CN117469028A - 热管理系统 - Google Patents

Abstract

一种燃气涡轮发动机的热管理系统，该热管理系统包括：热传输总线，其被配置为具有流过其中的热交换流体并且包括泵，该泵包括多个轴承；与多个轴承热连通的辅助热总线；和与辅助热总线热连通的辅助热交换器。

Description

热管理系统

技术领域

本公开涉及一种用于燃气涡轮发动机的热管理系统及其操作方法。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括入口、风扇、一个或多个压缩机、燃烧器和至少一个涡轮。压缩机压缩被输送到燃烧器的空气，在燃烧器中它与燃料混合。然后点燃混合物以产生热燃烧气体。燃烧气体被输送到涡轮，涡轮从燃烧气体中提取能量，为压缩机提供动力，并产生有用功来推动飞行中的飞行器或为负载(例如发电机)提供动力。

附图说明

在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本公开的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其中：

图1是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的横截面图。

图2是根据本公开的示例性实施例的热管理系统的简化示意图。

图3是根据本公开的另一个示例性实施例的热管理系统的简化示意图。

图4是根据本公开的示例性方面的用于操作燃气涡轮发动机的热管理系统的方法的流程图。

图5是可在热管理系统内使用的示例性控制器的一个实施例的框图。

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。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似的标号已用于指代本公开的相似或类似的部分。

本文使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或有利于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。

如本文所使用的，术语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，并且“下游”是指流体向其流动的方向。

如本文所使用的，术语“第一”和“第二”可互换使用以将一个部件与另一个部件区分开来并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。

除非本文另有规定，否则术语“联接”、“固定”、“附接”等指直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接。

除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代。

出于下文描述的目的，术语“下部”、“底部”、“纵向”及其派生词应与实施例相关，因为它们在附图中定向。然而，应当理解，实施例可以采取各种替代变型，除非明确指出相反的情况。还应当理解，附图中示出的以及下面的说明书中描述的具体装置仅仅是本公开的示例性实施例。因此，与本文公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特性不应被视为限制。

在例如“A、B和C中的至少一个”的上下文中，术语“至少一个”是指仅A、仅B、仅C、或A、B和C的任意组合。

在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有说明，否则此类范围被识别并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以相互独立地组合。

术语“涡轮机”是指包括一起产生扭矩输出的一个或多个压缩机、产热区段(例如，燃烧区段)以及一个或多个涡轮的机器。

术语“燃气涡轮发动机”是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。

术语“燃烧区段”是指用于涡轮机的任何热添加系统。例如，术语燃烧区段可指包括爆燃燃烧组件、旋转爆震燃烧组件、脉冲爆震燃烧组件或其他适当的热添加组件中的一个或多个的区段。在某些示例实施例中，燃烧区段可包括环形燃烧器、罐式燃烧器、管式燃烧器、驻涡燃烧器(TVC)、或其他适当的燃烧系统、或它们的组合。

一般而言，在燃气涡轮发动机的操作期间，各种系统可产生相对大量的热量。燃气涡轮发动机的热管理系统可从这些系统中的一个或多个收集热量，以将此类系统的温度维持在可接受的操作范围内。热管理系统可以通过一个或多个热交换器去除或排出这样的热量。

本公开的各方面提出了一种热管理系统，其包括与热管理系统的泵的多个轴承热连通的二次冷却管线，例如下面描述的辅助热总线。辅助热总线可以与热传输总线共享相同的热交换流体，例如通过泵上游的阀，该阀被配置为允许通过其进行期望的流体连通。尽管流过热传输总线的热交换流体的温度相对较高，但是流过辅助热总线的热交换流体的温度允许泵的期望的冷却、热衰减或热传递。

此外，本公开的各方面提出了一种操作燃气涡轮发动机的热管理系统的方法。通过热管理系统的泵在辅助热总线内产生热交换流体的流。该泵与辅助热总线流体连通并且包括多个轴承。辅助热总线中的热交换流体通过辅助热交换器被冷却并且随后被提供至多个轴承。以这种方式，热传输总线可以在更宽范围的泵入口温度下操作，因为热传输总线能力通常可以由泵的多个轴承的能力来设定。

所公开的热管理系统和操作方法的优点包括改进的热管理系统的尺寸和功率密度以及改进的泵的可靠性和能力。

现在参考附图，其中在所有附图中相同的附图标记表示相同的元件，图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。更具体地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是高旁通涡轮风扇喷气发动机，在本文中被称为“涡轮风扇发动机10”。如图1所示，涡轮风扇发动机10限定轴向方向A(平行于供参考的纵向中心线12延伸)和径向方向R。通常，涡轮风扇发动机10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的涡轮机16。

所示的示例性涡轮机16大体包括限定环形入口20的基本管状的外壳体18。外壳体18以串联流动关系包围压缩机区段，其包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷射排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或线轴34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或线轴36将LP涡轮30驱动地连接到LP压缩机112。

对于所示的实施例，风扇区段14包括变桨距风扇38，其具有以间隔开的方式联接至盘42的多个风扇叶片40。如图所示，风扇叶片40大体沿着径向方向R从盘42向外延伸。凭借可操作地联接到合适的致动构件44的风扇叶片40，每个风扇叶片40可相对于盘42绕桨距轴线P旋转，致动构件44被配置成共同地一致地改变风扇叶片40的桨距。风扇叶片40、盘42和致动构件44跨动力齿轮箱46通过LP轴36一起绕纵向中心线12旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，用于将LP轴36的转速降至更有效的风扇转速。

仍参考图1的示例性实施例，盘42被机舱48覆盖，机舱48具有空气动力学轮廓，以促进气流通过多个风扇叶片40。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外部机舱50，其周向地围绕风扇38或涡轮机16的至少一部分。机舱48由多个周向间隔开的出口导向轮叶52相对于涡轮机16被支撑。此外，机舱48在涡轮机16的外部分上方延伸，以便在其间限定旁通气流通道56。

在燃气涡轮发动机10的操作期间，一定体积的空气58通过机舱48和/或风扇区段14的相关入口60进入燃气涡轮发动机10。随着一定体积的空气58穿过风扇叶片40，如箭头62所示的空气58的第一部分被引导或导向进入旁通气流通道56，如箭头64所示的空气58的第二部分被引导或导向进入LP压缩机22。空气的第一部分62和空气的第二部分64之间的比率通常被称为旁通比。然后，随着空气的第二部分64被引导通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧区段26，空气的第二部分64的压力增加，在燃烧区段26中，空气的第二部分64与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。随后，燃烧气体66被引导通过HP涡轮28和LP涡轮30，在那里从燃烧气体66提取一部分热能或动能。

然后燃烧气体66被引导通过涡轮机16的喷射排气喷嘴区段32以提供推进推力。同时，随着空气的第一部分62在从涡轮风扇发动机10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被引导通过旁通气流通道56，空气的第一部分62的压力显著增加，也提供推进推力。

此外，如示意性地描绘的，示例性涡轮风扇发动机10进一步包括各种辅助系统，以辅助涡轮风扇发动机10或包括涡轮风扇发动机10的飞行器的操作。例如，示例性涡扇发动机10还包括主润滑系统78，该主润滑系统配置成向例如压缩机区段(包括LP压缩机22和HP压缩机24)、涡轮机区段(包括HP涡轮28和LP涡轮30)、HP线轴34、LP线轴36和动力齿轮箱46中的各种轴承和齿轮啮合提供润滑剂。由主润滑系统78提供的润滑剂可以增加这些部件的使用寿命，并且可以从这些部件去除一定量的热量。此外，涡轮风扇发动机10包括压缩机冷却空气(CCA)系统80，用于将来自HP压缩机24或LP压缩机22中的一者或两者的空气提供给HP涡轮28或LP涡轮30中的一者或两者。此外，示例性涡轮风扇发动机10包括主动热间隙控制(ACC)系统82，用于冷却涡轮区段的壳体，以在各种发动机操作条件下将各种涡轮转子叶片和涡轮壳体之间的间隙保持在期望范围内。此外，示例性涡轮风扇发动机10包括发电机润滑系统84，用于向电子发电机提供润滑以及为电子发电机提供冷却/排热。电子发电机可以向例如用于涡轮风扇发动机10的启动电动机或涡轮风扇发动机10的各种其它电子部件或包括涡轮风扇发动机10的飞行器提供电力。

还如示意性地描绘的，示例性涡轮风扇发动机10驱动或启用例如用于包括示例性涡轮扇发动机10的飞行器的各种其他附件系统。例如，示例性涡轮风扇发动机10将压缩空气从压缩机区段提供给环境控制系统(ECS)86。ECS86可以向飞行器的机舱提供空气供应，用于加压和热控制。此外，空气可以从示例性涡轮风扇发动机10提供到电子冷却系统88，用于将涡轮风扇发动机10或飞行器的某些电子部件的温度保持在期望范围内。

传统的涡轮风扇发动机10或飞行器包括用于这些附件系统中的每一个的单独的热交换器，以从此类系统中的空气或润滑中去除热量。然而，本公开的各方面包括热管理系统100(参见图2)，用于从一些或所有这样的附件系统传递热量以更有效地去除这样的热量或利用这样的热量。

然而，应当理解，图1所示的示例性涡轮风扇发动机10仅作为示例，并且在其他示例性实施例中，本公开的各方面可以附加地或替代地应用于任何其他合适的燃气涡轮发动机。例如，在其他示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可以替代地是任何其他合适的航空燃气涡轮发动机，例如涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机等。此外，在又一些示例性实施例中，示例性涡轮风扇发动机10可以包括或可操作地连接至任何其他合适的附件系统。附加地或替代地，示例性涡轮风扇发动机10可以不包括或者可操作地连接到上面讨论的一个或多个附件系统。

现在参照图2，提供了根据本公开的示例性实施例的热管理系统100的示意性流程图，该热管理系统100至少部分地并入图1的示例性涡轮风扇发动机10中。

如所示的，热管理系统100通常包括热传输总线102。热传输总线102包括流过其中的热交换流体(未示出)并且可以由一个或多个合适的流体管道形成。热交换流体可以是具有高于其临界点的温度和压力的超临界流体。泵162被设置为与热传输总线102中的热交换流体流动连通。泵162被设置为与热传输总线102中的热交换流体流动连通，用于在热传输总线102内或通过热传输总线102产生热交换流体的流。如图2所示，泵162可以产生大致沿顺时针方向通过热传输总线102的热交换流体的流。泵162可以是包括叶轮的旋转泵，或者可替代地可以是任何其他合适的流体泵。另外，泵162可以由电动机提供动力，或者可替代地可以与例如涡轮风扇发动机10的HP轴34或LP轴36机械连通并由其提供动力。在又一些实施例中，泵162可以由辅助涡轮提供动力，该辅助涡轮又可以由来自燃气涡轮发动机的压缩机区段的排出空气提供动力，热管理系统100结合在该燃气涡轮发动机中。

此外，示例性热管理系统100包括与热传输总线102中的热交换流体热连通的一个或多个热源交换器106。具体地，所示的热管理系统100包括多个热源交换器106。多个热源交换器106配置成将热量从涡轮风扇发动机10的一个或多个附件系统(或与涡轮风扇发动机10可操作地连通)传递至热传输总线102中的热交换流体。例如，在某些示例性实施例中，多个热源交换器106可包括以下中的一个或多个：主润滑系统78热交换器，其用于传递来自主润滑系统78的热量；CCA系统热源交换器，其用于传递来自CCA系统80的热量；ACC系统热源交换器，其用于传递来自ACC系统82的热量；发电机润滑系统热源交换器，其用于传递来自发电机润滑系统84的热量；ECS热交换器，其用于传递来自ECS86的热量；电子冷却系统热交换器，其用于传递来自电子冷却系统88的热量；蒸气压缩系统热交换器；空气循环系统热交换器；以及辅助系统热源交换器。举例来说，辅助系统热源交换器可被配置为传递来自雷达系统、防御系统、乘客娱乐系统等中的一个或多个的热量。因此，根据图2的示例性实施例的热管理系统100可以将来自各种独立系统的热量传递到热传输总线102中的热交换流体，以便移除。

对于所示的实施例，存在三个热源交换器106，这三个热源交换器106中的每一个都沿热传输总线102以串联流动布置。然而，在其他示例性实施例中，可以包括任何其他合适数量的热源交换器106，并且一个或多个热源交换器106可以沿着热传输总线102以并联流动布置。例如，在其他实施例中，可以存在与热传输总线102中的热交换流体热连通的单个热源交换器106，或者可替代地，可以存在与热传输总线102中的热交换流体热连通的至少两个热源交换器106、至少四个热源交换器106、至少五个热源交换器106或者至少六个热源交换器106。

另外，图2的示例性热管理系统100还包括一个或多个散热器交换器108，其永久地或选择性地与热传输总线102中的热交换流体热连通。一个或多个散热器交换器108位于多个热源交换器106的下游，并且被配置用于将热量从热传输总线102中的热交换流体传递到例如大气、燃料、风扇流等。例如，在某些实施例中，一个或多个散热器交换器108可以包括RAM热交换器、燃料热交换器、风扇流热交换器、排出空气热交换器、发动机中间冷却器或空气循环系统的冷空气输出中的至少一个。RAM热交换器可以被配置为“空气-热交换流体”热交换器，该热交换器集成到涡轮风扇发动机10或包括涡轮风扇发动机10的飞行器中的一者或两者中。在操作期间，RAM热交换器可以通过使一定量的RAM空气流过RAM热交换器来从其中的任何热交换流体移除热量。此外，燃料热交换器是“流体-热交换流体”热交换器，其中来自热交换流体的热量被传递到涡轮风扇发动机10的液体燃料流。此外，风扇流热交换器通常是“空气-热交换流体”热交换器，其流过热交换流体，例如使空气绕过热交换流体以从热交换流体中去除热量。此外，排出空气热交换器通常是“空气-热交换流体”热交换器，其例如使来自LP压缩机22的排出空气流过热交换流体，以从热交换流体去除热量。

对于图2的实施例，所示的热管理系统100的一个或多个散热器交换器108包括多个单独的散热器交换器108。更具体地，对于图2的实施例，一个或多个散热器交换器108包括串联布置的三个散热器交换器108。三个散热器交换器108被配置为RAM热交换器、燃料热交换器和风扇流热交换器。然而，在其他示例性实施例中，一个或多个散热器交换器108可包括任何其他合适数量的散热器交换器108。例如，在其他示例性实施例中，可以设置单个散热器交换器108、可以设置至少两个散热器交换器108、可以设置至少四个散热器交换器108、或可以设置至少五个散热器交换器108。另外，在又一示例性实施例中，一个或多个散热器交换器108中的两个或多个可替代地布置成彼此并联流动。

仍然参考图2所示的示例性实施例，多个散热器交换器108选择性地与热传输总线102中的热交换流体热连通。更具体地，所描绘的热管理系统100包括多个旁通管线110，用于选择性地绕过多个散热器交换器108中的每个散热器交换器108。每个旁通管线110在上游接合点112和下游接合点114之间延伸。上游接合点112正好位于相应的散热器交换器108的上游，而下游接合点114正好位于相应的散热器交换器108的下游。此外，每个旁通管线110在相应的上游接合点112处经由三通散热器阀116与热传输总线102汇合。三通散热器阀116中的每一个都包括与热传输总线102流体连接的入口、与热传输总线102流体连接的第一出口以及与旁通管线110流体连接的第二出口。三通散热器阀116中的每一个可以是可变流量三通阀，使得三通散热器阀116可以改变从入口到第一或第二出口的流量。例如，三通散热器阀116可以被配置用于提供从入口到第一出口的在百分之零(0％)和百分之一百(100％)之间的任何量的热交换流体，并且类似地，三通散热器阀116可以被配置用于提供从入口到第二出口的在百分之零(0％)和百分之一百(100％)之间的任何位置的热交换流体。

值得注意的是，三通散热器阀116可与涡轮风扇发动机10或包括涡轮风扇发动机10的飞行器的控制器可操作地连通。控制器可以基于例如涡轮风扇发动机10或飞行器的操作条件、热交换流体的温度或任何其他合适的变量来绕过一个或多个散热器交换器108中的一个或多个。可替代地，控制器可以基于用户输入绕过一个或多个散热器交换器108中的一个或多个。

与传统系统相比，图2的热管理系统100可以更有效地从涡轮风扇发动机10或飞行器的各种附件系统去除热量。例如，各种附件系统可根据涡轮风扇发动机10或飞行器的各种操作条件产生变化量的热量。然而，并非所有附件系统都限定相同的热模式(例如，并非所有附件系统同时加热和冷却)。例如，主润滑系统78在涡轮风扇发动机10的高负载条件期间可能需要最大量的热量去除。然而，相比之下，ECS86可能在高空飞行期间需要最大量的热量去除。因此，通过集成各种不同附件系统的热量去除，可能需要更少的热交换器来去除所期望量的热量，或者可能需要更小的热交换器来去除所期望量的热量。

此外，由于与热传输总线102中的热交换流体选择性热连通的各种散热器交换器108(或下面讨论的表面热交换模块136)的配置，可以以更有效的方式从各种附件系统中去除热量。例如，当可能需要从热交换流体中去除相对少量的热量时，可以使用最有效的散热器交换器108(或下面讨论的表面热交换模块136)，而绕过其他散热器交换器。然而，当可能需要从热交换流体中去除相对大量的热量时，也可以使用附加的散热器交换器108(或下面讨论的表面热交换模块136)。

此外，在包括具有旁通能力的多个散热器交换器108(或下面讨论的表面热交换模块136)的示例性实施例中，例如，附加的散热器交换器108(或下面讨论的表面热交换模块136)具有增加热管理系统100冗余的优点。例如，在散热器交换器108中的一个或多个或热传输总线102的相关部分发生故障的情况下，热交换流体可以绕过这种故障进行引导，并且热管理系统100可以继续提供至少一些热量去除。

仍然参照图2，所示的示例性热管理系统100被配置为使用超临界热交换流体。然而，应当理解，在其他实施例中，热管理系统100改为使用相变流体。对于这样的实施例，热管理系统100可以包括用于压缩热传输总线102中的热交换流体的压缩机，以及用于使热传输总线102中的热交换流体膨胀的膨胀装置。压缩机可以在热源交换器106下游和一个或多个散热器交换器108上游的位置处选择性地与热交换流体流体连通。相比之下，膨胀装置可以在一个或多个散热器交换器108下游和热源交换器106上游位置处选择性地与热交换流体流体连通。在这样的示例性实施例中，压缩机可以由例如电动机驱动，或者可替换地可以与涡扇发动机10的旋转部件(例如HP轴34或LP轴36)机械连通并由其驱动。值得注意的是，利用这样的配置，一个或多个散热器交换器108(或下面讨论的表面热交换模块136)将充当冷凝器，并且多个热源交换器106将充当蒸发器。这样的配置可以允许从各种热源交换器106有效地去除热量，并将热量传递到一个或多个散热器交换器108(或表面热交换模块136)。还应当理解，在某些示例性实施例中，膨胀装置可以用作动力产生装置，其被配置为从穿过其中的热交换流体的流产生旋转动力。

此外，图2的示例性热管理系统100还包括燃料冷却器144，燃料冷却器144在多个热源交换器106上游和一个或多个散热器交换器108下游的位置处选择性地与热传输总线102中的热交换流体热连通。燃料冷却器144可配置成从涡轮风扇发动机10的燃料去除热量，以帮助将燃料维持在期望的温度范围内。与图2的热管理系统100的各种其他部件一样，热管理系统100还包括用于选择性地绕过燃料冷却器144的燃料冷却器旁通管线146和三通燃料冷却器旁通阀148。三通燃料冷却器旁通阀148位于上游接合点150处，并且流体连接热传输总线102和燃料冷却器旁通管线146。燃料冷却器旁通阀148可以是以与上述示例性三通散热器阀116基本相同的方式配置的可变流量三通阀，用于绕过相应的散热器交换器108的操作。

此外，图2的示例性热管理系统100包括用于对飞行器或涡轮风扇发动机10的某些部件进行加热或除冰的特征。具体地，示例性热管理系统100包括表面热交换模块136，其在一个或多个热源交换器106下游的位置处与热传输总线102中的热交换流体热连通,用于将热量从热交换流体传递到涡扇发动机10或飞行器的一个或多个部件的表面。对于所描绘的实施例，表面热交换模块136也位于一个或多个散热器交换器108的上游。然而，在其他实施例中，表面热交换模块136可以替代地位于一个或多个热源交换器106下游的任何合适的位置。例如，在其他实施例中，表面热交换模块136可以位于泵162的上游，或者可替代地可以位于一个或多个散热器交换器108的下游。

然而，应当理解，热管理系统100仅以示例的方式提供，并且在其他示例性实施例中，热管理系统100可以以任何其他合适的方式配置。例如，在其他示例性实施例中，热管理系统100可以不包括图2中描绘的某些其他部件，例如燃料冷却器144。此外，在又一些其他实施例中，热管理系统100可以被配置为专用的表面热交换热管理系统100。因此，在这种配置中，热管理系统100可以不包括与热传输总线102中的热交换流体热连通的一个或多个散热器交换器108，并且相反，表面热交换模块136可以被配置为用于从热传输总线102中的热交换器流体移除热量的主要装置。

现在参照图3，提供了根据本公开的另一个示例性实施例的热管理系统201的简化示意图。图3的示例性热管理系统100可以以与图2的示例性热管理系统100类似的方式配置。

示例性热管理系统201包括热传输总线102、泵250、辅助热总线200和辅助热交换器202。热传输总线102具有流过其中的热交换流体(未示出)。泵250与热传输总线102流体连通并且被配置成在热传输总线102中产生热交换流体的流。如上所述，应当理解，热交换流体可以是温度和压力高于其临界点的超临界流体。泵250可以结合到类似于图2的示例性热管理系统100的热管理系统201中(例如，作为泵162)，或者可以结合到任何其他合适的热管理系统中。

应当理解，示例性泵250被配置为超临界泵，其可操作以产生处于超临界相的热交换流体的流。更具体地，泵250可以在适合于超临界流体的压力下产生热交换流体的流。例如，泵250可以产生压力高达10,000psi、例如高达2,000psi、例如高达5,000psi的热交换流体的流。

更具体地，泵250限定入口258和出口260并且包括多个轴承252、电机262、轴264、叶轮256和包围这些部件的外壳266。

电机262通常包括联接到轴264的转子254和定子268。对于所示的实施例，定子268安装到外壳266。电机262可以以任何合适的方式配置用于将电力转换成机械动力。例如，电机可以被配置为可操作以利用交流(AC)电力的异步或感应电机。替代地，电机可以被配置为可操作以利用AC电力或直流(DC)电力的同步电机。以这种方式，应当理解，定子、转子或两者通常可以包括以任何合适数量的相布置的多个线圈或绕组、一个或多个永磁体、一个或多个电磁体等中的一个或多个。

在操作期间，电力可通过入口电力线(未示出)提供给电机262以驱动电机262并旋转转子254，转子254又可旋转轴264和叶轮256以在由泵250通过入口258接收并提供至出口260的热交换流体的流中产生压力升高。

多个轴承252可被配置为支撑轴264相对于外壳266的旋转。尽管未示出，多个轴承252可通过一个或多个支撑构件接地至外壳266。多个轴承252可被配置为滚子轴承、滚珠轴承、圆锥滚子轴承或能够支撑轴264在外壳266内旋转的任何其他合适类型的轴承。

更具体地，辅助热总线200与多个轴承252热连通并且被配置为向多个轴承252提供热交换流体。附加地，辅助热总线200与转子254和叶轮256流体连通。

一般而言，在热管理系统201的操作条件期间，多个轴承252设定热传输总线102的操作温度。热传输总线102的操作温度可被设定为多个轴承252的最大操作温度。多个轴承252的最大操作温度是指多个轴承252可以暴露于而不会过早磨损的最大操作温度。应当理解，多个轴承252可以是由具有合适的最大操作温度的任何合适的材料(例如，金属或陶瓷)制成的任何合适类型的轴承(例如，滚子轴承或滚珠轴承)。例如，多个轴承252可以是由具有750华氏度的最高操作温度的钢制成的多个滚珠轴承。更具体地，热管理系统201包括阀280，阀280被配置成选择性地将辅助热总线200或泵250流体连接至热传输总线102。在所示的示例性实施例中，辅助热总线200在泵250上游的位置处与热传输总线102流体连通。附加地，辅助热总线200与泵250的出口260流体连通，并且与辅助热交换器202热连通。辅助热交换器202被配置为从辅助热总线200中的热交换流体移除热量。

在所描绘的示例性实施例中的热管理系统201的操作条件期间，热交换流体在泵250上游的位置处从热传输总线102流入辅助热总线200。然后辅助热交换器202移除来自热交换流体的热量。热交换流体在热传输总线102中时限定第一平均温度。此外，热交换流体在辅助热交换器202的下游和泵250的上游(例如多个轴承252的上游)的位置处在辅助热总线200中时限定第二平均温度。第二平均温度低于第一平均温度。辅助热总线200向多个轴承252提供限定第二平均温度的热交换流体。更具体地，辅助热总线200包括第一出口管线282和第二出口管线284，其被配置为向多个轴承252提供热交换流体。第一出口管线282从辅助热交换器202延伸到轴承252，第二出口管线284从辅助热交换器202延伸通过定子268并到转子254和轴264。热交换流体然后从多个轴承252流到叶轮256、出口260或两者。

应当理解，示例性实施例的辅助热总线200被配置为再循环回路。在所示的示例性实施例中，辅助热总线200相应地包括返回管线286，该返回管线286被配置为将从多个轴承252流动的热交换流体再循环到辅助热交换器202上游的位置。

此外，所示示例性实施例的辅助热总线200与泵250一体形成。

应当理解，示例性实施例的辅助热总线200仅通过示例的方式提供。例如，在替代示例性实施例中，辅助热总线200可以联接到泵250。

在所示的示例性实施例中，热管理系统201还包括控制器257，控制器257可操作地联接至阀280并且可被配置为实施下面的方法。示例性控制器257被配置成接收从传感器(例如传感器412)感测的数据，并且基于接收到的数据对热管理系统201做出控制决策。

附加地或替代地，泵250可包括第二辅助热交换器270(以虚线示出)。第二辅助热交换器270将热量添加至辅助热总线200中的热交换流体。应当理解，第二辅助热交换器270可用于促进泵250的启动。例如，第二辅助热交换器270可以将热量添加至辅助热总线200中的热交换流体。热交换流体然后可以在启动操作条件期间被提供给泵250的多个轴承252。热交换流体可以将多个轴承252的温度升高到多个轴承252的操作温度。

此外，辅助热总线200可以不是再循环回路。例如，辅助热总线200可以包括开环热交换器流体返回路径288(以虚线示出)。开环热交换器流体返回路径288可配置成将热交换流体提供至出口260。应当理解，开环热交换器流体返回路径288可代替上述返回管线286，或者可以是除了返回管线286之外的。

附加地，如图3所示，泵250限定包围多个轴承252的腔271。另外，泵250(并且更具体地，泵250的外壳266)限定了多个液体排放开口273，这些液体排放开口与腔271流体连通并且定位在外壳266的底部267上。底部267指的是在正常安装取向上的外壳266的下部40％。应当理解，“正常安装取向”是指泵250的安装取向，使得泵在操作条件期间是可操作的。在诸如怠速操作条件的操作条件期间，提供给多个轴承252的热交换器流体可以冷却并将相从气相改变为液相。结果，处于液相的热交换器流体可以聚集在叶轮256周围。在诸如启动操作条件的操作条件期间，在叶轮256周围的处于液相的热交换器流体的积聚可能是不希望的，因为它可能在叶轮256上产生不平衡。然而，包括液体排放开口273可以允许已经积聚的处于液相的热交换流体从泵250排出，更具体地，从叶轮256周围排出，通过腔271，并从液体排放开口273排出。

现在参照图4，提供了用于操作燃气涡轮发动机的热管理系统100的方法300的流程图。在至少某些示例性实施例中，方法300可用于操作上面参考图1至图3描述的示例性热管理系统100中的一个或多个。例如，热管理系统100通常可以包括热传输总线102、泵250、辅助热总线200和辅助热交换器202。此外，方法300可以由一个或多个控制器来实现，例如使用图5中所示并在下面描述的示例性计算系统400。

方法300通常包括在(302)处操作燃气涡轮发动机以启动燃气涡轮发动机。在(302)处操作燃气涡轮发动机以启动燃气涡轮发动机可以包括用起动机(例如起动机马达/发电机或气动起动机)加速燃气涡轮发动机；一旦燃气涡轮发动机的转速达到起燃速度，就启动到燃气涡轮发动机的燃烧区段的燃料流；以及将燃气涡轮发动机从起燃速度加速到怠速。

方法300还包括在(304)处接收指示热管理系统的泵的多个轴承的状态的数据，并且更具体地，对于所描述的示例性方面，在(304)处接收指示多个轴承的状态的数据包括在(306)处使用诸如传感器412之类的传感器来接收指示多个轴承的状态的数据。对于图4的示例性方面，多个轴承252的状态包括多个轴承252的操作温度。对于所描述的示例性方面，诸如热管理系统100的传感器412之类的传感器是温度传感器。

仍然参照图4，方法300包括在(308)处启动热管理系统的泵。对于所描述的示例性方面，启动热管理系统的泵包括在(310)处在热传输总线中产生热交换流体的流。此外，应当理解，对于所描述的示例性方面，在(308)处启动热管理系统的泵包括在(312)处响应于在(304)处接收指示热传输总线的状态的数据(例如响应于接收指示多个轴承已经达到操作温度的数据)而启动热管理系统的泵。

应当理解，在(304)处接收的数据可能不是多个轴承的操作温度的直接感测数据。例如，尽管未示出，但方法300可以包括基于在(304)处接收的数据来确定热交换流体的相的一个或多个介入步骤，包括例如执行计算、比较或模型以确定指示热交换流体的相的数据。通过这样的示例性方面，在(312)处响应于接收指示热传输总线的状态的数据而启动热管理系统的泵可以包括响应于接收指示热传输总线的状态的数据来启动冷管理系统的泵，并且通过(例如使用计算、比较或模型)一个或多个介入步骤来确定指示多个轴承的操作温度的数据。

此外，方法300包括在(314)处用辅助热交换器来冷却辅助热总线内的热交换流体。热交换流体在热传输总线中时限定第一平均温度，而热交换流体在辅助热总线中时限定第二平均温度。应当理解，第二平均温度低于第一平均温度。应当理解，用辅助热交换器来冷却辅助热总线内的热交换流体将降低热交换流体的温度，使得辅助热总线中的热交换流体限定第二平均温度。

此外，该方法包括在(316)处将辅助热总线内的热交换流体提供至多个轴承。热交换流体在辅助热总线中时限定第二平均温度。较低的第二平均温度冷却多个轴承，使得多个轴承处于操作温度。

此外，应该理解，根据本文参考图4描述的一个或多个示例性方面操作热管理系统和燃气涡轮发动机可以提高燃气涡轮发动机的可靠性。具体地，根据这些示例性方面中的一个或多个操作热管理系统可以提高泵的尺寸和功率密度。

应当理解，热管理系统100还可以包括计算装置或控制器，其可与热管理系统100的某些方面一起操作，用于控制热管理系统100的各个方面。计算装置可以是计算系统的一部分。以这种方式，应当理解，热管理系统可以进一步包括用于感测指示泵的数据的传感器。例如，传感器412可以被配置为感测指示泵250的多个轴承252的操作温度的数据。

现在参考图5，提供了如关于图4所述的热管理系统100的某些方面可操作使用的示例计算系统400。例如，计算系统400可以用作热管理系统100的控制器。计算系统400可以包括一个或多个计算装置410。计算装置410可以包括一个或多个处理器410A和一个或多个存储器装置410B。一个或多个处理器410A可以包括任何合适的处理装置，例如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置或其他合适的处理装置。一个或多个存储器装置410B可包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存驱动器或其它存储器装置。

一个或多个存储器装置410B可以储存一个或多个处理器410A可访问的信息，包括可以由一个或多个处理器410A执行的计算机可读指令410C。指令410C可以是当由一个或多个处理器410A执行时使一个或多个处理器410A执行操作的任何指令集。在一些实施例中，指令410C可以由一个或多个处理器410A执行，以使一个或多个处理器410B执行操作，例如配置计算系统400或计算装置310的任何操作和功能，如本文所述的用于操作热管理系统100(例如，方法300)的操作、或者一个或多个计算装置410的任何其他操作或功能。指令410C可以是用任何合适的编程语言编写的软件，或者可以用硬件实现。附加地或替代地，指令410C可以在处理器410A上的逻辑上或虚拟上分离的线程中执行。存储器装置410B可以进一步储存可以由处理器410A访问的数据410D。例如，数据410D可以包括指示功率流的数据、指示发动机/飞行器操作条件的数据、或本文所述的任何其他数据或信息。

计算装置410还可以包括网络接口410E，其用于例如与热管理系统、燃气涡轮发动机等的其他部件通信(例如，经由网络)，例如一个或多个传感器412。网络接口410E可以包括用于与一个或多个网络交互的任何合适的部件，包括例如发射器、接收器、端口、控制器、天线或其他合适的部件。一个或多个外部显示装置(未描绘)可以被配置为从计算装置410接收一个或多个命令。

本文讨论的技术参考基于计算机的系统以及由基于计算机的系统采取的动作以及发送到基于计算机的系统和从基于计算机的系统发送的信息。本领域普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许部件之间的任务和功能的多种可能的配置、组合和划分。例如，本文讨论的过程可以使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实现。数据库、存储器、指令和应用程序可以在单个系统上实现，也可以分布在多个系统上。分布式部件可以顺序或并行操作。

进一步的方面由以下条项的主题提供：

一种燃气涡轮发动机的热管理系统，所述热管理系统包括：热传输总线，所述热传输总线被配置为具有流过其中的热交换流体并且包括泵，所述泵包括多个轴承；辅助热总线，所述辅助热总线与所述多个轴承热连通；和辅助热交换器，所述辅助热交换器与所述辅助热总线热连通。

根据任何前述条项所述的热管理系统，其中所述泵是超临界泵，并且其中所述热交换流体是超临界热交换流体。

根据任何前述条项所述的热管理系统，其中所述泵包括转子和叶轮，并且其中所述辅助热总线与所述转子和所述叶轮热连通。

根据任何前述条项所述的热管理系统，其中所述辅助热交换器可操作以从所述辅助热总线中的所述热交换流体移除热量。

根据任何前述条项所述的热管理系统，其中所述热交换流体在所述热传输总线中时限定第一平均温度，其中所述热交换流体在所述辅助热总线中时限定第二平均温度，并且其中所述第二平均温度低于所述第一平均温度。

根据任何前述条项所述的热管理系统，其中所述泵限定出口，其中所述辅助热总线可操作以将所述热交换流体提供至所述多个轴承，并且其中所述热交换流体从所述多个轴承流至所述叶轮、出口或它们的组合。

根据任何前述条项所述的热管理系统，其中所述辅助热总线在所述泵的上游的位置处与所述热传输总线流体连通。

根据任何前述条项所述的热管理系统，其中所述辅助热总线在所述泵的上游的位置处与所述热传输总线流体连通。

根据任何前述条项所述的热管理系统，其中所述辅助热总线是再循环回路。

根据任何前述条项所述的热管理系统，其中所述辅助热总线与所述泵一体形成。

根据任何前述条项所述的热管理系统，其中所述热管理系统包括：第二辅助热交换器，所述第二辅助热交换器可操作以将热量添加到所述辅助热总线中的所述热交换流体。

根据任何前述条项所述的热管理系统，其中所述热传输总线包括阀和控制器，其中所述控制器可操作地联接到所述阀。

一种操作燃气涡轮发动机的热管理系统的方法，所述方法包括：使用传感器接收指示所述热管理系统的泵的多个轴承的状态的数据，所述多个轴承的所述状态包括所述多个轴承的操作温度；响应于接收指示所述多个轴承的所述状态的所述数据而启动所述泵，所述泵与热传输总线和辅助热总线流体连通；用辅助热交换器冷却所述辅助热总线内的热交换流体；和将所述辅助热总线内的所述热交换流体提供至所述泵的所述多个轴承。

根据任何前述条项所述的方法，其中启动所述泵包括在所述热传输总线中产生所述热交换流体的流。

一种燃气涡轮发动机，包括：热源；和热管理系统，所述热管理系统包括：热传输总线，所述热传输总线被配置为具有流过其中的热交换流体；辅助热总线，所述辅助热总线与所述热传输总线流体连通；和辅助热交换器，所述辅助热交换器与所述辅助热总线热连通。

根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述热源是用于向所述燃气涡轮发动机的轴承系统提供润滑的主润滑系统。

根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述热传输总线包括具有多个轴承的泵，并且其中所述辅助热总线与所述多个轴承流体连通。

根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述泵是超临界泵，并且其中所述热交换流体是超临界热交换流体。

根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述泵包括转子和叶轮，并且其中所述辅助热总线与所述转子和所述叶轮热连通。

根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述辅助热交换器可操作以从所述辅助热总线中的所述热交换流体移除热量。

根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述热交换流体在所述热传输总线中时限定第一平均温度，其中所述热交换流体在所述辅助热总线中时限定第二平均温度，并且其中所述第二平均温度低于所述第一平均温度。

根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述泵限定出口，其中所述辅助热总线可操作以将所述热交换流体提供至所述多个轴承，并且其中所述热交换流体从所述多个轴承流至所述叶轮、出口或它们的组合。

根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述热传输总线包括阀和控制器，其中所述控制器可操作地联接到所述阀。

该书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本公开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。如果这样的其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质差异的等效结构元件，则这些其他示例旨在落入权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机的热管理系统，其特征在于，所述热管理系统包括：

热传输总线，所述热传输总线被配置为具有流过其中的热交换流体并且包括泵，所述泵包括多个轴承；

辅助热总线，所述辅助热总线与所述多个轴承热连通；和

辅助热交换器，所述辅助热交换器与所述辅助热总线热连通。

2.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，其中所述泵是超临界泵，并且其中所述热交换流体是超临界热交换流体。

3.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，其中所述泵包括转子和叶轮，并且其中所述辅助热总线与所述转子和所述叶轮热连通。

4.根据权利要求3所述的热管理系统，其特征在于，其中所述辅助热交换器可操作以从所述辅助热总线中的所述热交换流体移除热量。

5.根据权利要求4所述的热管理系统，其特征在于，其中所述热交换流体在所述热传输总线中时限定第一平均温度，其中所述热交换流体在所述辅助热总线中时限定第二平均温度，并且其中所述第二平均温度低于所述第一平均温度。

6.根据权利要求4所述的热管理系统，其特征在于，其中所述泵限定出口，其中所述辅助热总线可操作以将所述热交换流体提供至所述多个轴承，并且其中所述热交换流体从所述多个轴承流至所述叶轮、出口或它们的组合。

7.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，其中所述辅助热总线在所述泵的上游的位置处与所述热传输总线流体连通。

8.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，其中所述辅助热总线是再循环回路。

9.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，其中所述辅助热总线与所述泵一体形成。

10.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，其中所述热管理系统包括：

第二辅助热交换器，所述第二辅助热交换器可操作以将热量添加到所述辅助热总线中的所述热交换流体。