使用热管的用于涡轮发动机的传热系统的制作方法
【专利说明】使用热管的用于涡轮发动机的传热系统
[0001]本申请是于2007年12月27日提交的专利申请(中国国家申请号为200710307400.7，发明名称为“使用热管的用于涡轮发动机的传热系统”)的分案申请。
技术领域
[0002]本发明大体涉及涡轮发动机，及更具体地，涉及在燃气涡轮发动机内使用热管(heat pipes)传热的系统及方法。
【背景技术】
[0003]在燃气涡轮发动机中，尤其是较多旁通的涡轮发动机，如分流器前部及助推器(booster)入口导向叶片(IGV)前缘(leading edge)这样的暴露构件可在操作期间堆积冰。发动机内及在暴露的发动机结构上的冰的堆积是有重大影响的。附着的冰可以部分地堵塞风扇流路，并使得风扇不稳定。堆积的冰还可能突然地脱落(例如，经由发动机的连续运行)，从发动机的低能量运行至高能量运行时引起节流阀爆裂，或由于冰堆积的扰流或者不对称引起振动。
[0004]发动机运行期间，已存在的用于限制冰堆积的各种现有技术的方法，例如，用增加的运行温度运转发动机，将高温度排气从发动机压缩机引导至暴露的表面，在运行之前用除冰的溶液喷射发动机，及用电阻加热器加热表面。然而，所有这些方法具有各种缺点。增加的操作温度及排气系统可能降低发动机性能。这种系统还需要昂贵的及重的阀门，以在起飞及其它高能量运行期间关闭高温度空气的流动，以保护发动机。已估算出与排气构造相关联的燃料消耗率(SFC)的损失可以高到1%。除冰的流体仅在有限的时间内提供保护。电加热要求大量的电量，以执行除冰操作，且可能需要额外的电机、飞机的计算机电路及复杂的交互逻辑，具有附带的增加的成本、重量和性能损失。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服现有技术中的前述缺点，本发明为涡轮发动机提供传热系统，包括至少一个热管，热管的其中至少一段安置为与整流罩(cowling)结构的内表面相接触。热管热联接至热源，以使来自热源的热量可以通过热管传输至整流罩结构。
[0006]根据一个方面，本发明为涡轮发动机提供传热系统，包括具有弓形截面的前部部分的环形整流罩结构。传热系统包括至少一个热管，热管的其中至少一段安置为与整流罩结构的内表面相接触。通过包括缓冲元件的装配结构固定热管，缓冲元件适于防止热管振动；其中，热管热联接至热源，以使来自热源的热量可以通过热管传输至整流罩结构。
[0007]根据本发明的另一方面，燃气涡轮发动机包括:具有弓形截面的前部部分的环形整流罩结构；多个热管，各个热管的至少一段安置成抵靠整流罩结构的内表面，通过包括缓冲元件的装配结构固定热管，缓冲元件适于防止热管振动；且热源热联接至热管，以使来自热源的热量可以通过热管传输至整流罩结构。
【附图说明】
[0008]与附图相结合，通过参考下面的描述，可更好地理解本发明，图中:
图1为燃气涡轮发动机的一部分风扇模组的截面示意图，包括根据本发明的一方面构造的传热系统；
图2为示于图1的分流器的透视图；
图3为图2的分流器的截面视图，示出了安置于其内的热管；
图4为分流器的截面图，示出了热管的可选的装配；及图5为分流器的截面图，示出了其内热管的另一可选的装配。
【具体实施方式】
[0009]参照附图，其中在各种视图中所有相同的参考标号表示相同的元件，图1示出燃气涡轮发动机的一部分风扇段，包括具有朝前的分流器12的内壳体10、通过径向延伸的一排风扇支柱16连接至内壳体10的环形风扇外壳14、及核心内流路18。分流器12为环形结构，其分隔风扇旁通气流路径(大体表示在“ F ”处)，及核心发动机气流路径(大体表示在“C”处)。多个入口导向叶片(IGVs) 20延伸于分流器12与核心内流路18之间。本发明同样适用于其它具有弓形“前部”部分的整流罩结构的发动机构造，例如，缺少传统风扇整流罩或分流器的纯涡轮喷气发动机。如此处所使用的，用语“整流罩结构”大体指任何具有弓形截面的前部(nose)部分的静态环形发动机结构。
[0010]如图2所示，环形助推器外壳22形成分流器12的径向内表面，并用于容纳旋转的助推器叶片(未示出)。环形边缘24可以为连续的或分段的，其与助推器外壳22联合限定分流器12的中空前缘或“前部”26。本发明还可使用于分流器12由更多或更少构件组成的构造中。多个热管28装配于助推器外壳22的周围。各个热管28包括后段30、及前段32、及后段30与前段32间的过渡段33。用于将助推器外壳22的段在凸缘34处连接在一起的现有的螺钉用于固定装配件36，装配件36在弹性垫圈(grommet)内依次承载热管28，以提供缓冲。各个热管的大多数用适当的隔热体40 (图2中仅示出一部分)包装，以减小传热。各个前段32，或至少其一部分，是未隔绝的。未隔绝的部分指定为“冷”或“冷凝器”端，且相对端指定为“热”或“蒸发器”端(未示出)。应该注意，当相对于热管28使用时，术语“热”、“蒸发器”、“冷”、及“冷凝器”描述热管28在相对高或低的温度区域内的定位，并不涉及热管28其自身结构的任何特别方面。
[0011]热管28的前段32以周向的排列安置于分流器前部26之内。各个前段32大体为弓形的，以顺应助推器外壳22的曲面，并向大体周向方向延伸。各个前段32装配于分流器前部26中，以达到与流路表面的良好的热传导，而避免振动及破裂。在图3示出的例子中，通过一个或多个弯曲的、弹性弹簧夹42，前段32支撑抵靠分流器边缘(splitter lip) 24的内部表面，弹簧夹42用焊接、螺钉连接、铆钉连接、或其它方式附接于助推器外壳22上。具有隔热特性的缓冲部件44由夹42承载，或安置于夹42与前段32之间。用于缓冲部件44的适合的材料的例子为高温硅树脂。可选地，如已知类型的硅树脂糊料(paste)的导热糊料可安置于前段32与分流器边缘24的内表面46之间，以增强并引导至前面的热流。另外的隔热体(未示出)可放置于分流器边缘24内，以覆盖前段32的后侧，并减小热损失。
[0012]在示于图4的可选例子中，类似于热管28，热管的前段132通过一个或多个托架48支撑抵靠分流器边缘24的内表面，例如用图5所示的螺钉50将托架48附接于分流器边缘24上。具有隔热特性的缓冲部件52可安置于托架48与前段132之间。用于缓冲部件52的适合的材料的例子为高温硅树脂。可选地，如已知类型的硅树脂糊料的导热糊料可安置于前段132与分流器边缘24的内表面之间，以增强并引导至前面的热流。另外的隔热体(未示出)可放置于分流器边缘24内部，以覆盖前段132的后侧，并减小热损失。
[0013]在示于图5的可选例子中，类似于热管28，热管的前段232通过一个或多个相对薄的托架54 (如，金属片)支撑抵靠分流器边缘24的内表面，托架54锁位于分流器边缘24的内部。具有隔热特性的缓冲部件56可安置于托架54与前段232之间。用于缓冲部件56的适合的材料的例子为高温硅树脂。可选地，如已知类型的硅树脂糊料的导热糊料可安置于前段232与分流器边缘24的内表面之间，以增强并引导至前面的热流。另外的隔热体(未示出)可放置于分流器边缘24内，以覆盖前段232的后侧，并减小热损失。
[0014]再次参照图2，过渡段33大体轴向延伸，并与后段30和前段32相互连接。根据相关联的前段32的位置设定尺寸及形状，但是大多过渡段33将在周向方向上延伸至某种程度。
[0015]热管28的后段30大体周向地延伸。它们延伸至装配于方便位置上的热交换器(未示出)。热交换器可以简单地为内部具有开口的壳体。自发动机润滑系统的润滑油通过适当的管道进入热交换器，将热量传输至热管28，及然后通过补给线路流回至发动机润滑系统。连接至热交换器的润滑油存储、循环、及分配系统在燃气涡轮发动机技术中是现有的，此处不再讨论。如果希望，热交换器可以连接至另一种类型的热源，如排气线路、电源、或发动机内的另一流体系统。
[0016]虽然示于图3中的为圆形，置于分流器前部26内部的热管28的部分可以成形为椭圆形的、扁平的、或其它非圆形的截面形状，以提供希望得到的截面区域，而改进体积的包装或热传输。例如，图4及图5示出具有大体椭圆形截面的热管。
[0017]各个热管28具有细长的外壁，外壁具有封闭端，外壁和封闭端一起限定腔。腔沿着毛细结构或油绳(wick)(未示出)排列，并保持工作