使用熱管的用于渦輪發(fā)動機的傳熱系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】使用熱管的用于渦輪發(fā)動機的傳熱系統(tǒng)
[0001]本申請是于2007年12月27日提交的專利申請(中國國家申請?zhí)枮?00710307400.7，發(fā)明名稱為“使用熱管的用于渦輪發(fā)動機的傳熱系統(tǒng)”)的分案申請。
技術領域
[0002]本發(fā)明大體涉及渦輪發(fā)動機，及更具體地，涉及在燃氣渦輪發(fā)動機內使用熱管(heat pipes)傳熱的系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0003]在燃氣渦輪發(fā)動機中，尤其是較多旁通的渦輪發(fā)動機，如分流器前部及助推器(booster)入口導向葉片(IGV)前緣(leading edge)這樣的暴露構件可在操作期間堆積冰。發(fā)動機內及在暴露的發(fā)動機結構上的冰的堆積是有重大影響的。附著的冰可以部分地堵塞風扇流路，并使得風扇不穩(wěn)定。堆積的冰還可能突然地脫落(例如，經(jīng)由發(fā)動機的連續(xù)運行)，從發(fā)動機的低能量運行至高能量運行時引起節(jié)流閥爆裂，或由于冰堆積的擾流或者不對稱引起振動。
[0004]發(fā)動機運行期間，已存在的用于限制冰堆積的各種現(xiàn)有技術的方法，例如，用增加的運行溫度運轉發(fā)動機，將高溫度排氣從發(fā)動機壓縮機引導至暴露的表面，在運行之前用除冰的溶液噴射發(fā)動機，及用電阻加熱器加熱表面。然而，所有這些方法具有各種缺點。增加的操作溫度及排氣系統(tǒng)可能降低發(fā)動機性能。這種系統(tǒng)還需要昂貴的及重的閥門，以在起飛及其它高能量運行期間關閉高溫度空氣的流動，以保護發(fā)動機。已估算出與排氣構造相關聯(lián)的燃料消耗率(SFC)的損失可以高到1%。除冰的流體僅在有限的時間內提供保護。電加熱要求大量的電量，以執(zhí)行除冰操作，且可能需要額外的電機、飛機的計算機電路及復雜的交互邏輯，具有附帶的增加的成本、重量和性能損失。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中的前述缺點，本發(fā)明為渦輪發(fā)動機提供傳熱系統(tǒng)，包括至少一個熱管，熱管的其中至少一段安置為與整流罩(cowling)結構的內表面相接觸。熱管熱聯(lián)接至熱源，以使來自熱源的熱量可以通過熱管傳輸至整流罩結構。
[0006]根據(jù)一個方面，本發(fā)明為渦輪發(fā)動機提供傳熱系統(tǒng)，包括具有弓形截面的前部部分的環(huán)形整流罩結構。傳熱系統(tǒng)包括至少一個熱管，熱管的其中至少一段安置為與整流罩結構的內表面相接觸。通過包括緩沖元件的裝配結構固定熱管，緩沖元件適于防止熱管振動；其中，熱管熱聯(lián)接至熱源，以使來自熱源的熱量可以通過熱管傳輸至整流罩結構。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，燃氣渦輪發(fā)動機包括:具有弓形截面的前部部分的環(huán)形整流罩結構；多個熱管，各個熱管的至少一段安置成抵靠整流罩結構的內表面，通過包括緩沖元件的裝配結構固定熱管，緩沖元件適于防止熱管振動；且熱源熱聯(lián)接至熱管，以使來自熱源的熱量可以通過熱管傳輸至整流罩結構。
【附圖說明】
[0008]與附圖相結合，通過參考下面的描述，可更好地理解本發(fā)明，圖中:
圖1為燃氣渦輪發(fā)動機的一部分風扇模組的截面示意圖，包括根據(jù)本發(fā)明的一方面構造的傳熱系統(tǒng)；
圖2為示于圖1的分流器的透視圖；
圖3為圖2的分流器的截面視圖，示出了安置于其內的熱管；
圖4為分流器的截面圖，示出了熱管的可選的裝配；及圖5為分流器的截面圖，示出了其內熱管的另一可選的裝配。
【具體實施方式】
[0009]參照附圖，其中在各種視圖中所有相同的參考標號表示相同的元件，圖1示出燃氣渦輪發(fā)動機的一部分風扇段，包括具有朝前的分流器12的內殼體10、通過徑向延伸的一排風扇支柱16連接至內殼體10的環(huán)形風扇外殼14、及核心內流路18。分流器12為環(huán)形結構，其分隔風扇旁通氣流路徑(大體表示在“ F ”處)，及核心發(fā)動機氣流路徑(大體表示在“C”處)。多個入口導向葉片(IGVs) 20延伸于分流器12與核心內流路18之間。本發(fā)明同樣適用于其它具有弓形“前部”部分的整流罩結構的發(fā)動機構造，例如，缺少傳統(tǒng)風扇整流罩或分流器的純渦輪噴氣發(fā)動機。如此處所使用的，用語“整流罩結構”大體指任何具有弓形截面的前部(nose)部分的靜態(tài)環(huán)形發(fā)動機結構。
[0010]如圖2所示，環(huán)形助推器外殼22形成分流器12的徑向內表面，并用于容納旋轉的助推器葉片(未示出)。環(huán)形邊緣24可以為連續(xù)的或分段的，其與助推器外殼22聯(lián)合限定分流器12的中空前緣或“前部”26。本發(fā)明還可使用于分流器12由更多或更少構件組成的構造中。多個熱管28裝配于助推器外殼22的周圍。各個熱管28包括后段30、及前段32、及后段30與前段32間的過渡段33。用于將助推器外殼22的段在凸緣34處連接在一起的現(xiàn)有的螺釘用于固定裝配件36，裝配件36在彈性墊圈(grommet)內依次承載熱管28，以提供緩沖。各個熱管的大多數(shù)用適當?shù)母魺狍w40 (圖2中僅示出一部分)包裝，以減小傳熱。各個前段32，或至少其一部分，是未隔絕的。未隔絕的部分指定為“冷”或“冷凝器”端，且相對端指定為“熱”或“蒸發(fā)器”端(未示出)。應該注意，當相對于熱管28使用時，術語“熱”、“蒸發(fā)器”、“冷”、及“冷凝器”描述熱管28在相對高或低的溫度區(qū)域內的定位，并不涉及熱管28其自身結構的任何特別方面。
[0011]熱管28的前段32以周向的排列安置于分流器前部26之內。各個前段32大體為弓形的，以順應助推器外殼22的曲面，并向大體周向方向延伸。各個前段32裝配于分流器前部26中，以達到與流路表面的良好的熱傳導，而避免振動及破裂。在圖3示出的例子中，通過一個或多個彎曲的、彈性彈簧夾42，前段32支撐抵靠分流器邊緣(splitter lip) 24的內部表面，彈簧夾42用焊接、螺釘連接、鉚釘連接、或其它方式附接于助推器外殼22上。具有隔熱特性的緩沖部件44由夾42承載，或安置于夾42與前段32之間。用于緩沖部件44的適合的材料的例子為高溫硅樹脂。可選地，如已知類型的硅樹脂糊料(paste)的導熱糊料可安置于前段32與分流器邊緣24的內表面46之間，以增強并引導至前面的熱流。另外的隔熱體(未示出)可放置于分流器邊緣24內，以覆蓋前段32的后側，并減小熱損失。
[0012]在示于圖4的可選例子中，類似于熱管28，熱管的前段132通過一個或多個托架48支撐抵靠分流器邊緣24的內表面，例如用圖5所示的螺釘50將托架48附接于分流器邊緣24上。具有隔熱特性的緩沖部件52可安置于托架48與前段132之間。用于緩沖部件52的適合的材料的例子為高溫硅樹脂?？蛇x地，如已知類型的硅樹脂糊料的導熱糊料可安置于前段132與分流器邊緣24的內表面之間，以增強并引導至前面的熱流。另外的隔熱體(未示出)可放置于分流器邊緣24內部，以覆蓋前段132的后側，并減小熱損失。
[0013]在示于圖5的可選例子中，類似于熱管28，熱管的前段232通過一個或多個相對薄的托架54 (如，金屬片)支撐抵靠分流器邊緣24的內表面，托架54鎖位于分流器邊緣24的內部。具有隔熱特性的緩沖部件56可安置于托架54與前段232之間。用于緩沖部件56的適合的材料的例子為高溫硅樹脂。可選地，如已知類型的硅樹脂糊料的導熱糊料可安置于前段232與分流器邊緣24的內表面之間，以增強并引導至前面的熱流。另外的隔熱體(未示出)可放置于分流器邊緣24內，以覆蓋前段232的后側，并減小熱損失。
[0014]再次參照圖2，過渡段33大體軸向延伸，并與后段30和前段32相互連接。根據(jù)相關聯(lián)的前段32的位置設定尺寸及形狀，但是大多過渡段33將在周向方向上延伸至某種程度。
[0015]熱管28的后段30大體周向地延伸。它們延伸至裝配于方便位置上的熱交換器(未示出)。熱交換器可以簡單地為內部具有開口的殼體。自發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的潤滑油通過適當?shù)墓艿肋M入熱交換器，將熱量傳輸至熱管28，及然后通過補給線路流回至發(fā)動機潤滑系統(tǒng)。連接至熱交換器的潤滑油存儲、循環(huán)、及分配系統(tǒng)在燃氣渦輪發(fā)動機技術中是現(xiàn)有的，此處不再討論。如果希望，熱交換器可以連接至另一種類型的熱源，如排氣線路、電源、或發(fā)動機內的另一流體系統(tǒng)。
[0016]雖然示于圖3中的為圓形，置于分流器前部26內部的熱管28的部分可以成形為橢圓形的、扁平的、或其它非圓形的截面形狀，以提供希望得到的截面區(qū)域，而改進體積的包裝或熱傳輸。例如，圖4及圖5示出具有大體橢圓形截面的熱管。
[0017]各個熱管28具有細長的外壁，外壁具有封閉端，外壁和封閉端一起限定腔。腔沿著毛細結構或油繩(wick)(未示出)排列，并保持工作