CN117365749A - 尾迹抑制系统 - Google Patents

尾迹抑制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN117365749A
CN117365749A CN202310830736.0A CN202310830736A CN117365749A CN 117365749 A CN117365749 A CN 117365749A CN 202310830736 A CN202310830736 A CN 202310830736A CN 117365749 A CN117365749 A CN 117365749A
Authority
CN
China
Prior art keywords
exhaust gas
outlet
inlet
bundle
turbine engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310830736.0A
Other languages
English (en)
Inventor
埃伊塔约·詹姆斯·欧沃耶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN117365749A publication Critical patent/CN117365749A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/22Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being gaseous at standard temperature and pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/16Control of working fluid flow
    • F02C9/18Control of working fluid flow by bleeding, bypassing or acting on variable working fluid interconnections between turbines or compressors or their stages
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D33/00Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
    • B64D33/04Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of exhaust outlets or jet pipes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/32Collecting of condensation water; Drainage ; Removing solid particles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/30Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/14Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K1/00Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
    • F02K1/78Other construction of jet pipes
    • F02K1/82Jet pipe walls, e.g. liners
    • F02K1/822Heat insulating structures or liners, cooling arrangements, e.g. post combustion liners; Infrared radiation suppressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/14Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F02C7/143Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
    • F02C7/1435Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages by water injection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/16Cooling of plants characterised by cooling medium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • F05D2220/32Application in turbines in gas turbines
    • F05D2220/323Application in turbines in gas turbines for aircraft propulsion, e.g. jet engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/213Heat transfer, e.g. cooling by the provision of a heat exchanger within the cooling circuit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/60Fluid transfer
    • F05D2260/602Drainage
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/01Purpose of the control system
    • F05D2270/08Purpose of the control system to produce clean exhaust gases
    • F05D2270/081Purpose of the control system to produce clean exhaust gases with as little smoke as possible

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

一种尾迹抑制系统包括壳体,该壳体具有废气入口、废气出口、冷凝水排放口和与废气入口、废气出口和冷凝水排放口流体连通的流动室。废气入口与燃气涡轮发动机的喷气排气喷嘴流体连通。第一管道束设置在流动室内、在废气入口下游。第一管道束包括入口和出口。第一管道束的入口流体连接到第一冷却介质源。第二管道束设置在流动室内、在第一管道束下游和废气出口上游。第二管道束包括入口和出口。第二管道束的入口流体连接到第二冷却介质源。

Description

尾迹抑制系统
技术领域
本发明涉及一种燃气涡轮发动机,更具体地,涉及燃气涡轮发动机中的废气抑制。
背景技术
燃气涡轮发动机,例如涡轮风扇发动机,可用于飞行器推进。当来自涡轮风扇发动机的废气中存在的水分子在与环境空气混合后变得过饱和时,通常形成冷凝轨迹(尾迹)。这些水分子凝结并迅速冻结成冰粒/晶体。
附图说明
在参考附图的说明书中针对本领域普通技术人员阐述了本公开的完整且使能的公开,包括其最佳模式,其中:
图1是根据本公开的示例性方面的示例性飞行器的立体图。
图2是根据本公开的示例性方面的示例性燃气涡轮发动机的横截面图。
图3是根据本公开的示例性方面的示例性燃气涡轮发动机的示意图。
图4是根据本公开的示例性实施例的示例性喷气排气喷嘴的后端的前视图。
图5是根据本公开的示例性实施例的示例性热交换器的示意性横截面图。
图6是根据本公开的示例性实施例的示例性热交换器的示意性横截面图。
在本说明书和附图中重复使用参考字符旨在表示本公开的相同或类似特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的当前实施例,其一个或多个示例在附图中示出。详细说明使用数字和字母名称来参考图纸中的特征。在附图和说明书中的相似或类似的名称被用来指代本公开的相似或类似部分。
本文使用“示例性”一词来表示“用作示例、实例或图示”。本文描述为“示例性”的任何实现方式不必被解释为比其他实现方式更优选或有利。另外,除非另有特别标识,否则本文描述的所有实施例应当被认为是示例性的。除非上下文另有明确规定,否则单数形式“一”、“一个”和“这个”包括复数引用。例如,在“A、B和C中的至少一个”的上下文中,术语“至少一个”指仅A、仅B、仅C或A、B和C的任何组合。
如本文所使用的,术语“第一”、“第二”和“第三”可互换地用于将一个部件与另一个部件区分开来,并且不旨在表示单个部件的位置或重要性。此外,术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如,“上游”是指流体来流的方向,“下游”是指流体流向的方向。
术语“涡轮机”或“涡轮机械”是指包括一起产生扭矩输出的一个或多个压缩机、发热区段(例如,燃烧区段)和一个或多个涡轮的机器。术语“燃气涡轮发动机”指具有涡轮机作为其全部或部分动力源的发动机。示例燃气涡轮发动机包括涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机等,以及这些发动机中的一种或多种的混合电动版本。
本公开大体上涉及一种用于燃气涡轮发动机的尾迹抑制系统。燃气涡轮发动机废气产生的凝结轨迹(尾迹)被怀疑对气候条件有负面影响。当废气中存在的水分子在与环境空气混合后变得过饱和时,通常形成尾迹。然后这些水分子凝结并迅速冻结成冰粒/晶体。众所周知,尾迹形成卷云,有时会持续数小时超过数英里。与化石燃料飞行器相比,氢燃料飞行器的尾迹形成更加严重,因为氢燃烧可以释放超过7倍的水。
本公开提供了一种尾迹抑制系统,其结合三流体壳体和管道装置(例如热交换器)以抑制来自飞行器燃气涡轮发动机的尾迹,同时最小化废气压降,从而减小对发动机总推力的任何影响。三流体热交换器通过首先冷却废热回收(WHR)区段中的废气,然后对热交换器的冷凝器区段中的废气进行除湿来抑制尾气。在WHR区段中回收的热量被用于预热来自低压压缩机的压缩空气以提高燃料效率,同时从热交换器的冷凝器区段中提取的冷凝水可以被喷射到燃烧室中,以帮助氮氧化物(NOx)减少,进入燃气涡轮发动机的高压涡轮中以用于涡轮叶片冷却,或者可以被存储在飞行器上的存储箱或容器中或存储在燃气涡轮发动机上。
在其他实施例中,用于尾迹抑制系统的热交换器可以没有WHR区段。它将仅具有用于对废气进行除湿的冷凝器区段,这将消除提高燃料效率的益处,并可能导致低效的尾迹抑制。
现在参考附图,图1是本公开的至少一个示例性实施例的示例性飞行器10的立体图。如图1所示,飞行器10具有机身12、附接到机身12的机翼14和尾翼16。飞行器10还包括推进系统18,其产生推进推力,以在飞行中、滑行操作期间等推进飞行器10。虽然推进系统18被示出附接到机翼14,但是在其他实施例中,推进系统18可以另外地或可替代地包括联接到飞行器10的其他部分的一个或多个方面,例如尾翼16、机身12或两者。推进系统18包括至少一个发动机。在所示的示例性实施例中,飞行器10包括一对燃气涡轮发动机20。每个燃气涡轮发动机20以机翼下构造安装到飞行器10。每个燃气涡轮发动机20能够选择性地为飞行器10产生推进推力。燃气涡轮发动机20可构造成燃烧各种形式的燃料,包括但不限于除非另有规定,喷气燃料/航空涡轮燃料和氢燃料。
图2是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机20的横截面侧视图。更具体地,对于图2的实施例,燃气涡轮发动机20是多线轴、高旁通涡轮风扇喷气发动机,有时也称为“涡轮风扇发动机”。如图2所示,燃气涡轮发动机20限定轴向方向A(平行于为参考而提供的纵向中心线22延伸)、径向方向R和围绕纵向中心线22延伸的周向方向C。通常,燃气涡轮发动机20包括风扇区段24和布置在风扇区段24下游的涡轮机26。
所描绘的示例性涡轮机26通常包括限定环形核心入口30的发动机壳体28。发动机壳体28以串行流动关系至少部分地包围压缩机区段、燃烧区段36、涡轮区段和喷气排气喷嘴42,压缩机区段包括增压或低压(LP)压缩机32和高压(HP)压缩机34,涡轮区段包括高压(HP)涡轮38和低压(LP)涡轮40。
高压(HP)轴44将(HP)涡轮38驱动地连接到(HP)压缩机34。低压(LP)轴46将(LP)涡轮40驱动地连接到(LP)压缩机32。压缩机区段、燃烧区段36、涡轮区段和喷气排气喷嘴42一起限定通过燃气涡轮发动机20的工作气体流动路径48。
对于所描绘的实施例,风扇区段24包括风扇50,该风扇50具有以间隔开的方式联接到盘54的多个风扇叶片52。如所描绘的,风扇叶片52通常沿着径向方向R从盘54向外延伸。借助于风扇叶片52可操作地联接至适当的节距改变机构56,每个风扇叶片52可与盘54围绕俯仰轴线P旋转,节距改变机构56构造成例如一致地共同改变风扇叶片52的节距。
燃气涡轮发动机20还包括动力齿轮箱58。风扇叶片52、盘54和节距改变机构56一起可通过(LP)轴46穿过动力齿轮箱58绕纵向中心线22旋转。动力齿轮箱58包括用于相对于(LP)轴46的旋转速度调节风扇50的旋转速度的多个齿轮,使得风扇50和(LP)轴46可以以更有效的相对速度旋转。
仍参照图2的示例性实施例,盘54被风扇区段24的可旋转的前毂60覆盖(有时也称为“旋转器”)。前轮毂60具有空气动力学轮廓以促进气流通过多个风扇叶片52。另外,示例性风扇区段24包括环形风扇壳体或外机舱62,环形风扇壳体或外机舱62周向地围绕风扇50和/或涡轮机26的至少一部分。在所描绘的实施例中,机舱62由多个周向间隔开的支柱或出口导向轮叶64相对于涡轮机26支撑。此外,机舱62的下游区段66在涡轮机26的外部部分上延伸以在其间限定旁通气流通道68。
然而,应当理解,图2中描绘的示例性燃气涡轮发动机20仅作为示例提供,并且在其他示例性实施例中,燃气涡轮发动机20可以具有其他构造。例如,虽然所描绘的燃气涡轮发动机20被构造为管道式燃气涡轮发动机(即,包括外机舱62),但是在其他实施例中,燃气涡轮发动机20可以是管道式或非管道式燃气涡轮发动机(使得风扇50是管道式风扇,并且出口导向轮叶64从发动机壳体28悬臂)。
另外或可选地,尽管所描绘的燃气涡轮发动机20被构造为齿轮传动燃气涡轮发动机(即,包括动力齿轮箱58)和可变节距燃气涡轮发动机(即,包括被构造为可变节距风扇的风扇50),但是在其他实施例中,燃气涡轮发动机20可以被构造为直接驱动燃气涡轮发动机(使得(LP)轴46以与风扇50相同的速度旋转)、固定节距燃气涡轮发动机(使得风扇50包括不能围绕俯仰轴线P旋转的风扇叶片52)或两者。还应当理解,在其它示例性实施例中,本公开的方面可以结合到任何其它合适的燃气涡轮发动机中。例如,在其他示例性实施方式中,本公开的方面可(视情况而定)并入例如涡轮螺旋桨式燃气涡轮发动机、涡轮轴燃气涡轮发动机或涡轮喷气式燃气涡轮发动机。
在燃气涡轮发动机20的操作期间,一定体积的空气70通过机舱62和风扇区段24的相关联的入口72进入燃气涡轮发动机20。随着空气70的体积穿过风扇叶片52,空气的第一部分74被引导或输送进入旁通气流通道68,空气的第二部分76被引导或输送进入工作气体流动通道48,或更具体地进入(LP)压缩机32。空气的第一部分74和空气的第二部分76之间的比率通常称为旁通比。然后,随着空气的第二部分76通过(HP)压缩机34并进入燃烧区段36,空气76的压力增加,在燃烧区段36中空气76与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体78。
燃烧气体78被引导通过(HP)涡轮38,其中来自燃烧气体78的热能和/或动能的一部分经由联接到涡轮壳体的(HP)涡轮定子轮叶80和联接到(HP)轴44的(HP)涡轮转子叶片82的顺序级提取,从而导致(HP)轴44旋转,从而支持(HP)压缩机34的操作。然后将燃烧气体78引导通过(LP)涡轮40,其中经由联接到涡轮壳体的(LP)涡轮定子轮叶84和联接到(LP)轴46的(LP)涡轮转子叶片86的顺序级从燃烧气体78提取热能和动能的第二部分,从而导致(LP)轴46旋转,从而支持(LP)压缩机32的操作和/或风扇50的旋转。
燃烧气体78随后被引导通过涡轮机26的喷气排气喷嘴42以提供推进推力。同时,空气的第一部分74的压力在从燃气涡轮发动机20的风扇喷嘴排气区段88排出之前通过旁通气流通道68而显著增加,也提供推进推力。(HP)涡轮38、(LP)涡轮40和风扇喷嘴排气区段88至少部分地限定热气体路径90,用于引导燃烧气体78通过涡轮机26。
图3是图2所示的示例性燃气涡轮发动机20的一部分的示意图。图3以串行流动顺序示出了风扇区段24、(LP)压缩机32、(HP)压缩机34、燃烧区段36、(HP)涡轮38和(LP)涡轮40。图3进一步描绘了机舱62,包括旁通气流通道68和喷气排气喷嘴42。在示例性实施例中,如图3所示,燃气涡轮发动机20包括本文表示为系统100的尾迹减少或抑制系统100。系统100包括至少一个与喷气排气喷嘴42流体连通的热交换器102。
图4提供了根据本公开的各种实施方式的喷气排气喷嘴42的后端的前视图。如图4所示,热交换器102可以设置在喷气排气喷嘴42内的各种位置。例如,热交换器102可以定位在喷气排气喷嘴42的内部或沿着喷气排气喷嘴42的内壁92。在有多个热交换器102的实施例中,如图4所示,热交换器102可以沿着内壁周向间隔开。在其它实施例中,热交换器102或一个或多个热交换器102可定位在喷气排气喷嘴42的内壁的外侧。
图5提供了根据本公开的各种实施方式的示例性热交换器102的示意图。如图3和图5一起所示,热交换器102包括壳体104,壳体104具有废气入口106、废气出口108、冷凝水排放口110。热交换器102进一步包括流动室112,该流动室112限定在壳体104内并与废气入口106、废气出口108和冷凝水排放口110流体连通。废气入口106和废气出口108与喷气排气喷嘴42流体连通。
进一步如图3和图5一起所示,热交换器102还包括第一管道束114,该第一管道束114设置在壳体104内,更具体地,设置在流动室112内、在废气入口106下游。第一管道束114包括入口116和出口118。第一管道束114的入口116与第一冷却介质源120流体连接。
热交换器102还包括第二管道束122,第二管道束122设置在壳体104内,更具体地,设置在流动室112内、在第一管道束114下游和废气出口108上游。第二管道束122与第一管道束114流体隔离。第二管道束122包括入口124和出口126。第二管道束122的入口124与第二冷却介质源128流体连接。在特定实施例中,第二冷却介质源128包括机舱62和/或旁通气流通道68。
在某些实施例中,热交换器102包括一个或多个挡板130,或用于使从低压涡轮40流出的废气94流动平滑和/或产生湍流的其它装置。挡板130可具有多个穿孔,以在废气94流过它们时实现均匀的流动分布。挡板130设置在壳体104内,更具体地,设置在流动室112内。挡板130可提高热交换器102的热传递效率,但也可导致壳体104中的废气的压降略微增加。
在示例性实施例中,第一冷却介质源120包括低压压缩机、高压压缩机34或任何其他冷却介质源中的任何一个或任何组合,诸如但不限于燃气涡轮发动机20的辅助冷却或废热回收系统。在示例性实施例中,如图3所示,第一冷却介质源包括低压压缩机32,第一管道束114的入口116流体联接到低压压缩机32。
在示例性实施例中,如图3所示,第一管道束114的出口118流体联接到低压压缩机32。在其他实施例中,第一管道束114的出口118可以流体联接到低压压缩机32、高压压缩机34或燃气涡轮发动机的任何其他区域中的任何一个或任何组合。
在示例性实施例中,如图3和图5一起所示,用于提供第二冷却介质134的第二冷却介质源128包括旁通气流通道68。如图3所示,第二管道束122的出口126流体联接到旁通气流通道68。另外或可替代地,第二管道束122的出口126与喷气排气喷嘴42流体连通。
在示范性实施例中,如图3和图5一起所示,冷凝水排放口110可以流体联接到燃烧区段36、高压涡轮38和/或低压涡轮40中的至少一个。另外,或者在替代方案中,冷凝水排放口110可以流体地联接到存储箱136。存储箱136可以存储在飞行器上或安装在燃气涡轮发动机上。存储箱136可以是可移除的或硬安装的。
图6是根据本公开的示例性实施例的示例性热交换器202的示意性横截面图。在图6所示的示例性实施例中,热交换器202包括壳体204,壳体204具有废气入口206、废气出口208、冷凝水排放口210和与废气入口206、废气出口208和冷凝水排放口210流体连通的流动室212。废气入口206和废气出口208与燃气涡轮发动机20的喷气排气喷嘴42流体连通。在某些实施例中,热交换器202包括一个或多个挡板230,或用于使废气94流动平滑和/或产生湍流的其它装置。
管道束222设置在流动室212内、在废气入口206下游和废气出口208上游。管道束222包括入口224和出口226。管道束222的入口224和出口226流体连接到旁通气流通道68。冷凝水排放口210流体联接到燃烧区段36、高压涡轮38、低压涡轮40和存储箱236中的至少一个。存储箱可以被存储为燃气涡轮发动机20或飞行器10上。
如图4所示,热交换器202可以设置在喷气排气喷嘴42内的各种位置。例如,热交换器202可以定位在喷气排气喷嘴42的内部或沿着喷气排气喷嘴42的内壁92。在有多个热交换器202的实施例中,如图4所示,热交换器202可以沿内壁周向间隔开。在其它实施例中,热交换器202或一个或多个热交换器202可定位在喷气排气喷嘴42的内壁92的外侧。在示例性实施例中,系统100可以包括热交换器102和202的两个实施例。
在操作中,废气94从低压涡轮40流入喷气排气喷嘴42。至少一部分废气94被导入废气入口106和热交换器102的流动室112。从第一冷却介质源120向第一管道束114填充第一冷却介质132。废气94流过第一管道束114以降低第二管道束122上游的废气94的温度。从第二冷却介质源128向第二管道束122填充第二冷却介质134。在其他实施例中,流体泵(未示出)可以流体连接在第一冷却介质源120和第一管道束入口116之间,和/或第二冷却介质源128和第二管道束入口124之间,以提高第一和/或第二冷却介质132、134的流动压力。
冷却的废气94流过第二管道束122,从而使来自废气的湿气冷凝成水滴。水滴经由冷凝水排放口110流出壳体104/从壳体104排出。冷凝水138可收集在存储箱136中,喷射到燃烧区段36以帮助减少氮氧化物(NOx)排放,喷射到高压涡轮38和/或低压涡轮40以用于冷却目的,或在适当的高度或速度排放到大气而不会有助于尾迹形成。存储箱136可以连接到飞行器10上的水处理系统(未示出)或者安装到燃气涡轮发动机20。
存储箱136中的冷凝水可以在将纯化水送入飞行器10的机舱以用于洗手间、厨房等之前被引导至水处理系统。当飞行器10在地面上(例如在加油期间)时周期性地排出存储箱136中的未使用的冷凝水,或在适当的高度或速度排放到大气而不会有助于尾迹形成。
进一步方面由以下条项的主题提供:
一种尾迹抑制系统,包括壳体,该壳体具有废气入口、废气出口、冷凝水排放口和与废气入口、废气出口和冷凝水排放口流体连通的流动室。废气入口与燃气涡轮发动机的喷气排气喷嘴流体连通。第一管道束设置在流动室内、在废气入口下游。第一管道束包括入口和出口。第一管道束的入口流体连接到第一冷却介质源。第二管道束设置在流动室内、在第一管道束下游和废气出口上游。第二管道束包括入口和出口。第二管道束的入口流体连接到第二冷却介质源。
根据前述任一条项所述的尾迹抑制系统,其中第一冷却介质源包括燃气涡轮发动机的低压压缩机。
根据前述任一条项所述的尾迹抑制系统,其中第一管道束的出口流体联接到燃气涡轮发动机的低压压缩机。
根据前述任一条项所述的尾迹抑制系统,其中第一管道束的出口流体联接到燃气涡轮发动机的高压压缩机。
根据前述任一条项所述的尾迹抑制系统,其中第二冷却介质源包括燃气涡轮发动机的旁通气流通道。
根据前述任一条项所述的尾迹抑制系统,其中第二管道束的出口流体联接到燃气涡轮发动机的旁通气流通道。
根据前述任一条项所述的尾迹抑制系统,其中第二管道束的出口与喷气排气喷嘴流体连通。
根据前述任一条项所述的尾迹抑制系统,其中废气出口与喷气排气喷嘴流体连通。
根据前述任一条项所述的尾迹抑制系统,其中冷凝水排放口流体联接到燃气涡轮发动机的燃烧区段、高压涡轮、低压涡轮中的至少一个,并且流体联接到存储箱。
一种尾迹抑制系统,包括壳体,该壳体具有废气入口、废气出口、冷凝水排放口和与废气入口、废气出口和冷凝水排放口流体连通的流动室,其中废气入口和废气出口与燃气涡轮发动机的喷气排气喷嘴流体连通。管道束设置在流动室内、在废气入口下游和废气出口上游。管道束包括入口和出口,其中管道束的入口和出口流体连接到旁通气流通道,并且其中冷凝水排放口流体联接到燃烧区段、高压涡轮和低压涡轮中的至少一个并且流体联接到存储箱。
根据前述任一条项所述的尾迹抑制系统,其中燃气涡轮发动机可操作地联接到飞行器。
一种飞行器,包括燃气涡轮发动机,该燃气涡轮发动机包括喷气排气喷嘴、第一冷却介质源和第二冷却介质源以及尾迹抑制系统。尾迹抑制系统包括壳体,该壳体具有废气入口、废气出口、冷凝水排放口和与废气入口、废气出口和冷凝水排放口流体连通的流动室。废气入口与喷气排气喷嘴流体连通。第一管道束设置在流动室内、在废气入口下游。第一管道束包括入口和出口,其中第一管道束的入口流体连接到第一冷却介质源。第二管道束设置在流动室内、在第一管道束下游和废气出口上游。第二管道束包括入口和出口,第二管道束的入口流体连接到第二冷却介质源。
根据前述任一条项所述的飞行器,其中第一冷却介质源包括燃气涡轮发动机的低压压缩机。
根据前述任一条项所述的飞行器,其中第一管道束的出口流体联接到燃气涡轮发动机的低压压缩机。
根据前述任一条项所述的飞行器,其中第一管道束的出口流体联接到燃气涡轮发动机的高压压缩机。
根据前述任一条项所述的飞行器,其中第二冷却介质源包括燃气涡轮发动机的旁通气流通道。
根据前述任一条项所述的飞行器,其中第二管道束的出口流体联接到燃气涡轮发动机的旁通气流通道。
根据前述任一条项所述的飞行器,其中第二管道束的出口与喷气排气喷嘴流体连通。
根据前述任一条项所述的飞行器,其中废气出口与喷气排气喷嘴流体连通。
根据前述任一条项所述的飞行器,其中冷凝水排放口流体联接到燃气涡轮发动机的燃烧区段、高压涡轮和低压涡轮中的至少一个,并且其中冷凝水排放口流体联接到存储箱。
一种用于操作飞行器的方法,包括使废气从燃气涡轮发动机流入热交换器的流动室;用来自第一冷却介质源的第一冷却介质填充热交换器的第一管道束;用来自第二冷却介质源的第二冷却介质填充热交换器的第二管道束;以及从热交换器排出来自废气的冷凝水。
根据前述任一条项所述的用于操作飞行器的方法,进一步包括经由泵增加从第一冷却介质源到第一管道束的第一冷却介质的压力。
根据前述任一条项所述的用于操作飞行器的方法,进一步包括经由泵增加从第二冷却介质源到第二管道束的第二冷却介质的压力。
根据前述任一条项所述的用于操作飞行器的方法,进一步包括在存储箱中收集冷凝水。
根据前述任一条项所述的用于操作飞行器的方法,进一步包括将冷凝水喷射到燃气涡轮发动机的燃烧区段中。
根据前述任一条项所述的用于操作飞行器的方法,进一步包括将冷凝水喷射到燃气涡轮发动机的高压涡轮中。
根据前述任一条项所述的用于操作飞行器的方法,进一步包括将冷凝水喷射到燃气涡轮发动机的低压涡轮中。
根据前述任一条项所述的用于操作飞行器的方法,进一步包括将至少一部分冷凝水排放到大气中。
根据前述任一条项所述的用于操作飞行器的方法,进一步包括将冷凝水引导至存储箱。
根据前述任一条项所述的用于操作飞行器的方法,进一步包括将冷凝水从存储箱引导至飞行器上的水处理系统。
该书面描述使用示例来公开本公开,包括最佳模式,并且使得本领域技术人员能够实践该公开,包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定,并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其它示例包括与权利要求书的文字语言不存在差异的结构元件,或者如果它们包括与权利要求书的文字语言不存在实质性差异的等效结构元件,则这些其它示例旨在在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种尾迹抑制系统,其特征在于,包括:
壳体,所述壳体具有废气入口、废气出口、冷凝水排放口和与所述废气入口、所述废气出口和所述冷凝水排放口流体连通的流动室,其中所述废气入口与燃气涡轮发动机的喷气排气喷嘴流体连通;
第一管道束,所述第一管道束设置在所述流动室内、在所述废气入口的下游,其中所述第一管道束包括入口和出口,其中所述第一管道束的所述入口流体连接到第一冷却介质源;和
第二管道束,所述第二管道束设置在所述流动室内、在所述第一管道束的下游和所述废气出口的上游,其中所述第二管道束包括入口和出口,其中所述第二管道束的所述入口流体连接到第二冷却介质源。
2.根据权利要求1所述的尾迹抑制系统,其特征在于,其中,所述第一冷却介质源包括所述燃气涡轮发动机的低压压缩机。
3.根据权利要求1所述的尾迹抑制系统,其特征在于,其中,所述第一管道束的所述出口流体联接到所述燃气涡轮发动机的低压压缩机。
4.根据权利要求1所述的尾迹抑制系统,其特征在于,其中,所述第一管道束的所述出口流体联接到所述燃气涡轮发动机的高压压缩机。
5.根据权利要求1所述的尾迹抑制系统,其特征在于,其中,所述第二冷却介质源包括所述燃气涡轮发动机的旁通气流通道。
6.根据权利要求1所述的尾迹抑制系统,其特征在于,其中,所述第二管道束的所述出口流体联接到所述燃气涡轮发动机的旁通气流通道。
7.根据权利要求1所述的尾迹抑制系统,其特征在于,其中,所述第二管道束的所述出口与所述喷气排气喷嘴流体连通。
8.根据权利要求1所述的尾迹抑制系统,其特征在于,其中,所述废气出口与所述喷气排气喷嘴流体连通。
9.根据权利要求1所述的尾迹抑制系统,其特征在于,其中,所述冷凝水排放口流体联接到所述燃气涡轮发动机的燃烧区段、高压涡轮和低压涡轮中的至少一个,并且其中,所述冷凝水排放口流体联接到存储箱。
10.一种尾迹抑制系统,其特征在于,包括:
壳体,所述壳体具有废气入口、废气出口、冷凝水排放口和与所述废气入口、所述废气出口和所述冷凝水排放口流体连通的流动室,其中所述废气入口和所述废气出口与燃气涡轮发动机的喷气排气喷嘴流体连通;
管道束,所述管道束设置在所述流动室内、在所述废气入口的下游和所述废气出口的上游,所述管道束包括入口和出口,其中所述管道束的所述入口和所述出口流体连接到旁通气流通道;和
其中,所述冷凝水排放口流体联接到燃烧区段、高压涡轮和低压涡轮中的至少一个并且流体联接到存储箱。
CN202310830736.0A 2022-07-08 2023-07-07 尾迹抑制系统 Pending CN117365749A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/860,445 US11815030B1 (en) 2022-07-08 2022-07-08 Contrail suppression system
US17/860,445 2022-07-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117365749A true CN117365749A (zh) 2024-01-09

Family

ID=87070743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310830736.0A Pending CN117365749A (zh) 2022-07-08 2023-07-07 尾迹抑制系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11815030B1 (zh)
EP (1) EP4303414A1 (zh)
CN (1) CN117365749A (zh)

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3517505A (en) 1962-11-13 1970-06-30 Us Air Force Method and apparatus for suppressing contrails
US5269135A (en) * 1991-10-28 1993-12-14 General Electric Company Gas turbine engine fan cooled heat exchanger
US7334411B2 (en) * 2004-04-21 2008-02-26 General Electric Company Gas turbine heat exchanger assembly and method for fabricating same
GB0608859D0 (en) 2006-05-05 2006-06-14 Rolls Royce Plc A gas turbine engine
US7870717B2 (en) 2006-09-14 2011-01-18 Honeywell International Inc. Advanced hydrogen auxiliary power unit
US8492736B2 (en) 2010-06-09 2013-07-23 Lam Research Corporation Ozone plenum as UV shutter or tunable UV filter for cleaning semiconductor substrates
CH703770A1 (de) 2010-09-02 2012-03-15 Alstom Technology Ltd Verfahren zum spülen der abgasrezirkulationsleitungen einer gasturbine.
US9766019B2 (en) * 2011-02-28 2017-09-19 Pratt & Whitney Canada Corp. Swirl reducing gas turbine engine recuperator
JP5931827B2 (ja) * 2013-09-25 2016-06-08 三菱重工業株式会社 クアトロ・ジェネレーションシステム
US10054051B2 (en) * 2014-04-01 2018-08-21 The Boeing Company Bleed air systems for use with aircraft and related methods
GB2524772B (en) 2014-04-02 2016-07-13 Rolls Royce Plc Aircraft vapour trail control system
US20160061060A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-03 General Electric Company Combined cycle power plant thermal energy conservation
KR102142849B1 (ko) * 2015-03-31 2020-08-10 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤 보일러, 이것을 구비하는 증기 발생 플랜트, 및 보일러의 운전 방법
GB2539874A (en) 2015-06-22 2017-01-04 Rolls Royce Plc Aircraft vapour trail control system
GB2531629B (en) * 2015-08-04 2017-01-11 Latif Qureshi Masood A device to suppress contrail formation
US10364750B2 (en) 2017-10-30 2019-07-30 General Electric Company Thermal management system
DE102018203159B4 (de) 2018-03-02 2021-05-06 MTU Aero Engines AG Reduktion von Kondensstreifen beim Betrieb von Fluggeräten
US11378341B2 (en) * 2020-01-03 2022-07-05 Raytheon Technologies Corporation Gas turbine engine heat exchanger for annular flowpaths
US11480103B2 (en) * 2020-01-17 2022-10-25 Raytheon Technologies Corporation Supercritical CO2 cycle for gas turbine engines using partial core exhaust flow
DE102021201629A1 (de) 2020-08-05 2022-02-10 MTU Aero Engines AG Abgasbehandlungsvorrichtung für ein flugtriebwerk
CN113184196A (zh) 2021-05-14 2021-07-30 南京航空航天大学 一种固定翼飞机综合环控系统
CN113864052B (zh) 2021-09-26 2022-11-01 珠海格力电器股份有限公司 发动机余热回收系统及控制方法、发动机组件和飞行器

Also Published As

Publication number Publication date
EP4303414A1 (en) 2024-01-10
US11815030B1 (en) 2023-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6496704B2 (ja) 熱管理システム
CN110005529B (zh) 热管理系统
US8876465B2 (en) Gas turbine engine
US9500129B2 (en) Turboshaft engines having improved inlet particle scavenge systems and methods for the manufacture thereof
US11306658B2 (en) Cooling system for a turbine engine
US12025015B2 (en) Cleaning system and a method of cleaning
CN115306562A (zh) 混合推进系统
CN111237059A (zh) 废热回收系统
CN109424440A (zh) 燃气涡轮发动机及其一个或多个部件的冷却和加压方法
JP2011085141A (ja) ガスタービンエンジン温度調節冷却流
CN106979077B (zh) 用于离心泵的方法和系统
CN115788679B (zh) 废热回收系统
US11815030B1 (en) Contrail suppression system
US11674438B1 (en) Thermal management system
US12037943B2 (en) Waste heat recovery system
US20240318577A1 (en) Compressor with anti-ice inlet
CN117780906A (zh) 用于涡轮风扇发动机的齿轮箱冷却
CN117846786A (zh) 用于燃气涡轮发动机的联轴器
CN117644977A (zh) 用于以氢为燃料的飞行器的防冰系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination