[发明专利]用于燃气涡轮发动机中的组件的涡轮框架冷却系统和方法

说明书

一种用于燃气涡轮发动机(10)的涡轮框架冷却系统(100)包括限定腔体(118)的外环(102)和定位在外环的径向内侧的轮毂(104)。涡轮框架冷却系统还包括联接在外环和轮毂之间的多个沿周向间隔开的第一流线体(106)和联接在外环和轮毂之间的多个沿周向间隔开的第二流线体(108)，其中，第一和第二流线体围绕轮毂交替地定位。涡轮框架冷却系统还包括联接到外环上的多个沿周向间隔开的空气斗(116)。多个空气斗延伸到旁通流(40)中且构造成引导旁通空气冷却流(52)进入外环的腔体。

关于联邦资助的研究和开发的声明

本发明是根据美国空军授予的合同No. FA8650-09-D-2922而在政府的支持下进行的。政府对本发明具有某些权利。

技术领域

本文描述的申请大体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体而言涉及用于燃气涡轮发动机中的涡轮框架冷却系统。

背景技术

燃气涡轮发动机典型地包括入口、风扇、低压和高压压缩机、燃烧器和低压和高压涡轮。压缩机压缩空气，压缩空气被引导到燃烧器，在这里，其与燃料混合。混合物然后被点燃，以产生热燃烧气体。燃烧气体被引导到涡轮，涡轮从燃烧气体抽取能量，以对压缩机提供功率，以及产生有用功来驱动飞行中的航空器或对负载(诸如发电机)提供功率。

在发动机运行期间，产生大量的热，其会升高包围各种发动机构件的框架的温度。具体而言，至少一种已知的框架包括径向支承支柱，其凸出穿过环形流路径，以互连内和外框架部件。因为流过流路径的运动流体的温度在过渡发动机运行期间变化非常快，所以当支柱被允许以与内和外框架部件显著不同的速率加热和冷却时，在刚性框架组件中可产生显著热应力。关于涡轮框架组件特别是这样，因为包围涡轮框架组件的排气经历运行温度和产生的热应力的最快速且最大的变化。至少一些已知的冷却系统使用压缩机空气或膛孔(bore)空气来吹扫和冷却框架，以降低热梯度。但是，使用压缩机空气或膛孔流可导致发动机循环不那么高效。

发明内容

在一个方面，提供一种用于燃气涡轮发动机的涡轮框架冷却系统。涡轮框架冷却系统包括限定腔体的外环和定位在外环的径向内侧的轮毂。涡轮框架冷却系统还包括联接在外环和轮毂之间的多个沿周向间隔开的第一流线体(fairing)和联接在外环和轮毂之间的多个沿周向间隔开的第二流线体，其中，第一和第二流线体围绕轮毂交替地定位。涡轮框架冷却系统还包括联接到外环上的多个沿周向间隔开的空气斗(scoop)。多个空气斗延伸到旁通流中且构造成引导旁通空气冷却流进入外环的腔体。

在另一个方面，提供一种冷却燃气涡轮发动机的涡轮框架的方法。方法包括将冷却流从旁通导管引导通过多个空气斗，其中，多个空气斗联接到框架的外环上且延伸到旁通导管中。方法还包括引导冷却流的第一部分通过联接在外环和内轮毂之间的多个第一流线体，以及引导冷却流的第二部分通过联接在外环和内轮毂之间的多个第二流线体。多个第一流线体与多个第二流线体交替地定位。

技术方案1. 一种用于燃气涡轮发动机的涡轮框架冷却系统，所述涡轮框架冷却系统包括：

限定腔体的外环；

定位在所述外环的径向内侧的轮毂；

联接在所述外环和所述轮毂之间的多个沿周向间隔开的第一流线体；

联接在所述外环和所述轮毂之间的多个沿周向间隔开的第二流线体，其中，所述多个第一和第二流线体围绕所述轮毂交替地定位；以及

联接到所述外环上的多个沿周向间隔开的空气斗，其中，所述多个空气斗延伸到旁通流中且构造成引导旁通空气冷却流进入所述腔体。

技术方案2. 根据技术方案1所述的涡轮框架冷却系统，其特征在于，进一步包括多个独立的冷却回路，其中，各个冷却回路包括：

所述多个空气斗中的空气斗；