專(zhuān)利名稱(chēng)：燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)和方法
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)和方法


在附圖中
圖l表示結(jié)合了冷卻渦輪轉(zhuǎn)子和其相關(guān)葉片的系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪發(fā) 動(dòng)機(jī)的剖視圖2表示裝有葉片的轉(zhuǎn)子的一部分的等距視圖和其相關(guān)的不連續(xù) 的剖視圖3表示圖1所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的裝有葉片的轉(zhuǎn)子內(nèi)的燃料壓
力和徑向位置之間的關(guān)系的圖表；
圖4表示作為溫度和壓力的函數(shù)的燃料的密度和狀態(tài)的圖表； 圖5表示裝有葉片的轉(zhuǎn)子的一部分和其中的相關(guān)熱虹吸過(guò)程的剖
視圖；禾B
圖6表示結(jié)合了冷卻渦輪轉(zhuǎn)子和其相關(guān)葉片的系統(tǒng)的另一實(shí)施例 的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖l，在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10中，燃料12和空氣14在燃燒室16中 燃燒，產(chǎn)生相對(duì)較熱的、較高壓力的排出氣體18.1，排出氣體18.1被引 導(dǎo)通過(guò)包括裝有葉片的轉(zhuǎn)子22的渦輪20，裝有葉片的轉(zhuǎn)子22例如在其 周邊包括結(jié)合了多個(gè)葉片26的轉(zhuǎn)子24。渦輪20例如利用螺栓30、通過(guò) 相關(guān)凸緣32而運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至軸組件28，并且軸組件28通過(guò)為軸組件28 和相對(duì)于其旋轉(zhuǎn)的渦輪20而設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)軸承35，從燃?xì)鉁u輪發(fā) 動(dòng)機(jī)10的外殼34處被支撐。排出氣體18.1對(duì)葉片26的作用使得渦輪20 和軸組件28旋轉(zhuǎn)，軸組件28例如運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至設(shè)置用來(lái)將空氣14泵入 燃燒室16內(nèi)的壓縮機(jī)(未示出)。由于排出氣體18.1對(duì)渦輪20所作的功， 因此從渦輪20排出的排出氣體18.2的壓力相對(duì)低于位于其上游的排出 氣體18.1的壓力。
在一些情況下，例如，當(dāng)它作為渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作，從 而以高馬赫數(shù)推動(dòng)高速飛行器時(shí)，供給到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的空氣14
相對(duì)較熱，這有助于增加排出氣體18.1的溫度，且這對(duì)于另外足夠地冷 卻渦輪20來(lái)說(shuō)不夠冷，從而使得相關(guān)葉片26的溫度可能變得過(guò)高。在 這些情況下，燃料12通常足夠得冷，從而提供足夠的冷卻能力，以冷 卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)IO，尤其是冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的渦輪20，渦輪 20否則可能容易受到熱導(dǎo)致的失效，由此通過(guò)從燃料源36通過(guò)渦輪20 的轉(zhuǎn)子24和葉片26引導(dǎo)燃料12，以冷卻渦輪20的轉(zhuǎn)子24和葉片26，從 而冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)IO，然后在燃燒室16中燃燒通過(guò)冷卻過(guò)程而被 加熱的燃料12。
例如，來(lái)自包括燃料箱和相關(guān)燃料泵的燃料源36的燃料12通過(guò)第 一控制閥37而供應(yīng)至相對(duì)于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的外殼34相對(duì)固定的孔 口38。燃料12從孔口38排出至第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉42的進(jìn)口40，該第一 旋轉(zhuǎn)流體圈閉42運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至轉(zhuǎn)子24，以便與之一起旋轉(zhuǎn)。第一旋轉(zhuǎn) 流體圈閉42的出口44與第一空腔46的第一部分46.1流體連通，該第一空 腔46由轉(zhuǎn)子24的第一側(cè)48的一部分和后蓋50的第一邊界面定界，其中 第一個(gè)旋轉(zhuǎn)流體圈閉42為后蓋50的一部分。
第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉42包括為進(jìn)口40和出口44之間的流體連通而設(shè) 置的通道52，其中，根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利No.4,870，825和No. 6,269,647，以及 美國(guó)申請(qǐng)No. 10/249，967的教導(dǎo)(各文獻(xiàn)以參考的方式結(jié)合于此)，通 道52適合于當(dāng)?shù)谝恍D(zhuǎn)流體圈閉42旋轉(zhuǎn)時(shí)，通道52內(nèi)的任一點(diǎn)處的離 心加速度都大于進(jìn)口40或出口44上的任一點(diǎn)處的離心加速度。因此， 當(dāng)旋轉(zhuǎn)通道52充滿(mǎn)了較高密度的介質(zhì)，諸如液體燃料12.1時(shí)，進(jìn)口40 和出口44的徑向水平在進(jìn)口40和出口44之間不存在壓力差時(shí)相等，否 則將不相等，差量取決于壓力差和旋轉(zhuǎn)速度。對(duì)于相對(duì)較低壓力的液 體燃料12.1供給到在出口44處供給較高壓力區(qū)域的通道52的進(jìn)口40，通 道52可阻止通過(guò)通道52的回流。因此，第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉42用于隔離 開(kāi)可能較高的、第一空腔46中的壓力和可能較低的、位于通道52的進(jìn) 口40處的壓力，從而在旋轉(zhuǎn)進(jìn)口40和相對(duì)固定的孔口38之間的旋轉(zhuǎn)匯 合處54上，將燃料12供應(yīng)至第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉42的進(jìn)口40，由此，由 于在液體燃料12.1撞擊內(nèi)部溝槽56并與之一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，作用在液體燃料 12.1上的離心加速度，因此從相對(duì)固定的孔口38噴出的液體燃料12.1變 成由與第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉42的進(jìn)口40相關(guān)的內(nèi)部溝槽56所捕獲。
后蓋50包括與形成在轉(zhuǎn)子24的第一側(cè)48上的相應(yīng)的第一唇緣62.1 和第二唇緣62.2相接合的中間邊緣58和外邊緣60。外邊緣60被密封至第 二唇緣62.2上，以便阻止燃料12從其之間的連接處泄漏。中間邊緣58 包括用于第一空腔46的第一部分46.1和第二部分46.2之間的流體連通 而設(shè)置的至少一個(gè)通道64。第一空腔46的第二部分46.2與延伸貫穿轉(zhuǎn)子 24的多個(gè)第一通道66流體連通。還參考圖2，每個(gè)第一通道66在轉(zhuǎn)子24 的第一側(cè)48上都具有第一開(kāi)口68，并且在轉(zhuǎn)子24的第二側(cè)72上具有第 二開(kāi)口70，第一側(cè)48和第二側(cè)72彼此相對(duì)。
第一通道66與第二空腔74的第二部分74.2流體連通，第二空腔74 由轉(zhuǎn)子24的第二側(cè)72的一部分和前蓋50的第二邊界面定界，其中前蓋 50包括與形成在轉(zhuǎn)子24的第二側(cè)72上的相應(yīng)的第一唇緣82.1和第二唇 緣82.2相接合的中間邊緣78和外邊緣80。外邊緣80被密封至第二唇緣 82.2上，以便阻止燃料12從其之間的連接處泄漏。中間邊緣78包括用于 第二空腔74的第二部分74.2和其第一部分74.1之間的流體連通而設(shè)置 的至少一個(gè)通道84。第二空腔74的第一部分74.1經(jīng)由通過(guò)軸88的至少一 個(gè)通道90，與軸組件28的軸88的內(nèi)部86流體連通，并且軸88的內(nèi)部86 經(jīng)由通過(guò)軸88的至少一個(gè)其它通道94,與第一排出孔口92流體連通。 第一排出孔口92與燃燒室16流體連通，從而使燃料12直接從旋轉(zhuǎn)軸88 排出至燃燒室16。第一排出孔口92是例如第二旋轉(zhuǎn)流體圈閉96的一部 分，第二旋轉(zhuǎn)流體圈閉96用來(lái)隔離燃燒室16的相對(duì)較高壓力與軸88的 內(nèi)部和第二空腔74的第一部分74.1的相對(duì)較低壓力，由此第二旋轉(zhuǎn)流體 圈閉96的結(jié)構(gòu)和工作的原理與上述第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉42的結(jié)構(gòu)和工作
的原理相同。
參考圖2和5，第一通道66和相關(guān)的第一開(kāi)口68和第二開(kāi)口70在大 小與形狀上基本一致，且它們均勻分布，從而提供機(jī)械平衡的轉(zhuǎn)子24。 第一通道66的軸向形狀98適合于至少部分地符合相關(guān)葉片26的輪廓。 例如，在圖2所示的實(shí)施例中，第一通道66具有人字形軸向形狀98.1， 至少部分符合葉片26的拱形。第一通道66的第一組通道66.1在相關(guān)圓周 位置(基本上位于相關(guān)葉片26的相關(guān)圓周位置之間)處延伸貫穿轉(zhuǎn)子 24，并且第一通道66的第二組通道66.2在基本上與相關(guān)葉片26的相關(guān)圓 周位置對(duì)齊的相關(guān)圓周位置處延伸貫穿轉(zhuǎn)子24，由此第一通道66的第 一組通道66.1和第二組通道66.2相對(duì)彼此交錯(cuò)。每個(gè)葉片26都包括在其 內(nèi)基本上徑向延伸的多個(gè)第二通道IOO，每個(gè)第二通道100在其第一端 102處和與之對(duì)齊的第二組通道66.2的相關(guān)第一通道66相交。例如，第 二通道100沿其長(zhǎng)度基本上是直線性的。如圖2所示，特定的葉片26內(nèi) 的第二通道100的直徑可適合于和與之接近的相關(guān)葉片厚度一致，以便 在葉片26的外表面104和相關(guān)第二通道100的表面106之間提供充分的 熱傳遞，同時(shí)提供足夠的葉片強(qiáng)度。第二通道100的遠(yuǎn)端側(cè)的第二端108 終止在接近葉片26的尖端112的第三空腔110中，其中第三空腔110提供 相關(guān)葉片26內(nèi)的第二通道100之間的流體連通。例如，第三空腔110由 與第二通道100的第二端108分離開(kāi)的端蓋114形成，且該端蓋114在其 外圍被固定至葉片26的邊緣116。對(duì)于葉片26內(nèi)的燃料12，葉片26相對(duì) 于燃燒室16關(guān)閉，以便使得所有的燃料12都在葉片26的徑向向內(nèi)的位 置處進(jìn)入燃燒室12。
因此，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10包括可相對(duì)于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的外 殼34旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)部分118，其中可旋轉(zhuǎn)部分118包括渦輪20/裝有葉片 的轉(zhuǎn)子22，其包括轉(zhuǎn)子24和葉片26;后蓋50和相關(guān)的第一旋轉(zhuǎn)流體圈 閉42;前蓋50;以及軸組件28/軸88和相關(guān)的第一排出孔口92/第二旋轉(zhuǎn) 流體圈閉96，所有這些都與參考旋轉(zhuǎn)框架一致地旋轉(zhuǎn)。在燃料12從相 對(duì)固定的孔口38排出之后，燃料12被容納在可旋轉(zhuǎn)部分118內(nèi)，直到燃
料從參考旋轉(zhuǎn)框架中的可旋轉(zhuǎn)部分118的第一排出孔口92直接排出至 燃燒室16內(nèi)。因此，由于可旋轉(zhuǎn)部分118的所有元件都與參考旋轉(zhuǎn)框架 一致地旋轉(zhuǎn)，因此例如，在第一分界面50和第二分界面76的外緣60, 80與轉(zhuǎn)子24的第二唇緣62.2， 82.2的匯合處，這些元件可根據(jù)需要而容 易地彼此密封在一起，以將燃料12容納于其中，否則，如果必需提供 在元件的相對(duì)移動(dòng)匯合處上的密封，以相互密封，這將是成問(wèn)題的。
在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的工作時(shí)，由燃料源36提供的且由第一控制 閥37調(diào)節(jié)的液體燃料12.1從相對(duì)固定的孔口38排出至第一旋轉(zhuǎn)流體圈 閉42的進(jìn)口40的內(nèi)部溝槽56內(nèi)。由于作用在排出的液體燃料12.1上的離 心加速度，因此所排出的液體燃料12.1由內(nèi)部溝槽56捕獲，液體燃料 12.1在與內(nèi)部溝槽56或容納在其中的液體燃料12.1碰撞之后開(kāi)始與可 旋轉(zhuǎn)部分118—起旋轉(zhuǎn)。進(jìn)入第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉42的進(jìn)口40的液體燃料 12.1在作用在容納在第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉42之內(nèi)的液體燃料12.1上的離 心加速度力的作用下，泵送通過(guò)第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉42的相關(guān)通道52， 離心加速度力的作用還隔離了第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉42的進(jìn)口40處的相對(duì) 較低壓力和其出口44處的相對(duì)較高壓力。燃料12在離開(kāi)第一旋轉(zhuǎn)流體 圈閉42的出口44之后，燃料12徑向向外加速，由此相比于相關(guān)燃料蒸 汽的密度相對(duì)較大的液體燃料12.1傾向于跟隨后蓋50的內(nèi)部。
在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的正常工作期間，渦輪20/裝有葉片的轉(zhuǎn)子22 的最熱部分是直接暴露于來(lái)自燃燒室16的較熱排出氣體18.1的葉片26。 來(lái)自葉片26的熱量被傳遞至轉(zhuǎn)子24和相關(guān)的第一分界面50和第二分界 面76，它用于加熱鄰近于轉(zhuǎn)子24的第一側(cè)48和第二側(cè)72的相關(guān)的第一 空腔46和第二空腔74中的任何燃料12。因此，轉(zhuǎn)子24和鄰近的后蓋50 的溫度隨著離葉片26的距離減小而增加，使得第一空腔46內(nèi)的燃料12 在其向外徑向流動(dòng)時(shí)被加熱。此外，參考圖3，作用在燃料12上的離心 加速度隨著第一空腔46內(nèi)的徑向距離增加而增加，這將增加其相關(guān)的 壓力。第一空腔46或第二空腔74中的燃料12通過(guò)粘性力而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)， 粘性力由于相對(duì)于相關(guān)的第一空腔46或第二空腔74中的液體或蒸汽起
作用的轉(zhuǎn)子24和后蓋50的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生，而第一通道66或第二通道 100中的燃料12被強(qiáng)迫與轉(zhuǎn)子24和葉片26—起旋轉(zhuǎn)。因此，如圖3所示， 在粘性旋轉(zhuǎn)的較前區(qū)域中，燃料壓力以相對(duì)于徑向距離比較后強(qiáng)迫區(qū) 域中要低的速率增加，這是因?yàn)榱鲃?dòng)流內(nèi)的滑移可發(fā)生在較前區(qū)域中 而非較后區(qū)域中。參考圖4，當(dāng)燃料12在第一空腔46的第一部分46.1中 加熱時(shí)，燃料12從飽和液體轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽，如標(biāo)記為"A"的點(diǎn)的軌 跡所示，這也在圖l中示出。當(dāng)燃料12從第一空腔46的第一部分46.1流 動(dòng)至第一空腔46的第二部分46.1時(shí)，燃料12變得過(guò)熱，且可呈現(xiàn)出如圖 l和4中的標(biāo)記為"B"和"C"的點(diǎn)所示的狀態(tài)的混合。
當(dāng)燃料12通過(guò)第一開(kāi)口68流入第一通道66時(shí)，燃料12進(jìn)一步被加 熱和加壓。第一通道66的第一組通道66.1中的燃料12從其中流過(guò)，從其 第二開(kāi)口70流出，然后流入第二空腔74的第二部分74.2，在此過(guò)程中， 燃料12用于冷卻位于葉片26之間的區(qū)域中的轉(zhuǎn)子24的邊緣120。參考圖 5，離心加速度場(chǎng)使第一通道66的第二組通道66.2中的相對(duì)較稠密的燃 料12流入與之相交的第二通道100，第二通道100響應(yīng)于熱虹吸過(guò)程， 排出在其內(nèi)部的、已經(jīng)變得更熱且密度較低的燃料12，其中熱虹吸過(guò) 程在燃料12由于從葉片26傳遞的熱量(冷卻葉片26)而被加熱時(shí)，由 離心加速度場(chǎng)和密度上的減小所驅(qū)動(dòng)。第二通道100內(nèi)以及第一通道66 和第二通道100之間的熱虹吸流122引起較冷燃料12.2連續(xù)地交換較熱 燃料12.3，這也由圖4和5中的點(diǎn)"D" "E"和"F"示出。較熱燃料12.3 最后流過(guò)第一通道66的第二組通道66.2的第二開(kāi)口70，并流入第二空腔 的第二部分74.2。第一通道66的第二組通道66.2用于使燃料12沿第一流 動(dòng)路徑124直接地從第一開(kāi)口68通過(guò)第二組66.2通到流動(dòng)至第二開(kāi)口 70，這用于在相關(guān)葉片26的基部處冷卻轉(zhuǎn)子24;或者響應(yīng)于熱虹吸過(guò) 程，在首先沿包括一個(gè)或多個(gè)第二通道100的第二流動(dòng)路徑126流動(dòng)之 后間接地流動(dòng)，這用于冷卻渦輪20的相關(guān)葉片26。
第二空腔74的第二部分74.1中的較低密度的加熱的燃料12.3在由 來(lái)自第一通道66的相對(duì)更稠密的、較少被加熱的燃料12排出之后，流
動(dòng)通過(guò)通道84進(jìn)入第二空腔74的第一部分74.1。隨著燃料在第二空腔74 中徑向向內(nèi)流動(dòng)，燃料的壓力減小，并且燃料12通過(guò)與較冷外界的熱 交換而被冷卻，從過(guò)熱蒸汽轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽，然后轉(zhuǎn)化為飽和液體， 如與在圖l相似地標(biāo)記的位置對(duì)應(yīng)的、圖4上的標(biāo)記為"G"的點(diǎn)的軌跡 所示。然后，燃料12流過(guò)通過(guò)軸88的通道90，流過(guò)軸88的內(nèi)部86，流 出通過(guò)軸88的第二通道，并通過(guò)為第二旋轉(zhuǎn)流體圈閉96的一部分的第 一排出孔口92而流入燃燒室16。
當(dāng)渦輪20處于足以使燃料12蒸發(fā)的溫度下時(shí)，有利地是使用上述 冷卻渦輪20的系統(tǒng)和方法，以便減輕與渦輪20的機(jī)械平衡的干涉，在 上述系統(tǒng)和方法中，燃料12由第一燃料分配回路128，從燃料源36通過(guò) 第一控制閥37而輸送至轉(zhuǎn)子24和葉片26。根據(jù)另一個(gè)方面，有利地是， 利用第二燃料分配回路130，第二燃料分配回路130用于直接將燃料噴 入燃燒室16內(nèi)，而無(wú)需流過(guò)轉(zhuǎn)子24和葉片26。參考圖l，從燃料源36供 給的液體燃料12.1由第二控制閥132調(diào)節(jié)，并且被輸送至第二排出孔口 134，第二排出孔口134例如是第三旋轉(zhuǎn)流體圈閉136的一部分，第三旋 轉(zhuǎn)流體圈閉136例如運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至軸88，其中燃料12從第二控制閥132 通過(guò)軸88內(nèi)部的獨(dú)立的通道138供應(yīng)。例如，第一控制閥37和第二控制 閥130將被控制，使得在啟動(dòng)和預(yù)熱狀態(tài)期間，到達(dá)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)IO 的所有燃料12都由第二燃料分配回路130輸送。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10預(yù) 熱之后，在一個(gè)實(shí)施例中，第二燃料分配回路130提供足夠量的燃料12， 以維持空轉(zhuǎn)運(yùn)行條件，并且響應(yīng)于根據(jù)運(yùn)行的要求，由第一控制閥38 經(jīng)由第一燃料分配回路128提供剩余的燃料12。在另一個(gè)實(shí)施例中，在 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10預(yù)熱之后，所有的燃料12都可由第一燃料分配回路 128輸送。在又一個(gè)實(shí)施例中，采用第一燃料分配回路128和第二燃料 分配回路130之間的燃料12的一些其它相對(duì)分配。
參考圖6，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，第一排出孔口92和相關(guān)的第二旋轉(zhuǎn) 流體圈閉96被結(jié)合在前蓋76中，以便用于將燃料12從前蓋76直接噴入 燃燒室16內(nèi)，而無(wú)需引入軸88作為相關(guān)的流動(dòng)路徑。
除用于冷卻渦輪20的葉片26和轉(zhuǎn)子24之外，第一燃料分配回路128 還用于再生回收來(lái)自排氣18.1的熱量，以便提高運(yùn)行效率，特別是對(duì)于 固定應(yīng)用而言。
雖然在上述詳細(xì)說(shuō)明中詳細(xì)描述了具體實(shí)施例，并且在附圖中示 出了具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，根據(jù)本公開(kāi)內(nèi) 容的整體教導(dǎo)，可以對(duì)那些細(xì)節(jié)進(jìn)行各種修改和替換。因此，所公開(kāi) 的具體布置僅僅是說(shuō)明性的，并且對(duì)本發(fā)明的范圍不具有限制性，本 發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其任何和所有的等同物的全部范圍給 出。
權(quán)利要求
1.一種冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括以下步驟a.供應(yīng)燃料至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的可旋轉(zhuǎn)部分，其中所述可旋轉(zhuǎn)部分包括轉(zhuǎn)子和運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子或者所述轉(zhuǎn)子的一部分的至少一個(gè)葉片；b.利用供應(yīng)至所述可旋轉(zhuǎn)部分的所述燃料，冷卻所述轉(zhuǎn)子和至少一個(gè)所述葉片中的至少一個(gè)，其中，對(duì)于供應(yīng)至所述至少一個(gè)所述葉片的所述燃料，所述至少一個(gè)所述葉片相對(duì)于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室關(guān)閉；和c.將所述燃料從所述可旋轉(zhuǎn)部分直接排入燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求l所述的冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，所述 可旋轉(zhuǎn)部分包括旋轉(zhuǎn)流體圈閉，所述燃料被供應(yīng)至所述旋轉(zhuǎn)流體圈閉 的進(jìn)口，并且所述旋轉(zhuǎn)流體圈閉的出口與所述轉(zhuǎn)子流體連通。
3. 如權(quán)利要求l所述的冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，用于 冷卻的操作包括使所述燃料沿位于所述轉(zhuǎn)子的第一側(cè)和所述轉(zhuǎn)子的 第二側(cè)之間的至少一個(gè)第一流動(dòng)路徑流動(dòng)。
4. 如權(quán)利要求3所述的冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，用于 冷卻的所述操作還包括使所述至少一個(gè)第一流動(dòng)路徑和至少一個(gè)第二流動(dòng)路徑之間的燃料熱虹吸交換，其中所述至少一個(gè)第二流動(dòng)路徑 在所述至少一個(gè)所述葉片內(nèi)延伸，以便熱量從所述至少一個(gè)所述葉片 傳遞至所述燃料，由此所述熱虹吸交換響應(yīng)于由所述可旋轉(zhuǎn)部分的旋 轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心加速度場(chǎng)，并且所述熱虹吸交換還響應(yīng)于所述燃料的 響應(yīng)于其溫度的密度上的變化。
5. 如權(quán)利要求4所述的冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，所述至少一個(gè)第一流動(dòng)路徑的形狀適合于至少部分地符合所述至少一個(gè)所 述葉片的輪廓，所述至少一個(gè)第二流動(dòng)路徑在方向上基本上為直線性 的，并且所述至少一個(gè)第一流動(dòng)路徑的所述形狀使得所述至少一個(gè)第 二流動(dòng)路徑與所述至少一個(gè)第一流動(dòng)路徑相交。
6. 如權(quán)利要求4所述的冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，用于冷卻的所述操作還包括以下步驟a. 在至少一個(gè)所述葉片內(nèi)提供多個(gè)所述第二流動(dòng)路徑，和b. 使所述多個(gè)所述第二流動(dòng)路徑在所述第二流動(dòng)路徑的第二端附 近彼此連通，所述第二端在與所述至少一個(gè)第一流動(dòng)路徑連通的第一 端的遠(yuǎn)端側(cè)。
7. 如權(quán)利要求3所述的冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，排出 所述燃料的操作包括使所述轉(zhuǎn)子的所述第二側(cè)外的所述燃料從所述第一流動(dòng)路徑流動(dòng)至所述第一流動(dòng)路徑的徑向向內(nèi)的排出位置。
8. 如權(quán)利要求4所述的冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，排出 所述燃料的所述操作包括使所述轉(zhuǎn)子的所述第二側(cè)外的所述燃料從所述第一流動(dòng)路徑流動(dòng)至所述第一流動(dòng)路徑的徑向向內(nèi)的排出位置。
9. 如權(quán)利要求l所述的冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，所述燃料從運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所述可旋轉(zhuǎn)部分的軸部的旋轉(zhuǎn)噴射器被排入所述 燃燒室內(nèi)。
10. 如權(quán)利要求l所述的冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，所述 燃料從運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至鄰近所述轉(zhuǎn)子的空腔的旋轉(zhuǎn)噴射器被排入所述燃 燒室內(nèi)，并且所述空腔接收從所述轉(zhuǎn)子的、由于冷卻操作而被加熱的 所述燃料。
11. 一種用于冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括以下步驟a. 使流體從所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的第一側(cè)沿至少一個(gè)第一流動(dòng)路徑流動(dòng)至所述轉(zhuǎn)子的第二側(cè)；和b. 使所述流體在至少一個(gè)第二流動(dòng)路徑內(nèi)進(jìn)行熱虹吸流動(dòng)，其中所述至少一個(gè)第二流動(dòng)路徑與所述至少一個(gè)第一流動(dòng)路徑流體連通， 所述至少一個(gè)第二流動(dòng)路徑與運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子或者所述轉(zhuǎn)子的一部分的至少一個(gè)葉片熱連通；并且所述至少一個(gè)第一流動(dòng)路徑適合 于使得所述流體能夠沿其流動(dòng)，而不必需沿所述至少一個(gè)第二流動(dòng)路 徑流動(dòng)。
12. 如權(quán)利要求ll所述的冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，所 述至少一個(gè)第二流動(dòng)路徑在所述至少一個(gè)所述葉片內(nèi)延伸。
13. 如權(quán)利要求ll所述的冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，所 述至少一個(gè)第一流動(dòng)路徑的形狀適合于至少部分地符合所述至少一個(gè) 所述葉片的輪廓，所述至少一個(gè)第二流動(dòng)路徑在方向上基本上為直線 性的，并且所述至少一個(gè)第一流動(dòng)路徑的所述形狀使得所述至少一個(gè) 第二流動(dòng)路徑與所述至少一個(gè)第一流動(dòng)路徑相交。
14. 如權(quán)利要求ll所述的冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，所 述至少一個(gè)第二流動(dòng)路徑在至少一個(gè)所述葉片內(nèi)包括多個(gè)所述第二流動(dòng)路徑，還包括使所述多個(gè)所述第二流動(dòng)路徑在所述第二流動(dòng)路徑 的第二端附近彼此連通，第二端在與所述至少一個(gè)第一流動(dòng)路徑連通 的第一端的遠(yuǎn)端側(cè)。
15. 如權(quán)利要求ll所述的冷卻燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，所 述至少一個(gè)第一流動(dòng)路徑包括多個(gè)第一流動(dòng)路徑，并且所述多個(gè)第一流動(dòng)路徑中的至少一個(gè)不與所述至少一個(gè)第二流動(dòng)路徑流體連通。
16. —種操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，包括以下步驟 a.旋轉(zhuǎn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子；b.將燃料的至少第一部分供應(yīng)至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的所述轉(zhuǎn)子的第 一側(cè)上的第一空腔，其中所述第一空腔與所述轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)；C.使供應(yīng)至所述第一空腔的所述燃料與所述第一空腔一起旋轉(zhuǎn)， 由此所述燃料的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生作用所述第一空腔中的所述燃料上的離心加 速度；d. 使所述燃料通過(guò)位于所述轉(zhuǎn)子的第一側(cè)上的第一開(kāi)口流入第一 流動(dòng)路徑內(nèi)；e. 使所述燃料從所述第一流動(dòng)路徑流入第二流動(dòng)路徑，其中所述 第二流動(dòng)路徑延伸至運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子或者所述轉(zhuǎn)子的一部分的葉片內(nèi)，并且使所述燃料流入所述第一流動(dòng)路徑的操作和使所述燃料 從所述第一流動(dòng)路徑流入所述第二流動(dòng)路徑的操作響應(yīng)于所述離心加 速度；f. 將熱量從所述葉片傳遞至位于所述第一流動(dòng)路徑或所述第二流 動(dòng)路徑中的所述流體，以便在其中產(chǎn)生相對(duì)較熱的流體；g. 通過(guò)熱虹吸過(guò)程，使所述相對(duì)較熱的流體從所述第二流動(dòng)路徑 流動(dòng)至所述第一流動(dòng)路徑，由此所述相對(duì)較熱的流體由相對(duì)較不熱的 流體替代；h. 使所述相對(duì)較熱的流體從所述第一流動(dòng)路徑通過(guò)所述轉(zhuǎn)子的第 二側(cè)上的第二開(kāi)口流動(dòng)至所述轉(zhuǎn)子的所述第二惻上的第二空腔；i. 使所述相對(duì)較熱的流體從所述第二空腔流動(dòng)至與所述燃?xì)鉁u輪 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室運(yùn)轉(zhuǎn)地相關(guān)聯(lián)的孔口；和j.將所述加熱的流體從所述孔口排入所述燃燒室內(nèi)。
17.如權(quán)利要求16所述的操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，將 燃料供應(yīng)至所述第一空腔的所述操作包括以下步驟a. 將所述燃料從第一孔口排出至第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉的進(jìn)口；和b. 將所述燃料從所述第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉的出口排入所述第一空腔，其中所述第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉適合于與所述轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)；并且所述第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉用于將所述進(jìn)口處的壓力和所述出口處的壓力隔離開(kāi)。
18. 如權(quán)利要求16所述的操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，所 述第一流動(dòng)路徑和第二流動(dòng)路徑適合于使得所述相對(duì)較熱流體處于超 臨界狀態(tài)。
19. 如權(quán)利要求16所述的操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，排 出所述加熱的流體的所述操作包括通過(guò)第二旋轉(zhuǎn)流體圈閉排出所述 加熱的流體，并且所述第二旋轉(zhuǎn)流體圈閉用于將所述加熱的流體的壓 力和所述燃燒室的壓力隔離開(kāi)。
20. 如權(quán)利要求16所述的操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，還包括 將所述燃料的第二部分在一條獨(dú)立的流動(dòng)路徑上供應(yīng)至所述燃燒室。
21. 如權(quán)利要求20所述的操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，還包括控制所述燃料的所述第一部分，以便當(dāng)所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于使所述第 一流動(dòng)路徑內(nèi)的所述燃料蒸發(fā)來(lái)說(shuō)不夠熱時(shí)，抑制所述燃料的所述第一部分流動(dòng)。
22. 如權(quán)利要求20所述的操作燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，其中，所 述燃料的所述第二部分適合于足以至少維持燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的空轉(zhuǎn)運(yùn) 行狀態(tài)，并且所述燃料的所述第一部分適合于將所述燃料的剩余部分 提供至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。
23. —種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，包括a. 轉(zhuǎn)子；b. 位于所述轉(zhuǎn)子的第一側(cè)上的第一空腔，其中所述第一空腔適合 于從燃料源接收燃料，并且所述第一空腔形成在所述轉(zhuǎn)子的所述第一 側(cè)和第一邊界面之間；c. 位于所述轉(zhuǎn)子的第二側(cè)上的第二空腔，其中所述第二空腔形成 在所述轉(zhuǎn)子的所述第二側(cè)和第二邊界面之間；并且所述第一邊界面和 第二邊界面適合于與所述轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)；d. 與所述第一空腔和所述第二空腔都流體連通的至少一個(gè)通道， 其中所述至少一個(gè)通道延伸至運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子或者所述轉(zhuǎn)子的 一部分的至少一個(gè)葉片內(nèi)，以便將熱量從所述至少一個(gè)葉片傳遞至所述至少一個(gè)通道中的所述燃料；和e. 與所述第二空腔流體連通的至少一個(gè)第一排出孔口，其中所述 至少一個(gè)第一排出孔口適合于與所述轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，所述第一排出孔 口適合于將燃料直接排入所述燃燒室內(nèi)；并且從所述第一排出孔口排 出的燃料從所述第二空腔被供應(yīng)至所述第一排出孔口。
24. 如權(quán)利要求23所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括運(yùn)行地聯(lián)接至 所述第一空腔的第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉，其中所述第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉適合 于從所述燃料源接收燃料，并且所述第一空腔適合于從所述第一旋轉(zhuǎn) 流體圈閉接收燃料。
25. 如權(quán)利要求23所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括與所述第一旋 轉(zhuǎn)流體圈閉的進(jìn)口鄰近且與其分離開(kāi)的至少一個(gè)相對(duì)固定的孔口，其 中，當(dāng)所述第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的工作期間旋轉(zhuǎn)時(shí)， 來(lái)自所述燃料源的所述燃料從所述至少一個(gè)相對(duì)固定的孔口排出，且 由所述第一旋轉(zhuǎn)流體圈閉的所述進(jìn)口捕獲。
26. 如權(quán)利要求23所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述第一邊界 面沿第一周邊被密封至所述轉(zhuǎn)子上，第一周邊圍繞位于所述轉(zhuǎn)子的所 述第一側(cè)上的所述至少一個(gè)第一通道的每一個(gè)開(kāi)口 ；并且所述第二邊 界面沿第二周邊被密封至所述轉(zhuǎn)子上，第二周邊圍繞位于所述轉(zhuǎn)子的 所述第二側(cè)上的所述至少一個(gè)第一通道的每一個(gè)開(kāi)口。
27. 如權(quán)利要求23所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述至少一個(gè) 通道包括a.在所述第一空腔和所述第二空腔之間延伸的至少一個(gè)第一通 道；和b.從所述第一通道延伸至運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子或者所述轉(zhuǎn)子的 一部分的至少一個(gè)葉片內(nèi)的至少一個(gè)第二通道。
28. 如權(quán)利要求27所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述至少一個(gè) 第一通道的形狀適合于至少部分地符合所述至少一個(gè)所述葉片的輪 廓，并且所述至少一個(gè)第二通道基本上是直線性的，且所述至少一個(gè) 第二通道適合于與所述至少一個(gè)第一通道相交。
29. 如權(quán)利要求28所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述至少一個(gè) 第二通道包括在至少一個(gè)所述葉片內(nèi)的多個(gè)第二通道，所述至少一個(gè) 所述葉片包括與所述多個(gè)所述第二通道在所述多個(gè)第二通道的第二端 處流體連通的第三空腔，并且其中所述多個(gè)第二通道的第一端運(yùn)轉(zhuǎn)地 聯(lián)接至所述至少一個(gè)第一通道。
30. 如權(quán)利要求29所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述第三空腔 接近所述至少一個(gè)所述葉片的尖端。
31. 如權(quán)利要求23所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述至少一個(gè) 第一排出孔口運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至軸或者軸的一部分，該軸運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所 述轉(zhuǎn)子。
32. 如權(quán)利要求23所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述至少一個(gè) 第一排出孔口運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所述第二邊界面或者所述第二邊界面的一 部分。
33. 如權(quán)利要求23所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述至少一個(gè) 第一排出孔口運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至第二旋轉(zhuǎn)流體圈閉或者第二旋轉(zhuǎn)流體圈閉 的一部分。
34. —種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的裝有葉片的轉(zhuǎn)子，包括a. 轉(zhuǎn)子；b. 運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子或者所述轉(zhuǎn)子的一部分的至少一個(gè)葉片；c. 在所述轉(zhuǎn)子的第一側(cè)上的至少一個(gè)第一開(kāi)口；d. 在所述轉(zhuǎn)子的第二側(cè)上的至少一個(gè)第二開(kāi)口，其中所述第二側(cè) 與所述第一側(cè)相對(duì)；e. 至少一個(gè)第一通道，其中所述第一通道位于所述轉(zhuǎn)子中，且使 得至少一個(gè)所述第一開(kāi)口和至少一個(gè)所述第二開(kāi)口之間流體連通；和f. 至少一個(gè)第二通道，其中所述至少一個(gè)第二通道位于至少一個(gè) 所述葉片中，所述至少一個(gè)所述第二通道的一端與至少一個(gè)所述第一 通道流體連通，并且所述至少一個(gè)所述第二通道的另一端位于所述至 少一個(gè)所述葉片內(nèi)，所述至少一個(gè)第一通道適合于使得流體能夠在所 述至少一個(gè)所述第一開(kāi)口和所述至少一個(gè)所述第二開(kāi)口之間流動(dòng)，而 不必需在所述至少一個(gè)所述第二通道中流動(dòng)，所述至少一個(gè)第二通道 適合于將熱量從所述至少一個(gè)所述葉片傳遞至位于所述至少一個(gè)第二 通道中的流體，并且當(dāng)所述轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)，所述至少一個(gè)第二通道適合 于使所述流體在其內(nèi)進(jìn)行熱虹吸流動(dòng)。
35. 如權(quán)利要求34所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的裝有葉片的轉(zhuǎn)子，其 中，所述至少一個(gè)第一開(kāi)口包括多個(gè)第一開(kāi)口，所述至少一個(gè)第二開(kāi) 口包括多個(gè)第二開(kāi)口，所述至少一個(gè)第一通道包括多個(gè)第一通道，并 且每個(gè)所述第一開(kāi)口都通過(guò)一個(gè)相應(yīng)的所述第一通道而僅運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接 至一個(gè)相應(yīng)的所述第二開(kāi)口。
36. 如權(quán)利要求34所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的裝有葉片的轉(zhuǎn)子，其 中，每個(gè)所述第二通道都僅與一個(gè)所述第一通道相關(guān)聯(lián)。
37. 如權(quán)利要求34所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的裝有葉片的轉(zhuǎn)子，其 中，所述至少一個(gè)第一通道的形狀適合于至少部分地符合所述至少一 個(gè)所述葉片的輪廓，所述至少一個(gè)第二通道基本上是直線性的，并且 所述至少一個(gè)第二通道適合于與所述至少一個(gè)第一通道相交。
38. 如權(quán)利要求37所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的裝有葉片的轉(zhuǎn)子，其 中，所述至少一個(gè)第二通道包括位于至少一個(gè)所述葉片內(nèi)的多個(gè)第二 通道，所述至少一個(gè)所述葉片包括與所述多個(gè)所述第二通道在所述多 個(gè)第二通道的第二端處流體連通的空腔，并且所述多個(gè)第二通道的第 一端運(yùn)轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所述至少一個(gè)第一通道，其中所述第二端為所述第 一端的遠(yuǎn)端側(cè)。
39. 如權(quán)利要求38所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的裝有葉片的轉(zhuǎn)子，其 中，所述空腔接近所述至少一個(gè)所述葉片的尖端。
全文摘要
供應(yīng)至旋轉(zhuǎn)流體圈閉(42)的燃料(12)在鄰近轉(zhuǎn)子(24)的第一側(cè)(48)的第一空腔(46)內(nèi)被以離心方式加速，然后被引導(dǎo)通過(guò)多個(gè)第一通道(66)，第一通道(66)延伸通過(guò)葉片(26)之間且接近葉片(26)的轉(zhuǎn)子(24)，且成形為至少部分符合葉片(26)的形狀。第二通道(100)在葉片(26)內(nèi)從第一通道(66)延伸，并終止在接近葉片(26)的尖端(112)的相關(guān)空腔(110)內(nèi)。第一通道(66)中的相對(duì)較冷燃料(12.2)與第二通道(100)中的相對(duì)較熱燃料(12.3)以熱虹吸的方式進(jìn)行交換，以冷卻葉片(26)。加熱的燃料(12.3)流入鄰近于轉(zhuǎn)子(24)的第二側(cè)(72)的第二空腔(74)內(nèi)，并且被從參考旋轉(zhuǎn)框架通過(guò)第二旋轉(zhuǎn)流體圈閉(96)而直接排入燃燒室(16)內(nèi)。分離的燃料分配回路(130)用于啟動(dòng)和預(yù)熱。
文檔編號(hào)F02C7/12GK101184912SQ200580049591
公開(kāi)日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2005年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月25日
發(fā)明者小羅伯特·S·湯普森, 格雷格·威廉 申請(qǐng)人:威廉國(guó)際有限責(zé)任公司