CN104169543A - 燃气涡轮的放出空气和热区段构件冷却空气系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于燃气涡轮发动机的组合放出空气和热区段构件冷却空气系统以及操作组合放出空气和热区段构件冷却空气系统的方法。示例性系统可包括接收高压放出空气的高压放出空气管线；接收高压放出空气中的至少一些并且排放冷却的高压放出空气的预冷器；接收冷却的高压放出空气中的至少一些并且将调压的冷却放出空气排放至气动系统供应管线的调压器；以及/或热区段构件冷却空气管线，其连接在第一调压器上游，并且构造成将冷却的高压放出空气中的至少一些传送至热区段构件用于用作热区段构件冷却空气。

Description

燃气涡轮的放出空气和热区段构件冷却空气系统及方法
相关申请的交叉引用
本申请请求享有2011年12月21日提交的美国临时申请第61/578,443号的权益，该申请通过引用并入。
技术领域
本文中公开的主题大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于燃气涡轮发动机的放出空气和热区段构件冷却空气系统，以及操作放出空气和热区段构件冷却空气系统的方法。
背景技术
一些燃气涡轮发动机包括穿过低压压缩机、高压压缩机、燃烧器、高压涡轮和低压涡轮的空气流通路。一些燃气涡轮发动机可构造成从高压压缩机提取压缩空气，并且提供压缩空气用于在各种飞行器和/或发动机系统中使用。如本文中使用的，从燃气涡轮发动机的压缩机得到的压缩空气可称为"放出空气"。
在一些燃气涡轮发动机中，离开燃烧器的气流的温度可高于大约1500℃。为了防止由于暴露于高温气流而引起的涡轮构件上的非期望热效应，可冷却涡轮的一些构件。例如，放出空气可供应至一个或更多个热区段构件(例如，高压涡轮叶片)用于冷却。如本文中使用的，用于热区段构件冷却的放出空气可称为"热区段构件冷却空气"。
问题：从燃气涡轮发动机的压缩机提取放出空气可降低燃气涡轮发动机的效率。
发明内容
用于上述问题的解决方案通过本公开的示例性实施例提供。
根据本公开的至少一些方面的用于燃气涡轮发动机的一些示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统可包括构造成从压缩机的高压级接收高压放出空气的高压放出空气管线；第一预冷器，其操作性地连接于高压放出空气管线以接收高压放出空气中的至少一些，将热从高压放出空气传递至环境空气，并且排放冷却的高压放出空气；高压排放管线，其操作性地连接于第一预冷器以接收冷却的高压放出空气；高压排放管线中的第一调压器，第一调压器构造成接收冷却的高压放出空气中的至少一些，并且排放调压的冷却放出空气；气动系统供应管线，其操作性地连接于第一调压器下游的高压排放管线以接收调压的冷却放出空气；以及/或热区段构件冷却空气管线，其操作性地连接于第一调压器上游的高压排放管线，并且构造成将冷却的高压放出空气中的至少一些传送至热区段构件用于用作热区段构件冷却空气。
根据本公开的至少一些方面的用于燃气涡轮发动机的一些示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统可包括构造成从压缩机的高压级接收高压放出空气的高压放出空气管线；第一预冷器，其操作性地连接于高压放出空气管线，第一预冷器构造成接收高压放出空气中的至少一些，将热从高压放出空气传递至环境空气，并且排放冷却的高压放出空气；高压排放管线，其操作性地连接于第一预冷器以接收冷却的高压放出空气；中压放出空气管线，其构造成从压缩机的中间级接收中压放出空气；第二预冷器，其操作性地连接于中压放出空气管线，第二预冷器构造成接收中压放出空气，将热从中压放出空气传递至环境空气，并且排放冷却的中压放出空气；中压排放管线，其操作性地连接于第二预冷器以接收冷却的中压放出空气；第一调压器，其操作性地连接于高压排放管线和中压排放管线中的至少一个，第一调压器为操作性的，以排放调压的冷却放出空气；以及/或气动系统供应管线，其操作性地连接于第一调压器以接收调压的冷却放出空气；热区段构件冷却空气管线，其操作性地连接于调压器上游的高压排放管线，并且构造成将冷却的高压放出空气中的至少一些传送至热区段构件用于用作热区段构件冷却空气。
根据本公开的至少一些方面的操作组合放出空气和热区段构件冷却空气系统的一些示例性方法可包括经由高压放出空气管线从燃气涡轮发动机的压缩机的高压级提取高压空气；使用操作性地连接于高压放出空气管线的预冷器冷却高压空气的至少第一部分以经由高压排放管线提供冷却的高压空气；经由操作性地连接于高压排放管线的热区段构件冷却空气管线将冷却的高压空气的第一部分供应至燃气涡轮发动机的热区段构件用于用作热区段构件冷却空气；经由高压排放管线将冷却的高压空气的第二部分供应至调压器，调压器向气动系统供应管线提供调压的冷却空气；以及/或经由气动系统供应管线将调压的冷却空气供应至至少一个气动系统。
前述简要描述仅为示范性的，并且不意图以任何方式限制。除上述示范性的方面、实施例和特征之外，另外的方面、实施例和特征将通过参照附图和以下详细描述变得显而易见。
附图说明
在本文中参照附图描述了示例性实施例，在该附图中：
图1为示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统的框图；
图2A为示例性双隔间预冷器的透视图；
图2B为备选示例性双隔间预冷器的透视图；
图3为备选示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统的框图；
图4为备选示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统的框图；
图5为备选示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统的框图；以及
图6为示出操作组合放出空气和热区段构件冷却空气系统的示例性方法的流程图；所有都根据本公开的至少一些方面。
具体实施方式
在以下详细描述中，参照形成其一部分的附图。在附图中，类似的符号典型地识别类似的构件，除非上下文另外指出。详细描述、附图和权利要求中描述的示范性实施例并非意在为限制性的。可利用其它实施例，并且可作出其它变化，而不背离此处提出的主题的精神或范围。将容易理解，如大体上在本文中所述并且在附图中所示的本公开的方面可以以多种不同构造布置、替换、组合和设计，所有都被明确构想出并且构成本公开的一部分。
本公开尤其包括与燃气涡轮发动机相关联的组合放出空气系统和热区段构件冷却空气系统，以及操作组合放出空气和热区段构件冷却空气系统的方法。
图1为根据本公开的至少一些方面的示例性燃气涡轮发动机10的框图。发动机10可构造成使空气流过风扇102、低压压缩机104、高压压缩机106、燃烧器108、高压涡轮110和/或低压涡轮112。发动机10可包括组合放出空气和热区段构件冷却空气系统100，其可构造成将放出空气(例如，从低压压缩机104和/或高压压缩机106得到的压缩空气)提供至一个或更多个气动系统114，诸如飞行器环境控制系统(ECS)。可利用放出空气的其它示例性气动系统包括而不限于翼防冰系统、发动机罩防冰系统、气动促动器和发动机起动系统。
放出空气可从低压压缩机104和/或高压压缩机106的一级或更多级得到。例如，中压放出空气可从中间级得到(例如，经由中压放出空气管线116，其可连接于邻近高压压缩机106的第四级的抽出端口117)，并且/或者高压放出空气可从高压压缩机106的高压级得到(例如，经由高压放出空气管线118，其可连接于邻近高压压缩机106的第七级的抽出端口119)。在其中抽出端口119设置成邻近高压压缩机106的最后级的一些示例性实施例中，高压放出空气管线118可接收处于大约压缩机排放压力的放出空气。
中压放出空气管线116和/或高压放出空气管线118可将放出空气引导至预冷器120。中压放出空气管线116和/或高压放出空气管线118可包括高压压缩机106与预冷器120之间的一个或更多个阀。例如，中压放出空气管线116可包括止回阀122，止回阀122可布置成允许空气从高压涡轮106流至预冷器120，同时大致防止空气从预冷器120流至高压涡轮106。高压放出空气管线118可包括隔离阀124，其可有选择地操作成允许和大致防止空气从高压压缩机106流至预冷器120。
如下文关于图2A和图2B所述，预冷器120可包括热交换器，其构造成将热从放出空气传递至环境空气206，环境空气206可从风扇102供应。例如，预冷器120可构造成通过将热传递至冷却流空气(诸如，但不限于环境流、风扇流或旁通流)来将放出空气冷却至小于大约230℃。例如，预冷器120可将热传递至环境空气206，环境空气206可经由风扇102供应来作为风扇流。一些示例性实施例可包括风扇空气阀207，其可布置成允许、防止和/或调节从风扇102供应的环境空气206。预冷器120可构造成经由中压排放管线132排放冷却的中压放出空气，并且/或者预冷器120可构造成经由高压排放管线134来排放冷却的高压放出空气。在一些示例性实施例中，风扇空气阀207的位置(例如，开-关)可至少部分地基于中压排放管线132中的冷却的中压放出空气的温度和/或高压排放管线134中的冷却的高压放出空气的温度来控制。一些示例性实施例可包括操作性地联接于中压放出空气管线116和高压放出空气管线118的单独的预冷器。此类实施例可从环境空气206的视角以并流或串流布置构造。
中压排放管线132可经由一个或更多个调压器(诸如调压关闭阀126)将调压的冷却放出空气供应至气动系统114。高压排放管线134可经由一个或更多个调压器(诸如调压关闭阀128)将调压的冷却放出空气供应至气动系统114。在一些示例性实施例中，调压关闭阀126和/或调压关闭阀128可构造成在大约30psig到大约40psig(大约207kPa到大约276kPa)下经由气动系统供应管线127将调压冷却放出空气供应至气动系统114。
一些示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统100可构造成将热区段构件冷却空气供应至一个或更多个热区段构件，诸如高压涡轮110，用于冷却。例如，热区段构件冷却空气可供应至涡轮叶片和/或导叶用于冷却。热区段构件冷却空气可从高压压缩机106经由高压放出空气管线118、阀124、预冷器120、高压排放管线134和可连接于高压排放管线134的热区段构件冷却空气管线130供应至高压涡轮110。由于热区段构件冷却空气管线130可接收流过预冷器120的冷却的高压放出空气，故热区段构件冷却空气管线130可在低于由高压放出空气管线118从高压压缩机106得到的高压放出空气温度的温度下将热区段构件冷却空气供应至高压涡轮110。
一些示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统100可构造成将热区段构件冷却空气从高压压缩机106供应至高压涡轮110，而不使热区段构件冷却空气流过预冷器120。例如，一些组合放出空气和热区段构件冷却空气系统100可包括旁通管线136，其可包括旁通管线阀138。如果期望将一些或所有热区段构件冷却空气直接地从高压压缩机106供应，则旁通管线阀138可部分地或完全地开启。如果期望将一些或所有热区段构件冷却空气经由预冷器120供应，则阀124可部分地或完全地开启。在一些示例性实施例中，阀124和/或旁通管线阀138可节流来实现穿过其的期望流速。一些示例性实施例可不包括阀124、旁通管线136和/或旁通管线阀138。一些示例性实施例可构造成供应包括冷却空气(例如，经由热区段构件冷却空气管线130)和未冷却空气(例如，经由旁通管线136)两者的热区段冷却空气，诸如通过至少部分地开启阀124和旁通管线阀138两者。
图2A为根据本公开的至少一些方面的示例性双隔间预冷器120的透视图。在本公开的范围内的是使用任何已知的适合热交换器，诸如一个或更多个已知的预冷器。预冷器120可包括构造成从中压放出空气管线116接收空气并且将空气排放至中压排放管线132的第一隔间202。预冷器120可包括构造成从高压放出空气管线118接收空气并且将空气排放至高压排放管线134的第二隔间204。第一隔间202和第二隔间204可设置成邻近彼此，以包括从环境空气206的视角以串流布置的双隔间预冷器120。独立隔间202,204可称为预冷器，并且/或者放出空气系统中的一个或更多个隔间和/或一个或更多个单独的预冷器(例如，见图4)可共同地称为预冷器。
预冷器120可构造成热接触环境空气206(诸如来自风扇102(图1))，其中空气流过第一隔间202和/或第二隔间204。例如，环境空气206可与流过隔间202的空气和/或流过隔间204的空气以错流布置和/或逆流布置热接触。在一些示例性实施例中，预冷器120可尺寸和/或形状确定为允许结合现有的风斗和/或风扇空气阀使用。
图2B为根据本公开的至少一些方面的备选示例性双隔间预冷器1120的透视图。在本公开的范围内的是使用任何已知的适合热交换器，诸如一个或更多个已知的预冷器。预冷器1120可包括构造成从中压放出空气管线116接收空气并且将空气排放至中压排放管线132的第一隔间1202。预冷器120可包括构造成从高压放出空气管线118接收空气并且将空气排放至高压排放管线134的第二隔间1204。第一隔间1202和第二隔间1204可设置成邻近彼此，以包括从环境空气206的视角以并流布置的双隔间预冷器120。独立隔间1202,1204可称为预冷器，并且/或者放出空气系统中的一个或更多个隔间和/或一个或更多个单独的预冷器(例如，见图4)可共同地称为预冷器。
预冷器1120可构造成热接触环境空气206(诸如，来自风扇102(图1))，其中空气流过第一隔间1202和/或第二隔间1204。例如，环境空气206可与流过隔间1202的空气和/或流过隔间1204的空气以错流布置和/或逆流布置热接触。在一些示例性实施例中，预冷器1120可尺寸和/或形状确定为允许结合现有的风斗和/或风扇空气阀使用。
在一些发动机操作条件(例如，低发动机RPM)下，可合乎需要的是利用经由抽出端口119和高压放出空气管线118获得的放出空气来用于热区段构件冷却和/或气动系统114。在一些发动机操作条件(例如，高发动机RPM)下，可合乎需要的是利用经由抽出端口117和中压放出空气管线116获得的放出空气来用于气动系统114，并且/或者利用经由抽出端口119和高压放出空气管线118获得的放出空气来用于热区段构件冷却。
本公开构想出了实现期望的热区段构件冷却所需的涡轮冷却空气的量可取决于供应至热区段构件的热区段构件冷却空气的温度。例如，热区段构件冷却效力ε可由以下方程给出：
ϵ = dT T combustor outlet - T cooling air
其中Tcombustor outlet可为离开燃烧器108的气流的温度，并且Tcooling  air可为供应至高压涡轮110的热区段构件冷却空气的温度。
热区段构件冷却效力可认作是处于两个冷却空气温度，Tcooling air1和Tcooling air2，以提供热区段构件冷却效力比
ϵ 2 ϵ 1 = T combustor outlet - T cooling air 2 T combustor outlet - T cooling air 1
在示例性实施例中，Tcombustoroutlet可为大约1600℃，并且/或者从抽出端口119获得的高压放出空气可为大约670℃。因此，经由旁通管线136供应的热区段构件冷却空气可提供大约670℃的Tcooling air1。经由预冷器120和冷却空气管线130供应的热区段构件冷却空气可提供大约230℃的Tcooling air2。
这些示例性热区段构件冷却空气温度可提供大约1.5的热区段构件冷却效力比供应大约230℃的热区段构件冷却空气可允许使用比如果热区段构件冷却空气以大约670℃供应少大约50％的空气。在一些条件下，冷却空气的此类减少可有助于显著改进发动机效率，这可对应于比燃料消耗的显著下降。
图3为备选示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统300的框图，根据本公开的至少一些方面，示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统300可构造从高压压缩机106提供放出空气至一个或更多个气动系统114和/或高压涡轮110。例如，中压放出空气可经由抽出端口317和中压放出空气管线316从高压压缩机106得到，中压放出空气管线316可连接成邻近高压压缩机106的第四级，并且/或者高压放出空气可经由抽出端口319和高压放出空气管线318从高压压缩机得到，高压放出空气管线318可连接成邻近高压压缩机106的第七级。
中压放出空气管线316和/或高压放出空气管线318可将放出空气引导至预冷器320。如上文结合图2A和图2B所述，预冷器320可包括热交换器，其构造成将热从放出空气传递至环境空气206，环境空气206可从风扇102(图1)供应。一些示例性实施例可包括风扇空气阀207，其可布置成允许、防止和/或调节从风扇102(图1)供应的环境空气206。预冷器320可构造成经由中压排放管线332排放冷却的中压放出空气，并且/或者预冷器320可构造成经由高压排放管线334排放冷却的高压放出空气。在一些示例性实施例中，风扇空气阀207的位置(例如，开-关)可至少部分地基于中压排放管线332中的冷却的中压放出空气的温度和/或高压排放管线334中的冷却的高压放出空气的温度来控制。中压排放管线332和高压排放管线334可连结以形成预冷器排放集管335。预冷器排放集管335可经由一个或更多个调压器(诸如调压关闭阀326)和/或气动系统供应管线327将调压的冷却放出空气供应至气动系统114。
中压放出空气管线316和/或高压放出空气管线318可包括高压压缩机106与预冷器320之间的一个或更多个阀。例如，中压放出空气管线316可包括止回阀322，其可布置成允许空气从高压压缩机106流至预冷器320，同时大致防止空气从预冷器320流至高压压缩机106。高压放出空气管线318可包括隔离阀324，其可有选择地操作成允许和大致防止空气从高压压缩机106流至预冷器320。
热区段构件冷却空气可从高压压缩机106经由高压放出空气管线318、阀324、预冷器320、高压排放管线334和可连接于高压排放管线334的热区段构件冷却空气管线330供应至高压涡轮110。由于热区段构件冷却空气管线330可接收流过预冷器320的冷却的高压放出空气，故冷却空气管线330可在低于由高压放出空气管线318从高压压缩机106得到的高压放出空气温度的温度下将冷却空气供应至高压涡轮110。在一些示例性实施例中，止回阀337可设置在高压排放管线334中，诸如在热区段构件冷却空气管线330下游。
一些示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统300可构造成将热区段构件冷却空气直接从高压压缩机106供应至高压涡轮110。例如，一些组合放出空气和热区段构件冷却空气系统300可包括旁通管线336，其可包括旁通管线阀338。如果期望将一些或所有热区段构件冷却空气直接地从高压压缩机106供应，则旁通管线阀338可部分地或完全地开启。如果期望将一些或所有热区段构件冷却空气经由预冷器320供应，则阀324可部分地或完全地开启。在一些示例性实施例中，阀324和/或旁通管线阀338可节流来实现穿过其的期望流速。一些示例性实施例可构造成供应包括冷却空气(例如，经由热区段构件冷却空气管线330)和未冷却空气(例如，经由旁通管线336)两者的热区段冷却空气，诸如通过至少部分地开启阀324和旁通管线阀338两者。
图4为备选示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统400的框图，根据本公开的至少一些方面，备选示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统400可构造成从高压压缩机106提供放出空气至一个或更多个气动系统114和/或高压涡轮110。例如，中压放出空气可经由抽出端口417和中压放出空气管线416从高压压缩机106得到，中压放出空气管线416可连接成邻近高压压缩机106的第四级，并且/或者高压放出空气可经由抽出端口419和高压放出空气管线418从高压压缩机106得到，高压放出空气管线418可连接成邻近高压压缩机106的第七级。
中压放出空气管线416可将中压放出空气引导至预冷器420，并且/或者高压放出空气管线418可将高压放出空气引导至预冷器421。预冷器420和/或预冷器421可包括热交换器，其构造成将热从放出空气传递至环境空气206，环境空气206可从风扇102(图1)供应。一些示例性实施例可包括风扇空气阀207，其可布置成允许、防止和/或调节从风扇102(图1)供应的环境空气206。一些示例性实施例可包括风扇空气阀207A(例如，与预冷器420相关联)和/或替代风扇空气阀207或除风扇空气阀207之外的风扇空气阀207B(例如，与预冷器421相关联)。风扇空气阀207A和/或风扇空气阀207B可布置成允许、防止和/或调节从风扇102(图1)供应至它们的相应预冷器420,421的环境空气206。预冷器420和预冷器421可与彼此(例如，图4)分开，或者可均形成包括多个隔间的预冷器(例如，图2B的预冷器1120)的隔间。预冷器420可构造成经由中压排放管线432排放冷却的中压放出空气，并且/或者预冷器421可构造成经由高压排放管线434排放冷却的高压放出空气。在一些示例性实施例中，风扇空气阀207的位置(例如，开-关)可至少部分地基于中压排放管线432中的冷却的中压放出空气的温度和/或高压排放管线434中的冷却的高压放出空气的温度来控制。在一些示例性实施例中，风扇空气阀207A的位置(例如，开-关)可至少部分地基于中压排放管线432中的冷却的中压放出空气的温度来控制。在一些示例性实施例中，风扇空气阀207B的位置(例如，开-关)可至少部分地基于高压排放管线434中的冷却的高压放出空气的温度来控制。中压排放管线432可经由一个或更多个调压阀(诸如，调压关闭阀426)和/或气动系统供应管线427将调压的冷却放出空气供应至气动系统114。高压排放管线434可经由调压关闭阀428和/或气动系统供应管线427将调压的冷却放出空气供应至气动系统114。
中压放出空气管线416和/或高压放出空气管线418可包括高压压缩机106与预冷器420和/或预冷器421之间的一个或更多个阀。例如，中压放出空气管线416可包括止回阀422，其可布置成允许空气从高压压缩机106流至预冷器420，同时大致防止空气从预冷器420流至高压压缩机106。高压放出空气管线418可包括隔离阀424，其可有选择地操作成允许和大致防止空气从高压压缩机106流至预冷器421。
热区段构件冷却空气可从高压压缩机106经由高压放出空气管线418、阀424、预冷器421、高压排放管线434和可连接于高压排放管线434的冷却空气管线430供应至高压涡轮110。由于冷却空气管线430可接收流过预冷器421的冷却的高压放出空气，故冷却空气管线430可在低于由高压放出空气管线418从高压压缩机106得到的高压放出空气温度的温度下将冷却空气供应至高压涡轮110。
一些示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统400可构造成将热区段构件冷却空气直接从高压压缩机106供应至高压涡轮110。例如，一些组合放出空气和热区段构件冷却空气系统400可包括旁通管线436，其可包括旁通管线阀438。如果期望将一些或所有热区段构件冷却空气直接地从高压压缩机106供应，则旁通管线阀438可部分地或完全地开启。如果期望将一些或所有热区段构件冷却空气经由预冷器421供应，则阀424可部分地或完全地开启。在一些示例性实施例中，阀424和/或旁通管线阀438可节流来实现穿过其的期望流速。一些示例性实施例可不包括隔离阀424、旁通管线436和/或旁通管线阀438(例如，见图5)。一些示例性实施例可构造成供应包括冷却空气(例如，经由热区段构件冷却空气管线430)和未冷却空气(例如，经由旁通管线436)两者的热区段冷却空气，诸如通过至少部分地开启阀424和旁通管线阀438两者。
根据本公开的至少一些方面的各种示例性实施例可包括单独预冷器(例如，图4)或多隔间预冷器(例如，图2A和图2B)、串流布置(例如，图1、2A和3)或并流布置(例如，图2B和图4)和/或单PRSOV布置(例如，图3)或双PRSOV布置(例如，图1和图4)的各种组合。例如，图5为备选示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统600的框图，根据本公开的至少一些方面，备选示例性组合放出空气和热区段构件冷却空气系统600可包括与并流预冷器(大体上如在图2B和图4中所示)组合的单PRSOV(大体上如在图3中所示)。
如图5中所示，组合放出空气和热区段构件冷却空气系统600可构造成将放出空气从高压压缩机106提供至一个或更多个气动系统114和/或高压涡轮110。例如，中压放出空气可经由抽出端口617和中压放出空气管线616从高压压缩机106得到，中压放出空气管线616可连接成邻近高压压缩机106的第四级，并且/或者高压放出空气可经由抽出端口619和高压放出空气管线618从高压压缩机106得到，高压放出空气管线618可连接成邻近高压压缩机106的第七级。
中压放出空气管线616可将中压放出空气引导至预冷器620，并且/或者高压放出空气管线618可将高压放出空气引导至预冷器621。预冷器620和/或预冷器621可包括热交换器，其构造成将热从放出空气传递至环境空气206，环境空气206可从风扇102(图1)供应。一些示例性实施例可包括风扇空气阀207，其可布置成允许、防止和/或调节从风扇102(图1)供应的环境空气206。在一些示例性实施例中，风扇空气阀207的位置可至少部分地由于而被控制。一些示例性实施例可包括风扇空气阀207A(例如，与预冷器420相关联)和/或替代风扇空气阀207或除风扇空气阀207之外的风扇空气阀207B(例如，与预冷器421相关联)。风扇空气阀207A和/或风扇空气阀207B可布置成允许、防止和/或调节从风扇102(图1)供应至它们的相应预冷器620,621的环境空气206。预冷器620和预冷器621可与彼此分开(例如，图5)，或者可均形成包括多个隔间的预冷器(例如，图2B的预冷器1120)的隔间。预冷器620可构造成经由中压排放管线632排放冷却的中压放出空气，并且/或者预冷器621可构造成经由高压排放管线634排放冷却的高压放出空气。在一些示例性实施例中，风扇空气阀207的位置(例如，开-关)可至少部分地基于中压排放管线632中的冷却的中压放出空气的温度和/或高压排放管线634中的冷却的高压放出空气的温度来控制。在一些示例性实施例中，风扇空气阀207A的位置(例如，开-关)可至少部分地基于中压排放管线632中的冷却的中压放出空气的温度来控制。在一些示例性实施例中，风扇空气阀207B的位置(例如，开-关)可至少部分地基于高压排放管线634中的冷却的高压放出空气的温度来控制。中压排放管线632和/或高压排放管线634可连结以形成预冷器排放集管635。预冷器排放集管635可经由一个或更多个调压器(诸如调压关闭阀626)和/或气动系统供应管线627将调压的冷却放出空气供应至气动系统114。
中压放出空气管线616和/或高压放出空气管线618可包括高压压缩机106与预冷器620,621之间的一个或更多个阀。例如，中压放出空气管线616可包括止回阀622，其可布置成允许空气从高压压缩机106流至预冷器620，同时大致防止空气从预冷器620流至高压压缩机106。
热区段构件冷却空气可从高压压缩机106经由高压放出空气管线618、预冷器621、高压排放管线634和可连接于高压排放管线634的热区段构件冷却空气管线630供应至高压涡轮110。由于热区段构件冷却空气管线630可接收流过预冷器621的冷却的高压放出空气，故冷却空气管线630可在低于由高压放出空气管线618从高压压缩机106得到的高压放出空气温度的温度下将冷却空气供应至高压涡轮110。在一些示例性实施例中，止回阀637可设置在高压排放管线634中，诸如在热区段构件冷却空气管线630下游。一些示例性实施例可包括高压放出空气管线618和/或将高压放出空气管线618连接于热区段构件冷却空气管线630的旁通管线中的隔离阀(例如，见图4)。一些示例性实施例可构造成供应包括冷却空气(例如，经由热区段构件冷却空气管线630)和未冷却空气(例如，经由如图1、3和4中所示的旁通管线)两者的热区段冷却空气。
图6为示出根据本公开的至少一些方面的操作组合放出空气和热区段构件冷却空气系统的示例性方法500的流程图。方法500可包括操作502，其可包括经由高压放出空气管线从燃气涡轮发动机的压缩机的高压级提取高压空气。操作502之后可为操作504，操作504可包括使用操作性地连接于高压放出空气管线的预冷器冷却高压空气的至少第一部分，以经由高压排放管线提供冷却的高压空气。操作504之后可为操作506，操作506可包括经由操作性地连接于高压排放管线的热区段构件冷却空气管线将冷却的高压空气的第一部分供应至燃气涡轮发动机的热区段构件用于用作热区段构件冷却空气。操作506之后可为操作508，操作508可包括经由高压排放管线将冷却的高压空气的第二部分供应至调压器，调压器将调压的冷却空气提供至气动系统供应管线。操作508之后可为操作510，操作510可包括经由气动系统供应管线将调压的冷却空气供应至至少一个气动系统。
根据本公开的至少一些方面的一些示例性方法可包括经由旁通管线将高压空气的第二部分供应至热区段构件用于用作热区段构件冷却空气，使得高压空气的第二部分不流过预冷器。在根据本公开的至少一些方面的一些示例性方法中，将调压的冷却空气供应至至少一个气动系统可包括将调压的冷却空气供应至环境控制系统、发动机起动系统和防冰系统中的至少一个。在根据本公开的至少一些方面的一些示例性方法中，使用预冷器来冷却高压空气的第一部分可包括将热从高压空气传递至流过预冷器的环境空气。
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。如果这些其它实例具有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。

Claims (19)

1.一种用于燃气涡轮发动机的组合放出空气和热区段构件冷却空气系统，所述组合放出空气和热区段构件冷却空气系统包括：
高压放出空气管线，其构造成从压缩机的高压级接收高压放出空气；
第一预冷器，其操作性地连接于所述高压放出空气管线，以接收所述高压放出空气中的至少一些，将热从所述高压放出空气传递至环境空气，并且排放冷却的高压放出空气；
高压排放管线，其操作性地连接于所述第一预冷器以接收所述冷却的高压放出空气；
所述高压排放管线中的第一调压器，所述第一调压器构造成接收所述冷却的高压放出空气中的至少一些，并且排放调压的冷却放出空气；
气动系统供应管线，其操作性地连接于所述第一调压器下游的所述高压排放管线以接收所述调压的冷却放出空气；以及
热区段构件冷却空气管线，其操作性地连接于所述第一调压器上游的所述高压排放管线，并且构造成将所述冷却的高压放出空气中的至少一些传送至热区段构件用于用作热区段构件冷却空气。
2.根据权利要求1所述的组合放出空气和热区段构件冷却空气系统，其特征在于，还包括：
中压放出空气管线，其构造成从所述压缩机的中间级接收中压放出空气并且将所述中压放出空气供应至所述第一预冷器，所述第一预冷器构造成接收所述中压放出空气，将热从所述中压放出空气传递至环境空气，并且排放冷却的中压放出空气；
中压排放管线，其操作性地连接于所述第一预冷器以接收所述冷却的中压放出空气；
所述中压排放管线中的第二调压器，所述第二调压器构造成接收所述冷却的中压放出空气中的至少一些并且将调压的冷却放出空气排放至所述气动系统供应管线。
3.根据权利要求2所述的组合放出空气和热区段构件冷却空气系统，其特征在于，所述第一预冷器包括用于冷却所述高压放出空气的第一隔间，以及用于冷却所述中压放出空气的第二隔间。
4.根据权利要求1所述的组合放出空气和热区段构件冷却空气系统，其特征在于，还包括：
中压放出空气管线，其构造成从所述压缩机的中间级接收中压放出空气并且将所述中压放出空气供应至所述第一预冷器，所述第一预冷器构造成接收所述中压放出空气，将热从所述中压放出空气传递至环境空气，并且排放冷却的中压放出空气；以及
中压排放管线，其操作性地连接于所述第一预冷器以将所述冷却的中压放出空气供应至所述第一调压器；
其中所述第一调压器构造成接收所述冷却的中压放出空气中的至少一些并且排放调压的冷却放出空气。
5.根据权利要求4所述的组合放出空气和热区段构件冷却空气系统，其特征在于，所述第一预冷器包括用于冷却所述高压放出空气的第一隔间，以及用于冷却所述中压放出空气的第二隔间。
6.根据权利要求1所述的组合放出空气和热区段构件冷却空气系统，其特征在于，还包括：
中压放出空气管线，其构造成从所述压缩机的中间级接收中压放出空气；
第二预冷器，其操作性地连接于所述中压放出空气管线以接收所述中压放出空气，将热从所述中压放出空气传递至环境空气，并且排放冷却的中压放出空气；
中压排放管线，其操作性地连接于所述第二预冷器以接收所述冷却的中压放出空气；
所述中压排放管线中的第二调压器，所述第二调压器构造成接收所述冷却的中压放出空气中的至少一些并且将调压的冷却放出空气排放至所述气动系统供应管线。
7.根据权利要求6所述的组合放出空气和热区段构件冷却空气系统，其特征在于，所述第一预冷器和所述第二预冷器设置成邻近彼此以包括双隔间预冷器。
8.根据权利要求1所述的组合放出空气和热区段构件冷却空气系统，其特征在于，还包括操作性地连接于所述高压放出空气管线和所述热区段构件冷却空气管线的旁通管线，以将所述高压放出空气中的至少一些从所述压缩机供应至所述热区段构件而不在所述第一预冷器中冷却，所述旁通管线包括构造成有选择地允许或防止流的旁通管线阀。
9.一种用于燃气涡轮发动机的组合放出空气和热区段构件冷却空气系统，所述组合放出空气和热区段构件冷却空气系统包括：
高压放出空气管线，其构造成从压缩机的高压级接收高压放出空气；
第一预冷器，其操作性地连接于所述高压放出空气管线，所述第一预冷器构造成接收所述高压放出空气中的至少一些，将热从所述高压放出空气传递至环境空气，并且排放冷却的高压放出空气；
高压排放管线，其操作性地连接于所述第一预冷器以接收所述冷却的高压放出空气；
中压放出空气管线，其构造成从所述压缩机的中间级接收中压放出空气；
第二预冷器，其操作性地连接于所述中压放出空气管线，所述第二预冷器构造成接收所述中压放出空气，将热从所述中压放出空气传递至所述环境空气，并且排放冷却的中压放出空气；
中压排放管线，其操作性地连接于所述第二预冷器以接收所述冷却的中压放出空气；
第一调压器，其操作性地连接于所述高压排放管线和所述中压排放管线中的至少一个，所述第一调压器为操作性的，以排放调压的冷却放出空气；
气动系统供应管线，其操作性地连接于所述第一调压器以接收所述调压的冷却放出空气；以及
热区段构件冷却空气管线，其操作性地连接于所述调压器上游的所述高压排放管线，并且构造成将所述冷却的高压放出空气中的至少一些传送至热区段构件用于用作热区段构件冷却空气。
10.根据权利要求9所述的组合放出空气和热区段构件冷却空气系统，其特征在于，
所述第一调压器在所述高压排放管线中，并且构造成接收所述冷却的高压放出空气中的至少一些；并且
还包括所述中压排放管线中的第二调压器，所述第二调压器构造成接收所述冷却的中压放出空气中的至少一些并且将调压的冷却放出空气排放至所述气动系统供应管线。
11.根据权利要求10所述的组合放出空气和热区段构件冷却空气系统，其特征在于，所述第一调压器经由预冷器排放集管操作性地连接于所述高压排放管线和所述中压排放管线两者。
13.根据权利要求9所述的组合放出空气和热区段构件冷却空气系统，其特征在于，还包括操作性地连接于所述高压放出空气管线和所述热区段构件冷却空气管线的旁通管线，以将所述高压放出空气中的至少一些从所述压缩机供应至所述热区段构件而不在所述预冷器中冷却，所述旁通管线包括构造成有选择地允许或防止流的旁通管线阀。
14.一种操作与燃气涡轮发动机相关联的组合放出空气和热区段构件冷却空气系统的方法，所述方法包括：
经由高压放出空气管线从燃气涡轮发动机的压缩机的高压级提取高压空气；
使用操作性地连接于所述高压放出空气管线的预冷器冷却所述高压空气的至少第一部分来经由高压排放管线提供冷却的高压空气；
经由操作性地连接于所述高压排放管线的热区段构件冷却空气管线将所述冷却的高压空气的第一部分供应至所述燃气涡轮发动机的热区段构件用于用作热区段构件冷却空气；
经由所述高压排放管线将所述冷却的高压空气的第二部分供应至调压器，所述调压器向气动系统供应管线提供调压的冷却空气；以及
经由所述气动系统供应管线将所述调压的冷却空气供应至至少一个气动系统。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括经由旁通管线将所述高压空气的第二部分供应至所述热区段构件用于用作热区段构件冷却空气，使得所述高压空气的第二部分不流过所述预冷器。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，将所述调压的冷却空气供应至所述至少一个气动系统包括将所述调压的冷却空气供应至环境控制系统、发动机起动系统和防冰系统中的至少一个。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，使用所述预冷器冷却所述高压空气的第一部分包括将热从所述高压空气传递至流过所述预冷器的环境空气。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
从所述压缩机的中压级提取中压空气；
使用所述预冷器来冷却所述中压空气以提供冷却的中压空气；以及
将所述冷却的中压空气供应至所述调压器。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
从所述压缩机的中压级提取中压空气；
使用所述预冷器来冷却所述中压空气以提供冷却的中压空气；以及
将所述冷却的中压空气供应至第二调压器，所述第二调压器将调压的冷却空气提供至所述气动系统供应管线。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述预冷器包括双隔间预冷器，所述双隔间预冷器具有与高压空气相关联的第一隔间和与中压空气相关联的第二隔间。
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