CN106979078A - 并联和串联流动地联网的ogv换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及并联和串联流动地联网的OGV换热器。燃气涡轮发动机混合外导叶换热器包括：风扇出口导叶的圆形排，至少一些风扇出口导叶为联网导叶换热器，其包括在风扇出口导叶内的换热器，且导叶换热器既串联地又并联地流体互连。组可包括既串联地又并联地流体连接的三个或更多个导叶换热器。混合组中的联网导叶换热器的两个或更多个串联集合可各包括串联地连接的两个或更多个导叶换热器和并联地连接的两个或更多个串联集合。联网导叶换热器的第一和第二组可包括用于冷却发动机润滑系统和/或集成驱动发电机的第一和第二组。

Description

并联和串联流动地联网的OGV换热器
技术领域
本发明大体上涉及燃气涡轮发动机涡轮油冷却，更具体地涉及包含用于对油进行冷却的换热器的出口导叶(guide vane)。
背景技术
燃气涡轮发动机通常设有循环油系统用于润滑和冷却各种发动机构件(诸如轴承、齿轮箱、发电机等)。在操作中，油吸收大量的热量，这些热量必须排放到外部环境，以便将油维持为可接受的温度。发电机油冷却通常使用一个或更多个空气-油换热器，其有时以复杂的冷却网络与燃料-油换热器和燃料返回-储槽系统串联。
还称为砖形冷却器或表面冷却器的紧凑换热器用于该冷却，但都具有风扇空气阻力恶化。已提出油冷却回路，其包括在发动机的静叶(vane)中(具体而言在风扇出口导叶(OGV)中)的空气-油换热器。OGV作为换热器的使用是跨过OGV的零风扇空气压力损失，因为油被在OGV内发送。因为OGV没有翅片(相对于砖形冷却器或表面冷却器提供更小的交换面积)，所以将需要许多OGV来冷却发动机油或发电机油。在OGV内侧的微小通道中发送油是不自由的，且可通过OGV通道内侧的油压力降来进行。典型的空气油冷却器具有50 psid的压力预算，如在上面提到的，使用许多OGV将要求比在油润滑系统或集成驱动发电机(IDG)或可变频率发电机(VFG)油系统中当前可用或预算多得多的油压力降。因此，极为需要将许多OGV用作换热器且能够满足空气-油冷却器油压力降要求的油冷却系统和回路。
发明内容
燃气涡轮发动机混合外导叶换热器设备包括：风扇出口导叶的圆形排，至少一些风扇出口导叶为联网导叶换热器，该联网导叶换热器包括在至少一些风扇出口导叶内的换热器，且导叶换热器联网且既串联地又并联地流体互连。
联网导叶换热器的混合组可包括三个更多个既串联地又并联地流体连接的导叶换热器。
该设备还可包括：混合组中的联网导叶换热器的两个或更多个串联集合，且各个串联集合包括串联地连接的两个或更多个导叶换热器，且这两个或更多个串联集合并联地连接。
该设备还包括：混合组中的联网导叶换热器的两个或更多个串联集合，各个串联集合包括两个或更多个串联连接的导叶换热器，和混合组中的联网导叶换热器的一个或更多个并联集合，且该一个或更多个并联集合中的各个包括并联连接的两个或更多个导叶换热器和至少一个串联集合。
各个换热器可包括油回路，该油回路从油入口歧管延伸至油出口歧管且操作以用于将油引导通过换热器。
该设备可包括：油供应管线，其包括或连接于环形油供应歧管，该环形油供应歧管以油供应流关系连接于联网导叶换热器的混合组，油返回管线，其包括或连接于环形油返回歧管，且该环形油返回歧管以油返回流关系连接于联网导叶换热器的混合组。
燃气涡轮发动机可包括燃气涡轮发动机混合外导叶换热器设备，和延伸跨过风扇流动路径的风扇出口导叶的圆形排，该风扇流动路径在环形风扇壳体和位于风扇壳体的径向内侧的毂之间。
OGV换热器可流体地连接以用于冷却油，其用于包括轴承的发动机的润滑系统和/或用于集成驱动发电机油系统。
发动机可包括：联网导叶换热器的一个或更多个混合组中的第一和第二组，该第一组可操作地连接于发动机的润滑系统以用于对润滑系统提供冷却，且该第二组可操作地连接于可变频率发电机和/或集成驱动发电机，以用于对该可变频率发电机和/或集成驱动发电机提供冷却。
技术方案1. 一种燃气涡轮发动机混合外导叶换热器设备，其包括：
风扇出口导叶的圆形排，
联网导叶换热器的一个或更多个混合组，其包括至少一些风扇出口导叶，
所述联网导叶换热器包括在所述至少一些风扇出口导叶内的换热器，且
所述导叶换热器联网且既串联地又并联地流体互连。
技术方案2. 根据技术方案1所述的设备，还包括：联网导叶换热器的各个混合组包括既串联地又并联地流体连接的三个或更多个所述导叶换热器。
技术方案3. 根据技术方案1所述的设备，还包括：
各个混合组中的联网导叶换热器的两个或更多个串联集合，
各个串联集合包括两个或更多个串联连接的导叶换热器，且
所述两个或更多个串联集合并联连接。
技术方案4. 根据技术方案1所述的设备，还包括：
各个混合组中的联网导叶换热器的两个或更多个串联集合，
各个串联集合包括两个或更多个串联连接的导叶换热器，
混合组中的联网导叶换热器的一个或更多个并联集合，且
所述一个或更多个并联集合中的各个包括并联连接的两个或更多个导叶换热器和至少一个串联集合。
技术方案5. 根据技术方案1所述的设备，还包括：各个换热器包括油回路，其从油入口歧管延伸至油出口歧管且操作以用于将油引导通过所述换热器。
技术方案6. 根据技术方案1所述的设备，还包括：
油供应管线，其包括或连接于环形油供应歧管，
所述环形油供应歧管以油供应流关系连接于所述联网导叶换热器的混合组，
油返回管线，其包括或连接于环形油返回歧管，且
所述环形油返回歧管以油返回流关系连接于所述联网导叶换热器的混合组。
技术方案7. 根据技术方案6所述的设备，还包括：
混合组中的联网导叶换热器的两个或更多个串联集合，
各个串联集合包括串联连接的两个或更多个导叶换热器，
混合组中的联网导叶换热器的一个或更多个并联集合，且
所述一个或更多个并联集合中的各个包括并联连接的两个或更多个导叶换热器。
技术方案8. 根据技术方案7所述的设备，还包括：
各个串联集合中的导叶换热器中的第一个直接流体连接于所述环形油供应歧管，
各个串联集合中的导叶换热器中的最后一个直接流体连接于所述环形油返回歧管，且
一个或更多个并联集合中的所有导叶换热器直接流体连接于所述环形油供应歧管和所述油返回管线。
技术方案9. 根据技术方案6所述的设备，还包括：
各个串联集合中的导叶换热器中的第一个直接流体连接于所述环形油供应歧管，且
各个串联集合中的导叶换热器中的最后一个直接流体连接于所述环形油返回歧管。
技术方案10. 一种燃气涡轮发动机，其包括：
混合外导叶换热器设备，其包括延伸跨过风扇流动路径的风扇出口导叶的圆形排，所述风扇流动路径在环形风扇壳体与位于所述风扇壳体的径向内侧的毂之间，
联网导叶换热器的一个或更多个混合组，其包括至少一些风扇出口导叶，且
所述导叶换热器联网且既串联地又并联地流体互连。
技术方案11. 根据技术方案10所述的发动机，还包括：
油供应管线，其包括或连接于环形油供应歧管，
所述环形油供应歧管以油供应流关系连接于所述联网导叶换热器的混合组，
油返回管线，其包括或连接于环形油返回歧管，且
所述环形油返回歧管以油返回流关系连接于所述联网导叶换热器的混合组。
技术方案12. 根据技术方案10所述的发动机，还包括：所述联网导叶换热器的混合组包括三个更多个既串联地又并联地流体连接的导叶换热器。
技术方案13. 根据技术方案10所述的发动机，还包括：
所述混合组中的联网导叶换热器的两个或更多个串联集合，
各个串联集合包括两个或更多个串联连接的导叶换热器，且
所述两个或更多个串联集合并联地连接。
技术方案14. 根据技术方案10所述的发动机，还包括：
所述混合组中的联网导叶换热器的两个或更多个串联集合，
各个串联集合包括两个或更多个串联连接的导叶换热器，
所述混合组中的联网导叶换热器的一个或更多个并联集合，且
所述一个或更多个并联集合中的各个包括并联连接的两个或更多个导叶换热器和至少一个串联集合。
技术方案15. 根据技术方案10所述的发动机，还包括：各个换热器包括油回路，其从油入口歧管延伸至油出口歧管且操作以用于将油引导通过所述换热器。
技术方案16. 根据技术方案11所述的发动机，还包括：
所述混合组中的联网导叶换热器的两个或更多个串联集合，
各个串联集合包括串联连接的两个或更多个导叶换热器，
所述混合组中的联网导叶换热器的一个或更多个并联集合，且
所述一个或更多个并联集合中的各个包括并联连接的两个或更多个导叶换热器。
技术方案17. 根据技术方案16所述的发动机，还包括：
各个串联集合中的导叶换热器中的第一个直接流体连接于所述环形油供应歧管，
各个串联集合中的导叶换热器中的最后一个直接流体连接于所述环形油返回歧管，且
一个或更多个并联集合中的所有导叶换热器直接流体连接于所述环形油供应歧管和所述油返回管线。
技术方案18. 根据技术方案11所述的发动机，还包括：
各个串联集合中的导叶换热器中的第一个直接流体连接于所述环形油供应歧管，且
各个串联集合中的导叶换热器中的最后一个直接流体连接于所述环形油返回歧管。
技术方案19. 根据技术方案11所述的发动机，还包括：
各个串联集合中的导叶换热器中的第一个直接流体连接于所述环形油供应歧管，且
各个串联集合中的导叶换热器中的最后一个直接流体连接于所述环形油返回歧管。
技术方案20. 根据技术方案11所述的发动机，还包括：所述OGV换热器流体地连接以用于对油进行冷却，所述油用于包括轴承的发动机的润滑系统和/或用于集成驱动发电机油系统。
技术方案21. 根据技术方案10所述的发动机，还包括：
联网导叶换热器的一个或更多个混合组中的第一和第二组，
所述第一组可操作地连接于所述发动机的润滑系统以用于对所述润滑系统提供冷却，且
所述第二组可操作地连接于可变频率发电机和/或集成驱动发电机，以用于对所述可变频率发电机和/或集成驱动发电机提供冷却。
技术方案22. 根据技术方案21所述的发电机，还包括：联网导叶换热器的第一和第二组中的各个包括三个更多个既串联地又并联地流体连接的导叶换热器。
技术方案23. 根据技术方案21所述的发动机，还包括：
所述第一或第二组中的各个中的联网导叶换热器的两个或更多个串联集合，
各个串联集合包括串联连接的两个或更多个导叶换热器，且
所述两个或更多个串联集合并联地连接。
附图说明
根据优选和示范实施例的本发明在结合附图作出的以下详细说明中更具体地描述，在附图中：
图1是包括导叶换热器系统的燃气涡轮发动机的示意截面视图例示。
图2是图1的燃气涡轮发动机的一部分的放大视图。
图3是在图1中例示的风扇出口导叶组件的轴向示意图例示。
图4是在图2中例示的导叶换热器中的油回路的示意图例示。
图5是串联地流体连接的成组导叶换热器的示意图例示。
图6是并联地流体连接的成组导叶换热器的示意图例示。
图7是导叶换热器的混合组的示意图例示，其串联地流体连接且与并联地流体连接的导叶换热器的集合并联地流体连接，且并联集合串联地流体连接。
图8是混合组的示意图例示，该混合组具有并联地流体连接的导叶换热器的集合，后面跟着串联地流体连接的导叶换热器的集合。
图9是混合组的示意图例示，该混合组具有串联地流体连接的导叶换热器的集合，后面跟着并联地流体连接的导叶换热器的集合。
部件列表
8 换热器设备
10 燃气涡轮发动机
12 轴线
14 风扇
16 增压机
18 压缩机
20 燃烧器
22 高压涡轮
24 低压涡轮
26 外轴
28 内轴
30 轴承
32 风扇框架
33 风扇空气流
34 涡轮后框架
36 毂
37 风扇旁通管道
38 风扇壳体
39 组件
40 风扇出口导叶
41 换热器
42 空气流
43 风扇流动路径
44 前缘
46 后缘
47 圆形排
48 末梢
50 根部
52 导叶换热器
53 最上游换热器
54 串联
55 最下游换热器
56 并联
58 凸出吸入侧
60 凹入压力侧
63 油回路
66 油入口歧管
67 油供应管线
68 油出口歧管
69 油供应歧管
70 流体入口通路
71 油返回管线
72 流体出口通路
73 油流
74 最后一个
76 第一个
77 油返回歧管
80 混合组
82 串联集合
84 并联集合
86 油供应入口
88 油供应出口
89 集成驱动发电机。
具体实施方式
在图1和2中例示了燃气涡轮发动机10，燃气涡轮发动机10包括混合外导叶换热器设备8，混合外导叶换热器设备8包括如图7-9中例示的串联45和并联56地流体连接或联网的至少一个混合组80的联网导叶换热器52。发动机10围绕纵向中心线或轴线12界定。发动机10以向下游连续流动的关系包括风扇14、增压机16、压缩机18、燃烧器20、高压涡轮22、和低压涡轮24。外轴26将高压涡轮驱动地连接到压缩机18。内轴28将低压涡轮24驱动地连接到风扇14和增压机16。内轴28和外轴26可旋转地安装在轴承30中，轴承30自身安装在风扇框架32和涡轮后框架34中。
风扇框架32包括径向内毂36，径向内毂36通过延伸跨过风扇流动路径43的径向地延伸的风扇导叶(“OGV”)40(在图3中进一步例示)的环形阵列或组件39连接于径向外环形风扇壳体38。风扇OGV 40在风扇14的下游和后方且在增压机16的后方。在本文中例示的风扇OGV 40的示范实施例以圆形排47的方式阵列，如图3中更具体地例示的。在本文中例示的发动机10的示范实施例包括OGV 40，其提供行进穿过风扇旁通管道37和用于风扇壳体39的结构支撑件的风扇空气流33的空气动力转向。备选实施例可提供不同的静叶和支柱以用于空气动力和结构功能。
发动机10中的风扇OGV 40中的一些或全部在其中包括换热器41，换热器41可集成到OGV 40的结构中，如图4中例示的。导叶换热器52包括在风扇OGV 40内的换热器41。OGV换热器41用于冷却油，其用于对轴承的发动机的润滑系统和/或用于可变频率发电机(VFG)或集成驱动发电机89(IDG)油系统。联网导叶换热器52的混合组80中的一个或更多个可用于对不同发动机系统或附件提供冷却。其一个实例是联网导叶换热器52的第一混合组80可用于对发动机的润滑系统诸如对轴承提供冷却，且联网导叶换热器52的第二混合组80可用于对可变频率发电机(VFG)或集成驱动发电机89(IDG)提供冷却。
图4更详细地例示了在一个风扇OGV 40中的一个换热器41的示范实施例。OGV包括翼型件42，翼型件42具有前缘44、后缘46、末梢48、根部50、凸出吸入侧58、和凹入压力侧60。各OGV换热器41包括OGV油回路63，OGV油回路63从油入口歧管66延伸至油出口歧管68且当发动机10运行时将油引导通过OGV热交换41。各个OGV换热器41包括油供应入口86，以用于接收流入油入口歧管66中的油。各个OGV换热器41包括油供应出口88，以用于排放流出油出口歧管68的油。
在图4中例示的OGV油回路63的示范实施例包括从油入口歧管66延伸到OGV换热器41中的多个流体入口通路70。该多个流体入口通路70流体地连接于多个流体出口通路72，该多个流体出口通路72延伸到油出口歧管68以用于将油流73引导出OGV换热器41。
该多个导叶换热器52可联网且既如图5中例示的串联地54又如图6中例示地并联地56流体地互连。导叶换热器52可如图3中例示的那样以串联集合82和并联集合84进行布置，且所有的导叶换热器52联网且既串联地45又并联地56流体地互连。图3和5-9例示油供应管线67，油供应管线67包括或连接于环形油供应歧管69，环形油供应歧管69以油供应流关系连接于联网导叶换热器52的一个或更多个混合组80。
图3和5-9还例示油返回管线71，油返回管线71包括或连接于环形油返回歧管77，环形油返回歧管77以油返回流关系连接于联网导叶换热器52的混合组80。并联集合84中的所有导叶换热器52从环形油供应歧管69和油供应管线67单独地且直接地接收油。并联集合84中的所有的导叶换热器52使油单独地且直接地返回至环形油返回歧管77和油返回管线71。各个串联集合82中的导叶换热器52中的第一个76从环形油供应歧管69和油供应管线67直接接收油，且其余的从之前的一个接收油。各个串联集合82中的导叶换热器52中的最后一个74或最下游的一个使油直接地返回至环形油返回歧管77和油返回管线71。环形油返回歧管77和环形油供应歧管69围绕环形风扇壳体38界定。
图7例示联网导叶换热器52的示范混合组80，其包括既串联地54又并联地56流体连接的三个或更多个导叶换热器52。图7中例示三个串联集合82，各个串联集合82例示为串联连接的导叶换热器52的对。导叶换热器52的三个串联集合82通过油出口歧管68和油返回管线71并联地56流体连接。在各个串联集合82内，具有串联地54流体连接于彼此的一个最上游的和一个最下游的换热器53、55。导叶换热器52中的各个串联集合82中的最下游换热器55并联地56流体连接。导叶换热器52的各个串联集合82或对串联地54流体连接于并联地56流体连接的导叶换热器52中的对应的一个。流到混合外导叶换热器设备8中的所有的油流入串联地54流体连接的导叶换热器52的串联集合82。流出混合外导叶换热器设备8的所有的油通过油出口歧管68流出并联地56流体连接的导叶换热器52。
油供应管线67包括环形油供应歧管69，环形油供应歧管69连接于串联集合82的最上游换热器53的油入口歧管66。油返回管线71包括环形油返回歧管77，环形油返回歧管77连接于串联集合82的最下游换热器55的油出口歧管68。这将串联集合82置于并联流中。图7中例示的导叶换热器52的示范混合组80包括导叶换热器52的串联集合82，且该串联集合82并联地56流体互连。
具有既串联地54又并联地56流体连接的两个或更多个导叶换热器52的导叶换热器52的混合组80有助于降低跨过外导叶换热器装置8的压力降，且有助于满足外导叶换热器设备8的油冷却要求。混合组80消除额外的风扇空气损失，因为不存在导致风扇空气损失的额外的冷却元件诸如砖形或表面冷却器。因为使用导叶换热器52消除对表面或砖形冷却器的需要，且因此提供燃料消耗率(SFC)增益，这指示燃料经济性和发动机效率的改善。而且，OGV的该布置消除了对发动机毂中的油储存器的需要。油通过OGV网络循环且被输出至发动机。
图8例示联网导叶换热器52的混合组80，其包括并联地流体连接的导叶换热器52的并联集合84，之后跟着串联地流体连接的导叶换热器52的串联集合82。并联和串联集合84、82被分开地供应有来自环形油供应歧管69和油供应管线67的油且以油供应流关系连接于它们。导叶换热器52的并联集合84中的所有的导叶换热器52以油返回流关系单独直接连接于环形油返回歧管77和油返回管线71。
图9例示联网导叶换热器52的混合组80，其包括串联地54流体连接的导叶换热器52的串联集合82，之后跟着并联地56流体连接的导叶换热器52的并联集合84。串联集合82中的导叶换热器52供应有来自环形油供应歧管69和油供应管线67的油且以油供应流关系连接于它们。串联集合82中的导叶换热器52分开地且单独地供应有来自环形油供应歧管69和油供应管线67的油且以油供应流关系连接于它们。串联集合82中的导叶换热器52中的第一个76从环形油供应歧管69和油供应管线67直接接收油，且其余的从之前的一个接收油，最后一个74或最下游一个使油返回至环形油返回歧管77和油返回管线71。导叶换热器52的并联集合84中的所有的导叶换热器52以油返回流关系单独直接连接于环形油返回歧管77和油返回管线71。
尽管已经在本文中描述了本发明的被认定为优选和示范的实施例，但是根据本文中的教导，本发明的其他更改对于本领域技术人员应该是显而易见的，并且因此期望在所附权利要求中保护落入本发明的真正的精神和范围内的所有此种更改。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机混合外导叶换热器设备(8)，其包括：
风扇出口导叶(40)的圆形排(47)，
联网导叶换热器(52)的一个或更多个混合组(80)，其包括至少一些风扇出口导叶(40)，
所述联网导叶换热器(52)包括在所述至少一些风扇出口导叶(40)内的换热器(41)，且
所述导叶换热器(52)联网且既串联地(54)又并联地(56)流体地互连。
2.根据权利要求1所述的设备(8)，还包括：联网导叶换热器(52)的混合组(80)中的各个包括既串联地(54)又并联地(56)流体连接的三个或更多个所述导叶换热器(52)。
3.根据权利要求1所述的设备(8)，还包括：
各个混合组中(80)中的联网导叶换热器(52)的两个或更多个串联集合(82)，
各个串联集合(82)包括两个或更多个串联连接的导叶换热器(52)，且
所述两个或更多个串联集合(82)并联连接。
4.根据权利要求1所述的设备(8)，还包括：
各个混合组(80)中的联网导叶换热器(52)的两个或更多个串联集合(82)，
各个串联集合(82)包括两个或更多个串联连接的导叶换热器(52)，
所述混合组(80)中的联网导叶换热器(52)的一个或更多个并联集合(84)，且
所述一个或更多个并联集合(84)中的各个包括并联连接的两个或更多个导叶换热器(52)和至少一个串联集合(82)。
5.根据权利要求1所述的设备(8)，还包括：各个换热器(41)包括油回路(63)，其从油入口歧管(66)延伸至油出口歧管(68)且操作以用于将油引导通过所述换热器(41)。
6.根据权利要求1所述的设备(8)，还包括：
油供应管线(67)，其包括或连接于环形油供应歧管(69)，
所述环形油供应歧管(69)以油供应流关系连接于所述联网导叶换热器(52)的混合组(80)，
油返回管线(71)，其包括或连接于环形油返回歧管(77)，且
所述环形油返回歧管(77)以油返回流关系连接于所述联网导叶换热器(52)的混合组(80)。
7.一种燃气涡轮发动机(10)，其包括：
混合外导叶换热器设备(8)，其包括延伸跨过风扇流动路径(43)的风扇出口导叶(40)的圆形排(47)，所述风扇流动路径(43)在环形风扇壳体(38)与位于所述风扇壳体(38)的径向内侧的毂(36)之间，
联网导叶换热器(52)的一个或更多个混合组(80)，其包括至少一些风扇出口导叶(40)，且
所述导叶换热器(52)联网且既串联地(54)又并联地(56)流体互连。
8.根据权利要求7所述的发动机(10)，还包括：所述OGV换热器(41)流体地连接以用于对油进行冷却，所述油用于包括轴承(30)的发动机的润滑系统和/或用于集成驱动发电机(89)油系统。
9.根据权利要求7所述的发动机(10)，还包括：
联网导叶换热器(52)的一个或更多个混合组(80)中的第一和第二组，
所述第一组可操作地连接于所述发动机(10)的润滑系统以用于对润滑系统提供冷却，且
所述第二组可操作地连接于可变频率发电机和/或集成驱动发电机(89)，以用于对所述可变频率发电机和/或集成驱动发电机(89)提供冷却。
10.根据权利要求7所述的发动机(10)，还包括：
所述第一或第二组中的各个中的联网导叶换热器(52)的两个或更多个串联集合(82)，
各个串联集合(82)包括串联连接的两个或更多个导叶换热器(52)，且
所述两个或更多个串联集合(82)并联地连接。
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