风扇壳体或外部机舱150，其沿周向围绕风扇142和/或燃气涡轮发动机116的至少一部分。应当理解，机舱150可以被构造成用以相对于燃气涡轮发动机116由出口引导轮叶组件152支撑。此外，机舱150的下游部段154可以在燃气涡轮发动机116的整个外部部分上方延伸，以便在它们之间限定旁通空气流通道156。

在涡轮风扇发动机110的操作期间，一定体积的空气158通过机舱150的相关联的入口160和/或风扇壳体组件114进入涡轮风扇发动机110。当空气158穿过风扇叶片144时，空气158的第一部分如箭头162所示被引导或导向到旁通空气流通道156中，空气158的第二部分如箭头164所示被引导或导向到空气流动路径137中，或者更具体地被引导或导向到增压器压缩机122中。空气的第一部分162和空气的第二部分164之间的比率通常称为旁通比。然后，空气的第二部分164的压力随着其被引导通过hp压缩机124进入燃烧部段126而增大，在该燃烧部段处，其与由燃料系统167供应的燃料165混合并燃烧以提供燃烧气体166。燃料系统167将燃料165从燃料箱(未示出)引导到燃烧部段126。

燃烧气体166被引导通过hp涡轮128，在该hp涡轮处，经由联接到外部壳体118的hp涡轮定子轮叶168和联接到hp轴或线轴134的hp涡轮转子叶片170的顺序级从燃烧气体166提取一部分热能和/或动能，从而使得hp轴或线轴134旋转，由此支撑hp压缩机124的操作。然后，燃烧气体166被引导通过lp涡轮130，在该lp涡轮处，经由联接到外部壳体118的lp涡轮定子轮叶172和联接到lp轴或线轴136的lp涡轮转子叶片174的顺序级从燃烧气体166提取热能和动能的第二部分，由此使得lp轴或线轴136旋转，从而支撑增压器压缩机122的操作和/或风扇142的旋转。接下来，燃烧气体166被引导通过燃气涡轮发动机116的喷射排出喷嘴部段132，以提供推进推力。同时，在从涡轮风扇发动机110的风扇喷嘴排出部段176排出之前，空气的第一部分162的压力随着空气的第一部分162被引导通过旁通空气流通道156(包括通过出口引导轮叶组件152)而显著增大，这也提供了推进推力。hp涡轮128、lp涡轮130和喷射排出喷嘴部段132至少部分地限定了热气体路径178，该热气体路径用于将燃烧气体166引导穿过燃气涡轮发动机116。

在操作中，每个轴134和/或136大致围绕纵向中心线112旋转。然而，在某些操作条件下，例如但不限于在发动机启动的情况下，轴134和/或136经历偏心或轨道运动，包括可能传播或传递到其它涡轮风扇发动机110位置的振动和偏转。在示例性实施例中，阻尼系统140包括供油系统180，该供油系统使油182循环通过阻尼器(未示出)，例如挤压膜阻尼器。阻尼系统140设置在轴134和/或136的轴承位置处，以将振动和/或径向运动转换为油182中的水动力，并且便于降低涡轮风扇发动机110内的振动和偏转载荷。在可供选择的实施例中，阻尼系统140可以沿着旋转轴134和/或136定位在任何位置处。

然而，应当理解，图1所示的示例性涡轮风扇发动机110仅仅以举例的方式提供，在其它示例性实施例中，涡轮风扇发动机110可以具有任何其它合适的构造。还应当理解，在其它示例性实施例中，本发明的各方面可以结合到任何其它合适的燃气涡轮发动机中。例如，在其它示例性实施例中，本发明的各方面可以结合到例如涡轮螺旋桨发动机、军用发动机以及基于船舶或陆地的航空衍生发动机。

图2为涡轮风扇发动机110(如图1所示)的示例性流体粘度系统200的示意图。在示例性实施例中，供油系统180包括流体粘度系统200，该流体粘度系统便于降低引导到阻尼系统140(如图1所示)的挤压膜阻尼器的油粘度182。流体粘度系统200包括感应组件202，该感应组件联接到定位在涡轮风扇发动机110中的流体管线204。感应组件202包括电磁体206，该电磁体限定在流体管线204的至少一部分208中。感应组件202还包括与电磁体206电子地联接的电子振荡器210。具体地，电磁体206包括金属流体管线部段212和感应器线圈214，该感应器线圈围绕金属流体管线部段212延伸预定次数并联接到电子振荡器210。

流体粘度系统200还包括电磁屏蔽件216，该电磁屏蔽件至少部分地围绕感应组件202。另外，温度/粘度传感器218联接成与流体管线204流动连通，并且操作性地联接到控制器220。控制器220进一步操作性地联接到电子振荡器210。在示例性实施例中，温度传感器218定位在感应组件202的下游。在可供选择的实施例中，温度传感器218可以定位在使得流体粘度系统200能够如本文所述地起作用的任何其它位置处。

涡轮风扇发动机110的操作期间，例如在发动机启动状况期间，油182可能处于较低的温度，使得油182的粘度很高，并且对阻尼系统140中的剪切和/或拉伸应力抵抗性更高。流体粘度系统200便于增加油182的温度并降低油182的粘度，使得当油182被引导穿过阻尼系统140时，转子轴134和/或136的振动和径向运动减少。具体地，流体粘度系统200通过感应加热来将油182加热到预定温度和粘度。电子振荡器210以预定频率和幅值生成并传输高频交流电(ac)222穿过电磁体206。快速交变磁场穿透金属流体管线部段212以在其中产生涡电流224。流过金属流体管线部段212的电阻的涡电流224通过焦耳/电阻加热来加热金属流体管线部段212，该焦耳/电阻加热使得金属流体管线部段内的油182的温度增大和粘度降低。在可供选择的实施例中，可以通过磁滞损失来产生感应加热。在其它实施例中，可以通过串联谐振电磁力来产生感应加热。作为另外一种选择或除此之外，流体粘度系统200可以包括任何其它加热系统，这些加热系统使得流体管线中的流体能够被加热并且降低粘度。例如，流体粘度系统200可以包括导电组件。

在一些实施例中，温度传感器218测量油182的温度，该温度由控制器220接收。控制器220例如基于油182的温度和流量，通过设定电子振荡器210的ac222的频率和幅值，来控制电子振荡器210。在可供选择的实施例中，控制器220可以利用环境温度测量(temperaturemeasurements)、发动机操作时间、发动机停机时间以及其它因素中的一个或多个来控制电子振荡器210。此外，控制器220接通/切断流体粘度系统200使得流体粘度系统200仅仅能够在需要流体加热和粘度降低时进行操作。在可供选择的实施例中，控制器220可以包括在全权数字发动机(或电子)控制(fadec)中。

在示例性实施例中，油182被感应地加热到50°华氏温度(10℃)的最小温度以降低其粘度。在可供选择的实施例中，油182被加热到降低粘度并使得阻尼系统140能够如本文所述地起作用的任何其它温度。除此之外或作为另外一种选择，温度传感器218可以是粘度传感器或过程传感器，其测量/计算油182的粘度，使得流体粘度系统200接收粘度测量(viscositymeasurements)，以通过该系统控制油182的粘度。在其它实施例中，电磁屏蔽件216至少部分地围绕感应组件202，从而减少与其它电气涡轮风扇发动机110部件的电子干扰。

在示例性实施例中，流体管线204的一部分包括金属流体管线部段212，使得在该金属流体管线部段中能够形成电磁体206。金属流体管线部段212是具有良好导电性和导热性的任何材料，例如而非限制性地，铁、镍和铜。此外，在示例性实施例中，包括金属流体管线部段212的流体管线204具有大致圆形横截面轮廓，其周边长度226缠绕有感应器线圈214。在一些实施例中，金属流体管线部段212的尺寸形成为进一步促进感应加热，如以下参考图3所讨论的。在其它实施例中，金属流体管线部段212在感应器线圈214中为s形，使得在其中流动的油182多次穿过感应器线圈214。通过加热金属流体管线部段212中的油182，流体粘度系统200可以沿着流体管线204定位在任何位置处。此外，因为加热的油182直接引导到阻尼器组件140，所以减少了能量消耗。

图3为可以用于流体粘度系统200(如图2所示)的示例性金属流体管线部段300的透视图。在这个可供选择的实施例中，金属流体管线部段300具有大致十字形横截面轮廓，该轮廓具有由感应器线圈214(如图2所示)缠绕的周边长度302。与具有周边长度226(如图2所示)的金属流体管线部段212相比，周边长度302大于周边长度226。周边长度302的长度增加进一步促进了感应加热效率，原因在于流过的油182与金属流体管线部段300接触的表面较大，增加了其感应加热。在可供选择的实施例中，金属流体管线部段300可以具有增加流体与感应组件202接触的任何其它形状。

参考图2和3，已经相对于用于阻尼系统140的供油系统180讨论了流体粘度系统200。然而，应当理解，流体粘度系统200可以便于涡轮风扇发动机110(如图1所示)中的任何其它流体的感应加热。例如，在可供选择的实施例中，流体粘度系统200可以联接到燃料供应系统167(如图1所示)，以便于燃料165的感应加热(也如图1所示)。在冷环境温度期间，在燃料165中可能形成冰粒，因此流体粘度系统200感应地加热燃料165，以减少燃料中的冰粒。

图4为利用燃气涡轮发动机(例如涡轮风扇发动机110(如图1所示))中的流体粘度系统(例如流体粘度系统200(如图2所示))加热流体的方法400的示例性实施例的流程图。另外参考图1-3，流体粘度系统包括感应组件，例如感应组件202，该感应组件联接到流体管线，例如流体管线204。感应组件包括：电磁体，例如电磁体206；和电子振荡器，例如电子振荡器210，其电子地联接到电磁体。示例性方法400包括引导402流(例如油流182)穿过流体管线。通过电子振荡器感应404交流电，例如ac222。方法400还包括：以预定频率和幅值将ac传输406到电磁体，使得被引导通过流体管线的流体的粘度至少部分地由于感应加热而降低。

在一些实施例中，感应404交流电还包括：感应408通过感应器线圈(例如感应器线圈214)的交流电，其中电磁体包括：金属流体管线部段，例如金属流体管线部段212，其包括流体管线的至少一部分；和感应器线圈，其联接到电子振荡器并且围绕金属流体管线部段延伸。在其它实施例中，方法400还包括：通过电磁屏蔽件将燃气涡轮发动机与感应组件产生的电流屏蔽410，该电磁屏蔽件为例如至少部分地围绕感应组件的电磁屏蔽件216。

在某些实施例中，方法400还包括：通过温度传感器测量412被引导通过流体管线的流体的温度，该温度传感器为例如温度传感器218，与流体管线流动连通地联接；以及基于温度测量(temperaturemeasurement)控制414交流电。在一些实施例中，方法400还包括：接收416被引导通过流体管线的流体的温度测量；以及基于温度测量控制418交流电。

在其它实施例中，将流体流引导402通过流体管线还包括将油流引导420通过油管线。另外，方法400还包括：将油加热422到预定温度，例如50°华氏温度。在一些实施例中，将流体流引导402通过流体管线还包括将燃料流引导424通过燃料管线。

流体粘度系统的上述实施例提供便于加热燃气涡轮发动机内的燃气涡轮发动机流体的系统和方法。具体地，流体粘度系统包括联接到流体管线的感应组件，该感应组件以预定频率和幅值施加ac，使得引导通过流体管线的流体通过感应加热而被加热到预定温度，以降低其粘度。在一些实施例中，温度传感器与流体管线流动连通地联接，从而测量引导通过流体管线的流体的温度，以控制由感应组件产生的ac。通过在流体管线内加热并且降低粘度，流体粘度系统可以沿着流体管线放置在任何位置处，同时还增加了对流体温度的控制。另外，仅仅加热被直接引导到燃气涡轮发动机部件(例如阻尼器)的流体，因此提高了流体粘度系统的效率并减少了能量消耗。流体粘度系统还减小了发动机重量，从而提高了总体发动机效率。

本文所述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括以下中的至少一个：(a)降低了朝向阻尼系统引导的油粘度，增加了发动机冷启动期间的阻尼，并降低了转子动力学不稳定性；(b)加热朝向燃烧组件引导的燃料，在寒冷环境条件减少了燃料中的冰粒；(c)减少了燃气涡轮发动机中的流体粘度系统的能量需求；以及(d)降低了流体粘度系统的重量并且提高了发动机效率。

流体粘度系统的方法、系统和设备的示例性实施例并不限于本文所述的特定实施例，相反，系统的部件和/或方法的步骤可以与本文所述的其它部件和/或步骤独立地和分开地使用。例如，方法还可以与要求降低流体粘度的其它系统以及相关的方法结合使用，并且不限于仅仅以本文所述的系统和方法来实施。相反，示例性实施例可以与能够利于流体加热的许多其它应用、设备和系统结合实施和利用。

尽管可能在某些附图中示出而在其它附图中没有示出本发明各种实施例的特征，但是这仅仅是为了方便的目的。根据本发明的原理，附图的任何特征可以与任何其它附图的任何特征结合起来进行参考和/或要求保护。

一些实施例涉及使用一个或多个电子或计算装置。这样的装置通常包括处理器或控制器，例如通用中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、微控制器、精简指令集计算机(risc)处理器、专用集成电路(asic)、可编程逻辑电路(plc)、和/或能够执行本文所述功能的任何其它电路或处理器。本文所述的方法可以被编码为可执行指令，该可执行指令在计算机可读介质中实施，包括但不限于存储装置和/或存储器装置。这样的指令在由处理器执行时使得处理器执行本文所述的方法的至少一部分。上述例子仅仅是示例性的，因此并不用来以任何方式限制术语处理器的定义和/或含义。

书写的说明书利用示例来公开实施例，包括最佳模式，并且还使得本领域任何技术人员能够实施这些实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其它例子。如果这样的其它例子具有与权利要求的文字语言不是不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言差别不太明显的等同结构元件，那么它们将处于权利要求的范围内。