[发明专利]用于利用热管的涡轮机引擎的热传递系统和方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及涡轮机引擎，且特别是，本发明涉及一种利用热管以传递燃气轮机引擎内的热量的系统和方法。

背景技术

燃气轮机引擎利用加压机油对各个部件(例如轴承等)进行润滑和冷却。机油在该过程中吸收了大量热量，该热量必须被去除以保持机油的温度处于可接受的界限内。现有技术的燃气轮机引擎通常采用热交换器以便利用相对较冷的空气流例如风机排出的空气对引擎的机油进行冷却。在涡轮风机引擎中，该热交换器通常被设置在风机管道(fan duct)的流径中。该构型导致产生压力损失且因此导致产生较大的燃料燃烧损失。已估计出与这类构型相关联的比燃料消耗量(SFC)损失可能高达1％。还存在与该构型相关联的成本和重量损失。

此外，在一些引擎中，出口导流叶片(OGVs)、风机支柱(fan strut)或位于风机下游的风机管道中的其它支柱状构件会在特定的环境条件下产生积冰现象。在引擎和过度暴露的引擎结构内可能产生严重的积冰现象。堆积的冰可能会导致出口导流叶片的通路发生局部堵塞且可能导致风机不稳定。积聚的冰还可例如在引擎连续运行的作用下、在从更低功率运行转向更高功率运行的过程中产生的节流阀爆裂的作用下、或者在由于积冰紊流或不对称而产生的振动作用下突然脱落。

现有技术中存在多种防止结冰的方法，例如在升高的运行温度下运行引擎、将来自引擎压缩机的高温排气引导至暴露表面、在运行之前用除冰溶液对引擎进行喷涂以及进行电阻加热。然而，所有这些方法存在多个缺点。升高的运行温度和排放系统可能降低引擎的性能。这种系统可能还需要阀以便在起飞和其它高功率运行过程中切断高温空气流从而保护引擎。除冰流体仅在有限时间内提供保护。电加热需要大量的电力以便实施除冰操作且可能需要附加的发电机、电路并且需要与飞机的计算机产生复杂相互作用的逻辑电路，这样就附加地增大了成本、重量和性能损失。

发明内容

本发明解决了现有技术中所存在的上述缺点，本发明提供了一种热传递系统，所述热传递系统去除来自引擎润滑油中的废热并且将该热量传递至需要加热的引擎部件，从而例如实现防止结冰或除冰的目的。利用热管传递该热量，而不需要阀或泵，所述热管是轻质、密封且被动的。此外，热管可使用工作流体，所述工作流体是不易燃的以避免在引擎内出现失火的危险。

根据一个方面，本发明提供了一种用于涡轮机引擎的热传递系统，所述类型的涡轮机引擎包括环形壳体，在所述环形壳体中设置有大体上沿径向延伸的支柱构件的阵列。所述热传递系统包括：至少部分地设置在所述支柱构件中选定的一个支柱构件内部的至少一条主热管；和至少一条辅助热管，所述至少一条辅助热管被设置在所述风机壳体外部并且被热联接至所述至少一条主热管且被热联接至热源，从而使得来自所述热源的热量可通过所述辅助热管被传递至所述主热管且被传递至所述选定的支柱构件。

根据本发明的另一方面，一种燃气轮机引擎包括：环形风机壳体；设置在所述环形风机壳体中的大体上沿径向延伸的导流叶片的阵列，每个导流叶片具有由在间隔开的前缘与后缘之间延伸的第一侧和第二侧限定出的翼面剖面；多条主热管，每条主热管被至少部分地设置在所述导流叶片中的一个导流叶片的内部，以便限定出第一主热管阵列；和辅助热管，所述辅助热管被设置在所述风机壳体外部并且被热联接至所述第一主热管阵列且被联接至热源，从而使得来自所述热源的热量可通过所述辅助热管被传递至所述主热管且被传递至所述导流叶片。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于传递涡轮机引擎中的热量的方法，所述涡轮机引擎具有环形壳体，在所述环形壳体中设置有大体上沿径向延伸的导流叶片的阵列。所述方法包括：提供多条主热管，每条主热管被至少部分地设置在所述导流叶片中的一个导流叶片的内部；提供辅助热管，所述辅助热管被设置在所述风机壳体外部并且被热联接至所述第一主热管阵列且被联接至热源；在所述辅助热管中接收来自所述热源的热量并将所述热量传递至所述主热管；并且在所述主热管中接收来自所述辅助热管的热量并将所述热量传递至所述导流叶片。

附图说明

通过以下描述并且结合附图可以最佳方式理解本发明。

图1是燃气轮机引擎的风机部段的侧剖视图，所述燃气轮机引擎包括根据本发明的一个方面构造出的热传递系统；

图2是沿图1所示的线2-2截取的出口导流叶片的视图；

图3是图1所示的风机部段的一部分的透视示意图；

图4是在联接器的另一可选构型中连接在一起的一对热管的剖视图；

图5是在联接器的又一可选构型中连接在一起的一对热管的剖视图；和