CN109944703B - 用于热交换器附件的一体式预负载成型托架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于热交换器附件的一体式预负载成型托架。一种表面冷却器组件包括至少一个表面冷却器，所述至少一个表面冷却器包括表面冷却器钩轨，所述表面冷却器钩轨周向延伸所述表面冷却器的长度且包括轴向延伸和径向延伸部分。所述表面冷却器组件还包括至少一个支撑托架，该支撑托架包括托架钩轨，托架钩轨周向延伸所述支撑托架的长度且包括轴向延伸和径向延伸部分。支撑托架和表面冷却器在圆周方向上成具有轮廓。每个表面冷却器钩轨与托架钩轨接触。

Description

用于热交换器附件的一体式预负载成型托架

技术领域

本发明主要涉及燃气涡轮发动机涡轮油冷却，并且更具体地说，涉及用于冷却油的表面冷却器的安装托架和系统。

背景技术

燃气涡轮发动机通常具有用于润滑和冷却例如轴承、变速箱、发电机等各种发动机部件的循环油系统。在操作中，油吸收大量的热，所述热必须排到外部环境以便使油维持在可接受温度。发电机油冷却通常使用一个或多个空气-油热交换器，所述热交换器有时在复杂冷却网络中与燃料-油热交换器和燃料回流至箱系统串联。

紧凑型热交换器，也称为砖冷却器或表面冷却器(brick coolers or surfacecoolers)，已用于这种冷却。通过使用通常可用于燃气涡轮发动机应用的散热器，表面冷却器可有效地辅助管理各种燃气涡轮热负荷。例如，尤其在环境空气温度普遍低于-100℉的较高海拔下，高旁通涡扇航空发动机上的风扇旁通管道可充当表面冷却器的有效散热器。然而，表面冷却器所经受的内部和外部热负荷通常导致热增长超过周围的燃气涡轮发动机部件和结构，从而使表面冷却器的安装变难。因此，表面冷却器安装托架和系统应提供足够的机械强度，同时还满足热增长要求。

本说明书的背景技术部分中包括的信息，包括本文引用的任何参考和其任何描述或论述，仅出于技术参考目的而纳入，不应看作界定本发明的范围。

发明内容

一种表面冷却器组件包括至少一个表面冷却器，所述至少一个表面冷却器包括表面冷却器钩轨(surface cooler hook rail)，所述表面冷却器钩轨周向延伸所述表面冷却器的长度且包括轴向延伸和径向延伸部分。所述表面冷却器组件还包括至少一个支撑托架，所述至少一个支撑托架包括托架钩轨，所述托架钩轨周向延伸所述支撑托架的长度且包括轴向延伸和径向延伸部分。所述支撑托架和表面冷却器在圆周方向上具有轮廓(contoured in a circumferential direction)。每个表面冷却器钩轨与托架钩轨接触。

所述表面冷却器组件可包括至少一个表面冷却器，所述至少一个表面冷却器包括表面冷却器钩轨，所述表面冷却器钩轨纵向延伸所述表面冷却器的长度且包括横向延伸和竖直延伸部分。所述表面冷却器组件还包括至少一个支撑托架，所述至少一个支撑托架包括托架钩轨，所述托架钩轨纵向延伸所述支撑托架的长度且包括横向延伸和竖直延伸部分。所述支撑托架和表面冷却器基本上是平面的。所述表面冷却器钩轨中的每一个表面冷却器钩轨接触托架钩轨。

所述表面冷却器组件可包括径向安置在所述表面冷却器钩轨与所述托架钩轨之间的线性波形弹簧。

所述线性波形弹簧可包括至少一个定位特征。

聚合物磨损材料(polymer wear material)可安置在所述表面冷却器钩轨和所述托架钩轨上。

所述支撑托架可包括在轴向和周向上间隔开的紧固件。

所述支撑托架可包括对角地对准或周向对准的加强肋条。

所述表面冷却器组件可包括位于所述表面冷却器组件的近端处的端板以及将所述端板周向固定到所述支撑托架的锁定板。

所述表面冷却器组件可安置在燃气涡轮发动机的风扇旁通管道的外围。

所述支撑托架和所述表面冷却器可基本上是平面的。

所有以上概述特征应理解为仅具示范性，且可从本文的公开内容搜集到所述结构和方法的更多特征和目标。因此，在未进一步阅读在此包括的整个说明书、权利要求书和附图的情况下，不应视为对发明内容的作出限制性解释。

具体地，本申请技术方案1涉及一种表面冷却器组件，其包括：至少一个表面冷却器，所述至少一个表面冷却器包括至少两个表面冷却器钩轨，所述至少两个表面冷却器钩轨在圆周方向上延伸所述表面冷却器的长度，所述至少两个表面冷却器钩轨中的每一个表面冷却器钩轨包括至少一个轴向延伸部分和至少一个径向延伸部分；至少一个支撑托架，所述至少一个支撑托架包括至少两个托架钩轨，所述至少两个托架钩轨在圆周方向上延伸所述支撑托架的长度，所述至少两个托架钩轨中的每一个托架钩轨包括至少一个轴向延伸部分和至少一个径向延伸部分，其中所述至少一个支撑托架和所述至少一个表面冷却器在圆周方向上具有轮廓，且其中所述至少两个表面冷却器钩轨中的每一个表面冷却器钩轨的一部分接触所述至少两个托架钩轨中的每一个托架钩轨的一部分。

本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的表面冷却器组件，其特征在于，进一步包括至少一个线性波形弹簧，所述至少一个线性波形弹簧径向安置在所述至少两个表面冷却器钩轨与所述至少两个托架钩轨之间。

本申请技术方案3涉及根据技术方案2所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少一个线性波形弹簧进一步包括：多个峰；以及多个底，其中所述多个峰中的每一个峰接触所述至少两个表面冷却器钩轨，并且其中所述多个底中的每一个底接触所述至少两个托架钩轨。

本申请技术方案4涉及根据技术方案3所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少一个线性波形弹簧进一步包括：至少一个定位特征，其用于将所述至少一个线性波形弹簧径向定位在所述至少两个托架钩轨中的所述每一个托架钩轨与所述至少两个表面冷却器钩轨中的所述每一个表面冷却器钩轨之间，其中所述至少一个定位特征安置在所述至少一个线性波形弹簧的近端上。

本申请技术方案5涉及根据技术方案4所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少一个定位特征包括钩、凹口、孔或凹槽中的至少一个。

本申请技术方案6涉及根据技术方案1所述的表面冷却器组件，其特征在于，磨损材料安置在所述至少两个表面冷却器钩轨和所述至少两个托架钩轨中的至少一个钩轨上。

本申请技术方案7涉及根据技术方案6所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述磨损材料由热塑性聚合物构成。

本申请技术方案8涉及根据技术方案7所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述磨损材料具有在60MPa与150MPa之间的抗拉强度，并且其中所述磨损材料具有在100℃与200℃之间的玻璃化转变温度。

本申请技术方案9涉及根据技术方案1所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少一个支撑托架进一步包括多个紧固件，所述多个紧固件轴向和周向间隔开。

本申请技术方案10涉及根据技术方案9所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少一个支撑托架进一步包括至少一个加强肋条，其中所述至少一个加强肋条安置在所述多个紧固件中的两个紧固件之间，并且其中所述至少一个加强肋条对角地对准或周向对准。

本申请技术方案11涉及根据技术方案10所述的表面冷却器组件，其特征在于，进一步包括至少一个对角地对准的加强肋条和至少一个周向对准的加强肋条。

本申请技术方案12涉及根据技术方案3所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少两个托架钩轨的所述至少一个轴向延伸部分接触所述至少两个表面冷却器钩轨的所述至少一个径向延伸部分，并且其中所述至少两个表面冷却器钩轨的所述至少一个轴向延伸部分接触所述至少两个托架钩轨的所述至少一个径向延伸部分。

本申请技术方案13涉及根据技术方案9所述的表面冷却器组件，其特征在于，进一步包括所述多个紧固件与所述至少一个表面冷却器的径向向外表面之间的径向空间。

本申请技术方案14涉及根据技术方案1所述的表面冷却器组件，其特征在于，进一步包括：端板，所述端板位于所述表面冷却器组件的近端，所述端板与所述表面冷却器流体连通，所述端板包括至少一个入口歧管和至少一个出口歧管；以及锁定板，所述锁定板将所述至少一个支撑托架的近端连接到所述端板，所述锁定板将所述端板周向固定到所述支撑托架，其中所述至少一个入口歧管将冷却流体引导到所述表面冷却器中，并且其中所述至少一个出口歧管将冷却流体引导出所述表面冷却器。

本申请技术方案15涉及根据技术方案14所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述端板进一步包括至少一个交接部特征，所述至少一个交接部特征将所述端板附接到邻近表面冷却器组件的远端。

本申请技术方案16涉及根据技术方案1所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少一个支撑托架进一步包括多个紧固件，所述多个紧固件附接到燃气涡轮发动机的部件。

本申请技术方案17涉及根据技术方案16所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述多个紧固件中的每个紧固件附接到所述燃气涡轮发动机的环形风扇壳体，其中所述表面冷却器组件安置在风扇旁通管道的外围处，并且其中所述至少一个表面冷却器在所述燃气涡轮发动机操作时在圆周方向上热膨胀。

本申请技术方案18涉及根据技术方案12所述的表面冷却器组件，其特征在于，进一步包括：热塑性聚合物磨损材料，其安置在多于一个表面冷却器钩轨和多于一个托架钩轨中的至少一个钩轨上；多个紧固件，其安置在所述至少一个支撑托架上，所述多个紧固件轴向和周向间隔开；至少一个加强肋条，所述至少一个加强肋条安置在所述至少一个支撑托架中在所述多个紧固件中的两个紧固件之间；端板，所述端板位于所述表面冷却器组件的近端；以及锁定板，所述锁定板将所述至少一个支撑托架的近端连接到所述端板，其中所述多个紧固件附接到燃气涡轮发动机的环形风扇壳体，其中所述表面冷却器组件安置在风扇旁通管道的外围处，并且其中所述至少一个表面冷却器位于所述至少一个支撑托架的径向内侧。

本申请技术方案19涉及一种表面冷却器组件，其包括：至少一个表面冷却器，所述至少一个表面冷却器包括至少两个表面冷却器钩轨，所述至少两个表面冷却器钩轨在纵向方向上延伸所述表面冷却器的长度，所述至少两个表面冷却器钩轨中的每一个表面冷却器钩轨包括至少一个横向延伸部分和至少一个竖直延伸部分；至少一个支撑托架，所述至少一个支撑托架包括至少两个托架钩轨，所述至少两个托架钩轨在纵向方向上延伸所述支撑托架的长度，所述至少两个托架钩轨中的每一个托架钩轨包括至少一个横向延伸部分和至少一个竖直延伸部分，其中所述纵向方向、横向方向和竖直方向相互垂直，并且其中所述至少两个表面冷却器钩轨中的每一个表面冷却器钩轨接触所述至少两个托架钩轨中的至少一个托架钩轨。

本申请技术方案20涉及根据技术方案19所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少一个支撑托架和所述至少一个表面冷却器基本上是平面的，并且其中所述至少一个支撑托架和所述至少一个表面冷却器限定平行平面。

附图说明

通过参考以下结合附图的描述，将更好地理解这些实施例的上述和其它特征和优点以及实现它们的方式，并且将更好地理解实施例，在附图中：

图1是结合有表面冷却器系统的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图图解。

图2是图1的燃气涡轮发动机的一部分的放大视图。

图3是分段表面冷却器和安装托架的图解。

图4是图3中所示表面冷却器和安装托架的侧视图。

图5是图4中所示表面冷却器和安装托架的放大视图。

图6是图4中所示表面冷却器和安装托架的放大视图。

图7是包括加强肋条的分段表面冷却器和安装托架的图解。

图8是根据本发明的实施例的线性波形弹簧的图解。

图9是根据本发明的实施例的线性波形弹簧的图解。

图10是根据本发明的实施例的线性波形弹簧的图解。

图11是根据本发明的实施例的线性波形弹簧的图解。

具体实施方式

应理解，所描绘的实施例在应用上不限于以下描述中阐述或图中所示的构造细节和部件布置。所描绘的实施例能够有其它实施例，且能以各种方式实践或执行。每个实例作为解释而提供，而非限制所公开实施例。实际上，对于所属领域的技术人员将显而易见的是，可在不脱离本公开的范围或精神的情况下在本发明的实施例中作出各种修改和变化。例如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例一起使用以产生另外的实施例。因此，希望本公开涵盖属于所附权利要求书和其等同物的范围内的此类修改以及变化。

用于热交换器附件的一体式预负载成型托架的实施例描述于图1到11中。一种表面冷却器组件包括至少一个表面冷却器，所述至少一个表面冷却器包括表面冷却器钩轨，所述表面冷却器钩轨周向延伸所述表面冷却器的长度且包括轴向延伸和径向延伸部分。所述表面冷却器组件还包括至少一个支撑托架，所述至少一个支撑托架包括托架钩轨，所述托架钩轨周向延伸所述支撑托架的长度且包括轴向延伸和径向延伸部分。所述支撑托架和表面冷却器在圆周方向上成具有轮廓。所述表面冷却器钩轨中的每一个表面冷却器钩轨接触托架钩轨。

另外，应理解，本文中所用措词和术语用于描述的目的，且不应被视为具有限制性。本文中使用“包括”或“具有”以及其变体意在涵盖其后列出的项目和其等同物以及额外项目。除非另有限制，否则本文中的术语“连接”、“联接”和“安装”以及其变体是在广义上使用，且涵盖直接和间接连接、联接和安装。另外，术语“连接”和“联接”以及其变体不限于物理或机械连接或联接。

如本文所使用，术语“轴向”或“在轴向上”是指沿着发动机的纵向轴线的维度。结合“轴向”或“在轴向上”使用的术语“前”是指在朝向发动机入口的方向上移动，或一个部件相比于另一部件相对更靠近发动机入口。结合“轴向”或“在轴向上”使用的术语“后”是指在朝向发动机的后部的方向上移动。

如本文所使用，术语“径向”或“在径向上”是指在发动机的中心纵向轴线与外部发动机周界之间延伸的维度。

所有方向性参考(例如，径向、轴向、近侧、远侧、上、下、向上、向下、左、右、橫向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针)仅用于识别目的以辅助读者对本发明的理解，且尤其不形成关于位置、定向或本发明的用途的限制。除非另有指示，否则连接参考(例如，附接、联接、连接和接合)应在广义上解释，且可包括一系列元件之间的中间构件以及元件之间的相对移动。由此，连接参考未必暗示两个元件直接连接且彼此成固定关系。示范性附图仅出于图解目的，且本发明的附图中反映的尺寸、位置、次序和相对大小可变化。

图1和2中示出燃气涡轮发动机(“发动机”)10，其结合有包括至少一个表面冷却器41至少一个支撑托架48的表面冷却器设备8。发动机10围绕纵向中心线或轴线12外接。发动机10包括呈下游串流关系的风扇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以传动方式将高压涡轮连接到压缩机18。内轴28以传动方式将低压涡轮24连接到风扇14和增压机16。内轴28和外轴26可旋转地安装于轴承30中，所述轴承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，所述径向内毂通过延伸跨越风扇流径43的径向延伸风扇出口导向叶片(“OGV”)40的环形阵列连接到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。本文所示表面冷却器设备8的示范性实施例位于风扇OGV 40的下游，固定地附接到环形风扇壳体38，如图2中更具体地示出。本文中示出的发动机10的示范性实施例包括OGV 40，其提供穿过风扇旁通管道37和风扇壳体38的结构支撑件的风扇气流33的空气动力转向。替代实施例可提供用于空气动力功能和结构功能的单独叶片和支撑杆。

本文中所描述的实施例可包括多于一个表面冷却器设备8，每个表面冷却器设备包括表面冷却器41和支撑托架48。每个表面冷却器设备8可恰在OGV下游围绕环形风扇壳体38外接，使得一个或多个表面冷却器设备8在紧接在OGV下游的轴向位置处基本上360°覆盖环形风扇壳体38。或者，每个表面冷却器设备8可仅覆盖环形风扇壳体38的一部分。每个表面冷却器设备8可以是分段或连续的。包括一个或多个表面冷却器41的每个表面冷却器设备8用于冷却发动机的用于轴承的润滑系统和/或可变频率发生器(VFG)或整体传动发电机(IDG)油系统的油。表面冷却器41中的一个或多个可用于为不同发动机系统或配件提供冷却。一个实例是第一表面冷却器41，其为发动机的例如用于轴承的润滑系统提供冷却，且第二表面冷却器41可用于为可变频率发生器(VFG)或整体传动发电机(IDG)提供冷却。

仍参考图1，OGV 40包括翼型件，其具有前边缘44和位于前边缘44下游或轴向后方的后边缘46。一个或多个表面冷却器设备8紧接着OGV后边缘46的下游或轴向后方定位，围绕环形风扇壳体38周向外接。当发动机10操作时，空气进入风扇流径43且经过风扇14。风扇气流33的第一部分进入增压机16，其中所述第一部分在压缩机18中压缩且最终在燃烧器20中燃烧。风扇气流33的第二部分进入风扇旁通管道37，经过OGV 40和一个或多个表面冷却器设备8，之后离开燃气涡轮发动机10。当风扇气流33经过一个或多个表面冷却器设备8时，来自一个或多个表面冷却器设备8的热散发到风扇气流33，而表面冷却器设备8内的油同时被冷却。应注意，尽管当前所主张的实施例中将油描述为一个或多个表面冷却器设备8内的冷却流体，但燃料、空气、水、氨、其它流体和其混合物等其它冷却流体是可能的且被视为包括在所公开实施例的范围中。

现参考图2，在侧视图中将一个或多个表面冷却器设备8和一个或多个表面冷却器41示为延伸通过环形风扇壳体38的全高度。尽管在图2中竖直地描绘，但一个或多个表面冷却器41可围绕环形风扇壳体38在风扇流径43的外围处周向外接。一个或多个表面冷却器41的至少一部分可突出到风扇流径43中，由此增强从一个或多个表面冷却器41到风扇旁通管道37内的风扇气流33的热传递。在另一实施例中，一个或多个表面冷却器41可不突出到风扇流径43中。与一个或多个表面冷却器41突出到风扇流径43中的实施例相比，在一个或多个表面冷却器41并不突出到风扇流径43中的实施例中，流过一个或多个表面冷却器41的在风扇流径43外围处的外表面的风扇气流33还将促进从一个或多个表面冷却器41到风扇气流33的热传递，且可具有减小风扇气流33在穿过风扇旁通管道37时的压降的额外益处。

图3示出一个或多个表面冷却器设备8的示范性实施例。在此示范性实施例中，示出分段表面冷却器41，分段表面冷却器41包括在圆周方向上的曲率，由此与环形风扇壳体38的曲率一致。分段表面冷却器41可包括用于增强热传递的多个散热片58。多个散热片58可突出到风扇流径43中，或者多个散热片58可改为位于风扇流径43的外围。在这两个实施例中，(突出并且不突出到风扇流径43中)流过多个散热片58流动的风扇气流33在其穿过风扇旁通管道37时增强从表面冷却器41到风扇气流33的热传递。

表面冷却器设备8包括表面冷却器端板53，所述表面冷却器端板包括表面冷却器入口歧管65和表面冷却器出口歧管67。表面冷却器入口歧管65和出口歧管67将油和/或其它冷却流体引导到表面冷却器中以及从表面冷却器引导出来。表面冷却器入口歧管65在表面冷却器热侧流体连接件76处流体连接到表面冷却器热侧气室72。表面冷却器热侧气室72在圆周方向上延展表面冷却器41的长度。类似地，表面冷却器出口歧管67在表面冷却器返回流体连接件78处流体连接到表面冷却器回气室74。表面冷却器回气室74在圆周方向上延展表面冷却器41的长度。表面冷却器热侧气室72描绘为在表面冷却器回气室74的轴向前部。然而，其中表面冷却器热侧气室72在表面冷却器回气室74的轴向后部的实施例也是可能的。

仍参考图3，表面冷却器设备8包括支撑托架48，所述支撑托架包括多个托架钩轨50。支撑托架48可构形成匹配表面冷却器41的形状。具体地说，支撑托架48可贯穿支撑托架48的全长在圆周方向上均匀地具有轮廓。多个托架钩轨50在圆周方向上延展支撑托架48的长度。多个托架钩轨50的第一托架钩轨沿着支撑托架48的轴向前边缘定位。多个托架钩轨50的第二托架钩轨沿着支撑托架48的轴向后边缘定位。

表面冷却器41包括多个表面冷却器钩轨52。多个表面冷却器钩轨52在圆周方向上延展表面冷却器41的长度。多个表面冷却器钩轨52的第一表面冷却器钩轨沿着表面冷却器41的轴向前边缘定位。多个表面冷却器钩轨52的第二表面冷却器钩轨沿着表面冷却器41的轴向后边缘定位。多个表面冷却器钩轨52与多个托架钩轨50交接。具体地说，多个托架钩轨50与多个表面冷却器钩轨52之间的交接部周向延伸且允许表面冷却器41与支撑托架48之间的相对周向移动。多个托架钩轨50与多个表面冷却器钩轨52之间的交接部禁止表面冷却器41与支撑托架48之间在轴向和径向两个方向上的相对移动。

支撑托架48包括多个螺栓54和多个锁紧螺母56。多个螺栓54和多个锁紧螺母56将附接到环形风扇壳体38。支撑托架48多个螺栓54和多个锁紧螺母56位于多个周向位置和多个轴向位置，由此以固定方式将支撑托架48附接到环形风扇壳体38且防止其间的相对移动。锁定板59通过至少一个表面冷却器定位柱55将支撑托架48附接到表面冷却器端板53，表面冷却器定位柱55从表面冷却器端板53径向朝外延伸。在一些实施例中，锁定板59将与支撑托架48成一体。在其它实施例中，锁定板59可以是独立部件。在每个实施例中，锁定板59固定表面冷却器端板53的周向位置，所述端板在所有自由度被固定以确保一体式歧管特征，允许将流体进出表面冷却器41。

在发动机10的操作期间，表面冷却器41相对于周围发动机部件和结构加热。因此，表面冷却器41热膨胀。由于表面冷却器41以流体方式和以机械方式在表面冷却器热侧流体连接件76和表面冷却器返回流体连接件78处联接到端板53，因此表面冷却器的近端112周向固定到所述端板。当表面冷却器41在发动机10的操作期间热膨胀时，表面冷却器的近端112保持固定到端板53，而表面冷却器的远端114在膨胀方向61上膨胀。表面冷却器的远端114并未周向固定，且因此周向“浮动”，从而允许在膨胀方向61上的膨胀。膨胀方向61基本上是周向的。多个托架钩轨50与多个表面冷却器钩轨52之间的周向交接部将表面冷却器41的热膨胀限制于仅在周向方向上，而同时在轴向和径向两个方向上提供对表面冷却器41的支撑。然而，表面冷却器设备8的未对准和不均匀热膨胀以及其它因素可能导致膨胀方向61偏离周向方向。

图4更详细地示出多个托架钩轨50与多个表面冷却器钩轨52之间的周向交接部。线性波形弹簧66径向位于托架钩轨50与表面冷却器钩轨52中的每一个之间。线性波形弹簧周向对准，且横跨托架钩轨50与表面冷却器钩轨52之间的周向交接部的全长。托架钩轨50与表面冷却器钩轨52之间在托架前端68处的交接部以及托架钩轨50与表面冷却器钩轨52之间在托架后端70处的交接部均包含径向位于其间的线性波形弹簧。

如图8中所示，线性波形弹簧66包括共同用于预负载表面冷却器41与支撑托架48之间的交接部的多个峰80和多个底82。线性波形弹簧66的每个峰80接触表面冷却器钩轨52的内侧径向向内部分，且对表面冷却器钩轨52施加径向向外力。类似地，线性波形弹簧66的每个底82接触托架钩轨50的径向向外部分，且对托架钩轨50施加径向向内力。由线性波形弹簧66提供到表面冷却器钩轨52和托架钩轨50中的每一个之间的交接部的预负载交接部提供摩擦阻尼，由此减小或消除表面冷却器41与支撑托架48之间的振动。

线性波形弹簧66的波形配置允许其在组装后在径向方向上压缩和膨胀，从而允许其充当弹簧，由此在相应的钩轨处预负载表面冷却器41与支撑托架48之间的交接部。线性波形弹簧66仅沿着径向定向轴线施加伸张力，这会限制表面冷却器41与支撑托架48之间的相对轴向移动，而同时允许周向移动。由于位于线性波形弹簧66的整个长度的多个峰80和底82中的每一个接触表面冷却器钩轨52和托架钩轨50的相应部分，预负载力可分散在表面冷却器41和支撑托架48的整个周向长度上，而非集中在局部区域。线性波形弹簧66径向位于表面冷却器钩轨52与托架钩轨50之间，如上文实施例中所描述。然而，其它配置也是可能的。举例来说，线性波形弹簧66可在表面冷却器41径向向外表面的径向外部且与其紧邻。在此配置中，线性波形弹簧66的每个底82接触表面冷却器41径向向外表面，而线性波形弹簧66的每个峰80接触托架钩轨50的轴向延伸部分的下侧，所述轴向延伸部分继而位于表面冷却器钩轨52的轴向延伸部分径向内侧。

再次参考图4，表面冷却器钩轨52各自包括从表面冷却器41的径向向外表面朝外径向延伸的径向延伸部分，且连接到一体式轴向延伸部分。类似地，托架钩轨50各自包括径向延伸部分和轴向延伸部分。在图4中示出的实施例中，表面冷却器钩轨52在相应托架钩轨50的轴向内侧。然而，如图6中示出的实施例所示，表面冷却器钩轨52还可在相应托架钩轨50的轴向外部。在任一配置中，表面冷却器41与支撑托架48之间的轴向运动受到限制，因为每个托架钩轨50的径向延伸部分接触每个表面冷却器钩轨52的轴向延伸部分，而每个托架钩轨50的轴向延伸部分同时接触每个表面冷却器钩轨52的径向延伸部分。

图4中还示出位于多个返回通道71的轴向前部的多个热侧通道69。在其它配置中，多个热侧通道69可位于多个返回通道71的轴向后部。多个热侧通道69与多个返回通道71流体连通。当热的冷却流体流动通过多个热侧通道69时，冷却流体在风扇气流33流过表面冷却器41的径向内表面流动时与风扇气流33交换热。冷却流体接着流到多个返回通道71中且最终通过表面冷却器出口歧管67。因此，冷却流体在其从多个热侧通道69流到多个返回通道71时将经历温降。多个热侧通道69和多个返回通道71均周向对准并且延展表面冷却器41的周向全长。

在表面冷却器41的轴向前端处，表面冷却器热侧气室72周向延伸通过表面冷却器41的长度，如图4中所示。冷却流体流动通过表面冷却器热侧气室72，所述热侧气室具有比多个热侧通道69的每个流道大的流动面积。表面冷却器热侧气室72平行于多个热侧通道69而延展，且流体联接到所述多个热侧通道。与仅仅多个热侧通道69相比，此配置允许表面冷却器热侧气室72提供流动阻力减小的流动回路。因此，表面冷却器热侧气室72减小了表面冷却器41内在各种操作条件下可能发生堵塞的可能性。另外，由于表面冷却器热侧气室72的流动面积大于多个热侧通道69的每个流道的流动面积，因此限定表面冷却器热侧气室72的材料的累积厚度也更大，由此增大表面冷却器的整体硬度。

在表面冷却器41的轴向后端处，表面冷却器回气室74周向延伸通过表面冷却器41的长度，如图4中所示。冷却流体流动通过表面冷却器回气室74，所述回气室具有比多个返回通道71的每个流道的流动面积大的流动面积。表面冷却器回气室74平行于多个返回通道71而延展，且流体联接到所述多个返回通道。与单独的多个返回通道71相比，此配置允许表面冷却器回气室74提供流动面积增大且流动阻力减小的流动回路。因此，表面冷却器回气室74减小了表面冷却器41内在各种操作条件下可能发生堵塞的可能性。另外，由于表面冷却器回气室74的流动面积大于多个返回通道71的每个流道的流动面积，因此限定表面冷却器回气室74的材料的累积厚度也更大，由此增大表面冷却器的整体硬度。

仍参考图4，多个表面冷却器散热片58从多个热侧通道69和多个返回通道71径向向内延伸。表面冷却器散热片58可如具体设计要求规定配置成任何形状、定向、角度、长度、间隔或材料。多个表面冷却器散热片58在图4中示为三维固体，其占据多个表面冷却器散热片58和其间的间隔将占据的空间。已从图4省去多个表面冷却器散热片58的一个或多个细节。

图5示出表面冷却器钩轨52与托架钩轨50之间在托架前端68处的交接部的示范性实施例的放大图。磨损表面63安置在表面冷却器钩轨52和托架钩轨50的轴向和径向延伸部分上。磨损表面63减少表面冷却器钩轨52和托架钩轨50的部分之间的金属表面接触(metal-on-metal contact)。磨损表面可由热塑性聚合物等聚合物材料——例如聚醚醚酮(PEEK)——或包含范围从约250℃到约500℃的熔点的其它合适的材料构成。适当的材料包含耐热降解且具有范围从约60MPa到约150MPa或更具体地从约80MPa到120MPa或甚至更具体地从约90MPa到105MPa的抗拉强度的组合物。

磨损表面63还可由具有从约100℃到约200℃或更具体地从约120℃到约180℃或甚至更具体地从约130℃到约165℃的玻璃化转变温度的材料构成。由于适当的磨损表面材料耐热降解，因此磨损表面63能够在较高环境和/或发动机操作温度下维持机械特性。另外，由于适当的磨损表面材料具有足够的抗拉强度，因此磨损表面63即使在暴露于来自表面冷却器41的周向热增长、结合支撑托架48的表面冷却器41的预负载以及来自其它源的应力时也不会失去结构完整性。

参考图6，支撑托架48包括多个螺栓54和多个锁紧螺母56。支撑托架48包括具有用于接收螺栓第一部分90的内螺纹的多个螺纹套管88。螺纹套管88可与支撑托架48一体地形成，或可在事后加工、焊接或钎焊进去，或由任何其它合适的工艺形成。每个螺栓54还包括顶帽部分92和螺纹顶部部分94。在一个实施例中，螺纹顶部部分有内螺纹以接收用于将支撑托架48附接到环形风扇壳体38的螺栓或紧固件。在另一实施例中，螺纹顶部部分有外螺纹以被环形风扇壳体38的带内螺纹部分接收。

仍参考图6，多个螺栓54和锁紧螺母56的任何部分与表面冷却器41的径向向外表面之间的径向空间96既允许支撑托架48与表面冷却器41热解联，还允许表面冷却器41在周向方向61上热膨胀，同时支撑托架48保持周向固定到环形风扇壳体38。本文所描述的支撑托架48到环形风扇壳体38的附接配置并不表示可能的附接方式的穷尽性描述。存在其它等同和适当的附接配置，且将其视为在本公开的范围内。然而，很重要的是，多个螺栓54和锁紧螺母56仅附接到支撑托架48和环形风扇壳体38，并且并不附接到表面冷却器41，从而实现上述表面冷却器41热增长。

参看图7，支撑托架48可包括一个或多个成对角线的加强肋条86和/或周向加强肋条84。一个或多个成对角线的加强肋条86和周向加强肋条84分别在轴向108、周向110或这两种间隔开的锁紧螺母56与螺栓54之间对准。一个或多个成对角线的加强肋条86和周向加强肋条84分别是为支撑托架48提供增大的刚度和机械强度的支撑托架48局部厚度区域。一个或多个成对角线的加强肋条86和周向加强肋条84分别可形成为与支撑托架48成一体，或可在事后加工、焊接或钎焊上，或，包括在增量成型模工艺期间，由任何其它合适的工艺形成。

仍参考图7，在表面冷却器设备近端112处，端板53可包括第一多个交接部特征116，其用于附接到邻近表面冷却器的表面冷却器设备远端114处的第二多个交接部特征118。以此方式，多个表面冷却器设备8可串联连接，每个表面冷却器设备8横跨环形风扇壳体38的周界的弧形段。多个表面冷却器设备8可布置成彼此流体连通，或者可布置成各自为独立闭环表面冷却器设备8。在多个表面冷却器设备8流体连通的布置中，仅在多个表面冷却器设备8中的第一表面冷却器设备中包括将表面冷却器41的近端112周向固定到端板53的锁定板59，从而允许每个相继表面冷却器设备8的远端114因热增长而周向浮动。在多个表面冷却器设备8布置为独立系统的布置中，表面冷却器41可受控以根据需要独立地操作，从而适应燃气涡轮发动机10的各种热负荷。

参考图9，线性波形弹簧66可包括在一端处的定位孔98。线材100可环穿定位孔98，以便将线性波形弹簧牵拉到位，径向处于托架钩轨50与表面冷却器钩轨52之间。

参考图10，线性波形弹簧66可包括在一端处的定位凹口102。线材100可环绕所述定位凹口，以便将线性波形弹簧牵拉到位，径向处于托架钩轨50与表面冷却器钩轨52之间。还可使用凹槽、钩和/或其它定位特征而非定位孔98或定位凹口102，以便放置线性波形弹簧。类似地，曲柄或钳子可替代线材100用来定位线性波形弹簧66。在另一实施例中，在线性波形弹簧66刚性足够的情况下，有可能将线性波形弹簧66推入托架钩轨50与表面冷却器钩轨52之间的位置。

参考图11，线性波形弹簧66可在峰80上包括润滑剂104且在底82上包括胶粘剂106，或反之亦然。在此实施例中，线性波形弹簧粘附于托架钩轨50或表面冷却器钩轨52，且接着周向滑动到位，从而允许润滑剂作用于已施胶粘剂的表面的相对表面。图11中所示润滑剂104和胶粘剂106允许线性波形弹簧在无需定位特征的情况下径向定位于托架钩轨50与表面冷却器钩轨52之间。

上文公开内容描述其中表面冷却器41和支撑托架48具有轮廓或呈曲线的实施例。然而，本公开对于基本平坦或平面的实施例同等适用。举例来说，具有延展表面冷却器41的全长的表面冷却器钩轨52的基本平坦或平面表面冷却器41可与线性波形弹簧66以及具有贯穿支撑托架48的全长对准的托架钩轨50的支撑托架48交接，如上文所描述。在此类配置中，平面表面冷却器41与支撑托架48之间的相对运动会在宽度方向或横向方向上和高度方向或竖直方向上受限，但在纵向方向不受限制。表面冷却器41可在近端112处使用锁定板59固定到支撑托架48，从而允许表面冷却器41的远端114因热增长而在纵向方向上浮动和膨胀，如上文所描述。

上文所描述的部件可由任何适当的材料构成。举例来说，支撑托架48可由钛、铝、其化合物、复合材料或其它合适材料构成。线性波形弹簧66可由17-7不锈钢、A286和/或其它合适的材料中的至少一种构成。表面冷却器41可由铝基、钛基、镍基超合金、其化合物和其它合适的材料构成。

上文所描述的部件可使用任何适当的制造工艺形成。举例来说，支撑托架48可使用增量成型工艺例如通过使用多步骤或顺序冲模而形成，其中在第一冲模工艺期间形成周向方向61上的曲率或半径，且在第二冲模工艺期间形成托架钩轨50的轴向对准和径向对准部分。还可使用增材制造或3D打印形成支撑托架48。例如周向加强肋条84和成对角线的加强肋条86等强化特征可通过增材制造形成于支撑托架48中或者可将所述强化特征冲压或角插进去。

可使用增材制造或3D打印形成表面冷却器41。还可使用熔模铸造法使表面冷却器41形成为单个铸件或多个铸件，其随后钎焊在一起。表面冷却器钩轨52可由挤制铝形成，或如上文所描述增材形成。

已在关于燃气涡轮发动机的一个可能应用的方面描述了包括表面冷却器41和支撑托架48的表面冷却器设备8。然而，本文公开的实施例还可用于其它应用。举例来说，在期望为表面冷却器或热交换器安装或提供结构支撑件的应用中，本文中所描述的实施例允许表面冷却器与支撑托架之间在第一方向上的相对运动，同时限制在第二方向和第三方向上的相对运动。此布置实现设计灵活性以容许热膨胀、材料特性的变化性等此类因素以及其它因素。

已出于说明目的呈现本发明的若干实施例的前文描述。其并非在于穷尽性的或将本发明限于公开的精确步骤和/或形式，且显然，鉴于上文教导可能进行许多修改和变化。本发明的范围和所有等同物旨在由所附权利要求书限定。

Claims (19)

1.一种表面冷却器组件，其包括：

至少一个表面冷却器，所述至少一个表面冷却器包括至少两个表面冷却器钩轨，所述至少两个表面冷却器钩轨在圆周方向上延伸所述表面冷却器的长度，所述至少两个表面冷却器钩轨中的每一个表面冷却器钩轨包括至少一个轴向延伸部分和至少一个径向延伸部分；

至少一个支撑托架，所述至少一个支撑托架包括至少两个托架钩轨，所述至少两个托架钩轨在圆周方向上延伸所述支撑托架的长度，所述至少两个托架钩轨中的每一个托架钩轨包括至少一个轴向延伸部分和至少一个径向延伸部分，

其中所述至少一个支撑托架和所述至少一个表面冷却器在圆周方向上具有轮廓，且

其中所述至少两个表面冷却器钩轨中的每一个表面冷却器钩轨的一部分接触所述至少两个托架钩轨中的每一个托架钩轨的一部分；

至少一个线性波形弹簧，所述至少一个线性波形弹簧径向安置在所述至少两个表面冷却器钩轨与所述至少两个托架钩轨之间，

其中，所述至少一个线性波形弹簧的连续的峰和连续的底布置在圆周方向上。

2.根据权利要求1所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少一个线性波形弹簧进一步包括：

多个峰；以及

多个底，

其中所述多个峰中的每一个峰接触所述至少两个表面冷却器钩轨，且

其中所述多个底中的每一个底接触所述至少两个托架钩轨。

3.根据权利要求2所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少一个线性波形弹簧进一步包括：

至少一个定位特征，其用于将所述至少一个线性波形弹簧径向定位在所述至少两个托架钩轨中的所述每一个托架钩轨与所述至少两个表面冷却器钩轨中的所述每一个表面冷却器钩轨之间，

其中所述至少一个定位特征安置在所述至少一个线性波形弹簧的近端上。

4.根据权利要求3所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少一个定位特征包括钩、凹口、孔或凹槽中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的表面冷却器组件，其特征在于，磨损材料安置在所述至少两个表面冷却器钩轨和所述至少两个托架钩轨中的至少一个钩轨上。

6.根据权利要求5所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述磨损材料由热塑性聚合物构成。

7.根据权利要求6所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述磨损材料具有在60MPa与150MPa之间的抗拉强度，并且

其中所述磨损材料具有在100℃与200℃之间的玻璃化转变温度。

8.根据权利要求1所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少一个支撑托架进一步包括多个紧固件，所述多个紧固件轴向和周向间隔开。

9.根据权利要求8所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少一个支撑托架进一步包括至少一个加强肋条，其中所述至少一个加强肋条安置在所述多个紧固件中的两个紧固件之间，并且其中所述至少一个加强肋条对角地对准或周向对准。

10.根据权利要求9所述的表面冷却器组件，其特征在于，进一步包括至少一个对角地对准的加强肋条和至少一个周向对准的加强肋条。

11.根据权利要求2所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少两个托架钩轨的所述至少一个轴向延伸部分接触所述至少两个表面冷却器钩轨的所述至少一个径向延伸部分，并且其中所述至少两个表面冷却器钩轨的所述至少一个轴向延伸部分接触所述至少两个托架钩轨的所述至少一个径向延伸部分。

12.根据权利要求8所述的表面冷却器组件，其特征在于，进一步包括所述多个紧固件与所述至少一个表面冷却器的径向向外表面之间的径向空间。

13.根据权利要求1所述的表面冷却器组件，其特征在于，进一步包括：

端板，所述端板位于所述表面冷却器组件的近端，所述端板与所述表面冷却器流体连通，所述端板包括至少一个入口歧管和至少一个出口歧管；以及

锁定板，所述锁定板将所述至少一个支撑托架的近端连接到所述端板，所述锁定板将所述端板周向固定到所述支撑托架，

其中所述至少一个入口歧管将冷却流体引导到所述表面冷却器中，并且

其中所述至少一个出口歧管将冷却流体引导出所述表面冷却器。

14.根据权利要求13所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述端板进一步包括至少一个交接部特征，所述至少一个交接部特征将所述端板附接到邻近表面冷却器组件的远端。

15.根据权利要求1所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少一个支撑托架进一步包括多个紧固件，所述多个紧固件附接到燃气涡轮发动机的部件。

16.根据权利要求15所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述多个紧固件中的每个紧固件附接到所述燃气涡轮发动机的环形风扇壳体，其中所述表面冷却器组件安置在风扇旁通管道的外围处，并且其中所述至少一个表面冷却器在所述燃气涡轮发动机操作时在圆周方向上热膨胀。

17.根据权利要求11所述的表面冷却器组件，其特征在于，进一步包括：

热塑性聚合物磨损材料，其安置在多于一个表面冷却器钩轨和多于一个托架钩轨中的至少一个钩轨上；

多个紧固件，其安置在所述至少一个支撑托架上，所述多个紧固件轴向和周向间隔开；

至少一个加强肋条，所述至少一个加强肋条安置在所述至少一个支撑托架中在所述多个紧固件中的两个紧固件之间；

端板，所述端板位于所述表面冷却器组件的近端；以及

锁定板，所述锁定板将所述至少一个支撑托架的近端连接到所述端板，

其中所述多个紧固件附接到燃气涡轮发动机的环形风扇壳体，

其中所述表面冷却器组件安置在风扇旁通管道的外围处，并且

其中所述至少一个表面冷却器位于所述至少一个支撑托架的径向内侧。

18.一种表面冷却器组件，其包括：

至少一个表面冷却器，所述至少一个表面冷却器包括至少两个表面冷却器钩轨，所述至少两个表面冷却器钩轨在纵向方向上延伸所述表面冷却器的长度，所述至少两个表面冷却器钩轨中的每一个表面冷却器钩轨包括至少一个横向延伸部分和至少一个竖直延伸部分；

至少一个支撑托架，所述至少一个支撑托架包括至少两个托架钩轨，所述至少两个托架钩轨在纵向方向上延伸所述支撑托架的长度，所述至少两个托架钩轨中的每一个托架钩轨包括至少一个横向延伸部分和至少一个竖直延伸部分，

其中所述纵向方向、横向方向和竖直方向相互垂直，并且

其中所述至少两个表面冷却器钩轨中的每一个表面冷却器钩轨接触所述至少两个托架钩轨中的至少一个托架钩轨；

至少一个线性波形弹簧，所述至少一个线性波形弹簧径向安置在所述至少两个表面冷却器钩轨与所述至少两个托架钩轨之间，

其中，所述至少一个线性波形弹簧的连续的峰和连续的底布置在圆周方向上。

19.根据权利要求18所述的表面冷却器组件，其特征在于，所述至少一个支撑托架和所述至少一个表面冷却器基本上是平面的，并且

其中所述至少一个支撑托架和所述至少一个表面冷却器限定平行平面。

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