CN106996335A

CN106996335A - 用于管理发动机中的热流动的方法和系统

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Publication number: CN106996335A
Application number: CN201610945736.5A
Authority: CN
Inventors: B.W.米勒; M.R.切尔尼
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2017-08-01
Also published as: CA2945097A1; BR102016024901A2; US20170114721A1; EP3163052A1; JP2017082790A

Abstract

一种发动机受冷却的冷却空气(CCA)热交换器系统(200)包括：热母线中间回路热交换器(280)，其定位在核心发动机(112)的壳体(116)的外部，且构造成对多个发动机辅助系统(410)提供热量吸收源；以及至少一个CCA热交换器(220、240、260)，其定位在核心发动机壳体(116)的内侧，且与热母线中间回路(280)流动连通地联接。

Description

用于管理发动机中的热流动的方法和系统

技术领域

本说明涉及燃气涡轮发动机，且更具体而言，涉及用于管理燃气涡轮发动机中的热流动的受冷却的冷却空气(cooled cooling air)热交换器系统。

背景技术

至少一些已知的燃气涡轮发动机包括前风扇、核心发动机、和功率涡轮。核心发动机包括至少一个压缩机，该至少一个压缩机对燃烧器提供加压空气，在该燃烧器中，空气与燃料混合且被点燃，以用于生成热燃烧气体。生成的燃烧气体向下游流到一个或更多个涡轮，该一个或更多个涡轮从气体提取能量以驱动压缩机且提供诸如驱动飞行器的有用功。涡轮区段可包括静止涡轮喷嘴，该静止涡轮喷嘴定位在燃烧器的出口处，以用于将燃烧气体引导到其下游的涡轮转子中。

燃气涡轮发动机中的热管理在延长发动机构件的寿命方面是重要的。至少一些已知的热管理系统包括多个热交换器，该多个热交换器构造成将热量转移至各种发动机辅助系统和从各种发动机辅助系统转移热。当热交换器或热量吸收源(heat sink)达到其热管理能力时，可对现有的系统添加额外的热交换器或热管理构件。因此，至少一些已知的热管理系统是围绕核心发动机壳体配置的多个异类构件的非标准混合体(amalgam)，其除了占据宝贵的空间之外，还可增大发动机系统的重量和复杂度。而且，一些热管理系统将燃料作为冷却剂引导穿过核心发动机壳体。

发明内容

在一个方面中，提供一种发动机受冷却的冷却空气(CCA)热交换器系统。CCA热交换器系统包括：热母线中间回路热交换器，其定位在核心发动机的壳体的外部，且构造成对多个发动机辅助系统提供热量吸收源；和CCA热交换器，其定位在核心发动机壳体的内侧，且与所述热母线中间回路流动连通地联接。

在另一方面中，提供管理发动机中的热流动的方法。该方法包括：将受冷却的冷却空气(CCA)热交换器定位在核心发动机的壳体的内侧；和将受冷却的冷却空气穿过CCA热交换器引导至定位在该核心发动机壳体外部的热母线中间回路热交换器。

在又一方面中，提供了一种燃气涡轮发动机系统，该燃气涡轮发动机系统包括具有燃烧器的核心发动机、和受冷却的冷却空气(CCA)热交换器系统。CCA热交换器系统包括：热母线中间回路热交换器，其定位在核心发动机的壳体的外部，且构造成对多个发动机辅助系统提供热量吸收源；和CCA热交换器，其定位在核心发动机壳体的内侧，且与所述热母线中间回路流动连通地联接。

技术方案1：一种发动机受冷却的冷却空气(CCA)热交换器系统，其包括：

热母线中间回路热交换器，其定位在核心发动机的壳体的外部，且构造成对多个发动机辅助系统中的至少一个提供热量吸收源；和

CCA热交换器，其定位在核心发动机壳体的内侧，且与所述热母线中间回路流动连通地联接。

技术方案2：根据技术方案1所述的热交换器系统，其中，CCA热交换器定位在发动机壳体压缩机排放喷嘴(CDN)模块内侧的空间中。

技术方案3：根据技术方案2所述的热交换器系统，其中，CCA热交换器从在CDN模块上游的高压压缩机的级接收受冷却的冷却空气。

技术方案4：根据技术方案1所述的热交换器系统，其中，CCA热交换器定位在接近燃烧器外表面的空间中。

技术方案5：根据技术方案4所述的热交换器系统，其中，CCA热交换器定位在接近燃烧器的内衬套和外衬套中的至少一者的外表面的空间中。

技术方案6：根据技术方案5所述的热交换器系统，其中，CCA热交换器定位在燃烧器的内衬套与喷嘴支撑壳之间和燃烧器的外衬套与核心发动机壳体之间的空间中的至少一者中。

技术方案7：根据技术方案1所述的热交换器系统，其中，所述热母线中间回路热交换器包括与第二流动路径热量转移连通地联接的第一流动路径，所述第一流动路径与核心发动机壳体外部的热量吸收源流动连通地联接，所述第二流动路径与该多个发动机辅助系统中的至少一些流动连通地联接。

技术方案8：一种管理发动机中的热流动的方法，所述方法包括：

将受冷却的冷却空气(CCA)热交换器定位在核心发动机的壳体的内侧；

将受冷却的冷却空气穿过CCA热交换器引导至定位在核心发动机壳体外部的热母线中间回路热交换器。

技术方案9：根据技术方案8所述的方法，其中，将CCA热交换器定位在核心发动机的壳体的内侧包括将CCA热交换器定位在发动机壳体压缩机排放喷嘴(CDN)模块内侧的空间中。

技术方案10：根据技术方案9所述的方法，还包括将受冷却的冷却空气从在CDN模块上游的高压压缩机的级引导至CCA热交换器。

技术方案11：根据技术方案8所述的方法，其中，将CCA热交换器定位在核心发动机的壳体的内侧包括将CCA热交换器定位在接近燃烧器外表面的空间中。

技术方案12：根据技术方案11所述的方法，其中，将CCA热交换器定位在接近燃烧器外表面的空间中包括将CCA热交换器定位在接近燃烧器的内衬套和外衬套中的至少一者的外表面的空间中。

技术方案13：根据技术方案11所述的方法，其中，将CCA热交换器定位在接近燃烧器外表面的空间中包括将CCA热交换器定位在燃烧器的内衬套与喷嘴支撑壳之间和燃烧器的外衬套与核心发动机壳体之间的空间中的至少一者中。

技术方案14：根据技术方案8所述的方法，还包括：

将热母线中间回路热交换器的第一流动路径的至少一部分定位为接近该热母线中间回路热交换器的外表面，其中，外表面的该部分与核心发动机壳体外部的热量吸收源直接热量转移；

将热母线中间回路热交换器的第一流动路径联接为与该热母线中间回路热交换器的第二流动路径热量转移连通；和

将第二流动路径联接为与多个发动机辅助系统中的至少一些流动连通。

技术方案15：一种燃气涡轮发动机系统，其包括：

核心发动机，其包括燃烧器；和

受冷却的冷却空气(CCA)热交换器系统，其包括：

技术方案16：根据技术方案15所述的系统，其中，CCA热交换器定位在发动机壳体压缩机排放喷嘴(CDN)模块内侧的空间中。

技术方案17：根据技术方案15所述的系统，其中，CCA热交换器定位在接近燃烧器外表面的空间中。

技术方案18：根据技术方案17所述的系统，其中，CCA热交换器定位在接近燃烧器的内衬套和外衬套中的至少一者的外表面的空间中。

技术方案19：根据技术方案18所述的系统，其中，CCA热交换器定位在燃烧器的内衬套与喷嘴支撑壳之间和燃烧器的外衬套与核心发动机壳体之间的空间中的至少一者中。

技术方案20：根据技术方案15所述的系统，其中，所述热母线中间回路热交换器包括与第二流动路径热量转移连通地联接的第一流动路径，所述第一流动路径与核心发动机壳体外部的热量吸收源流动连通地联接，所述第二流动路径与多个发动机辅助系统中的至少一些流动连通地联接。

附图说明

当参照附图阅读下列详细描述时，本公开的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中贯穿附图，类似的特征代表类似的部分，其中：

图1是示范涡轮发动机组件的截面图；

图2是图1中示出的发动机组件的一部分的放大截面图，该部分包括示范受冷却的冷却空气(CCA)热交换器系统；

图3是例示图1中示出的CCA热交换器系统的元件之间的流动连通的示意框图；

图4是例示图2和3中示出的CCA热交换器系统的构件和外部热量吸收源之间的热流动的框图。

尽管各种实施例的具体特征可在一些图中而不在其他图中示出，但这仅是为了便利。可结合任何其他图的任何特征来参考和/或要求保护任何图的任何特征。

除非另外指示，否则本文中提供的附图意图例示本公开的实施例的特征。相信这些特征可在包括本公开的一个或更多个实施例的多种系统中应用。因此，附图不意图包括本文中公开的实施例的实践所需的本领域技术人员已知的所有常规特征。

部件列表

100 发动机组件

111 中心线轴线

112 核心发动机

114 风扇区段

116 核心发动机壳体

118 环形入口

120 增压压缩机

121 高压压缩机

122 燃烧器

123 燃烧衬套

124 混合器组件

125 燃料喷嘴

126 高压涡轮

127 第一驱动轴

128 低压涡轮

129 第二驱动轴

130 排气喷嘴

200 CCA热交换器系统

202 燃烧器室

204 外衬套

205 外衬套的外表面

206 内衬套

207 内衬套的外表面

210 CDN模块

212 喷嘴支撑壳

214 燃烧器的外表面

216 内表面

220 第一CCA热交换器

222 入口

222A 冷却流体入口

222B 工作流体入口

224 出口

224A 冷却流体出口

224B 工作流体出口

226 流动路径

226A 冷却流体流动路径

226B 工作流体流动路径

230 外表面

240 第二CCA热交换器

242 入口

242A 冷却流体入口

242B 工作流体入口

244 出口

244A 冷却流体出口

244B 工作流体出口

246 流动路径

246A 冷却流体流动路径

246B 工作流体流动路径

250 外表面

252 阀

260 第三CCA热交换器

262 入口

262A 冷却流体入口

262B 工作流体入口

264 出口

264A 冷却流体出口

264B 工作流体出口

266 流动路径

266A 冷却流体流动路径

266B 工作流体流动路径

270 外表面

272 阀

280 热母线回路

282 入口

282A 内部冷却流体入口

282B 外部冷却流体入口

284 出口

284A 内部冷却流体出口

284B 外部冷却流体出口

286 流动路径

286A 内部冷却流体流动路径

286B 外部冷却流体流动路径

290 外表面

292 内部导管系统

294 外部导管系统

302 放出空气

304 热空气

306 受冷却的空气

308 放出空气

310 冷却空气

312 受冷却的冷却空气

314 被加热的冷却空气

316 热空气

318 受冷却的空气

320 受冷却的冷却空气

322 被加热的冷却空气

324 热空气

326 受冷却的空气

350 内部冷却流体

352 冷却流体

354 受冷却的冷却空气

356 较暖的冷却流体

400 外部热量吸收源

402 第一流动路径

404 第二流动路径

410 发动机辅助系统

412 整流罩下冷却系统

414 预冷却系统

416 发电机润滑油

418 主发动机润滑油系统

210 电子系统

422 压缩机排放仓室(CDP)

424 额外的辅助系统

426 除冰系统。

具体实施方式

在以下说明和权利要求中，将参照多个用语，这些用语应被限定为具有以下含义。

单数形式“一”、“一个”、和“该”包括复数个指示物，除非上下文另外清楚地规定。

“可选的”或“可选地”意思是指随后描述的事件或情形可发生或可不发生，且该描述包括发生该事件的实例和不发生该事件的实例。

在本文中贯穿说明书和权利要求书使用的近似语言可用于修饰任何量的表现，其可以可容许地变化，而不导致其涉及的基本功能方面的变化。因此，由诸如“大约”、“近似”、和“基本上”的一个用语或多个用语修饰的值不限于指定的精确值。在至少某些实例中，近似语言可与用于测量该值的仪器的精度对应。在此，且贯穿说明书和权利要求，范围限制可结合并且/或者互换，确定此种范围并且其包括在本文中包含的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。

本公开的实施例涉及热交换器系统。更具体而言，在本文中描述的受冷却的冷却空气(CCA)热交换器系统包括至少一个CCA热交换器和热母线中间回路热交换器，该至少一个CCA热交换器定位在核心发动机壳体内相对热的部位处，该热母线中间回路热交换器构造成将热量从该至少一个CCA热交换器引导至最终热量吸收源。当在本文中使用时，“相对热的部位”指基于热交换器正在冷却的元件对于热交换器而言功能上最佳的部位。例如，“相对热”的部位可指接近上游气流的部位，该上游气流可在被向下游在得到冷却的状态下引导之前由热交换器冷却。作为另一示例，“相对热”的部位可指接近热构件的部位，该热构件可从来自热交换器的冷却受益。CCA热交换器系统构造成使热交换器系统在涡轮发动机中集中且标准化，从而有助于降低复杂度和由异类的热交换构件占据的宝贵空间的量。

下面的描述参考附图，在附图中，在没有相反的陈述的情况下，不同附图中的相同标号代表相似的元件。

图1示出了示范涡轮发动机组件100的截面图，该示范涡轮发动机组件100具有穿过其的纵向或中心线轴线111。尽管图1示出了用于在飞行器中使用的涡轮发动机组件，但发动机组件100是有助于在本文中描述的操作的任何涡轮发动机，诸如但不限于陆基燃气涡轮发动机组件。发动机组件100包括核心涡轮发动机112和风扇区段114，风扇区段114定位在核心涡轮发动机112的上游。核心发动机112包括大体上管状的外壳体116，该外壳体116限定环形入口118。外壳体116还围绕且支撑增压压缩机120，增压压缩机120用于使进入核心发动机112的空气的压力升高。高压、多级、轴流式高压压缩机121接收来自增压压缩机120的加压空气且进一步增大空气的压力。加压空气流至燃烧器122，该燃烧器122大体上由燃烧衬套123限定，且包括混合器组件124，在此，燃料被通过一个或更多个燃料喷嘴125喷射到加压空气射流中，以升高加压空气的温度和能量水平。高能燃烧产物从燃烧器122流至第一(高压)涡轮126，以用于通过第一(高压)驱动轴127驱动高压压缩机121，且然后流至第二(低压)涡轮128，以用于通过与第一驱动轴127同轴的第二(低压)驱动轴129驱动增压压缩机120和风扇区段114。在驱动涡轮126和128中的各个之后，燃烧产物通过排气喷嘴130离开核心发动机112，以提供推进喷气推力。

图2和3例示了受冷却的冷却空气(CCA)热交换器系统200的示例实施例。更具体而言，图2是包括CCA热交换器系统200的涡轮发动机组件100(图1中示出)的一部分的放大截面图，且图3是例示在CCA热交换器系统200的元件之间的流动连通的示意框图。CCA热交换器系统200在示范实施例中至少部分地围绕发动机组件100的燃烧器122配置。

燃烧器122限定燃烧器室202，在该燃烧器室202中，空气与燃料混合且燃烧。燃烧器122包括具有外表面205的外衬套204和具有外表面207的内衬套206，外衬套204和内衬套206限定燃烧室202的边界。燃烧器122还包括压缩机排放喷嘴(CDN)模块210，压缩机排放喷嘴(CDN)模块210包括燃料喷嘴125。发动机组件100还包括在核心发动机壳体116内部的喷嘴支撑壳体212，喷嘴支撑壳体具有内表面216。核心发动机壳体116和喷嘴支撑壳体212限定燃烧器122的外表面214。

CCA热交换器系统200包括围绕燃烧器122定位在相对热的部位的更多个CCA热交换器220、240和/或260。CCA热交换器系统200还包括热母线中间热交换回路(“热母线回路”)280。

第一CCA热交换器220包括入口222、出口224、和在其间的至少一个流动路径226。在一个实施例中，入口222包括冷却流体入口222A和工作流体入口222B，出口224包括冷却流体出口224A和工作流体出口224B，且流动路径226包括冷却流体流动路径226A和接近冷却流体流动路径226A的工作流体流动路径226B。工作流体流动路径226B在工作流体入口222B和工作流体出口224B之间延伸，且构造成将工作流体引导穿过其。冷却流体流动路径226A在冷却流体入口222A和冷却流体出口224A之间延伸，且构造成将受冷却的冷却空气引导穿过其，以从工作流体流动路径226B中的工作流体转移热负载。在其他实施例中，入口222仅包括冷却流体入口222A，出口224仅包括冷却流体出口224A，且流动路径226仅包括接近第一CCA热交换器220外表面230的冷却流体流动路径225A，使得流动路径226构造成将热负载从第一CCA热交换器220的附近转移至冷却流体流动路径226A。第一CCA热交换器220布置在发动机壳体116内侧的空间中，且接近CDN模块210。第一CCA热交换器220在喷嘴125的径向内侧联接于发动机组件110。例如，第一CCA热交换器220可联接于喷嘴支撑壳体212的内表面216。第一CCA热交换器220(和/或第二或第三CCA热交换器240、260或未示出的额外的CCA热交换器)可备选地定位在高压压缩机121的壳体中。

第二CCA热交换器240包括入口242、出口244、和在其间的至少一个流动路径246。在一个实施例中，入口242包括冷却流体入口242A和工作流体入口242B，出口244包括冷却流体出口244A和工作流体出口244B，且流动路径246包括冷却流体流动路径246A和接近冷却流体流动路径246A的工作流体流动路径246B。工作流体流动路径246B在工作流体入口242B和工作流体出口244B之间延伸，且构造成将工作流体引导穿过其。冷却流体流动路径246A在冷却流体入口242A和冷却流体出口244A之间延伸，且构造成将受冷却的冷却空气引导穿过其，以从工作流体流动路径246B中的工作流体转移热负载。在其他实施例中，入口242仅包括冷却流体入口242A，出口244仅包括冷却流体出口244A，且流动路径246仅包括接近第二CCA热交换器240外表面250的冷却流体流动路径246A，使得流动路径246构造成将热负载从第二CCA热交换器240的附近转移至其中的受冷却的冷却空气。第二CCA热交换器240定位在接近燃烧器122外表面214的相对热的部位中。更具体而言，在示例实施例中，第二CCA热交换器240集成在核心发动机壳体116和外衬套204的外表面205之间的空间中。第二CCA热交换器240可联接于核心发动机壳体116、外衬套204、和/或备选的支撑结构(未示出)。备选地，第二CCA热交换器240(和/或第三CCA热交换器260或未示出的另一CCA热交换器)可定位在高压涡轮126的壳体中。

第三CCA热交换器260包括入口262、出口264、和在其间的至少一个流动路径266。在一个实施例中，入口262包括冷却流体入口262A和工作流体入口262B，出口264包括冷却流体出口264A和工作流体出口264B，且流动路径266包括冷却流体流动路径266A和接近冷却流体流动路径266A的工作流体流动路径266B。工作流体流动路径266B在工作流体入口262B和工作流体出口264B之间延伸，且构造成将工作流体引导穿过其。冷却流体流动路径266A在冷却流体入口262A和冷却流体出口264A之间延伸，且构造成将受冷却的冷却空气引导穿过其，以从工作流体流动路径266B中的工作流体转移热负载。在其他实施例中，入口262仅包括冷却流体入口262A，出口264仅包括冷却流体出口264A，且流动路径266仅包括接近第三CCA热交换器260外表面270的冷却流体流动路径266A，使得流动路径266构造成将热负载从第三CCA热交换器260的附近转移至其中的受冷却的冷却空气。第三CCA热交换器260定位在接近燃烧器122外表面214的相对热的部位中。更具体而言，在示例实施例中，第三CCA热交换器260集成在喷嘴支撑壳212和内衬套206外表面207之间的空间中。第三CCA热交换器260可联接于喷嘴支撑壳212、内衬套206、核心发动机壳体116、和/或备选的支撑结构(未示出)。

热母线回路280在外部热量吸收源400(图4中示出)的附近定位在核心发动机壳体116的外部，外部热量吸收源400诸如例如周围空气和/或冲压空气。热母线回路280构造成对多个发动机辅助系统(包括CCA热交换器220、240、和/或260中的一个或更多个)提供热转移。热母线回路280包括入口282、出口284、和限定在其间的流动路径286。在示例实施例中，入口282包括“内部冷却流体入口”282A和“外部冷却流体入口”282B，出口284包括“内部冷却流体出口”284A和“外部冷却流体出口”284B，且流动路径286包括“内部冷却流体流动路径”286A和接近内部冷却流体流动路径286A的“外部冷却流体流动路径”286B，以允许其间的热转移。CCA热交换器系统200包括“内部导管系统”292，“内部导管系统”292与热母线回路280的上述“内部”构件流动连通，且构造成将空气(和/或任何其他适合的冷却流体)作为冷却流体在热母线回路280和CCA热交换器220、240、和/或260中的一个或更多个之间引导。因此，通过在内部导管系统292内引导空气，热、高压的空气不需要被取出到CCA热交换器系统200的外侧(即，不需要被取出到核心发动机112的外侧)以用于冷却，从而有助于减少压力损失。CCA热交换器系统200还可包括“外部导管系统”294，“外部导管系统”292与上述“外部”构件流动连通，且构造成在热母线回路280和外部热量吸收源400之间引导冷却流体，冷却流体可包括燃料、空气或任何其他适合的冷却流体。

在备选实施例中，热母线回路280仅包括内部导管系统292(即，不包括额外的外部导管系统294)，且内部导管系统292与外部热量吸收源400直接热连通，例如，通过热母线回路280的内部导管系统292的外表面290的至少一部分，从而减少或者消除对在外部热量吸收源400和在内部导管系统292内引导的冷却流体之间转移热负载的额外的管道装设或阀装设的需要。内部导管系统292还可包括辅助入口(未示出)，该辅助入口构造成从多个发动机辅助系统410(图4中示出)接收冷却流体。应理解的是，本文中关于CCA热交换器系统200的元件之间的热连通的论述可容易地适用于热母线回路290的该备选实施例。

在一个实施例中，在操作期间，第一CCA热交换器220的冷却流体入口222A构造成从压缩机121(图1中示出)的一个或更多个压缩机级接收放出或泄漏空气302(也称为“冷却流体302”)。因此，冷却流体入口222A能够利用适合的导管(例如包括管道、管、阀、和/或闸门)联接于一个或更多个压缩机级。冷却流体流动路径226A构造成将放出空气302穿过其引导到冷却流体出口224A。第一CCA热交换器220构造成将热负载从CDN模块210(例如从喷嘴125)和/或从高压压缩机121的转子和/或定子转移至冷却流体流动路径226A中的放出空气302，从而有助于降低CDN模块210的温度且提高放出空气302的温度。在一些实施例中，放出空气302可维持适当的压力，且在CCA热交换器220下游的部位处(例如，在核心发动机壳116内侧的部位处，或在涡轮126、128中的一个或更多个处)被重新引入核心发动机112中(例如，涡轮中心框架吹扫、涡轮后框架吹扫、低压涡轮126转子吹扫等)。

在一个实施例中，第一CCA热交换器220构造成将相对热的空气304从CDN模块210的附近引导到工作流体入口222B中，穿过工作流体流动路径226B。工作流体流动路径226B和冷却流体流动路径226A之间的热转移有助于降低热空气304的温度，使得从工作流体出口224B输出相对较冷的空气306，以有助于冷却CDN模块210。相对较暖的放出空气308从冷却流体出口224A输出。冷却流体出口224A通过内部导管系统292与热母线回路280的内部冷却流体入口282A流动连通。内部导管系统292构造成将从第一CCA热交换器220的冷却流体出口224A输出的被加热的放出空气308引导至热母线回路280、第二CCA热交换器240、和第三CCA热交换器260中的至少一个。备选地或此外，冷却流体流动路径226A布置成接近第一CCA热交换器220的外表面230，使得与CDN模块210的附近之间的热转移跨过第一CCA热交换器220的外表面230发生。被引导穿过冷却流体流动路径226A的冷却流体(例如，冷却流体302)将热负载从第一CCA热交换器220转移到冷却流体中。

此外或备选地，第一CCA热交换器220的冷却流体入口222A通过内部导管系统292与热母线回路280的内部冷却流体出口284A流动连通。冷却流体入口222A构造成从热母线回路280的内部冷却流体出口284A接收受冷却的冷却空气310。冷却流体流动路径226A构成将受冷却的冷却空气310引导穿过其。冷却流体流动路径226A中的受冷却的冷却空气310构造成将热负载从CDN模块210和/或从高压压缩机121的最末级转移至冷却空气310，从而有助于降低CDN模块210的温度且提高冷却空气310的温度。相对较暖的冷却空气308从冷却流体出口224A输出。冷却流体出口224A通过内部导管系统292与热母线回路280的内部冷却流体入口282A流动连通。

在示例实施例中，第二CCA热交换器240的冷却流体入口242B通过内部导管系统292与热母线回路280的内部冷却流体出口284A流动连通。在操作期间，冷却流体入口242A构造成从热母线回路280的内部冷却流体出口284A接收受冷却的冷却空气312。冷却流体流动路径246A构成将受冷却的冷却空气312引导穿过其。冷却流体流动路径246A中的受冷却的冷却空气312构造成从燃烧器室202的外衬套204转移热负载，从而有助于降低外衬套204附近的温度且提高冷却空气312的温度。相对较暖的冷却空气314从冷却流体出口244A输出。冷却流体出口244A通过内部导管系统292与热母线回路280的内部冷却流体入口282A流动连通。内部导管系统292构造成将从第二CCA热交换器240的冷却流体出口244A输出的被加热的冷却空气314引导至热母线回路280中的至少一个以用于冷却和/或涡轮126、128中的至少一个以冷却涡轮126、128中的该至少一个的叶片。在一个实施例中，接近第二CCA热交换器240冷却流体出口244A的内部导管系统292包括一个或更多个阀252，该一个或更多个阀252构造成将来自第二CCA热交换器240的被加热的冷却空气314的至少一部分引导至涡轮126、128中的至少一个，并且将来自第二CCA热交换器240的被加热的空气314的其余部分放出或引导到热母线回路280。

在一个实施例中，第二CCA热交换器240构造成将相对热的空气316从外衬套204的附近引导到工作流体入口242B中，穿过工作流体流动路径246B。工作流体流动路径246B和冷却流体流动路径246A之间的热转移有助于降低热空气316的温度，使得从工作流体出口244B输出相对较冷的空气318，以有助于冷却外衬套204。备选地或额外地，冷却流体流动路径246A布置成接近第二CCA热交换器240的外表面250，使得与外衬套204的附近与冷却流体312之间的热转移跨过第二CCA热交换器240的外表面250发生。被引导穿过冷却流体流动路径246A的受冷却的冷却空气312将热负载从第二CCA热交换器240转移到受冷却的冷却空气312中。

在示例实施例中，第三CCA热交换器260的冷却流体入口262A通过内部导管系统292与热母线回路280的内部冷却流体出口284A流动连通。在操作期间，冷却流体入口262A构造成从热母线回路280接收受冷却的冷却空气320。冷却流体流动路径266A构成将受冷却的冷却空气320引导穿过其。冷却流体流动路径266A中的受冷却的冷却空气320构造成从燃烧器室202的内衬套206转移热负载，从而有助于降低内衬套206附近的温度且提高冷却空气320的温度。相对较暖的冷却空气322从冷却流体出口264A输出。冷却流体出口264A通过内部导管系统292与热母线回路280的内部冷却流体入口282A流动连通。内部导管系统292构造成将从第三CCA热交换器260的冷却流体出口264A输出的被加热的冷却空气322引导至热母线回路280中的至少一个以用于冷却和/或涡轮126、128中的至少一个以冷却涡轮126、128中的该至少一个的叶片。在一个实施例中，接近第三CCA热交换器260的冷却流体出口264A的内部导管系统292包括一个或更多个阀272，该一个或更多个阀272构造成将来自第三CCA热交换器260的被加热的冷却空气322的至少一部分引导至涡轮126、128中的至少一个，并且将来自第三CCA热交换器260的被加热的空气322的其余部分放出或引导到热母线回路280。

在一个实施例中，第三CCA热交换器260构造成将相对热的空气324从内衬套206的附近引导到工作流体入口262B中，穿过工作流体流动路径266B。工作流体流动路径266B和冷却流体流动路径266A之间的热转移有助于降低热空气324的温度，使得从工作流体出口264B输出相对较冷的空气326，以冷却内衬套206。备选地或额外地，冷却流体流动路径266A布置成接近第三CCA热交换器260的外表面270，使得内衬套206的附近与冷却流体320之间的热转移跨过第三CCA热交换器260的外表面270发生。被引导穿过冷却流体流动路径266A的受冷却的冷却空气320将热负载从第三CCA热交换器260转移到受冷却的冷却空气320中。

在操作期间，热母线回路280的内部冷却流体入口282A从内部导管系统292，即，从第一、第二、和第三CCA热交换器220、240、260中的一个或更多个接收相对较暖的冷却空气308、314、和/或322(共同称为“较暖的冷却空气350”)。在一个实施例中，热母线回路280的外部冷却流体入口282B通过外部导管系统294接收冷却流体352(例如，燃料、空气)。在此种实施例中，热母线回路280的内部冷却流体流动路径286A定位为接近外部冷却流体流动路径286B，使得在内部冷却流体流动路径286A和外部冷却流体流动路径286B之间发生热转移。更具体而言，有助于降低较暖的冷却空气350的温度，且提高冷却流体352的温度。受冷却的冷却空气354被从内部冷却流体出口284A输出至内部导管系统292，使得受冷却的冷却空气354被引导至第一、第二、和第三CCA热交换器220、240、260中的一个或更多个。已从冷却空气350转移了热负载的相对较暖的冷却流体356从外部冷却流体出口284B输出至外部导管系统294，使得较暖的冷却流体356可遇到外部吸收源400，以用于对其热转移。

在另一实施例中，热母线回路280不包括外部冷却流体流动路径286B。内部冷却流体流动路径286A定位为接近热母线回路280的外表面290，其中，热母线回路的外表面290的至少一部分与外部吸收源400直接热连通。因此，从冷却空气350到外部吸收源400的热量转移从内部冷却流体流动路径286A跨过热母线回路280的外表面290发生。

在示例实施例中，CCA热交换器220、240、260构造成将空气而非燃料用作冷却流体。热母线回路280构造成使用任何适合的冷却流体，诸如空气和/或燃料，来冷却对CCA热交换器220、240、260提供的冷却空气。因此，有助于降低与接近燃烧器室202将燃料用作冷却流体相关的泄漏风险，因为CCA热交换器系统200仅在核心发动机壳体116的外部(即，仅通过热母线回路280和/或外部导管系统294，而非CCA热交换器220、240、260和/或内部导管系统292中的任一者)引导燃料。如果CCA热交换器系统200将损伤，核心发动机112仍将能够运行。

在一些实施例中，核心发动机壳体116径向地扩大，以容纳CCA热交换器240和/或260。在各种实施例中，核心发动机壳体116可径向地扩大任何适合的量，以容纳CCA热交换器240和/或260，例如，在0.5''和2.0''之间。

图4是例示(图2和3中示出的)CCA热交换器系统200的构件和外部热量吸收源400之间的热流动的框图。更具体而言，图4例示了在热母线回路280和位于核心发动机壳体116(在图1和2中示出)外部的外部、最终热量吸收源400之间的第一流动路径402、和在热母线回路280和多个发动机辅助系统410(包括CCA热交换器220、240、260)之间的第二流动路径404。第一流动路径402与第二流动路径404热量转移连通地联接，第二流动路径404可包括内部导管系统292(在图2和3中示出)。该多个发动机辅助系统410包括热源，诸如例如ACC和整流罩下冷却(undercowl cooling)系统412、ECS预冷却系统414、发动机润滑油416、主发动机润滑油系统418、电子系统420、压缩机排出仓室(CDP)422、和/或额外的辅助系统424，热母线回路280为这些额外的辅助系统424构造为热量吸收源。该多个发动机辅助系统410还可包括额外的热量吸收源，诸如防冰或除冰系统426和/或额外的辅助系统424。

外部热量吸收源400可包括燃料、周围空气、冰防护表面热交换器、和/或任何其他适合的热量吸收源。如在上面关于图2和3描述的，外部热量吸收源400从热母线回路280的内部冷却流体流动路径286A中的内部冷却流体350或冷却空气350转移热负载。热母线回路280又将热负载从该多个发动机辅助系统410转移到受冷却的冷却流体352，从而有助于降低辅助系统410和/或包含在辅助系统410中的冷却流体的温度。因此，热母线回路280对任何数量的辅助系统410提供标准化且集中的热母线，从而提供有效的热量转移，且有助于与现有热交换器系统相比为降低的复杂度。在一个实施例中，热母线回路280包括主动吸收源选择能力，使得热母线回路280可优化所有可用的热量吸收源400、426、424的使用，从而有助于改善CCA热交换器系统200的冗余。

将理解的是，已特别详细地描述的以上实施例仅是示例或可能的实施例，且可包括许多其他组合、附加方案或备选方案。

上述热交换器系统提供用于在发动机构件、标准的中间热母线回路、和最终的热量吸收源之间引导和转移热量的有效方法。具体而言，上述放出系统包括一个或更多个受冷却的冷却空气热交换器，该一个或更多个受冷却的冷却空气热交换器在核心发动机壳体内在相对热的部位处集成到发动机组件中，构造成将冷却空气引导穿过发动机。因此，热交换器系统利用战略地放置的CCA热交换器来节省整流罩下空间且降低热交换器系统的复杂度，CCA热交换器将发动机壳体外侧的被加热的流体引导到标准、集中的中间热母线回路，从该热母线回路将热量转移至最终的外部吸收源。而且，通过如例示的那样局部地在相对热的部位中定位CCA热交换器，有助于缩短或消除在这些相对热的部位中或周围的额外管道装设或阀装设。核心发动机内的热交换的此种标准化有助于改善核心发动机的温度控制和温度管理能力，这又有助于改善(例如减少)飞行器中的燃料焚烧。而且，上述系统通过消除核心发动机内的冷却燃料来改善可靠性。

在上面详细地描述了受冷却的冷却空气热交换器系统的示范实施例。操作此种系统和装置的热交换器系统和方法不限于在本文中描述的具体实施例，相反，系统的构件和/或方法的步骤可与在本文中描述的其他构件和/或步骤独立地且分开地利用。例如，该方法也可与需要热交换的其他系统结合地使用，并且不限于仅与在本文中描述的系统和方法一起实施。相反，示范实施例可与当前构造成接收和接受热交换器系统的许多其他机械应用结合地实现和利用。

尽管本公开的各种实施例的具体特征可在一些图中而不在其他图中显示，这仅是为了便利。根据本发明的原理，图的任何特征可结合任何其他图的任何特征来参照和/或要求保护。

本书面描写使用示例以公开本公开，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本公开，包括制造并且使用任何设备或系统并且实行任何合并的方法。本公开的可取得专利的范围通过权利要求限定，并且可包含其他本领域人员想到的实例。如果它们具有不与权利要求的文字语言不同的结构元件，或如果它们包括与权利要求的文字语言无显著差别的等同结构元件，则这种其他实例意图在权利要求的范围内。

Claims

1. 一种发动机受冷却的冷却空气(CCA)热交换器系统(200)，其包括：

热母线中间回路热交换器(280)，其定位在核心发动机(112)的壳体(116)的外部，且构造成对多个发动机辅助系统(410)中的至少一个提供热量吸收源；和

CCA热交换器(220、240、260)，其定位在核心发动机壳体(116)的内侧，且与所述热母线中间回路(280)流动连通地联接。

2.根据权利要求1所述的热交换器系统，其中，CCA热交换器(220)定位在发动机壳体压缩机排放喷嘴(CDN)模块(210)内侧的空间中。

3.根据权利要求1所述的热交换器系统(200)，其中，CCA热交换器(220、240、260)定位在接近燃烧器(122)外表面(214)的空间中。

4.根据权利要求3所述的热交换器系统(200)，其中，CCA热交换器(240、260)定位在燃烧器(122)的内衬套(206)的外表面(207)与喷嘴支撑壳(212)之间和燃烧器(122)的外衬套(204)的外表面(205)与核心发动机壳体(116)之间的空间中的至少一者中。

5.根据权利要求1所述的热交换器系统(200)，其中，所述热母线中间回路热交换器(280)包括与第二流动路径(404)热量转移连通地联接的第一流动路径(402)，所述第一流动路径(402)与核心发动机壳体(116)外部的热量吸收源(400)流动连通地联接，所述第二流动路径(404)与该多个发动机辅助系统(410)中的至少一些流动连通地联接。

6. 一种燃气涡轮发动机系统(100)，其包括：

核心发动机(112)，其包括燃烧器(122)；和

受冷却的冷却空气(CCA)热交换器系统(200)，其包括：

7.根据权利要求6所述的系统，其中，CCA热交换器(220)定位在发动机壳体压缩机排放喷嘴(CDN)模块(210)内侧的空间中。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，CCA热交换器(220、240、260)定位在接近燃烧器(122)的外表面(214)的空间中。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，CCA热交换器(240、260)定位在燃烧器(122)的内衬套(206)的外表面(207)与喷嘴支撑壳(216)之间和燃烧器(122)的外衬套(204)的外表面(205)与核心发动机壳体(116)之间的空间中的至少一者中。

10.根据权利要求6所述的系统，其中，所述热母线中间回路热交换器(280)包括与第二流动路径(404)热量转移连通地联接的第一流动路径(402)，所述第一流动路径(402)与核心发动机壳体(116)外部的热量吸收源(400)流动连通地联接，所述第二流动路径(404)与多个发动机辅助系统(410)中的至少一些流动连通地联接。