CN117846777A - 废热回收系统 - Google Patents

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赖安·圣皮埃尔
凯文·爱德华·辛德利特
迈克尔·瓦德奈斯
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Abstract

一种燃气涡轮发动机包括处于串联流动顺序并且一起限定核心空气流动路径的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。燃气涡轮发动机还包括涡轮后框架，该涡轮后框架在涡轮区段下游的位置处延伸穿过核心空气流动路径，并限定核心空气流动路径内的前缘。燃气涡轮发动机还包括废热回收系统，所述废热回收系统能够操作以在涡轮后框架的前缘处或上游将离开涡轮区段的核心气流分离成主排气气流和废热回收气流。废热回收系统包括定位成接收废热回收气流的热源交换器。

Description

废热回收系统
技术领域
本主题大体上涉及一种用于燃气涡轮发动机的废热回收系统及其操作方法。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括风扇和涡轮机。涡轮机通常包括入口、一个或多个压缩机、燃烧器和至少一个涡轮。压缩机压缩空气，空气被输送到燃烧器，在那里其与燃料混合。然后点燃混合物以产生热燃烧气体。燃烧气体被引导至涡轮，涡轮从燃烧气体中提取能量以用于为压缩机提供动力，以及用于产生有用功以推动飞行中的飞行器和/或为负载(例如发电机)提供动力。
在至少某些实施例中，涡轮机和风扇至少部分地被外机舱围绕。对于这样的实施例，外机舱与涡轮机限定旁通气流通道。另外，涡轮机由一个或多个出口导向轮叶/支柱相对于外机舱支撑。在燃气涡轮发动机的操作期间，通过压缩机的压缩过程以及通过燃烧器内的燃烧过程产生相对大量的热能。大部分热能通过一个或多个涡轮提取，而一部分这样的热能被排放到大气中。
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使能的公开，包括其最佳模式，其中：
图1是根据本主题的各个实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面图。
图2是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机和废热回收系统的简化示意图。
图3是根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机和废热回收系统的简化示意图。
图4是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机和废热回收系统的简化示意图。
图5是根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机和废热回收系统的简化示意图。
图6是根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机和废热回收系统的简化示意图。
图7是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机和废热回收系统的简化示意图。
图8是根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机和废热回收系统的简化示意图。
图9是根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机和废热回收系统的简化示意图。
图10是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机和废热回收系统的一部分的等距视图。
图11是根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机和废热回收系统的简化示意性侧视图。
图12是用于操作根据本公开的包括废热回收系统的燃气涡轮发动机的方法的流程图。
在这几个视图中，对应的附图标记指示对应的部分。本文阐述的示例说明了本公开的示例性实施例，并且这样的示例不应被解释为以任何方式限制本公开的范围。
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。
提供以下描述以使本领域技术人员能够做出并使用所描述的实施例来实现本公开。然而，各种修改、等同物、变型和替代对于本领域技术人员来说仍然是显而易见的。任何和所有这样的修改、变型、等同物和替代都旨在落入本公开的范围内。
本文使用的词语“示例性”意指“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为比其他实施方式优选或有利。另外，除非另外明确指出，否则本文描述的所有实施例应被认为是示例性的。
出于下文描述的目的，术语“上”和“下”及其派生词与其在附图中定向的公开内容相关。然而，应当理解，本公开可以采取各种替代变型，除非明确地指出相反的情况。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认为是限制性的。
如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“前”和“后”指的是燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且指的是燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前指的是更靠近发动机入口的位置，而后指的是更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
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，“下游”是指流体向其流动的方向。
除非本文另有规定，否则术语“联接”、“固定”、“附接至”等是指直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征间接联接、固定或附接。
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。
除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代。
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、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”是指具有涡轮机作为其动力源的全部或一部分的发动机。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”指的是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种或多种的区段。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、环管式燃烧器、驻涡燃烧器(TVC)、或其他适当的燃烧系统、或它们的组合。
当与压缩机、涡轮、轴或线轴部件等一起使用时，术语“低”和“高”或它们各自的比较级(例如，较低、较高，在适用的情况下)各自指发动机内的相对速度，除非另有说明。例如，“低涡轮”或“低速涡轮”限定配置为以低于发动机的“高涡轮”或“高速涡轮”的旋转速度(例如，最大允许旋转速度)操作的部件。
如本文所使用的，术语“轴向”和“轴向地”指的是基本上平行于燃气涡轮发动机的中心线延伸的方向和取向。此外，术语“径向”和“径向地”指的是基本上垂直于燃气涡轮发动机的中心线延伸的方向和取向。另外，如本文所使用的，术语“周向”和“周向地”指的是绕燃气涡轮发动机的中心线弓形延伸的方向和取向。
本公开大体上涉及具有主排气流动路径和废热回收流动路径的燃气涡轮发动机的排气区段。本公开的燃气涡轮发动机进一步包括废热回收系统，该废热回收系统包括热源交换器，该热源交换器定位成与废热回收流动路径热连通，例如定位在废热回收流动路径的一部分内。此外，在燃气涡轮发动机的操作期间离开燃气涡轮发动机的涡轮区段的气流的第一部分行进通过主排气流动路径并且在燃气涡轮发动机的操作期间离开涡轮区段的气流的第二部分被引导至废热回收流动路径。
涡轮后框架在涡轮下游的位置处延伸穿过核心空气流动路径并且限定核心空气流动路径内的前缘。离开发动机的涡轮区段的核心气流在涡轮后框架的前缘处或上游被分离成废热回收气流和主排气气流。废热回收气流被导向至热源交换器，该热源交换器可联接至涡轮后框架或完全或部分地与涡轮后框架集成，从而限制将否则可能由涡轮后框架引起的尾流吸入热源交换器中。进一步，根据本公开的实施例，废热回收流动路径形成在涡轮后框架的前缘处或上游并且在核心空气流动路径中径向向外，使得废热回收流动路径捕获在涡轮区段的最后旋转级的涡轮叶片的尖端或径向向外端上泄漏的核心气流的部分。核心气流的在涡轮区段的最后旋转级的尖端上泄漏的部分比核心气流的未在涡轮区段的最后旋转级的尖端上泄漏的部分处于更高的温度和压力。废热回收流动路径径向地且轴向地定位成捕获核心气流的泄漏部分，从而使得能够经由热源交换器更有效地使用核心气流的该部分。此外，通过捕获核心气流的在涡轮区段的最后旋转级的尖端上泄漏的部分，并将核心气流的该部分导向至热源交换器，总核心气流只有一小部分被导向通过热源交换器，从而最小化与热源交换器相关联的系统级损失。
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。更特别地，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10，本文称为“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或轴线12延伸)、径向方向R和绕纵向轴线12延伸的周向方向C。一般来说，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通常包括限定环形入口20的基本上管状的外壳体18。外壳体18以串联流动关系包围压缩机区段，该压缩机区段包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，该涡轮区段包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷射排气喷嘴区段，本文也称为排气区段32。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段和排气区段32一起至少部分地限定穿过涡轮机16的核心空气流动路径37。高压(HP)轴或线轴34将HP涡轮28驱动地连接至HP压缩机24。低压(LP)轴或线轴36将LP涡轮30驱动地连接至LP压缩机22。
对于所示的实施例，风扇区段14包括可变桨距风扇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大体上沿着径向方向R从盘42向外延伸。凭借风扇叶片40可操作地联接至合适的致动构件44，每个风扇叶片40能够相对于盘42绕桨距轴线P旋转，致动构件44配置为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44一起能够通过LP轴36跨动力齿轮箱46绕纵向轴线12旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，用于将LP轴36的旋转速度降低到更有效的风扇旋转速度。
仍然参考图1的示例性实施例，盘42被可旋转的前轮毂48覆盖，该前轮毂48具有空气动力学轮廓以促进气流通过多个风扇叶片40。此外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，其周向地围绕可变桨距风扇38和/或涡轮机16的至少一部分。外机舱50由多个周向间隔开的出口导向轮叶52相对于涡轮机16支撑。此外，外机舱50在涡轮机16的外部分上方延伸，以在其间限定旁通气流通道56。
在涡轮风扇发动机10的操作期间，一定体积的空气58通过外机舱50和/或风扇区段14的相关入口60进入涡轮风扇发动机10。当一定体积的空气58穿过风扇叶片40时，如箭头62所示的空气58的第一部分被引导或导向到旁通气流通道56中，并且如箭头64所示的空气58的第二部分被引导或导向到LP压缩机22中。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被导向通过高压(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被导向通过HP涡轮28和LP涡轮30，其中来自燃烧气体66的一部分热能和/或动能被提取。
然后，燃烧气体66被导向通过涡轮机16的排气区段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排出之前被导向通过旁通气流通道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，示例性涡轮风扇发动机10包括向涡轮风扇发动机10的燃烧区段26提供燃料流的燃料输送系统80。燃料输送系统80通常包括燃料源82和多个燃料管线84。燃料源82可以是例如定位在包括涡轮风扇发动机10的飞行器的机身或一个或多个机翼内的燃料箱。另外，一个或多个燃料管线84从燃料源82延伸至燃烧区段26内的一个或多个燃料喷嘴(未示出)。
此外，所示的示例性涡轮风扇发动机10还包括废热回收系统86。如下文将更详细解释的，废热回收系统通常可配置成从通过排气区段32(和/或通过涡轮区段的区段)的气流中提取热量，并将这种热量提供给燃料输送系统80(例如给通过一个或多个燃料管线84的燃料流)、压缩机区段(例如HP压缩机24的下游端)中的一者或两者、或两者。
然而，应当理解，图1中所示的示例性涡轮风扇发动机10仅仅作为示例，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可包括任何合适数量的压缩机、涡轮(例如除了LP和HP涡轮之外的中间涡轮)、轴/线轴(例如，一个线轴、两个线轴、三个线轴)等。此外，在某些示例性实施例中，本公开的各方面还可以应用于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。另外，在又一些示例性实施例中，示例性涡轮风扇发动机10可以不被配置为航空燃气涡轮发动机，而是可以被配置为工业燃气涡轮发动机(例如，用于发电)、航海燃气涡轮发动机等。
现在参考图2，提供了根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机101的简化示意图。图2中所示的示例性燃气涡轮发动机101可以以与上文参考图1所述的示例性涡轮风扇发动机10基本上相同的方式配置。
例如，如图所示，燃气涡轮发动机101大体上包括风扇区段14和涡轮机16。涡轮机16以串联流动顺序包括压缩机区段，该压缩机区段具有LP压缩机22和HP压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，该涡轮区段包括HP涡轮28和LP涡轮30；以及排气区段32。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段和排气区段32大体上限定延伸穿过其中的核心空气流动路径37。
还包括燃料输送系统80，用于将燃料流提供至燃气涡轮发动机101的燃烧区段26，并且更具体地提供至燃烧区段26的燃烧室92。例如，燃料输送系统80通常包括多个燃料管线84和燃料喷嘴90。燃料喷嘴90可以接收来自多个燃料管线84的燃料流，并且还可以接收来自压缩机区段(例如，HP压缩机24)的压缩空气。因此，燃料喷嘴90可以向燃烧室92提供压缩空气和燃料的混合物，在燃烧室92中压缩空气和燃料的这种混合物被燃烧以产生燃烧气体。燃料输送系统80通常还包括燃料源82和与一个或多个燃料管线84流体连通的泵88，泵88配置用于增加来自燃料源82并通过一个或多个燃料管线84的燃料流的压力。
此外，涡轮机16和风扇区段14至少部分地被外机舱50围绕，其中涡轮机16通过多个出口导向轮叶52相对于外机舱50被支撑。外机舱50与涡轮机16限定旁通气流通道56。来自风扇区段14的气流的第一部分62被提供通过旁通气流通道56作为旁通气流，并且来自风扇区段14的气流的第二部分64被提供通过涡轮机16作为核心气流。
另外，示例性燃气涡轮发动机101包括废热回收系统86。示例性废热回收系统86通常配置为从热源(例如，未完全利用从热源提取的热量的热源)提取热量，并将这种提取的热量传递到散热器，使得散热器可以更有效地利用这种提取的热量。
特别参考图2所示的示例性废热回收系统86，废热回收系统86包括主排气流动路径120和与主排气流动路径120平行的废热回收流动路径122。此外，废热回收系统86还包括热源交换器94(即配置为从燃气涡轮发动机101的热源提取用于废热回收系统的热量的热交换器)、散热器交换器96(即配置为将热量从废热回收系统86传递到燃气涡轮发动机101的散热器的热交换器)、热传递总线98和泵100。下面将更详细地描述这些部件中的每一个。
对于所示的实施例，热源交换器94与热源热连通，热源通常可以是涡轮区段(例如，其可以包括HP涡轮28和LP涡轮30)以及排气区段32，或两者。例如，对于图2的实施例，热源包括离开涡轮区段(例如，其可包括HP涡轮28和LP涡轮30)的气流。离开涡轮区段(例如，其可包括HP涡轮28和LP涡轮30)的气流的第一部分130行进通过主排气流动路径120，并且离开涡轮区段(例如，其可包括HP涡轮28和LP涡轮30)的气流的第二部分132被引导至废热回收流动路径122。如图2所示，热源交换器94定位成与废热回收流动路径122热连通，并且更具体地，对于所描绘的实施例，热源交换器94定位在废热回收流动路径122内。例如，热源交换器94可以集成到废热回收流动路径122的一部分，或者替代地可以定位在与被引导通过废热回收流动路径122的气流热连通的任何其他合适的位置处。
此外，对于所示的示例性实施例，散热器交换器96与散热器热连通，散热器通常可以是压缩机区段、燃料输送系统80或两者。更具体地，对于所描绘的实施例，散热器交换器96在接近压缩机区段的下游端的位置处与压缩机区段热连通，或者更具体地在接近压缩机区段的HP压缩机24的下游端的位置处。应当理解，如本文所使用的，关于压缩机区段的术语“接近下游端”是指与压缩机区段的入口相比更靠近压缩机区段的出口并且在燃烧室92上游的位置。类似地，如本文所使用的，关于HP压缩机24的术语“接近下游端”是指与HP压缩机24的入口104相比更靠近HP压缩机24的压缩机出口102并且在燃烧室92上游的位置。例如，在某些实施例中，散热器交换器96可集成至或联接至支柱或导向轮叶，例如扩散器，定位在压缩机出口102处并且在燃烧区段26的燃烧室92的上游。附加地或替代地，散热器交换器96可集成至或联接至燃料输送系统80的一个或多个燃料喷嘴90。
更具体地，对于所示的实施例，散热器交换器96与燃气涡轮发动机101的HP压缩机24的压缩机出口102热连通。“压缩机出口”指的是HP压缩机的出口。以这样的方式，散热器交换器96可以在通过核心空气流动路径37的气流进入燃烧室92之前向这种气流添加热量，从而产生更高效的燃气涡轮发动机101。
此外，如上所述，废热回收系统86包括热传递总线98。热传递总线98包括热传递流体并且从热源交换器94延伸至散热器交换器96。以这种方式，热总线配置成将来自热源交换器94的热传递流体(其中热传递流体已经接受来自离开涡轮区段的气流的被引导至废热回收流动路径122的一部分的热量，例如该涡轮区段可以包括HP涡轮28和LP涡轮30)传递到散热器交换器96(其中对于所示的实施例，热传递流体将热量传递给通过HP压缩机24的压缩机出口102或燃烧室92上游的其他位置的气流)。热传递总线98可包括以串联、并联或其某种组合布置的一个或多个管道、导管等。
值得注意的是，在至少某些示例性实施例中，燃气涡轮发动机101可限定相对高的总压力比。如本文所使用的，术语总压力比是指在压缩机区段的出口(即，对于所示实施例的HP压缩机24的压缩机出口102)处通过涡轮机16的空气的压力与在压缩机区段的入口(即，对于所示实施例的LP压缩机22的入口106)处通过涡轮机16的空气的压力的比值。在至少某些示例性实施例中，图2中所示的燃气涡轮发动机101的总压力比可以是至少约25。例如，在某些示例性实施例中，图2中所示的燃气涡轮发动机101的总压力比可以是至少约28，例如至少约30，例如至少约32，例如高达约75。考虑到所示的示例性燃气涡轮发动机101的相对高的总压力比，应当理解的是，通过燃气涡轮发动机101的排气区段32的气流的温度可以小于通过压缩机区段的下游端(例如HP压缩机24的下游端，例如HP压缩机24的压缩机出口102)的气流的温度。
在示例性实施例中，为了允许图2中描绘的示例性废热回收系统86将热量从热源/热源交换器94传递到散热器/散热器交换器96，示例性废热回收系统86还包括泵100，该泵100在热源交换器94的下游且在散热器交换器96的上游与热传递总线98流体连通，用于增加热传递总线98中的热传递流体的温度和压力。例如，在某些示例性实施例中，泵100可配置为在通过热传递总线98的热传递流体中提供至少约二十五磅/平方英寸(“psi”)的压力升量，例如至少约五十psi的压力升量，例如至少约一百psi的压力升量，例如高达约五千psi的压力升量，并且类似地可配置为在通过热传递总线98的热传递流体中提供至少约一百五十(150)摄氏度的温度升量，例如至少约二百五十(250)摄氏度的温度升量，以及高达约一千(1000)摄氏度的温度升量。泵100可以通过例如燃气涡轮发动机101的轴或线轴中的一个或多个来提供动力，或者替代地可以由电动马达、液压马达、气动马达或任何其他合适的动力源来提供动力。然而，应当理解，在其他示例性实施例中，泵100可以具有任何其他合适的配置。例如，在其他实施例中，泵100可配置成产生任何其他合适的温度和/或压力升量，或者可以提供一些其他合适的装置或配置来增加通过热传递总线98的热流体的温度和/或压力，并提供通过热传递总线98的热流体的流动。还可以设想，本公开的废热回收系统可以包括其他流体动力装置、气体动力装置、或可以代替泵使用的其他类似的流动部件，例如压缩机等。
参考图2，应当理解，示例性热传递总线98是闭环热传递总线98，其进一步从散热器交换器96延伸回到热源交换器94。此外，对于所示的实施例，示例性废热回收系统86还包括膨胀装置，该膨胀装置在散热器交换器96的下游且在热源交换器94的上游与热传递总线98流体连通。膨胀装置可以是任何合适的膨胀装置。例如，对于所示的实施例，膨胀装置配置为涡轮114，其在散热器交换器96的下游且在热源交换器94的上游与热传递总线98流体连通。对于这样的实施例，涡轮114可以从热传递流体中提取额外的能量，从而提高废热回收系统86和燃气涡轮发动机101的效率。应该理解，包括膨胀装置通常可以允许将热传递流体的温度降低到相对低的温度，使得热传递流体可以通过热源交换器94接受来自热源的热量。例如，膨胀装置可将热传递流体的温度降低至少约一百摄氏度，例如至少约一百五十摄氏度，例如高达约1000摄氏度。
然而，在其他实施例中，膨胀装置可以不配置为从热传递流体中提取额外的功，而是可以简单地配置为使热传递流体膨胀(例如，通过增加的横截面面积)以降低热传递流体的温度和压力。此外，虽然膨胀装置/涡轮114被示意性地描绘为沿着图2的燃气涡轮发动机101的径向方向R位于核心空气流动路径37的内侧，但在其他实施例中，膨胀装置/涡轮114可以替代地沿着径向方向R定位在核心空气流动路径37的外侧，并位于涡轮机16的核心罩180内，或其他位置。
在一个或多个这些实施例中，热传递流体在废热回收系统86的操作期间可以是单相热传递流体。以此方式，热传递流体可以在操作期间保持基本上为液相。替代地，热传递流体在废热回收系统86的操作期间可以是相变热传递流体。例如，废热回收系统86通常可以在制冷循环上操作，使得热传递流体在废热回收系统86的操作期间在液相和气相之间变化，或作为发电循环的一部分(其中废热回收为发电系统添加热能)膨胀以产生功率，然后由涡轮机热交换器冷却，然后再次泵送通过循环(这种循环也可能根据温度逆转冷却和膨胀过程)。热传递流体也可以是燃料。附加地，或者替代地，在一个或多个这些配置中，热传递流体可以在一个或多个操作阶段期间或在所有操作期间处于超临界相。例如，在废热回收系统86的某些操作或所有操作期间，热传递流体可以是超临界CO2。
然而，应当理解，图2中所示的示例性燃气涡轮发动机101和废热回收系统86仅作为示例提供。在其他实施例中，废热回收系统86可以具有任何其他合适的配置。例如，现在参考图3，描绘了根据本公开的另一个示例性实施例的包括废热回收系统86的燃气涡轮发动机103。图3的示例性燃气涡轮发动机103和废热回收系统86可以以与图2的示例性燃气涡轮发动机101和废热回收系统86基本上相同的方式配置。
例如，图3的示例性废热回收系统86包括主排气流动路径120和与主排气流动路径120平行的废热回收流动路径122。另外，废热回收系统86还包括热源交换器94、散热器交换器96、热传递总线98和泵100，热传递总线98从热源交换器94延伸到散热器交换器96，泵100与热传递总线98流体连通。
对于所示的实施例，热源交换器94与热源热连通，该热源通常可以是涡轮区段(例如，其可以包括HP涡轮28和LP涡轮30)以及排气区段32，或两者。例如，对于图3的实施例，热源包括离开涡轮区段(例如，其可以包括HP涡轮28和LP涡轮30)的气流。离开涡轮区段(例如，其可以包括HP涡轮28和LP涡轮30)的气流的第一部分130行进通过主排气流动路径120，并且离开涡轮区段(例如，其可以包括HP涡轮28和LP涡轮30)的气流的第二部分132被引导至废热回收流动路径122。如图3所示，热源交换器94设置在废热回收流动路径122内并与废热回收流动路径122热连通。例如，热源交换器94可以集成到废热回收流动路径122的一部分中，或者替代地可以定位在与被引导通过废热回收流动路径122的气流热连通的任何其他合适位置处。然而，对于图3的示例性实施例，散热器交换器96与燃气涡轮发动机103的燃料输送系统80热连通。如本文所使用的，与热源热连通的热源交换器94被理解为包括所有的热传递模式，例如，通过从发动机区段到废热回收系统86的对流、热传导和热辐射的热量。
值得注意的是，应当理解，在某些示例性实施例中，燃料输送系统80可附加地用作燃气涡轮发动机103的其他系统的散热器。因此，通过燃料输送系统80(或被用作散热器的燃料输送系统80的其他部件)的燃料流在与废热回收系统86的散热器交换器96相互作用之前可能已经处于相对高的温度。以这样的方式，应当理解，在至少某些示例性方面，燃料输送系统80可以限定参考点，在该参考点处散热器交换器96热联接至燃料输送系统80，并且可以进一步限定在参考点处或紧邻该参考点上游的散热器参考温度。参考点可以在燃料输送系统80的燃料管线84内、在燃料输送系统80的燃料喷嘴90上等。类似地，涡轮区段(例如，其可以包括HP涡轮28和LP涡轮30)可在热源交换器94热联接到涡轮区段和排气区段32的位置(对于所描绘的实施例，在LP涡轮30内的位置)处或紧邻该位置上游的位置处限定源参考温度。图3的实施例的源参考温度和散热器参考温度之间的关系可以类似于上面参考图2描述的实施例的源参考温度和散热器参考温度之间的关系。然而，与上述实施例一样，在将泵100包括在热传递总线98中的情况下，废热回收系统86仍然能够从涡轮区段和排气区段32提取热量，并将这种热量传递到更高温度的位置，在那里可以更有效地利用这种热量。
还应当理解，在另外的示例性实施例中，可以提供其他合适的配置。
现在大体上参考图4至图6，提供了根据本公开的各种示例性实施例的燃气涡轮发动机10和废热回收系统200的简化示意图。图4至图6的示例性燃气涡轮发动机10和废热回收系统200可以以与上面关于图1至图3描述的示例性燃气涡轮发动机10和废热回收系统86类似的方式配置。
例如，在图4至图6所示的示例性实施例中，示例性废热回收系统200包括主排气流动路径220和废热回收流动路径222。如图4至图6所示，废热回收流动路径222在相应的燃气涡轮发动机的径向方向R上均在主排气流动路径220的外侧。在示例性实施例中，主排气流动路径220和废热回收流动路径222位于LP涡轮30(图1)的后方，延伸到相应的燃气涡轮发动机的排气区段32(图1)中，其可以以与图1至图3的示例性涡轮风扇发动机10类似的方式配置。
在示例性实施例中，仍然参考图4至图6，热源交换器94(即配置为从燃气涡轮发动机10的热源提取用于废热回收系统200的热量的热交换器)设置在相应的废热回收流动路径222内并与之热连通。
具体参考图4，热源包括离开涡轮区段210的气流。在示例性实施例中，可以设想涡轮区段210将包括(例如LP涡轮30的)最后旋转级212，并且废热回收系统200将在涡轮区段210的最后旋转级212的后方/下游。穿过涡轮区段210的核心气流214离开涡轮区段210，其中离开涡轮区段210的核心气流214的第一部分行进通过主排气流动路径120作为主排气气流224，并且离开涡轮区段210的核心气流的第二部分被引导至废热回收流动路径222作为废热回收气流226。如图4所示，热源交换器94设置在废热回收流动路径222内并与废热回收流动路径222热连通。例如，热源交换器94可以集成到废热回收流动路径222的一部分中，或者替代地可以定位在与被引导通过废热回收流动路径222的气流热连通的任何其他合适的位置处。
对于图4-6所示的实施例，废热回收系统200包括设置在主排气流动路径220与废热回收流动路径222之间并将主排气流动路径220与废热回收流动路径222分离开的分隔器228。在一些实施例中，分隔器228是用于从进入气流产生发散气流的壁或其他类型的结构部件。外壁230在径向方向R上从分隔器228向外设置。在示例性实施例中，分隔器228和外壁230大致沿着轴向方向A延伸。废热回收流动路径222限定在外壁230和分隔器228之间。
在所示实施例中，燃气涡轮发动机10包括涡轮后框架250。涡轮后框架250是LP涡轮30(图1)的转子支撑组件，其是具有周向间隔开的轮叶252的静止环形结构。涡轮后框架250在涡轮区段下游的位置处延伸穿过核心空气流动路径，并且轮叶252限定核心空气流动路径37(图1)内的涡轮后框架250的前边缘或前缘262。
在图4和图6中，分隔器228的前边缘或前缘260位于轮叶252的前缘262的轴向位置上游的轴向位置处。在一些实施例中(例如，如图5所示)，分隔器228的前缘260位于轮叶252的前缘262的轴向位置处的轴向位置或与轮叶252的前缘262的轴向位置相对应的轴向位置。如本文所使用的，将分隔器228的前缘260定位在与轮叶252的前缘262相对应的轴向位置意味着将分隔器228的前缘260定位在轮叶252的前缘262处或轮叶252的前缘262的后方，距轮叶252的前缘262的距离为从轮叶252的前缘262延伸到后缘264的轴向弦的百分之二十五(25％)。因此，分隔器228的至少一部分轴向地位于与轮叶252的前缘260相对应的位置。因此，在图4-6所示的每个实施例中，离开涡轮区段210(例如，离开LP涡轮30(图1)的最后级)的核心气流214在核心气流214经过轮叶252的前缘262的下游之前被分隔器228分离成主排气气流224和废热回收气流226。换言之，主排气流动路径220和废热回收流动路径222通过分隔器228形成在轮叶252的前缘262处或轮叶252的前缘262前方，使得核心气流214在通过轮叶252的前缘262的下游之前被分离成主排气气流224和废热回收气流226。应当理解，在结合图4-6描述的实施例中，分隔器228的前缘260可以轴向地位于轮叶252的前缘262的前方，或者位于与轮叶252的前缘262的轴向位置相对应或相同的轴向位置，使得主排气流动路径220和废热回收流动路径222形成在轮叶252的前缘262处或轮叶252的前缘262前方。在示例性实施例中，热源交换器94可以联接至分隔器228和外壁230中的一个或两个，可以是涡轮后框架252的一部分，或者可以联接至涡轮后框架。
在图4所示的实施例中，热源交换器94轴向地位于轮叶252的前缘262和轮叶252的后缘或后边缘264之间。例如，在所示实施例中，废热回收系统200包括多个热源交换器94，使得每个热源交换器94位于一对间隔开的轮叶252之间。在图5中，热源交换器94位于图4所示位置的后方，使得热源交换器94的一部分轴向地位于轮叶252的前缘262与轮叶252的后缘或后边缘264之间，而热源交换器94的其余部分轴向地位于轮叶252的后边缘264的后方。在图5中，热源交换器94的至少一部分保持定位在间隔开的轮叶252之间。在图6中，热源交换器94位于图4和图5中所示位置的后方，使得热源交换器94位于轮叶252的后边缘264的后方。应当理解，热源交换器94的位置可以在轴向方向A上变化，同时被定位成接收废热回收气流226。
在操作中，废热回收流动路径222形成在与轮叶252相对应或在轮叶252的前方的位置处并且在核心空气流动路径37(图1)中径向向外，使得废热回收流动路径222捕获核心气流214的在涡轮区段210的最后旋转级212的涡轮叶片的尖端或径向向外端上泄漏的部分。因此，核心气流214的在涡轮区段210的最后旋转级212的尖端上泄漏的部分比核心气流214的未在涡轮区段210的最后旋转级212的尖端上泄漏的部分处于更高的温度和压力。废热回收流动路径222径向地和轴向地定位成捕获核心气流214的泄漏部分，从而能够经由热源交换器94更有效地利用核心气流214的该部分。
参考图7，图7从径向向内的视角示出了根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机10和废热回收系统200的简化示意图。在所示实施例中，间隔开的轮叶252被示出为具有热源交换器94，热源交换器94定位成接收流过轮叶252的废热回收气流226。在图7中，热源交换器94的入口270轴向地定位成与轮叶252的后边缘264相对应。在所示实施例中，整流罩272与每个轮叶252相关联。在该实施例中，整流罩272围绕轮叶252的前缘262延伸或缠绕，并且在向后方向(或下游方向(在图7中，从左到右))上延伸到热源交换器94的入口270。整流罩272可以联接到轮叶252或其他支撑结构。
如图7所示，整流罩272为流经轮叶252到达热源交换器94的废热回收气流226提供平滑的气流动路径径。热源交换器94的侧壁292可与整流罩272的后边缘274集成，以维持废热回收气流226进入热源交换器94的平滑过渡(例如，槽口接合技术或其他接合方法)。如图7所示，每个热源交换器94包括入口歧管276和出口歧管278，用于分配穿过热源交换器94或在热源交换器94内的内部流动流。在图7中，输入热传递总线280将热传递流体输送到入口歧管276，并且输出热传递总线282将热传递流体从出口歧管278传递至散热器交换器96(图2和图3)。在所示实施例中，输入热传递总线280和输出热传递总线282联接至热源交换器94以最小化废热回收气流226中的干扰或湍流。例如，在所示实施例中，输入热传递总线280和输出热传递总线282在整流罩272和轮叶252之间靠近轮叶252的后边缘264的位置处(例如，在整流罩272的内部区域284内)联接至热源交换器94，使得输入热传递总线280和输出热传递总线282保持在废热回收气流226之外。
参考图8，图8从径向向内的视角示出了根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机10和废热回收系统200的简化示意图。在所示实施例中，间隔开的轮叶252被示出为具有热源交换器94，热源交换器94定位成接收流过轮叶252的废热回收气流226。在图8中，热源交换器94轴向地定位成使得入口270位于轮叶252的前缘262和轮叶252的后边缘264之间。
在所示实施例中，前整流罩290与每个轮叶252的前缘262相关联，其围绕轮叶252的前缘262延伸或缠绕。前整流罩290在向后方向(或下游方向(在图8中，从左到右)上延伸到热源交换器94的入口270，并且与热源交换器94集成，以为废热回收气流226提供平滑的气流动路径径。例如，前整流罩290可与热源交换器的侧壁292集成(例如，使用槽口接合或其他类型的附接技术)，以为废热回收气流226提供平滑的气流表面。
在图8中，后整流罩294与热源交换器94的出口296相关联(例如，从热源交换器94下游排出的废热回收气流226)。例如，在所示实施例中，后整流罩294在热源交换器94的出口296附近与相应的热源交换器94的侧壁292集成。例如，在图8中，每个后整流罩封闭热源交换器94之间的原本敞开的空隙区域298，并且有利于减少来自离开相应的热源交换器94的废热回收气流的混合的湍流。在图8中，每个后整流罩从一个热源交换器94的侧壁292延伸到相邻的热源交换器94的侧壁292。类似于前整流罩290，后整流罩294可使用槽口接合技术或其他类型的附接方法与热源交换器94的侧壁292集成。
与图7所示的实施例类似，每个热源交换器94包括入口歧管276和出口歧管278，用于分配穿过热源交换器94或在热源交换器94内的内部流动流。在图8中，输入热传递总线280将热传递流体输送到入口歧管276，并且输出热传递总线282将热传递流体从出口歧管278传递到散热器交换器96(图2和图3)。在所示的实施例中，输入热传递总线280和输出热传递总线282联接至热源交换器94，以最小化废热回收气流226中的干扰或湍流。例如，在所示实施例中，输入热传递总线280和输出热传递总线282在轮叶252后方的相邻的热源交换器94之间的位置处联接至热源交换器94，使得输入热传递总线280和输出热传递总线282保持在废热回收气流226之外。
参考图9，图9从径向向内的视角示出了根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机10和废热回收系统200的简化示意图。在所示实施例中，间隔开的轮叶252被示出为具有热源交换器94，热源交换器94定位成接收流过轮叶252的废热回收气流226。在图9中，热源交换器94轴向地定位成使得入口270位于轮叶252的前缘262的后方，并且热源交换器94的出口296轴向地位于与轮叶252的后边缘264相对应的位置。
在所示实施例中，前整流罩290与每个轮叶252的前缘262相关联，其围绕轮叶252的前缘262延伸或缠绕。前整流罩290在向后方向(或下游方向(在图9中，从左到右)上延伸到热源交换器94的入口270，并且与热源交换器94集成，以为废热回收气流226提供平滑的气流动路径径。例如，前整流罩290可与热源交换器的侧壁292集成(例如，使用槽口接合或其他类型的附接技术)，以为废热回收气流226提供平滑的气流表面。
与图7和图8所示的实施例类似，每个热源交换器94包括入口歧管276和出口歧管278，用于分配穿过热源交换器94或在热源交换器94内的内部流动流。在图9中，输入热传递总线280将热传递流体输送到入口歧管276，并且输出热传递总线282将热传递流体从出口歧管278传递到散热器交换器96(图2和图3)。在所示的实施例中，输入热传递总线280和输出热传递总线282联接至热源交换器94，以最小化废热回收气流226中的干扰或湍流。例如，在所示实施例中，输入热传递总线280和输出热传递总线282在轮叶252后方且在相邻的热源交换器94之间的位置处联接至热源交换器94，使得输入热传递总线280和输出热传递总线282保持在废热回收气流226之外。
根据本公开的示例性实施例，将热源交换器94完全或部分地与涡轮后框架250集成(例如，如至少结合图4-9所描绘和描述的)限制了涡轮后框架250尾流吸入热源交换器94，从而提高热源交换器94的性能特性。另外，将热源交换器94完全或部分地与涡轮后框架250集成限制了对涡轮后框架250的结构影响并减少了发动机10的重量。在图7-9中，热源交换器94被描绘为与整流罩集成以维持空气动力学气流表面。然而，应当理解，热源交换器94也可以与轮叶252集成(例如制成轮叶252的一部分或联接到轮叶252)以维持废热回收气流226的空气动力学气流表面。
参考图10，图10示出了根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机10和废热回收系统200的一部分的等距视图。在图10中，示出了用于经由分隔器228形成主排气流动路径220和废热回收流动路径222的附接机构的示例性实施例。例如，在所示实施例中，分隔器228的第一部分320可与轮叶252集成。分隔器228的第二部分322与第一部分320集成并且在涡轮后框架250的后方和下游延伸。分隔器228的第一部分320和第二部分322可以使用槽口接合机构或其他类型的附接方法联接在一起，以维持空气动力学表面以获得平滑的气流。
图11是根据本公开的另一个示例性实施例的燃气涡轮发动机10和废热回收系统200的简化示意性侧视图。图11的示例性燃气涡轮发动机10和废热回收系统200可以以与上面关于图4-5描述的示例性燃气涡轮发动机10或废热回收系统200类似的方式配置，使得示例性废热回收系统200包括由分隔器228形成的主排气流动路径220和废热回收流动路径222。在所示实施例中，废热回收流动路径222通过涡轮后框架250的前部分340转向，并在排气区段32的外壁230的径向外侧引导。在该实施例中，在离开热源交换器94之后，废热回收气流226(图4)通过位于核心罩180中的排气口342排出。换言之，废热回收气流226(图4)被排放到旁通气流通道56(图1)中，而不是与排气区段32中的主排气气流224(图4)混合。
现在参考图12，提供了一种用于操作根据本公开的示例性方面的用于燃气涡轮发动机10的废热回收系统200的方法400，该燃气涡轮发动机10具有处于串联流动顺序并且一起限定核心空气流动路径的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在某些示例性方面，方法400可与上述示例性燃气涡轮发动机中的一个或多个一起使用。
方法400包括在(402)处，在通过涡轮后框架的前缘之前，引导通过主排气流动路径离开涡轮区段的核心气流的第一部分，如以上参考图1至图11详细描述的。
方法400还包括在(404)处，在通过涡轮后框架的前缘之前，引导通过废热回收流动路径离开涡轮区段的核心气流的第二部分，如以上参考图1至图11详细描述的。
方法400还包括在(406)处，引导第二部分至设置在废热回收流动路径内的热源交换器，如以上参考图1至图11详细描述的。
方法400还包括在(408)处，在离开热源交换器之后，引导第二部分至核心罩中的排气口，如以上参考图1至图11详细描述的。
包括根据这些实施例中的一个或多个实施例的废热回收系统通常可允许更高效的燃气涡轮发动机。更具体地，包括根据这些实施例中的一个或多个实施例的废热回收系统通常可以允许利用“废热”(即，没有被利用来为发动机提供功的热量，或者没有被有效地利用来为发动机提供功的热量)以提高发动机的效率。例如，包括根据这些实施例中的一个或多个实施例的废热回收系统可以允许利用例如发动机排气中剩余的任何热量的至少一部分，以在提供给燃烧室的气流或燃料燃烧之前加热这些气流或燃料。这通常可以导致通过这样的燃烧过程产生更大量的能量，这可以允许发动机通过燃烧过程提取增加量的功(导致更有效地利用这种提取的热能以及更高效的燃气涡轮发动机)。此外，热回收流动路径形成在核心空气流动路径内的涡轮后框架的限定的前缘处或上游的位置处并且在核心空气流动路径中径向向外，使得废热回收流动路径捕获核心气流的在涡轮区段的最后旋转级的涡轮叶片的尖端或径向向外端上泄漏的部分，从而捕获核心气流的一部分，其比核心气流的未在涡轮区段的最后旋转级的尖端上泄漏的部分处于更高的温度和压力。
本公开的进一步方面由以下条项的主题提供：
一种燃气涡轮发动机，包括：处于串联流动顺序并且一起限定核心空气流动路径的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段，所述核心空气流动路径具有涡轮后框架，所述涡轮后框架在所述涡轮区段下游的位置处延伸穿过所述核心空气流动路径，所述涡轮后框架限定所述核心空气流动路径内的前缘；和废热回收系统，所述废热回收系统能够操作以在所述涡轮后框架的所述前缘处或上游将离开所述涡轮区段的核心气流分离成主排气气流和废热回收气流，所述废热回收系统包括定位成接收所述废热回收气流的热源交换器。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述废热回收系统包括分隔器，所述分隔器用于将所述核心气流分离成所述主排气气流和所述废热回收气流，所述分隔器的至少一部分定位在与所述涡轮后框架的所述前缘相对应的轴向位置处。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述热源交换器联接至所述涡轮后框架或与所述涡轮后框架集成。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述涡轮后框架包括多个周向间隔开的轮叶，并且其中所述热源交换器至少部分地轴向位于所述多个轮叶中的第一轮叶和第二轮叶之间。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述涡轮后框架包括多个周向间隔开的轮叶和多个整流罩，并且其中每个整流罩联接至相应的轮叶。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述废热回收系统包括分隔器，所述分隔器能够操作以限定用于所述主排气气流的主排气流动路径和用于所述废热回收气流的废热回收流动路径，并且其中所述热源交换器联接至相应的整流罩或与相应的整流罩集成。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括具有通风口的核心罩，其中所述废热回收气流通过所述核心罩中的所述通风口排出。
一种燃气涡轮发动机，包括：处于串联流动顺序并且一起限定核心空气流动路径的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段；涡轮后框架，所述涡轮后框架在所述涡轮区段下游的位置处延伸穿过所述核心空气流动路径；分隔器，所述分隔器能够操作以限定主排气流动路径和废热回收流动路径；和热源交换器，所述热源交换器定位成与所述废热回收流动路径热连通并且联接至所述涡轮后框架或与所述涡轮后框架集成。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述分隔器的至少一部分轴向地位于与所述涡轮后框架的前缘相对应的位置。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述分隔器的前缘轴向地位于所述涡轮后框架的前缘的前方。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述涡轮后框架包括多个周向间隔开的轮叶，并且其中所述热源交换器至少部分地轴向位于所述多个轮叶中的第一轮叶和第二轮叶之间。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述涡轮后框架包括多个周向间隔开的轮叶和多个整流罩，并且其中每个整流罩联接至相应的轮叶。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述热源交换器联接至相应的整流罩或与相应的整流罩集成。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，进一步包括核心罩，其中所述废热回收流动路径包括所述核心罩中的排气口。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述热源交换器的入口轴向地位于所述涡轮后框架的后边缘的前方。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述涡轮后框架包括多个周向间隔开的轮叶，并且其中每个轮叶包括前整流罩和后整流罩。
根据任何前述条项所述的燃气涡轮发动机，其中所述热源交换器联接至相应的轮叶并且与相应的前整流罩和相应的后整流罩集成。
一种用于操作燃气涡轮发动机的废热回收系统的方法，所述燃气涡轮发动机具有处于串联流动顺序并且一起限定核心空气流动路径的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段，所述方法包括：在通过涡轮后框架的前缘之前，引导通过主排气流动路径离开所述涡轮区段的核心气流的第一部分；在通过所述涡轮后框架的所述前缘之前，引导通过废热回收流动路径离开所述涡轮区段的所述核心气流的第二部分；和引导所述第二部分至设置在所述废热回收流动路径内的热源交换器。
根据任何前述条项所述的方法，进一步包括在离开所述热源交换器之后，引导所述第二部分至核心罩中的排气口。
根据任何前述条项所述的方法，进一步包括在所述涡轮后框架的所述前缘前方的轴向位置处将所述核心气流分离成所述第一部分和所述第二部分。
本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，则这样的其他示例旨在落入权利要求的范围内。
虽然本公开已被描述为具有示例性设计，但本公开可在本公开的范围内进一步修改。因此，本申请旨在涵盖使用其一般原理的本公开的任何变化、用途或改编。此外，本申请旨在涵盖对本公开的这种偏离，这种偏离属于本公开所属领域的已知或惯例，并且其落入所附权利要求的限制内。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括：
处于串联流动顺序并且一起限定核心空气流动路径的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段，所述核心空气流动路径具有涡轮后框架，所述涡轮后框架在所述涡轮区段下游的位置处延伸穿过所述核心空气流动路径，所述涡轮后框架限定所述核心空气流动路径内的前缘；和
废热回收系统，所述废热回收系统能够操作以在所述涡轮后框架的所述前缘处或上游将离开所述涡轮区段的核心气流分离成主排气气流和废热回收气流，所述废热回收系统包括定位成接收所述废热回收气流的热源交换器。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述废热回收系统包括分隔器，所述分隔器用于将所述核心气流分离成所述主排气气流和所述废热回收气流，所述分隔器的至少一部分定位在与所述涡轮后框架的所述前缘相对应的轴向位置处。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述热源交换器联接至所述涡轮后框架或与所述涡轮后框架集成。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述涡轮后框架包括多个周向间隔开的轮叶，并且其中所述热源交换器至少部分地轴向位于所述多个轮叶中的第一轮叶和第二轮叶之间。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述涡轮后框架包括多个周向间隔开的轮叶和多个整流罩，并且其中每个整流罩联接至相应的轮叶。
6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述废热回收系统包括分隔器，所述分隔器能够操作以限定用于所述主排气气流的主排气流动路径和用于所述废热回收气流的废热回收流动路径，并且其中所述热源交换器联接至相应的整流罩或与相应的整流罩集成。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，进一步包括具有通风口的核心罩，其中所述废热回收气流通过所述核心罩中的所述通风口排出。
8.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括：
处于串联流动顺序并且一起限定核心空气流动路径的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段；
涡轮后框架，所述涡轮后框架在所述涡轮区段下游的位置处延伸穿过所述核心空气流动路径；
分隔器，所述分隔器能够操作以限定主排气流动路径和废热回收流动路径；和
热源交换器，所述热源交换器定位成与所述废热回收流动路径热连通并且联接至所述涡轮后框架或与所述涡轮后框架集成。
9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述分隔器的至少一部分轴向地位于与所述涡轮后框架的前缘相对应的位置。
10.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述分隔器的前缘轴向地位于所述涡轮后框架的前缘的前方。
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