CN106959034B - 用于嵌入式发动机应用的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于嵌入式发动机应用的热交换器。提供了一种用于燃气涡轮发动机的环形热交换器[12]。该环形热交换器[12]可包括第一环形环[14]，其包括由多个横贯管道段[20]限定的第一主管[200]；第二环形环[16]，其包括由多个横贯管道段[20]限定的第二主管[200]，和曲线板[100]，其在其中限定了至少一个通道[110]，所述至少一个通道[110]与第一主管[200]的横贯管道段[20]和第二主管[200]的横贯管道段[20]处于流体连通。

Description

用于嵌入式发动机应用的热交换器

联邦资助的研究

本发明是在海军部门的合同号为N00014-10-D-0010的政府支持下进行的。政府在本发明中可具有某些权利。

技术领域

本发明大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地，涉及在燃气涡轮发动机的风扇管道中用于冷却高压热泄放空气的热交换布置。

背景技术

许多商用的飞机燃气涡轮发动机采用从核心发动机压缩机泄放的高压热空气供飞机上的不同系统使用。特别是，高压空气为飞机上各种任务所需，比如防结冰和客舱冷却。然而，在使用该空气之前，空气的温度必须根据各特定任务的要求而被降低至合理的水平。

冷却高压压缩机泄放空气的一种当前的方法是从嵌入发动机罩内的发动机风扇管道提取或泄放空气。来自风扇管道的更冷的泄放空气和来自核心发动机压缩机的高压更热的泄放空气随后经过热交换器，在这里，较热的高压空气释放一部分其热能至更冷的风扇管道泄放空气。

尽管，热交换工艺的使用是必须的，但是，当前的用于实现传热的系统过于复杂。在一系统中，采用了管道的精心布局，以用于将高压泄放空气通到飞机和将更冷的风扇管道泄放空气引导至热交换器的位置。在更冷的风扇管道泄放空气到达热交换器并执行其冷却任务时，它已经由于因为管道的各种弯管和回转的摩擦损耗而损失了其大部分压力(推力势)。在从热交换器离开后，风扇管道泄放空气以可忽略的推力益处而从飞机结构排到飞机外。风扇管道泄放空气推力损失对发动机特定燃油消耗的影响是显著的。另外，过于复杂的泄放空气管道布置显著增加了飞机的重量。

因此，仍然需要对用于执行传热操作的布置进行改进，其将避免现有技术所经受的风扇管道泄放空气的损失。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地得以阐释或者可以从该描述中显而易见，或者可通过本发明的实践来学会。

总体上提供了曲线板。在一个实施例中，曲线板包括限定了多个第一凹槽的内板和限定了多个第二凹槽的外板。外板附连至内板，其中多个第一凹槽和多个第二凹槽是实质上对准的以在它们之间限定多个通道。各通道从曲线板的第一端的第一部分上的第一开口延伸至第一端的第二部分上的第二开口。

总体上也提供了用于形成曲线板的方法。在一个实施例中，该方法包括，冲压第一金属片材以形成限定了多个第一凹槽的第一板；冲压第二金属片材以形成限定了多个第二凹槽的第二板；和之后，将第一片材层压至第二片材以形成曲线板，使得多个第一凹槽和多个第二凹槽是实质上对准的，以在它们之间限定多个通道。各通道从曲线板的第一端的第一部分上的第一开口延伸通过在各通道中限定的弯曲部，并且延伸至第一端的第二部分上的第二开口。

总体上还提供了横贯管道段。在一个实施例中，横贯管道段包括主管、下平台和上平台，主管从第一端延伸至第二端并且限定了从中穿过的中空通路，下平台在主管内限定的孔口的第一侧附连至主管的外表面，上平台在与第一侧相反的孔口的第二侧而附连至主管的外表面。上平台与下平台形成为一个整体，以在它们之间限定供应通道，并且供应通道与主管的中空通路处于流体连通，所述中空通路通过主管限定的孔口。下平台和上平台限定了接口，所述接口限定了多个通道，所述多个通道与主管限定的中空通路处于流体连通。

在一个实施例中，总体上为燃气涡轮发动机提供了环形热交换器。环形热交换器可包括第一环形环，所述第一环形环包括由多个横贯管道段限定的第一主管；第二环形环，所述第二环形环包括由多个横贯管道段(比如如上所述的)限定的第二主管，和曲线板，所述曲线板在其中限定了至少一个通道，所述至少一个通道与第一主管的横贯管道段和第二主管的横贯管道段处于流体连通。

还总体上提供了冷却在燃气涡轮发动机的环形管道中的热流体的方法。在一个实施例中，该方法包括，将热流体引导通过在环形管道内是径向地分层的以限定传热区域的多个冷却通道，并且使冷却流体经过环形管道使得冷却流体经过径向地分层的冷却通道之间。附加地或者备选地，该方法可包括，引导热流体通过在环形管道内是径向地分层的以限定传热区域的多个冷却通道，并且使冷却流体经过环形管道，使得冷却流体经过径向地分层的冷却通道之间。附加地或者备选地，该方法可包括，使热流体经过第一径向的内管中，通过在环形管道内径向地分层的多个曲线板内限定的多个冷却通道，并进入第二径向的内管；和使冷却流体经过环形管道。

参考以下描述和所附权利要求，可以更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。结合到本说明书中并构成本说明书的一部分的附图，图示了本发明的实施例，并且连同说明书描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在结合所附附图的说明书中，对于本领域的普通技术人员，阐述了本发明的全面的和具备可实施性的公开，包括其最佳实施方式，在附图中：

图1显示了根据一个用于燃气涡轮发动机的实施例的示例性的环形热交换器；

图2显示了图1的示例性的环形热交换器的径向的截面图；

图3显示了图1的示例性的环形热交换器的周向的截面图；

图4显示了从内看去的图2的示例性的环形热交换器的径向的截面图；

图5显示了附连至曲线板一端的横贯管道段的接口的放大图；

图6显示了沿着它们的主管流体地相连的示例性的横贯管道段的周向的截面图；

图7显示了限定了主管和接口的示例性的横贯管道段；

图8显示了图7的示例性的横贯管道段的周向的截面图；

图9显示了如图7所示的多个横贯管道段，其中相邻的横贯管道段沿着主管流体地相连；

图10显示了限定了多个通道的示例性的曲线板，所述多个通道从曲线板的第一端的第一部分上的第一开口延伸通过在各通道中限定的弯曲部，并且延伸至第一端的第二部分上的第二开口；

图11显示了图10的示例性的曲线板的另一视图；

图12显示了图10和11的示例性的曲线板的第一端的一部分的放大图；和

图13显示了燃气涡轮发动机的一个实施例的截面图，其可包括根据一个实施例的示例性的环形热交换器。

在本说明书和附图中的附图标记的重复使用旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。

附图标记清单：

具体实施方式

现在将详细参照本发明的实施例，在图中示出实施例的一个或多个示例。以解释本发明而非限制本发明的方式提供各个示例。实际上，对本领域技术人员显而易见的将是，可对本发明作出各种修改和变型，而不偏离本发明的范围或精神。例如，被示为或描述成一个实施例的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因而，意于的是本发明覆盖落在所附权利要求和它们等效物的范围内的这样的修改和变型。

如本文所用，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换地用来区分一个构件与另一个构件，而且不意表示单独的构件的位置或重要性。

用语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流的相对方向。例如，“上游”指的是流体流出的方向，而“下游”指的是流体流往的方向。

如本文所用，用语″流体″可以是气体或液体。本发明的方法不受到所使用的流体的类型的限制。在优选的应用中，冷却流体是风扇空气，并且冷却的流体是泄放空气。然而，本发明的方法可以用于其它类型的液体和气态流体，其中冷却的流体和冷却流体是相同的流体或不同的流体。冷却的流体和冷却流体的其它示例包括空气，液压流体，燃烧气体，制冷剂，制冷剂混合物，介电的流体用于冷却航空电子设备或其它飞机电子系统，水，水基化合物，混有防冻添加剂(举例来说，酒精或乙二醇化合物)的水，和在高温或低温下能够保持热传输的任何其它有机或无机的传热流体或流体共混物。

总体上提供了热交换器，其包括改进性能的几何形状，加成制造技术促进了其实践应用。尽管这里所述的热交换器系统宽泛地适用于包含多种流体类型的各种热交换器应用，但是，在这里描述了用于燃气涡轮发动机中的泄放空气(举例来说，热流)与风扇空气(举例来说，冷流)的高效冷却。应当注意，尽管本说明书涉及在大功率双路式涡轮发动机中使用的热交换器，但是本领域的技术人员应当理解，本说明书并不限于在大功率双路式涡轮发动机中的使用。而是，提供的热交换器可以用在任何发动机和/或要求热交换的装置中。通常提供了用于涡轮发动机的热交换器，其联接至涡轮发动机的风扇罩和发动机罩的至少一个上。在一示例性的实施例中，热交换器包括环形主体。

参考图1-4，环形喷气发动机空气管道10被显示用于燃气涡轮发动机，比如涡扇、涡轮螺旋桨和涡喷发动机。环形喷气发动机空气管道10包括由第一环形环14、第二环形环16，和多个曲线板100形成的环形热交换器12所述多个曲线板100将第一环形环14流体地连接至第二环形环16。第一环形环14具有由多个横贯管道段20限定的第一主管15，所述多个横贯管道段20彼此串联地连接，使得相邻的横贯管道组件20的至少一部分是沿着第一主管15流体地相连的。类似地，第二环形环16具有由多个横贯管道段20限定的第二主管17。曲线板100限定了至少一个通道110，其与第一主管15的横贯管道段20和第二主管17的横贯管道段20处于流体连通。热流体(举例来说，泄放空气)可经过曲线板100的至少一个通道102，用于与经过曲线板100上面的冷却流体进行传热。如所示，曲线板100限定了弯曲的表面，其是径向向内地定向的。然而，在备选的实施例中，曲线板100可限定径向向外定向的弯曲部。

多个曲线板100是径向地分层的，以在相邻的曲线板100之间限定间隙，冷却流体(举例来说，风扇空气)可通过该间隙在轴向方向上流动。在一个实施例中，多个曲线板100通常围绕环形管道以均匀的方式周向地定向，使得冷却流体流被迫撞击在曲线板100上(用于从中穿过的传热)，而没有发现任何显著的备选路径。因此，大多数的热流体流过环形管道的此传热区域(即，在内带和外带之间限定的间隙内，径向地分层的板位于其中)。例如，至少90％的冷却流体流过环形管道的传热区域，比如至少95％(举例来说，至少99％)。这样，冷却流体流的捕获率就最大化，以增加传热率的效率。

如所示，第一环形环14通常相邻于和平行于第二环形环16。然而，在其它实施例中，第一环形环14和第二环形环16可以具备彼此不同的形状，和/或以非平行的方式定向。

在所示的实施例中，第一环形环14的第一主管15和第二环形环16的第二主管17中的每一个各自划分成多个独立的分段22，23。其中各独立的分段22，23由多个横贯管道段20形成形成，所述多个横贯管道段20形成通过各自的第一主管15和第二主管17的单独的腔。独立的分段22，23在多个独立的分段22，23的横贯管道段20的端部内的边界壁24处是分离的。在特定的实施例中，各横贯管道段20跨过环形环14，16的周向的长度的大约5°至大约20°。然而，横贯管道段20可以形成为任何所需的长度和/或形状。

供应管26被显示为各自在第一主管15和第二主管17的各分段22，23内，用于向其中供应流体。例如，流体可以是用于冷却(举例来说，泄放空气从发动机)的压缩空气。在所示的实施例中，供应流体30(举例来说，热空气)通过入口供应管28被引入第二环形环16中，从第二主管17通过曲线板100的通道110(如下所述)进入第一主管15中，并且作为冷却的流体34通过出口管32离开。特别地，冷却流体36(举例来说，风扇空气)在环形环14，16和径向外壁40之间经过空气管道100。应当理解，任一种流体的流动方向可以根据所需而改变。

如下文中更详细地所述，曲线板100允许在其中的更热的更高压力的流体和经过管道的更冷的更低压力的流体之间的热传递。此传热是通过曲线板100的几何形状增强的，该几何形状具有可用于传热的增加的表面积。

如图6-9更特别地显示，各横贯管道段20通常包括主管200，其从第一端202延伸至第二端204并且限定了从中穿过的中空通路206。相邻的横贯管道段20通过其各自端部的附连件沿着主管200而彼此之间处于流体连通。也就是说，一个横贯管道段20的第一端202附连至相邻的横贯管道段20的第二端204。如图8更特别地显示，由第二端204限定阳插入件240，并且在第一端202限定阴腔，以允许在相邻的横贯管道段20之间的阳-阴连接。然而，可以采用任何其它合适的连接机构(举例来说，钎焊，焊接，O形圈，螺栓，等等)。

主管200也限定了至少一个孔口208，其与供应通道210处于流体连通，所述供应通道210限定在下平台212和上平台218之间，下平台212附连至在孔口208的第一侧216主管200的外表面214，并且上平台218在孔口218的与第一侧216相反的第二侧220附连至主管200的外表面214。这样，供应通道210与通过主管200限定的孔口208的、主管200的中空通路206处于流体连通。多个孔口218显示为被限定在主管200中，在环形方向上具有细长的形状。也就是说，孔口218可具有在环形方向上(即，从主管的第一端延伸至主管的第二端)的最大长度，其大于在垂直于环形方向的垂直方向上(即，轴向方向)的最大宽度。

在所示的实施例中，主管200在第一端202和第二端204都限定了椭圆形的横截面。例如，椭圆形的横截面可具有最大宽度，该最大宽度为它的最大高度的大约1.5倍至大约至大约20倍。这种椭圆形的形状允许冷却流体(举例来说，风扇空气)在经过管道100时的最小阻力。然而，主管可具有其它所需的截面形状。

在一个实施例中，上平台218与下平台212形成为一个整体，以在它们之间限定供应通道210。附加地，上平台218和下平台212可以与主管200形成为一个整体，以形成单个一体化构件。例如，横贯管道段20可以借助于加成制造工艺一起形成为一个整体，并且可以由加成的材料形成，包括但不限于钛，钛合金，铝，铝合金，和奥氏体合金，比如镍-铬基超级合金(举例来说，可以从特种合金公司得到的名为的合金)。

在它的终端221(相对于在主管200的孔口208)，下平台212和上平台218限定了接口222，所述接口222限定了与主管200限定的中空通路206处于流体连通的多个通道224。在一个实施例中，在从主管200的外表面214的第二端204延伸的最上部切线226和从下平台212的内表面213延伸的切线228之间限定了叉开角度θ，其中该叉开角度为大约10°至大约30°。

在所示的实施例中，下平台212的内表面230在接口222处限定了多个下凹槽232，并且上平台218的内表面234在接口222处限定了多个上凹槽238。多个下凹槽232通常与多个上凹槽236对准，以限定多个通道224。附加地，槽口238在接口222处被限定在下平台212的内表面230和上平台218的内表面234之间。如所示，槽口238延伸通过在上平台218和下平台212之间限定的多个通道224以便在其中接收曲线板100的第一端124，如图5更特别地显示。在一个实施例中，借助于钎焊、焊接或任何其它合适的附连机构，曲线板100的第一端124被定位并且附连至槽口内的接口。在所示的实施例中，限定在横贯管道段200的接口222中的各通道234与曲线板100的各自的通道110处于流体连通，如下文中更详细地所述。

参考图8，内部横梁242可以如图所示设置，并定位在上平台218和下平台212之间，并且从供应通道210延伸至接口222以限定多个通路244，所述多个通路244在接口222处对应于曲线板100的各自的通道110，使得各通路244与其中一个通道110处于流体连通。附加地，横梁242可在上平台218和下平台212之间提供结构支撑。在一个实施例中，主管200限定了多个孔口208，所述多个孔口208与各自的通路244处于流体连通，并且因此，与曲线板100的各自的通道110处于流体连通。

参考图2和4，横贯管道段20可进一步包括第一翼252，所述第一翼252从主管200的第一侧251延伸并且配置为用于附连至发动机的框架(未示出)。同样，横贯管道段可进一步包括第二翼254，所述第二翼254从主管200的与第一侧251相反的第二侧253延伸，并且配置为用于附连至相邻的横贯管道段200的翼254。因此，第一翼252和第二翼254在椭圆形的横截面的最大宽度的轴向方向上延伸，并且允许相邻的环14，16连接在一起以形成环形热交换器12。相邻的横贯管道段20的第二翼254可以彼此成为一个整体，或者通过附连机构(举例来说，螺钉、螺栓、焊接、钎焊，等等)彼此连接。

图10-12显示了示例性的曲线板100，其包括限定了多个第一凹槽104的内板102和限定了多个第二凹槽108的外板106。通常，内板102附连至外板106，其中多个第一凹槽104和多个第二凹槽108是实质上对准的，以在它们之间限定多个通道110。图11的实施例包括可选择的整体式壁112，其被定位在内板102和外板106之间，使得各通道110在其中限定了第一通路114和第二通路116。

在一个实施例中，内板102和外板106，连同可选择的整体式壁112，借助于扩散结合被结合在一起，而无需任何钎焊或其它焊接。然而，可以采用任何用来结合内板102和外板106的合适的附连手段，包括但不限于粘合结合，焊接，钎焊，等等。

在所示的实施例中，各通道112从曲线板100的第一端124的第一部分122上的第一开口120，延伸通过在各通道112中限定的弯曲部126，并且延伸至第一端124的第二部分130上的第二开口128。这样，经过各通道112的流体就围绕弯曲部126从第一部分122的第一开口120穿过曲线板，并且流出第二部分130的第二开口128(或者，反之亦然，在相反的方向上从第二开口128流至第一开口120)。因此，其中各通道112限定了非线性的路径，其具有从第一开口120延伸至第二开口128的至少一个弯曲部126。

图12显示了第一凹槽104和第二凹槽108中的每一个具有实质上半椭圆形的形状，以便限定实质上椭圆形的通道110。此形状不仅允许用于在通道110内的用于传热的增加的表面积，而且也允许第一凹槽104和第二凹槽108由片材(举例来说，金属片材)通过冲压工艺形成。在所示的实施例中，其中各第一凹槽104具有最大截面弧长度，其为它的最大弦长度的大约1.5至大约20倍。类似地，其中各第二凹槽108具有最大截面弧长度，其为它的最大弦长度的大约1.5至大约20倍。然而，其它几何形状可以根据所需被采用。

在一个实施例中，第一凹槽104和/或第二凹槽108可限定多个凹痕或其它表面特征，以便在通道110内搅动流体流以及用于提供增加的表面积用于热传递。

曲线板100通常限定了从第一端124至第二端132的曲率(即，非平面的)路径。在所示的实施例中，曲率通常是恒定的以限定圆的弧长度。然而，在其它实施例中，曲线板100可具有在外板126上变化的不均匀的曲率(即，恒定的)，并且可包括弯曲部，曲部，接合处，平面的部分，等等。不管特定的截面形状如何，外板126都限定了从第一端124至第二端132测得为最短距离的弦长度，并且外板126限定了在它的外表面127上从第一端124至第二端132测得的弧长度。使用相同的起点和终点(对于弦长度和弧长度)，弧长度为弦长度的大约105％至大约150％。也就是说，弧长度为弦长度的大约1.05倍至大约1.5倍。这样，曲线板100的曲率与平面的板相比允许更多的表面积用于热传递。

在图10和11所示的实施例中，槽口134被限定在曲线板100的第一端124中，处于第一部分122和第二部分130之间。通常，槽口134允许曲线板100在附连至横贯管道200的各自接口222上的第一部分122和第二部分130之间的挠曲。尽管被显示为具有实质上U形的形状，但是，槽口134可具有任何所需的几何形状。类似地，各通道110被显示为以实质上U形的形状在曲线板100中限定的槽口134周围从第一端124的第一部分122上的第一开口120延伸，并且延伸至第一端124的第二部分130上的第二开口128。然而，通道110在曲线板100内可采取任何所需的路径。

内板102和外板106可以由具有所需的热传递性能的任何合适的材料形成。例如，内板102和外板106可以由钛，钛合金，铝，铝合金，和奥氏体合金比如镍-铬基超级合金(举例来说，可以从特种合金公司得到的名为的合金)构成。

同样地，整体式壁112(如果存在的话)可以由任何合适的材料制成。在一个实施例中，整体式壁112由相对高导热的材料制成，以便促进在通道110内的第一通路114和第二通路116之间的热传递。例如，整体式壁可以由电镀的铜，钛，钛合金，铝，铝合金，和奥氏体合金比如镍-铬基超级合金(举例来说，可以从特种合金公司得到的名为的合金)制成。在大多数实施例中，内板102和外板106具有越过各个各自表面的实质上相等的厚度，尽管凹槽104，108各自可以比更平的部分要稍微更薄一些。在大多数实施例中，内板102和外板106独立地具有大约400μm至大约800μm的厚度。整体式壁112(如果存在的话)可具有为大约400μm至大约800μm的厚度。

在某些实施例中，整体式壁112能够限定多个孔(举例来说，槽口或其它孔口)，以允许在通道110内的第一通路114和第二通路116之间的流体流。备选地或附加地，整体式壁112可限定多个凹痕或其它表面特征，以搅动在通道110中的第一通路114和第二通路116内的流体流并且提供增加的表面积以用于在它们之间的热传递。

如图10和11所示，内板102和外板106的至少一者(或二者)包括至少一个接片140，其从与第一端124相对的第二端132延伸。参考图3，接片140延伸到在环形热交换器12的罩44内限定的槽口42中。罩44通常包括结构支撑46和径向的外壁40。这样，各曲线板100在结构上受到支撑，所以各曲线板100相对于环形管道的热膨胀在至少一个方向上是不受约束的。也就是说，各曲线板100可以仅仅在第一端124的第一和第二部分122，130处附连，以允许沿着曲线板100的长度的热膨胀远离各自的横贯管道段20延伸，而同时也允许在轴向方向上的挠曲，这是由于在它们之间存在槽口。接片140允许稍微的运动和/或膨胀，同时通常保持就位而不约束这种运动和/或膨胀。

在所示的实施例中，结构支撑46包括第一环形环47，平行于第一环形环47的第二环形环49，和将第一环形环47连接至第二环形环49的多个横臂51。横臂51可限定用于接收至少一个接片140的腔53。

在所示的实施例中，其中至少一个接片140限定了孔口142，用于接收从中穿过的附连件(未示出)，以便通过附连件(举例来说，螺栓，螺钉，销钉，或其它附连部件)将第二端132固定至结构支撑46。在一些实施例中，其中至少一个接片140可以被可滑动地定位在罩44的结构支撑46内限定的各自的槽口42内。例如，附连件可将接片140固定在槽口42内，同时允许在其中的一些运动(举例来说，细长的孔口可允许在孔口的更长方向上的运动)。例如，可以采用被可滑动地定位的接片140和固定的接片140的组合，以允许用于曲线板100的第二端132的挠曲和/或稍微的运动，同时实质上保持它就位。因此，曲线板100可关于罩运动，从而允许在使用中的热膨胀，挠曲，振动运动，或其它稍微的运动。可以注意到，图10显示了一个实施例，其中各接片140限定了用于接收从中穿过的附连件的孔口142，而图11的实施例仅仅显示了限定孔口142的中心接片140，连同外接片142被配置为用于无需任何固定附连件的槽口定位。

如所述，曲线板100可以借助于冲压工艺形成。在一个实施例中，曲线板100可以这样来形成：冲压第一金属片材以形成限定了多个第一凹槽所的第一板；冲压第二金属片材以形成限定了多个第二凹槽的第二板；和之后，将第一片材层压至第二片材上以形成曲线板，使得多个第一凹槽和多个第二凹槽实质上对准，以在它们之间限定多个通道。在一个实施例中，在层压之前，整体式壁可以是被定位在第一片材和第二片材之间，使得各通道在其中限定了第一通路和第二通路。

在一个实施例中，环形管道被用在冷却燃气涡轮发动机的热流体的方法中。引导热流体通过多个冷却通道，所述多个冷却通道在环形管道内是径向地分层的，以限定传热区域；和使冷却流体经过环形管道，使得冷却流体在径向地分层的冷却通道之间经过。例如，冷却流体通常在燃气涡轮发动机的轴向方向上流动通过环形管道。

例如，图13图示了燃气涡轮发动机310的包括一个或多个环形热交换器10的一个实施例的截面图。环形热交换器的定位可以根据需要而变化，但是在特别的实施例中处于核心发动机314内。例如，环形热交换器可利用风扇空气354作为冷却流体(或者直接地，或被引导进入环形管道)，并且热流体可以是来自燃气涡轮发动机的核心的泄放空气。燃气涡轮发动机可以根据本发明主题的一些方面而被用在飞机中，其中发动机310被显示为具有从中穿过地延伸的纵向的或轴向的中心线轴线312，用于参考目的。

一般而言，发动机310可包括核心燃气涡轮发动机(通常由参考标号314标示)和被定位在其上游的风扇分段316。核心发动机314可通常包括实质上管状的外罩318，其限定了环形入口320。另外，外罩318可进一步包封和支撑升压压缩机322，用于将进入核心发动机314的空气的压力增加至第一压力水平。高压、多级、轴流式压缩机324于是可接收来自升压压缩机322的压缩空气，以及进一步增加这种空气的压力。离开高压压缩机324的压缩空气可随后流至燃烧器326，在所述燃烧器326内，燃料可被注入到压缩空气的流中，所得到的混合物于是在燃烧器326内燃烧。高能量燃烧产物从燃烧器326沿着发动机310的热气体路径被引导至第一(高压)涡轮328，用于借助于第一(高压)驱动轴30驱动高压压缩机324，随后被引导至第二(低压)涡轮332，用于借助于第二(低压)驱动轴334来驱动升压压缩机322和风扇分段316，所述第二(低压)驱动轴334通常与第一驱动轴330共轴。在驱动各个涡轮328和332之后，燃烧产物可以借助于排气喷嘴336从核心发动机314被排出，以便提供推进的喷气推力。

应当理解，各压缩机322，324可包括多个压缩机级，其中各级都包括静态的压缩机静叶的环形阵列和被定位在压缩机静叶的直接下游处的旋转的压缩机叶片的环形阵列二者。类似地，各涡轮328，332可包括多个涡轮级，其中各级都包括静态喷嘴静叶的环形阵列和被定位在喷嘴静叶的直接下游处的旋转的涡轮叶片的环形阵列二者。

附加地，如图13所示，发动机310的风扇分段316通常可包括可旋转的轴流式风扇转子组件338，其被配置为由环形风扇罩340包围。本领域的普通技术人员应当理解，风扇罩340可以被配置为由多个实质上径向地延伸、周向地间隔开的出口导叶342而相对于核心发动机314支撑。这样，风扇罩340可包封风扇转子组件338和它的相应的风扇转子叶片344。此外，风扇罩340的下游分段346可延伸越过核心发动机314的外部分，从而限定辅助的或旁通的气流导管48，它提供了额外的推进的喷气推力。

应当理解，在若干实施例中，第二(低压)驱动轴334可以被直接地联接至风扇转子组件338，以便提供直接驱动的构造。备选地，第二驱动轴334可以借助于减速装置337(举例来说，减速齿轮或齿轮箱)而联接至风扇转子组件338，以便提供间接驱动或齿轮传动的构造。这种减速装置也可如所需或所要求而设在发动机310内的任何其它合适的轴和/或线轴之间。

应当理解，在发动机310的操作期间，初始空气流(由箭头350所示)可通过风扇罩340的相关联的入口352进入发动机310。空气流350随后经过风扇叶片344并分成通过导管348运动的第一压缩空气流(由箭头354所示)和进入升压压缩机322的第二压缩空气流(由箭头356所示)。第二压缩空气流356的压力于是增加，并且进入高压压缩机324(由箭头358所示)。在与燃料混合并且在燃烧器326内燃烧之后，燃烧产物360离开燃烧器326并且流过第一涡轮328。之后，燃烧产物360流过第二涡轮332并离开排气喷嘴336，以便提供用于发动机310的推力。

如所述，热流体(举例来说，泄放空气)可以通过当前描述的装置和方法在燃气涡轮发动机的环形管道内被冷却。在一个实施例中，热流体可以被引导通过在环形管道内径向地分层的多个冷却通道，以限定传热区域(举例来说，如上所述在多个分层的曲线板内限定)，并且冷却流体可以经过环形管道，使得冷却流体在径向地分层的冷却通道之间经过。

该书面描述使用示例来公开本发明，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以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的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示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机的环形热交换器[12]，包括：

第一环形环[14]，其包括由多个横贯管道段[20]限定的第一主管[200]；

第二环形环[16]，其包括由多个横贯管道段[20]限定的第二主管[200]，其中所述第一主管[200]和所述第二主管[200]的各横贯管道段[20]包括：

主管[200]，其从第一端[202]延伸至第二端[204]，并且限定了从中穿过的中空通路[206]，并且其中所述主管[200]限定了孔口[208]，并且进一步其中相邻的横贯管道段[20]的至少一部分沿着所述主管[200]是流体地相连的；

下平台[212]，其在所述孔口[208]的第一侧[216]上附连至所述主管[200]的外表面[214]；和

上平台[218]，其在所述孔口[208]的与所述第一侧[216]相反的第二侧[220]上附连至所述主管[200]的所述外表面[214]，其中所述上平台[218]与所述下平台[212]形成为一个整体，以在它们之间限定供应通道[110]，所述供应通道[110]通过由所述主管[200]限定的所述孔口[208]而与所述主管[200]的所述中空通路[206]处于流体连通，并且其中所述下平台[212]和所述上平台[218]限定了接口[222]，所述接口[222]限定了多个通道[110]，所述多个通道[110]与由所述主管[200]限定的所述中空通路[206]处于流体连通；和

在其中限定了至少一个通道[110]的曲线板[100]，其中，所述曲线板[100]的所述至少一个通道[110]与所述第一主管[200]的横贯管道段[20]和所述第二主管[200]的横贯管道段[20]处于流体连通。

2.根据权利要求1所述的环形热交换器[12]，其中，所述曲线板[100]限定了从第一端[124]至第二端[132]测得为最短距离的弦长度，并且其中所述曲线板[100]限定了在它的外表面上从所述第一端[124]至所述第二端[132]测得的弧长度，并且进一步其中所述弧长度为所述弦长度的大约105％至大约150％，和

其中所述曲线板[100]限定了径向向内地定向的弯曲部，或者其中所述曲线板[100]限定了径向向外地定向的弯曲部。

3.根据权利要求1所述的环形热交换器[12]，其中所述曲线板[100]包括：

限定了多个第一凹槽[104]的内板[102]；和

限定了多个第二凹槽[108]的外板[106]，其中所述外板[106]附连至所述内板[102]，其中多个第一凹槽[104]和多个第二凹槽[108]实质上对准以在它们之间限定多个通道[110]，并且其中各通道[110]从所述曲线板[100]的第一端[124]的第一部分[122]上的第一开口[120]延伸并通过在各通道[110]中限定的弯曲部而与所述第一主管[200]的所述横贯管道段[20]处于流体连通，并且延伸至所述第一端[124]的第二部分[130]上的第二开口[128]并与所述第二主管[200]的所述横贯管道段[20]处于流体连通。

4.根据权利要求3所述的环形热交换器[12]，其中槽口[134]被限定在所述第一端[124]中的所述曲线板[100]中，处于所述第一部分[122]和所述第二部分[130]之间。

5.根据权利要求3所述的环形热交换器[12]，进一步包括：

整体式壁[112]，其被定位在所述内板[102]和所述外板[106]之间，使得各通道[110]在其中限定了第一通路[114]和第二通路[116]。

6.根据权利要求3所述的环形热交换器[12]，其中所述曲线板[100]包括至少一个接片[140]，其从所述曲线板[100]的与所述第一端[124]相对的第二端[132]延伸，并且其中所述环形热交换器[12]进一步包括联接至所述曲线板[100]的所述至少一个接片[140]的支撑结构[46]。

7.根据权利要求6所述的环形热交换器[12]，其中所述支撑结构[46]可滑动地附连至所述曲线板[100]的所述至少一个接片[140]，以便允许在轴向方向上的运动。

8.根据权利要求6所述的环形热交换器[12]，其中所述支撑结构包括：

第一环形圈；

第二环形圈，其平行于所述第一环形圈；和

将所述第一环形圈连接至所述第二环形圈的多个横臂。

9.根据权利要求1所述的环形热交换器[12]，其中所述第一环形环[14]的所述第一主管[200]被划分成多个段，并且其中所述第二环形环[16]的所述第二主管[200]被划分成多个段，并且其中入口被限定在所述第一环形环[14]的所述第一主管[200]的各段中，并且出口被限定在所述第二环形环[16]的所述第二主管[200]的各段中。

10.根据权利要求1所述的环形热交换器[12]，其中所述下平台[212]的内表面在所述接口[222]处限定了多个下凹槽，并且其中所述上平台[218]的内表面在所述接口[222]处限定了多个上凹槽，所述多个下凹槽与所述多个上凹槽对准以限定多个通道[110]，并且进一步其中在所述接口[222]处由所述下平台[212]和所述上平台[218]限定的所述各通道[110]与所述曲线板[100]的通道[110]对准以便与之处于流体连通。