模块化环形热交换器的制作方法

本发明大体上涉及一种燃气涡轮发动机，并且更具体而言，涉及一种用于冷却高压热放出空气的燃气涡轮发动机的风扇管道中的热交换布置。

背景技术：

许多商用飞行器燃气涡轮发动机采用从芯部发动机压缩机放出的高压热空气，用于由飞行器上的不同系统使用。具体而言，高压空气被飞行器上的各种任务(如防冰和客舱冷却)需要。然而，在空气的使用之前，空气的温度必须根据各个特定任务的要求降低到合理的水平。

使高压压缩机放出空气冷却的一种当前方法在于从嵌入在发动机壳内的发动机风扇管道抽取或放出空气。来自风扇管道的较冷的放出空气和来自芯部发动机压缩机的高压较热的放出空气接着穿过热交换器，其中较热的高压空气将其热能中的一些放出至较冷的风扇管道放出空气。

热交换过程的使用为必要的，尽管用于实现热传递的当前系统过于复杂。在一个系统中，采用精细的管子布局，以使高压放出空气经过至飞行器并且将较冷的风扇管道放出空气发送至热交换器的地点。当较冷的风扇管道放出空气到达热交换器并且执行其冷却任务时，由于因管子的各种弯曲和转向而产生的摩擦损失，故其损失其压力(潜在推力)的大部分。在从热交换器离开之后，风扇管道放出空气从飞行器结构在机外排放，具有可忽略的推力益处。风扇管道放出空气推力损失对发动机特定燃料消耗的影响为显著的。此外，过度复杂的放出空气管子显著地增加飞行器重量。

因此，仍然需要对用于执行热传递操作的布置的改进，这将避免现有技术所经历的风扇管道放出空气损失。

技术实现要素：

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。

大体上提供一种环形管道，其包括用于燃气涡轮发动机的模块化环形热交换器。在一个实施例中，模块化环形热交换器包括呈周向相邻的布置的多个径向模块。各个径向模块包括冷却的流体入口仓室节段、多个叶片，以及冷却的流体出口仓室节段。多个叶片以周向相邻的布置构造并且限定角度空间，其在各个周向相邻的叶片之间为共形的。冷却的流体入口仓室节段、多个叶片以及冷却的流体出口仓室节段呈串联轴向流动布置，并且限定内部冷却的流体流动路径和平行于内部冷却的流体流动路径的外部冷却流体流动路径。各个径向模块还包括内环形环节段和外环形环节段。内环形环节段和外环形环节段限定多个叶片固持器。叶片固持器限定叶片、冷却的流体入口仓室节段以及冷却的流体出口仓室节段的轴向、径向以及周向位置。

还大体上提供一种用于燃气涡轮发动机的环形管道。在一个实施例中，环形管道包括冷却的流体入口仓室、多个叶片以及冷却的流体出口仓室。冷却的流体入口仓室包括呈周向相邻的布置的多个冷却的流体入口仓室节段，在各个冷却的流体入口仓室节段之间限定周向空间。多个叶片以周向相邻的布置构造并且限定角度空间，该角度空间在各个周向相邻的叶片之间为近似均匀的。冷却的流体出口仓室包括呈彼此周向相邻的布置的多个冷却的流体入口仓室节段，并且在各个冷却的流体出口仓室节段之间限定周向空间。冷却的流体入口仓室节段、多个叶片以及冷却的流体出口仓室节段呈串联轴向流动布置，并且限定内部冷却的流体流动路径和至少部分地平行于内部冷却的流体流动路径的外部冷却流体流动路径。环形管道还包括内环形环和外环形环，它们均限定多个叶片固持器。内环形环包括至少第一内环形环节段和第二内环形环节段，它们呈周向相邻的布置，限定内直径周向间隙。外环形环包括至少第一外环形环节段和第二外环形环节段，它们呈周向相邻的布置，限定外直径周向间隙。叶片固持器限定叶片、冷却的流体入口仓室以及冷却的流体出口仓室的轴向、周向以及径向向内和径向向外位置。叶片固持器还限定第一内环形环节段和第二内环形环节段的轴向、周向以及径向位置，该第一内环形环节段和该第二内环形环节段限定内直径周向间隙。环形管道还包括安装组件。安装组件包括定位在第一内环形环节段上的第一销壳体、定位在第二内环形环节段上的第二销壳体，以及多个销。

还大体上提供一种燃气涡轮发动机，其在一个实施例中包括环形管道和销固持器。销固持器定位在沿轴向邻近于环形管道的安装组件的第一销壳体和第二销壳体的发动机构件上。

本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同描述用于阐释本发明的原理。

附图说明

包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开在参照附图的说明书中阐述，在该附图中：

图1示出根据本公开的一个实施例的示例性模块化环形热交换器的透视图；

图2示出根据本公开的一个实施例的示例性模块化环形热交换器的侧视图；

图3示出根据本公开的一个实施例的示例性供给器仓室节段的透视图；

图4示出图3的示例性供给器仓室节段的侧视图；

图5示出根据本公开的一个实施例的示例性叶片仓室节段的透视图；

图6示出图5的示例性叶片仓室节段的侧视图；

图7示出根据本公开的一个实施例的示例性叶片的透视图；

图8示出图7的示例性叶片的侧视图；

图9示出根据本公开的一个实施例的示例性外部叶片容纳环节段和内部叶片容纳环节段的透视图；

图10示出图9的示例性外部叶片容纳环节段和内部叶片容纳环节段的侧视图；

图11示出根据本公开的一个实施例的示例性叶片固持器的侧视图；

图12示出根据本公开的一个实施例的与叶片的示例性实施例组合的图11的示例性叶片固持器的透视图；

图13示出根据本公开的一个实施例的包括模块化环形热交换器的示例性实施例的环形管道的示例性实施例的透视图；

图14示出图13的环形管道的示例性实施例的径向模块的透视图；

图15示出根据本公开的一个实施例的安装组件的示例性实施例的透视图；

图16示出图15的示例性安装组件的销固持器的示例性实施例的透视图；

图17示出根据本公开的一个实施例的示例性安装组件附接接口的透视图；以及

图18示出根据本公开的一个实施例的可包括示例性环形管道的燃气涡轮发动机的实施例的截面视图。

附图标记在本说明书和附图中的重复使用旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。各个实例经由阐释本发明提供，而不限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本发明中作出各种改型和变型，而不脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，意图是，本发明覆盖归入所附权利要求和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。

如本文中使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可以可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不旨在表示独立构件的位置或重要性。

用语"上游"和"下游"是指相对于流体通道中的流体流的相对方向。例如，"上游"是指流体流自的方向，而"下游"是指流体流至的方向。

如本文中使用的，“流体”可为气体或液体。本途径不受所使用的流体的类型限制。在优选的应用中，冷却流体为风扇或低压压缩机空气，并且冷却的流体为来自高压压缩机的放出空气。然而，本途径可用于其它类型的液态和气态流体，其中冷却的流体和冷却流体为相同的流体或不同的流体。冷却的流体和冷却流体的其它实例包括空气、液压流体、燃料、油、燃烧气体、制冷剂、制冷剂混合物、用于冷却航空电子设备或其它飞行器电子系统的介电流体、水、水基化合物、与防冻添加剂混合的水(例如，乙醇或乙二醇化合物)，以及能够在升高或降低的温度下持续热传输的任何其它有机或无机热传递流体或流体混和物。

大体上提供包括模块化环形热交换器的环形管道，该环形管道包括共形几何形状，其允许最小限制的轴向、径向以及周向热生长，同时维持热交换器的构件的轴向、径向以及周向关系。尽管本文中描述的热交换器系统广泛适用于涉及多种流体类型的各种热交换器应用，但是本文中描述放出空气(例如，热流或热“源”)在燃气涡轮发动机中利用风扇或低压压缩机空气(例如，冷流或热“沉”)的其高效冷却。应当注意的是，尽管本说明书涉及用于高旁通涡轮发动机中的热交换器，但是本领域技术人员将理解的是，说明书不限于用于高旁通涡轮发动机中。相反，提供的热交换器可用于需要热交换的任何发动机和/或设备(包括但不限于涡轮风扇、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴、涡轮喷气发动机、往复式发动机以及布雷顿循环机)中。热交换器大体上提供用于涡轮发动机，该热交换器联接于涡轮发动机的风扇壳和发动机壳中的至少一个。

参照图1和图2，提供模块化环形热交换器100的示例性实施例，其由冷却的流体入口仓室140、多个叶片250以及冷却的流体出口仓室142(均呈环形布置)的串联轴向组合限定。冷却的流体入口仓室140、多个叶片250以及冷却的流体出口仓室142的串联轴向流动布置限定内部冷却的流体流动路径106和外部冷却流体流动路径108，冷却的流体148流动穿过内部冷却的流体流动路径106(例如，从热流)，冷却流体146沿着外部冷却流体流动路径108流动(例如，从冷流)。外部冷却流体流动路径108沿轴向(沿着方向aa)延伸穿过热交换器100，并且与内部冷却的流体流动路径106至少部分地平行。周向相邻的叶片250的连续布置限定遍及圆周的轴对称热传递区域和热交换器100的环形流动路径106,108，使得冷却的流体148和冷却流体146不绕过热交换器100。此外，连续的轴对称热传递区域遍及热交换器100的整个圆周共享热负荷，并且在冷却流体146或冷却的流体148离开热交换器100时，限制冷却流体146或冷却的流体148的温度的周向变化。

冷却的流体入口仓室140包括呈周向相邻的布置的多个冷却的流体入口仓室节段141。冷却的流体入口仓室节段141包括呈串联轴向布置的供给器仓室节段152和叶片仓室节段202。包括在冷却的流体入口仓室140中的多个周向相邻的供给器仓室节段152限定第一供给器仓室150。包括在冷却的流体入口仓室140中的多个周向相邻且部分重叠的叶片仓室节段202限定第一叶片仓室200。

冷却的流体出口仓室142包括呈周向相邻的布置的多个冷却的流体出口仓室节段143。冷却的流体出口仓室节段143包括呈串联轴向布置的叶片仓室节段202和供给器仓室节段152。包括在冷却的流体出口仓室142中的多个周向相邻的供给器仓室节段152限定第二供给器仓室160。包括在冷却的流体出口仓室142中的多个周向相邻的叶片仓室节段202限定第二叶片仓室210。

在图1和图2中示出的热交换器100的示例性实施例中，冷却的流体入口仓室140和冷却的流体出口仓室142的环形圆周92分段成四份，这可容许热交换器100的径向、轴向以及周向生长，同时减小热应力，并且允许调节热交换器100的振动响应，以减少高循环疲劳。在其它实施例中，冷却的流体入口仓室140和冷却的流体出口仓室142的环形圆周92分段成两份，或三份，或六份，或十二份等。

每对冷却的流体入口仓室节段141或冷却的流体出口仓室节段143在每对周向相邻的冷却的流体入口仓室节段141或冷却的流体出口仓室节段143之间限定周向空间159。呈环形周向相邻的布置的多个供给器仓室节段152(作为冷却的流体入口仓室节段141或冷却的流体出口仓室节段143的部分)在每对周向相邻的供给器仓室节段152之间限定周向空间159。分段的供给器仓室150,160可容许热交换器100的径向、周向以及轴向生长，同时通过减少结构约束并在第一供给器仓室150和第二供给器仓室160上的各个供给器仓室节段152之间维持非接触周向空间159来减小热应力。

第一叶片仓室200和第二叶片仓室210包括多个叶片仓室节段202。各个叶片仓室节段202在叶片仓室开口204处在各个供给器仓室节段152上的供给器仓室出路156处流体连接。供给器仓室出路156和叶片仓室开口204限定阳-阴连接，即，供给器仓室出路156限定轴向细长的外周边157，其小于叶片仓室开口204处的内周边207。叶片仓室200,210与供给器仓室150,160之间的阳-阴连接可通过允许最小限制的轴向热生长来减少热应力。

多个叶片250在叶片250的第一端部97处流体连接于第一叶片仓室200处的各个叶片仓室节段202并且在叶片250的第二端部99处流体连接于第二叶片仓室210处的各个叶片仓室节段202。叶片容纳环形环306为多个叶片250提供径向和轴向支承。叶片250至叶片仓室节段202的多个各个连接限定环形周向相邻的布置。此外，多个叶片250在冷却的流体入口仓室140与冷却的流体出口仓室142之间限定多个内部冷却的流体流动路径106。

供给器仓室150,160上的各个供给器仓室节段152包括供给器仓室开口154，冷却的流体148通过供给器仓室开口154进入或离开内部冷却的流体流动路径106。冷却的流体148比沿着冷却流体流动路径108流动的冷却流体146相对更热，冷却流体流动路径108从模块化环形热交换器100的第一端部97至第二端部99横跨多个叶片250限定。冷却的流体148沿着内部冷却的流体流动路径106(由串联流动布置限定)流动穿过第一供给器仓室150处的供给器仓室开口154、第一放出仓室200、多个叶片250、第二放出仓室210以及第二供给器仓室160，通过第二供给器仓室160处的供给器仓室开口154离开。应当理解的是，冷却的流体148沿着冷却的流体流动路径106的流动方向可按需要改变。

现在参照图3和图4，详细地示出供给器仓室节段152的示例性实施例，其包括供给器仓室开口154，和在与供给器仓室开口154相对的、供给器仓室节段152的侧部上的多个供给器仓室出路156。供给器仓室开口154可构造成连接供应管、歧管或配件，其将冷却的流体148供应至热交换器100。例如，在一个实施例中，供给器仓室开口154可限定圆形开口或具有径向细长开口的槽。在另一实施例中，供给器仓室开口154包括机械密封件(如垫圈、金属环或o型环)所放置的凹槽。在又一实施例中，供给器仓室154可包括阳螺纹或阴螺纹，以连接供应冷却的流体148的供应管、歧管或配件。在再一些实施例中，可采用软管和夹具来连接供应管，其将冷却的流体148供应至供给器仓室开口154。

在如图3和图4中提供的供给器仓室出路156的示例性实施例中，多个供给器仓室出路156呈相邻的周向布置。各个供给器仓室出路156限定至各个叶片仓室节段202的阳连接，即，各个供给器仓室出路156限定从供给器仓室节段152突出(沿着方向aa)的轴向细长开口，其中外周边157小于供给器仓室出路156所对接的叶片仓室开口204的内周边207(图5)。在示例性实施例中，供给器仓室出路156限定跑道形截面，即，由相等长度的直线邻接的半圆的两个半部。然而，在其它实施例中，供给器仓室出路156限定圆形或矩形截面。在再一些实施例中，供给器仓室出路156为阴连接(即，存在由前述实施例中的任一个限定的孔，而不是从供给器仓室节段150突出的细长开口)，叶片仓室开口204提供与其对应的阳连接。

在供给器仓室节段152的另一实施例中，多个供给器仓室开口154包括在供给器仓室节段152上。多个供给器仓室开口154可对应于一定数量的供给器仓室出路156。作为非限制性实例，其中供给器仓室节段152包括九个供给器仓室出路156，如图3和图4中示出的，可包括九个供给器仓室开口154，使得供给器仓室节段152构造为供给器仓室开口154和供给器仓室出路156处的流体供给器。然而，应当认识到的是，供给器仓室节段152可限定更少或更多数量的供给器仓室出路156或供给器仓室开口154。

在又一实施例中，至各个供给器仓室出路156的各个供给器仓室开口154限定内部冷却的流体流动路径106，其与各个周向相邻的供给器仓室出路156分离并流体隔离。从供给器仓室开口154至供给器仓室出路156的各个内部冷却的流体流动路径106的流动路径区域可近似恒定。然而，在另一实施例中，流动路径区域可从供给器仓室开口154至供给器仓室出路156增大，以便最小化流动限制。

在再一实施例中，供给器仓室开口154(无论是作为每个供给器仓室节段152的单个开口还是多个开口)可构造成限定内部冷却的流体流动路径106区域，以最小化供给器仓室开口154与供给器仓室出路156之间的压差。作为另一实例，供给器仓室开口154处的内部冷却的流体流动路径106区域，或多个该区域的总和，可小于供给器仓室出路156处的区域，或多个该区域的总和，以便最小化供给器仓室出路156处的流动限制。

结合图4参照图5和图6，提供叶片仓室节段202的示例性实施例。叶片仓室节段202包括叶片仓室开口204，其限定至各个供给器仓室节段152的供给器仓室出路156的阴连接，即，各个叶片仓室开口204限定朝向供给器仓室出路156突出(沿着方向aa)的轴向细长的开口，其中内周边207大于供给器仓室出路156的外周边157(图4)。供给器仓室出路156(图4)和叶片仓室开口204一起沿轴向重叠，维持多个叶片仓室节段202与供给器仓室节段152之间的流体连接，同时容许由于在发动机操作期间的热膨胀或振动而产生的沿方向aa的移动或变化。

现在参照图5和图6，提供的叶片仓室节段202的示例性实施例包括第一端部211处的第一半径208和第二端部212处的第二半径209，它们限定大体上曲线的截面，其中第一半径208相对于轴向中心线101大于第二半径209。多个叶片仓室节段202在叶片仓室200,210中的各个周向相邻的叶片仓室节段202之间限定部分重叠的周向角度关系。

例如，在第一叶片仓室节段214沿周向邻近于叶片仓室200,210中的第二叶片仓室节段215的情况下，第一叶片仓室节段214和第二叶片仓室节段215限定重叠角216，第一叶片仓室节段214和第二叶片仓室节段215在重叠角216之上相对于轴向中心线101沿周向重叠。重叠角216随热交换器100中的叶片250的数量、热交换器100的环形圆周92，以及采用热交换器100的系统的热传递要求(例如，冷却的流体148和冷却流体146的温度、流率以及压力，和冷却的流体148与冷却流体146之间的期望温度改变)变化。总而言之，重叠角216可至少部分地限定冷却的流体148与冷却流体146之间的最佳和轴对称热传递。

在一个实施例中，重叠角216为大约20到80度，即，模块化环形热交换器100的环形圆周92的大约20到80度的第二叶片仓室节段215的部分由第一叶片仓室节段214重叠。在另一实施例中，重叠角216为大约30到70度。在又一实施例中，重叠角216为大约30到40度。

参照图3-6，均由供给器仓室节段152和叶片仓室节段202限定的冷却的流体入口仓室节段141或冷却的流体出口仓室节段143可通过添加制造、铸造、锻造或从工件加工，或过程的组合来构造为单个整体结构，如对于非限制性实例而言。

现在结合图6参照图7和图8，提供限定叶片仓室出路206的叶片仓室节段202的示例性实施例，叶片250的第一侧255连接于叶片仓室出路206，与叶片仓室节段202流体连通。叶片仓室节段202在与叶片仓室开口204相对的、叶片仓室节段202的侧部217上限定叶片仓室出路206，使得叶片250的第一侧255或第二侧256流体连接于叶片仓室节段202。叶片250至叶片仓室开口204的连接构造成防止沿着内部冷却的流体流动路径148的冷却的流体148与沿着外部冷却流体流动路径108的冷却流体146之间的流体连通。外部冷却流体流动路径108横跨叶片250的外侧257和内侧258沿轴向延伸。

在一个实施例中，密封叶片仓室节段202和叶片250免于泄漏或与冷却流体146流体连通可包括应用垫圈。在另一实施例中，叶片仓室节段202和叶片250使用高温粘合剂或密封剂(如硅橡胶、环氧粘合剂，或陶瓷粘合剂)密封。在又一实施例中，高温橡胶喷嘴可放置在叶片仓室出路206与叶片250之间。

连接于多个叶片仓室节段202的多个叶片250经由至叶片仓室节段202上的叶片仓室出路206的附接而在各个叶片250与叶片仓室节段202之间限定角度空间218。各个叶片250之间的角度空间218从第一叶片的外侧257至周向相邻叶片的内侧258为近似均匀的，使得最佳和轴对称的热传递可围绕热交换器100的整个圆周在冷却的流体148与冷却流体146之间发生。最佳角度空间218随冷却的流体148、冷却流体146和热交换器100的热导率，以及流体146,148的流率和压力，和系统的热传递要求变化。例如，在一个实施例中，第一叶片仓室节段214与第二叶片仓室节段215之间的角度空间218可为近似在4度与46度之间的值，以通过叶片250提供冷却的流体148与冷却流体146之间的热传递的最佳组合。在另一实施例中，角度空间218可为近似在6度与23度之间的值。在又一实施例中，角度空间218可为近似在7度与7.5度之间的值。

仍结合图6参照图7和图8，提供包括轴向延伸的壁252的叶片250的示例性实施例。叶片250的多个壁252、外侧257以及内侧258限定多个叶片流动通路254。由叶片250的壁252、外侧257以及内侧258限定的多个叶片流动通路254促进从冷却的流体148通过壁252至叶片250的外侧257和内侧258的热传递和热负荷共享。冷却流体146在冷却流体146横跨叶片的外侧257和内侧258流动时与叶片250热连通，这促进热传递效果，以降低横跨叶片250的流动通路254流动的冷却的流体148的温度。多个叶片流动通路254可增加结构刚度并且减少不期望的振动模式。

叶片250的第一侧255和第二侧256由叶片仓室节段202的几何形状限定，叶片250附接于叶片仓室节段202。叶片250包括径向向内的端部259，其大体上对应于叶片仓室节段202的第二半径209的几何形状(图6)。类似地，叶片250包括径向向外的端部260，其大体上对应于叶片仓室节段202的第一半径208的几何形状。

叶片250由可有效地促进从冷却的流体148至冷却流体146的热传递的材料构成。例如，在一个实施例中，叶片250可包括具有高热导率的陶瓷，如但不限于氮化铝、碳化硅、氧化铝，或氮化硅，或它们的组合。在另一实施例中，叶片250可包括具有高热导率的金属，如但不限于硬质合金、碳钢、铝合金，或它们的组合。在又一实施例中，叶片250由可促进添加制造或者更适合于发动机环境的材料(如钛、镍，或铝，或它们的合金，或它们的组合)构成。材料的组合可包括单个叶片250的材料、层或节段的混合物，或围绕热交换器100的环体布置的不同材料的叶片250的交替布置。

现在参照图9-12，提供外部叶片容纳节段300、内部叶片容纳节段302，以及外部叶片容纳节段300和内部叶片容纳节段302上的叶片固持器304的示例性实施例。多个外部叶片容纳节段300和内部叶片容纳节段302限定叶片容纳环形环306，其提供叶片250在模块化环形热交换器100中的轴向和径向固持。外部叶片容纳节段300限定弯曲的外表面301，其形成叶片容纳环306的径向向外(沿方向rr)环形部分。多个叶片固持器304定位在与外表面301相对的径向向内的面上。多个外部叶片容纳节段300以周向相邻的布置定位，以限定叶片容纳环形环306的径向向外(沿方向rr)环形部分。

类似地，内部叶片容纳节段302限定弯曲的内表面303，其形成叶片容纳环306的环形部分，该环形部分在外部叶片容纳节段300径向内侧(沿方向rr)。多个内部叶片容纳节段302在外部叶片容纳节段300径向内侧的地点处以周向相邻的布置定位，以限定叶片容纳环形环306的径向向内(沿方向rr)环形部分。

外部叶片容纳节段300和内部叶片容纳节段302中的各个上的叶片固持器304包括在第二固持壁308径向外侧的第一固持壁307。第一固持壁307和第二固持壁308在环形圆周92的弦处延伸。第一固持壁307和第二固持壁308由径向固持壁309连接。径向固持壁309、第一固持壁307以及第二固持壁308一起限定叶片固持器开口310，以保持叶片250。第一固持壁307、第二固持壁308以及径向固持壁309沿径向延长并且沿轴向延长(沿着方向aa)，以沿轴向、沿径向以及沿周向固持叶片250。

在图12中提供的示例性实施例中，多个叶片固持器304限定成固持叶片250。在另一实施例中，叶片固持器304可横跨外部叶片容纳节段300或内部叶片容纳节段302的轴向长度沿轴向延长。在任一实施例中，第一固持壁307、第二固持壁308以及径向固持壁309的几何形状限定叶片固持器开口310，使得叶片250横跨温度的范围，以及发生的随后热膨胀沿轴向、沿径向以及沿周向装固就位，模块化环形热交换器100及其构成构件可经历该随后热膨胀。

现在参照图7-12，叶片250的径向向内端部259的示例性实施例定位在叶片固持器304的叶片固持器开口310内，叶片固持器304定位在内部叶片容纳环节段302上。径向向外端部260定位在叶片固持器304的叶片固持器开口310内，叶片固持器304定位在外部叶片容纳环节段300上。叶片250可由力沿轴向和沿径向固定于叶片固持器304，而无需机械紧固件或接头，如压配合、过盈配合，或热交换器100的组装力的总和。

仍参照提供的叶片固持器304的示例性实施例，在本公开的一个实施例中，叶片固持器304可由机械紧固件(如但不限于螺钉、螺栓和螺母，或铆钉)连结于外部叶片容纳环300和内部叶片容纳环302。在另一实施例中，叶片固持器304可由其它连结过程(如但不限于焊接、硬钎焊、软钎焊、粘合，或施加高温粘合剂)连结。在又一实施例中，叶片固持器304如由但不限于添加制造或铸造来与外部叶片容纳节段300和内部叶片容纳节段302集成地形成。

应当认识到的是，冷却的流体入口仓室140(包括与第一叶片仓室200流体连接的第一供给器仓室150，第一叶片仓室200流体连接于叶片250的第一侧255)的几何形状、尺寸关系、构成构件、附图以及实施例的前述描述大体上应用于冷却的流体出口仓室142，其包括流体连接于第二供给器仓室160的第二叶片仓室210，第二叶片仓室210流体连接在叶片250的第二侧256处。然而，在一个实施例中，冷却流体入口仓室140或冷却流体出口仓室142可限定曲线轴向截面(沿着方向aa)，使得第一端部97处的热交换器100限定比在第二端部99处更大的径向截面。在又一实施例中，曲线轴向截面可在第一端部97处限定比在第二端部99处更小的径向截面。

现在参照图13，提供环形管道90的示例性实施例的透视图，环形管道90包括由外环形环102和内环形环104包围的模块化环形热交换器100。外环形环102包括开口105，供给器仓室开口154沿径向向外延伸(从轴向中心线101向外延伸)穿过开口105。冷却的流体148在第一端部97处流动到供给器仓室开口154中，并且在第二端部99处从供给器仓室开口154流出，在它们之间流动穿过热交换器100。外环形环102和内环形环104限定外部冷却流体流动路径108，冷却流体146通过外部冷却流体流动路径108从模块化环形热交换器100的第一端部97流动至第二端部99，横跨冷却的流体入口仓室140、多个叶片250以及冷却的流体出口仓室142。流动穿过热交换器100的冷却的流体148与沿着外部冷却流体流动路径108流动的冷却流体146之间的热连通降低冷却的流体148的温度。应当理解的是，冷却流体146的流动方向可按需要改变，例如，冷却流体146沿着外部冷却流体流动路径108从第二端部99流动至第一端部97。

内环形环104包括内环形环节段125，多个内环形环节段125呈彼此相邻的周向布置，以限定内环形环104。内环形环节段125包括内部叶片容纳环节段302。内环形环节段125限定外侧表面127，其附接于内部叶片容纳环节段302的内侧表面303(图9)。内环形环节段125和内部叶片容纳环节段302经由连结过程(如但不限于焊接、硬钎焊、软钎焊、扩散粘合，或其它形式的粘合)附接。在其它实施例中，机械紧固特征(如但不限于螺母板、孔、螺纹孔、夹子、锚、销或闩锁)可被包括，并且与螺栓、螺钉、螺母、铆钉或其它机械紧固件结合采用，以将内环形环节段125的外侧表面127连结于内部叶片容纳环节段302的内侧表面303(图9)。在又一实施例中，内环形环节段125和内部叶片容纳环节段302如由但不排他地，添加制造、铸造，或加工锻造来构造为单个整体结构。

类似于内环形环104的实施例，外环形环102包括外环形环节段126，多个外环形环节段126呈彼此相邻的周向布置，以限定外环形环102。外环形环节段126包括外部叶片容纳环节段300。外环形环节段126限定内表面128。外环形环节段126的内表面128附接于外部叶片容纳环节段300的外侧表面301(图9)。外环形环节段126和外部叶片容纳环节段300经由类似于内环形环节段126的方法附接于内部叶片容纳环节段302。

每对周向相邻的内环形环节段125限定内直径(id)周向间隙120，如在第一内环形环节段130与沿周向邻近于第一内环形环节段130的第二内环形环节段131之间。每对周向相邻的外环形环节段126限定外周向(od)间隙121，如在第一外环形环节段132与沿周向邻近于第一外环形环节段133的第二外环形环节段133之间。在每对周向相邻的节段125,126之间的id周向间隙120和od周向间隙121减小结构约束，由此容许外环形环102或内环形环104的径向、轴向以及周向生长，同时减少热应力，增加高周疲劳寿命，并且减少振动。

总而言之，内环形环104包括至少第一内环形环节段130和第二内环形环节段131，它们呈周向相邻的布置。第一内环形环节段130和第二内环形环节段131均包括多个叶片固持器304，其限定叶片250、冷却的流体入口仓室140以及冷却的流体出口仓室142的轴向和周向位置，以及径向向内位置。

类似于内环形环104的实施例，外环形环102包括至少第一外环形环节段132和第二外环形环节段133，它们呈周向相邻的布置。第一外环形环节段132和第二外环形环节段133均包括多个叶片固持器304，其限定叶片250、冷却的流体入口仓室140以及冷却的流体出口仓室142的轴向和周向位置，以及径向向外位置。

外环形环节段125或内环形环节段126之间的id周向间隙120和od周向间隙121可填充有柔性高温粘合剂，如但不限于硅橡胶(例如，室温硫化硅树脂)或环氧树脂。粘合剂的添加可促进将冷却流体146维持在外部冷却流体流动路径108内，并且减轻至环形管道90的其它区域的流体迁移，同时容许外环形环102和内环形环104的径向、轴向以及周向生长，并且减少热应力。

现在参照图14，提供环形管道90的径向模块91的示例性实施例。环形管道90的径向模块91包括冷却的流体入口仓室节段141、以周向相邻的布置构造的多个叶片250，以及冷却的流体出口仓室节段143。多个叶片250限定角度空间218，其在各个周向相邻的叶片250之间为共形的。冷却的流体入口仓室节段141、多个叶片250以及冷却的流体出口仓室节段143呈串联轴向流动布置，并且限定内部冷却的流体流动路径106和平行于内部冷却的流体流动路径106的外部冷却的流体流动路径108。径向模块91还包括内环形环节段125和外环形环节段126。内环形环节段125和外环形环节段126均限定多个叶片固持器304。叶片固持器304限定叶片250、冷却的流体入口仓室节段141以及冷却的流体出口仓室节段143的轴向、径向以及周向位置。

现在参照图13和图14，示出环形管道90，其包括呈周向相邻的布置的四个径向模块90。然而，在另一实施例中，环形管道90可包括呈周向相邻的布置的其它数量的径向模块91。例如，环形管道90可包括在2个与12个之间的径向模块91。在另一实例中，环形管道90可包括在3个与6个之间的径向模块91。然而，在又一实施例中，环形管道90可限定本文中描述的特征，该特征限定共形环形管道90，其在结构上沿六个方向受约束，同时容许沿六个方向的热膨胀。例如，六个方向包括沿着方向aa沿轴向向前和向后(即，朝向第一端部97和第二端部99)，并且从轴向中心线101沿所有方向径向向外。

现在参照图13-17，提供包括安装组件109的内环形环节段125的示例性实施例。安装组件109包括定位在第一内环形环节段130上的第一销壳体110，和定位在第二内环形环节段131上的第二销壳体111。销固持器114定位在沿轴向邻近于第一销壳体110和第二销壳体111的发动机构件上。销壳体110,111在内环形环节段130,131的第一端部97或第二端部99处定位在内直径径向间隙120的周向相对的端部上。销壳体110,111限定孔，以固持销112。销壳体110,111构造成限定具有足够轴向深度(沿着方向aa)的孔，以容许热交换器100的轴向膨胀。

如图16中进一步详细地示出的，提供销固持器114的示例性实施例，销固持器114包括沿着热交换器100的环形圆周92的弦(沿着方向cc)延伸的细长槽115。销固持器114定位在发动机构件上，该发动机构件与销壳体110,111沿轴向相对。第一销壳体110的销112定位在细长槽115中，提供内环形环节段125、内环形环102以及热交换器100的轴向和径向移动，同时减小热应力。第二销壳体111的销112定位在销固持器114的孔116中，向热交换器100和环形管道90提供相对于燃气涡轮发动机的固定径向地点，环形管道90可安装至该燃气涡轮发动机。

在图16中提供的销固持器114和销112的示例性实施例中，销在销固持器114中。在其它实施例中，销112可固定在销壳体110,111中。在再一些实施例中，销112不固定于销壳体110,111或销固持器114，而是通过尺寸约束和由环形管道90至燃气涡轮发动机的组装的力固持就位，环形管道90可安装至该燃气涡轮发动机。

现在参照图17，提供第一内环形环节段130和第二内环形环节段131的方面的示例性实施例，其中第二环形环节段131限定周向细长的槽117(沿着方向cc)，并且第一环形环节段130限定多个孔口118。槽117和孔口118为第一环形环节段130和第二环形环节段131的第二端部99处的用于销固持器114的固持特征。机械紧固件(如，但不限于螺栓和螺母，或螺钉)可将销固持器114固持于孔口118和槽117。周向细长的槽117可促进热交换器100的最小限制的径向或周向移动，同时减少由于热交换器100的热膨胀而产生的热应力。

返回参照图13-17，应当理解的是，安装组件109(包括销壳体110,111、销固持器114，以及孔口118和槽117)可在环形管道90的第一端部97或第二端部99处布置和定位在轴向相邻的构件上，以产生促进热交换器100在操作期间的最小限制的径向或周向生长的大致类似的效果。例如，在一个实施例中，销固持器114或其方面可定位在第一内环形环节段130或第二内环形环节段131上。在另一实施例中，销固持器114或其方面可定位在第一外环形环节段132或第二外环形环节段133上。

如参照图13-17描述的安装组件109以周向相邻的布置连接多个径向模块91，以限定环形管道90。径向模块91的环形布置限定一系列周向相邻的叶片250。周向重叠216的叶片250限定周向连续的轴对称热传递区域，其构造成使热传递负荷遍及热交换器100的圆周92和轴向长度(沿方向aa)大致上均匀地分布。此外，连续的轴对称热传递区域共享遍及热交换器100的整个圆周的热负荷，由此限制冷却流体146或冷却的流体148在离开热交换器100时的温度的径向变化。

如参照图1-17中示出的实施例描述的，环形管道90由沿六个方向固持的多个周向布置的径向模块91限定，同时还容许沿所有六个方向的最小限制的热生长。供给器仓室节段152至叶片仓室节段202的布置(如但不排他地，轴向延长的供给器仓室出路156与轴向延长的叶片仓室开口204重叠)容许轴向生长(沿着方向aa)，同时使冷却的流体148与冷却流体146之间的流体连通最小化；径向模块91的模块化构造容许用于热交换器100和环形管道90的最小限制的径向(从轴向中心线101延伸)和周向生长；并且限定内环形环节段槽117的安装组件109以周向布置定位径向模块91，以将环形管道90限定在燃气涡轮发动机内，同时容许环形管道90及其包含的构件的最小限制的轴向、周向以及径向移动。

应当理解的是，参照图1-17提供的各个方面和实施例可使用各种制造方法来组装，连结或定位。此类方法可包括但不限于硅橡胶、环氧树脂或陶瓷粘合剂的使用；过盈配合公差，和机械力或热差的使用(例如，冷却第一构件并且加热第二构件，以提供用以连结第一和第二构件的间隙)；或机械紧固件(例如，螺栓和螺母、螺钉、铆钉、夹子、焊接、硬钎焊、软钎焊、粘合等)的使用。此外，以上描述的模块化环形热交换器100和环形管道90可由一种或若干种材料构成，包括但不限于钛、镍、铝、钢、奥氏体、钨、钼、陶瓷，或各种材料的合金或复合物，或它们的组合。

在一个实施例中，环形管道90用于冷却燃气涡轮发动机的热流体的方法中。使热流体引导穿过叶片250中的多个叶片流动通路254，叶片250在环形管道90内沿径向重叠216，以限定热传递区域；并且使冷却流体146沿着由环形管道限定的外部冷却流体流动路径108经过，使得冷却流体146在径向重叠的叶片250之间轴向地且至少部分地平行于内部冷却的流体流动路径106经过。例如，冷却流体146大体上沿燃气涡轮发动机的轴向方向流动穿过环形管道90。

例如，图18示出包括一个或更多个环形热交换器100的燃气涡轮发动机311的一个实施例的截面视图。(多个)环形热交换器的位置可按需要改变，但是在特别实施例中在芯部发动机314内。例如，模块化环形热交换器100可利用风扇空气354作为冷却流体(直接或发送到环形管道中)，并且热流体可从燃气涡轮发动机的芯部放出空气。根据本主题的方面，燃气涡轮发动机可在飞行器内利用，其中发动机311示出具有出于参考目的延伸穿过其的纵向或轴向中心线轴线312。

大体上，发动机311可包括芯部燃气涡轮发动机(大体上由附图标记314指示)和定位在其上游的风扇区段316。芯部发动机314可大体上包括大致管状的外壳318，其限定环形入口320。此外，外壳318可进一步包封和支承增压器压缩机322，用于将进入芯部发动机314的空气的压力增加到第一压力水平。高压多级轴流式压缩机324可接着从增压器压缩机322接收加压空气，并且进一步增加此类空气的压力。离开高压压缩机324的加压空气可接着流动至燃烧器326，在燃烧器326内，燃料喷射到加压空气流中，其中所得的混合物在燃烧器326内燃烧。高能燃烧产物沿着发动机311的热气体路径从燃烧器引导至高压涡轮328，用于经由高压驱动轴330驱动高压压缩机324，并且接着至低压涡轮332，用于经由低压驱动轴334驱动增压器压缩机322和风扇区段316，低压驱动轴334大体上与高压驱动轴330同轴。在驱动涡轮328和332中的各个之后，燃烧产物可经由排气喷嘴336从芯部发动机314排出，以提供推进喷射推力。

应当认识到的是，在若干实施例中，发动机311还可包括在增压器压缩机322与高压压缩机324之间的中压压缩机。此外，中压涡轮可定位在高压涡轮328与低压涡轮332之间。中压压缩机和中压涡轮可以可旋转地联接于中压轴，其与lp轴334和hp轴330同轴。

还应当认识到的是，各个压缩机322,324可包括多个压缩机级，其中各个级包括固定压缩机导叶的环形阵列和紧接地定位在压缩机导叶下游的旋转压缩机叶片的环形阵列两者。类似地，各个涡轮328,332可包括多个涡轮级，其中各个级包括固定喷嘴导叶的环形阵列和紧接地定位在喷嘴导叶下游的旋转涡轮叶片的环形阵列两者。

此外，如图18中示出的，发动机311的风扇区段316可大体上包括可旋转的轴流式风扇转子组件338，其构造成由环形风扇壳340包绕。本领域技术人员应当认识到的是，风扇壳340可构造成由多个大致径向延伸的、周向间隔的出口导叶342相对于芯部发动机314支承。就此而言，风扇壳340可包封风扇转子组件338及其对应的风扇转子叶片344。此外，风扇壳340的下游区段346可在芯部发动机314的外部部分之上延伸，以便限定提供附加的推进喷射推力的第二或旁通气流导管48。

在若干实施例中，低压驱动轴334可直接联接于风扇转子组件338，以提供直接驱动构造。作为备选，低压驱动轴334可经由减速装置337(例如，减速齿轮或齿轮箱)联接于风扇转子组件338，以提供间接驱动或齿轮传动构造。此类(多个)减速装置还可按需要或要求设在发动机311内的任何其它合适的轴和/或转轴之间。

在发动机311的操作期间，应当认识到的是，初始空气流(由箭头350指示)可通过风扇壳340的相关入口352进入发动机311。空气流350接着穿过风扇叶片344并且分成第一压缩空气流(由箭头354指示)和第二压缩空气流(由箭头356指示)，该第一压缩空气流移动穿过风扇旁通导管348，该第二压缩空气流移动穿过芯部流动导管357，进入增压器压缩机322。第二压缩空气流356的压力接着增加，并且进入高压压缩机324(如由箭头358指示的)。在与燃料混合并且在燃烧器326内燃烧之后，燃烧产物360离开燃烧器326并且流动穿过第一涡轮328。此后，燃烧产物360流动穿过第二涡轮332并且离开排气喷嘴336，以向发动机311提供推力。

应当认识到的是，在若干实施例中，除风扇旁通导管348和芯部流动导管357之外，发动机311可构造成限定第三流，其引导第二压缩空气流356的部分，以绕过高压压缩机324、燃烧器326以及涡轮328,332。本公开的热交换器100的一个实施例将热交换器100围绕高压压缩机324环形地定位。在另一实施例中，热交换器100可围绕高压涡轮328环形地定位。在又一实施例中，热交换器100可在第三流轴向流动路径内围绕高压压缩机324或涡轮328,332沿径向定位。

如叙述的，流体(例如，放出空气)可通过目前描述的设备在燃气涡轮发动机的环形管道中冷却。在一个实施例中，流体可引导穿过内部冷却的流体流动路径，其包括多个叶片流动通路，该多个叶片流动通路在环形管道内沿径向重叠，以限定热传递区域(例如，限定在多个叶片内，如以上描述的)，并且冷却流体可穿过由环形管道限定的外部冷却流体流动路径，使得冷却流体在径向重叠的叶片流动通路之间经过。

该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域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并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利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实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。