專利名稱：使用熱管的用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的傳熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，及更具體地，涉及在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)使用熱管(heat pipes)傳熱的系統(tǒng)及方法。
技術(shù)背景在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，尤其是較多旁通的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，如分流 器前部及助推器(booster)入口導(dǎo)向葉片(IGV)前緣(leading edge)這樣的 暴露構(gòu)件可在操作期間堆積冰。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)及在暴露的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上 的冰的堆積是有重大影響的。附著的水可以部分地堵塞風(fēng)扇流路， 并使得風(fēng)扇不穩(wěn)定。堆積的冰還可能突然地脫落(例如，經(jīng)由發(fā)動(dòng)機(jī) 的連續(xù)運(yùn)行)，從發(fā)動(dòng)機(jī)的低能量運(yùn)行至高能量運(yùn)行時(shí)引起節(jié)流閥爆 裂，或由于水堆積的擾流或者不對(duì)稱引起振動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，已存在的用于限制水堆積的各種現(xiàn)有技術(shù)的 方法，例如，用增加的運(yùn)行溫度運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，將高溫度排氣從發(fā)動(dòng) 機(jī)壓縮機(jī)引導(dǎo)至暴露的表面，在運(yùn)行之前用除冰的溶液噴射發(fā)動(dòng)機(jī)， 及用電阻加熱器加熱表面。然而，所有這些方法具有各種缺點(diǎn)。增 加的操作溫度及排氣系統(tǒng)可能降低發(fā)動(dòng)機(jī)性能。這種系統(tǒng)還需要昂 貴的及重的閥門，以在起飛及其它高能量運(yùn)行期間關(guān)閉高溫度空氣 的流動(dòng)，以保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)。已估算出與排氣構(gòu)造相關(guān)聯(lián)的燃料消耗率 (SFC)的損失可以高到1%。除冰的流體僅在有限的時(shí)間內(nèi)提供保護(hù)。 電加熱要求大量的電量，以執(zhí)行除水操作，且可能需要額外的電機(jī)、 飛機(jī)的計(jì)算機(jī)電路及復(fù)雜的交互邏輯，具有附帶的增加的成本、重 量和性能損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有才支術(shù)中的前述缺點(diǎn)，本發(fā)明為渦輪發(fā) 動(dòng)機(jī)提供傳熱系統(tǒng)，包括至少一個(gè)熱管，熱管的其中至少一段安置為與整流罩(cowling)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面相接觸。熱管熱聯(lián)接至熱源，以使 來(lái)自熱源的熱量可以通過(guò)熱管傳輸至整流罩結(jié)構(gòu)。根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)提供傳熱系統(tǒng)，包括具有 弓形截面的前部部分的環(huán)形整流罩結(jié)構(gòu)。傳熱系統(tǒng)包括至少 一 個(gè)熱 管，熱管的其中至少一段安置為與整流罩結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面相接觸。通 過(guò)包括緩沖元件的裝配結(jié)構(gòu)固定熱管，緩沖元件適于防止熱管振動(dòng)； 其中，熱管熱聯(lián)接至熱源，以z使來(lái)自熱源的熱量可以通過(guò)熱管傳輸 至整流罩結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括具有弓形截面 的前部部分的環(huán)形整流罩結(jié)構(gòu)；多個(gè)熱管，各個(gè)熱管的至少一段安 置成抵靠整流罩結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面，通過(guò)包括緩沖元件的裝配結(jié)構(gòu)固定 熱管，緩沖元件適于防止熱管4展動(dòng)；且熱源熱聯(lián)接至熱管，以使來(lái) 自熱源的熱量可以通過(guò)熱管傳輸至整流罩結(jié)構(gòu)。


與附圖相結(jié)合，通過(guò)參考下面的描述，可更好地理解本發(fā)明， 圖中圖1為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分風(fēng)扇模組的截面示意圖，包括 根據(jù)本發(fā)明的 一 方面構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)； 圖2為示于圖1的分流器的透視圖；圖3為圖2的分流器的截面視圖，示出了安置于其內(nèi)的熱管； 圖4為分流器的截面圖，示出了熱管的可選的裝配；及 圖5為分流器的截面圖，示出了其內(nèi)熱管的另一可選的裝配。
具體實(shí)施方式
參照附圖，其中在各種視圖中所有相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的
元件，圖1示出燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分風(fēng)扇段，包括具有朝前的分流器12的內(nèi)殼體10、通過(guò)徑向延伸的一排風(fēng)扇支柱16連接至內(nèi) 殼體10的環(huán)形風(fēng)扇外殼14、及核心內(nèi)流路18。分流器12為環(huán)形結(jié) 構(gòu)，其分隔風(fēng)扇旁通氣流路徑(大體表示在"F"處)，及核心發(fā)動(dòng)機(jī)氣 流路徑(大體表示在"C "處)。多個(gè)入口導(dǎo)向葉片(IGVs) 20延伸于分流 器12與核心內(nèi)流路18之間。本發(fā)明同樣適用于其它具有弓形"前 部"部分的整流罩結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)^L構(gòu)造，例如，缺少傳統(tǒng)風(fēng)扇整流罩 或分流器的純渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。如此處所使用的，用語(yǔ)"整流罩結(jié) 構(gòu)"大體指任何具有弓形截面的前部(nose)部分的靜態(tài)環(huán)形發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié) 構(gòu)。如圖2所示，環(huán)形助推器外殼22形成分流器12的徑向內(nèi)表面， 并用于容納旋轉(zhuǎn)的助推器葉片(未示出)。環(huán)形邊緣24可以為連續(xù)的 或分段的，其與助推器外殼22聯(lián)合限定分流器12的中空前緣或"前 部"26。本發(fā)明還可使用于分流器12由更多或更少構(gòu)件組成的構(gòu)造 中。多個(gè)熱管28裝配于助推器外殼22的周圍。各個(gè)熱管28包括后 段30、及前段32、及后段30與前段32間的過(guò)渡段33。用于將助推 器外殼22的段在凸緣34處連接在一起的現(xiàn)有的螺釘用于固定裝配 件36，裝配件36在彈性墊圏(grommet)內(nèi)依次承載熱管28，以提供 緩沖。各個(gè)熱管的大多數(shù)用適當(dāng)?shù)母魺狍w40(圖2中僅示出一部分)包 裝，以減小傳熱。各個(gè)前段32，或至少其一部分，是未隔絕的。未 隔絕的部分指定為"冷"或"冷凝器"端，且相對(duì)端指定為"熱" 或"蒸發(fā)器"端(未示出)。應(yīng)該注意，當(dāng)相對(duì)于熱管28使用時(shí)，術(shù) 語(yǔ)"熱"、"蒸發(fā)器"、"冷"、及"冷凝器"描述熱管28在相對(duì) 高或低的溫度區(qū)域內(nèi)的定位，并不涉及熱管28其自身結(jié)構(gòu)的任何特 別方面。熱管28的前段32以周向的排列安置于分流器前部26之內(nèi)。各 個(gè)前段32大體為弓形的，以順應(yīng)助推器外殼22的曲面，并向大體 周向方向延伸。各個(gè)前段32裝配于分流器前部26中，以達(dá)到與流
路表面的良好的熱傳導(dǎo)，而避免振動(dòng)及破裂。在圖3示出的例子中，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)彎曲的、彈性彈簧夾42,前段32支撐抵靠分流器邊 緣(splitter lip)24的內(nèi)部表面，彈簧夾42用焊接、螺釘連接、鉚釘連 接、或其它方式附接于助推器外殼22上。具有隔熱特性的緩沖部件 44由夾42承載，或安置于夾42與前段32之間。用于緩沖部件44 的適合的材料的例子為高溫硅樹脂?？蛇x地，如已知類型的硅樹脂 糊料(paste)的導(dǎo)熱糊料可安置于前段32與分流器邊緣24的內(nèi)表面46 之間，以增強(qiáng)并引導(dǎo)至前面的熱流。另外的隔熱體(未示出)可放置于 分流器邊緣24內(nèi)，以覆蓋前段32的后側(cè)，并減小熱損失。在示于圖4的可選例子中，類似于熱管28，熱管的前段132通 過(guò)一個(gè)或多個(gè)托架48支撐抵靠分流器邊緣24的內(nèi)表面，例如用圖5 所示的螺釘50將托架48附接于分流器邊緣24上。具有隔熱特性的 緩沖部件52可安置于托架48與前段132之間。用于緩沖部件52的 適合的材料的例子為高溫硅樹脂?？蛇x地，如已知類型的硅樹脂糊 料的導(dǎo)熱糊料可安置于前段132與分流器邊緣24的內(nèi)表面之間，以 增強(qiáng)并引導(dǎo)至前面的熱流。另外的隔熱體(未示出)可放置于分流器邊 緣24內(nèi)部，以覆蓋前段132的后側(cè)，并減小熱損失。在示于圖5的可選例子中，類似于熱管28,熱管的前段232通 過(guò)一個(gè)或多個(gè)相對(duì)薄的托架54(如，金屬片)支撐抵靠分流器邊緣24 的內(nèi)表面，托架54鎖位于分流器邊緣24的內(nèi)部。具有隔熱特性的 緩沖部件56可安置于托架54與前段232之間。用于緩沖部件56的 適合的材料的例子為高溫硅樹脂?？蛇x地，如已知類型的硅樹脂糊 料的導(dǎo)熱糊料可安置于前段232與分流器邊緣24的內(nèi)表面之間，以 增強(qiáng)并引導(dǎo)至前面的熱流。另外的隔熱體(未示出)可放置于分流器邊 緣24內(nèi)，以覆蓋前段232的后側(cè)，并減小熱損失。再次參照?qǐng)D2，過(guò)渡段33大體軸向延伸，并與后段30和前段32 相互連接。根據(jù)相關(guān)聯(lián)的前段32的位置設(shè)定尺寸及形狀，但是大多 過(guò)渡段33將在周向方向上延伸至某種程度。
熱管28的后段30大體周向地延伸。它們延伸至裝配于方便位 置上的熱交換器(未示出)。熱交換器可以簡(jiǎn)單地為內(nèi)部具有開口的殼 體。自發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的潤(rùn)滑油通過(guò)適當(dāng)?shù)墓艿肋M(jìn)入熱交換器，將 熱量傳輸至熱管28，及然后通過(guò)補(bǔ)給線路流回至發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)。 連接至熱交換器的潤(rùn)滑油存儲(chǔ)、循環(huán)、及分配系統(tǒng)在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng) 機(jī)技術(shù)中是現(xiàn)有的，此處不再討論。如果希望，熱交換器可以連接 至另一種類型的熱源，如排氣線路、電源、或發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的另一流體 系統(tǒng)。雖然示于圖3中的為圓形，置于分流器前部26內(nèi)部的熱管28 的部分可以成形為橢圓形的、扁平的、或其它非圓形的截面形狀， 以提供希望得到的截面區(qū)域，而改進(jìn)體積的包裝或熱傳輸。例如， 圖4及圖5示出具有大體橢圓形截面的熱管。各個(gè)熱管28具有細(xì)長(zhǎng)的外壁，外壁具有封閉端，外壁和封閉端 一起限定腔。腔沿著毛細(xì)結(jié)構(gòu)或油繩(wick)(未示出)排列，并保持工 作流體。已知道如氣體、水、有機(jī)物質(zhì)、及低熔點(diǎn)金屬的各種工作 流體可用于熱管。工作流體可以為不易燃的，以避免在熱管28的泄 漏或破裂事件中將火災(zāi)引入風(fēng)扇外殼IO的區(qū)域內(nèi)。熱管28在傳熱上是高效的。例如，它們有效的熱傳導(dǎo)高于固體 銅幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，基于希望得到的傳熱程度選擇熱 管的數(shù)量、長(zhǎng)度、直徑、形狀、工作流體、及其它性能參數(shù)。熱管28 的操作更詳細(xì)地描述于下面。如果必要，可改變熱管28的特征，尤其是它們的前段32,以適 應(yīng)它們的個(gè)別方向。例如，具有基本水平的前段32的熱管28,或具 有向上延伸的垂直前段32的熱管28,可以要求與具有向下延伸的前 段32的熱管28相比提供更強(qiáng)毛細(xì)作用的設(shè)計(jì)，以確保充分的冷凝 物回'流，。操作中，自發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部分已吸收熱量的潤(rùn)滑油循環(huán)進(jìn)入熱 交換機(jī)，其中，潤(rùn)滑油加熱熱管28的熱端或蒸發(fā)器端。熱管28內(nèi)
的工作流體吸收熱量并蒸發(fā)。之后產(chǎn)生的蒸氣通過(guò)腔，及在熱管28 的冷部分或冷端凝結(jié)，由此將熱量傳輸至冷部分或冷端。通過(guò)毛細(xì)作用，自熱管28的一端延伸至另一端的油繩或毛細(xì)結(jié)構(gòu)將凝結(jié)液體 傳輸回?zé)岵糠只驘岫?，由此完成循回。根?jù)加熱率，由此傳輸至分 流器12的熱量有效地阻止水的形成(即，防水)和/或移除形成于分流 器12上的冰(即，除水)。本發(fā)明描述于此的熱量傳輸系統(tǒng)，是被動(dòng)的，不需要閥門，且 是密封的。熱管28的數(shù)量、尺寸、及位置是可以選擇的，以按需要 提供熱量移除及傳輸。根據(jù)選4^的確切結(jié)構(gòu)，可僅為防冰或除水而 使用系統(tǒng)性能。熱量傳輸系統(tǒng)利用在發(fā)動(dòng)機(jī)的 一 部分內(nèi)是不需要的 熱量，并使用在發(fā)動(dòng)機(jī)的另一部分中需要的熱量，避免了與現(xiàn)有技 術(shù)的冷卻系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的損失及對(duì)單獨(dú)的防水熱源的需要。雖然已描述了本發(fā)明的特別實(shí)施例，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的那些技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見的是，對(duì)其的各種改動(dòng)不脫離本發(fā)明的精神和 范圍。因此，提供本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的前面的描述及執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式僅為舉例說(shuō)明的目的，并不為限制的目的，本發(fā)明由權(quán)利 要求所限定。部件列表10 內(nèi)殼體12分流器14 環(huán)形風(fēng)扇外殼16 風(fēng)扇支柱18 核心內(nèi)流^各20 入口導(dǎo)向葉片(IGV)22環(huán)形助推器外殼24 環(huán)形邊緣26 分流器的中空前緣"前部" 28熱管30后段32前段33過(guò)渡段34凸緣36裝配件40隔熱體42彈簧夾44緩沖部件46分流器的內(nèi)表面48托架50螺釘52緩沖部件54托架56緩沖部件132熱管的前段232熱管的后段
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的傳熱系統(tǒng)，包括具有弓形截面的前部部分(26)的環(huán)形整流罩結(jié)構(gòu)(12)，所述傳熱系統(tǒng)包括至少一個(gè)熱管(28)，其具有安置為與所述整流罩結(jié)構(gòu)(12)的內(nèi)表面(10)相接觸的至少一段，通過(guò)裝配結(jié)構(gòu)(36)固定所述熱管(28)，所述裝配結(jié)構(gòu)(36)包括緩沖元件(44)，所述緩沖元件(44)用于防止所述熱管(28)振動(dòng)；其中所述熱管(28)熱聯(lián)接至熱源，以使來(lái)自所述熱源的熱量可以通過(guò)所述熱管(28)傳輸至所述整流罩結(jié)構(gòu)(12)。
2. 如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于所述整流罩結(jié) 構(gòu)(12)包括環(huán)形外殼(14);及具有弓形截面形狀的分流器邊緣(24),其安置在所述外殼(14)的 前端，以限定與所迷外殼(14)配合的分流器前部(26)。
3. 如權(quán)利要求2所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于所述裝配結(jié)構(gòu)(36) 包括至少一個(gè)附接于所述外殼(14)上的托架(48)，并將所述熱管(28) 抵靠所述分流器前部的內(nèi)表面(10)而緊固，所述托架(48)承載與所述 熱管(28)相接觸的所述緩沖元件(44)。
4. 如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于還包括安置于 所述熱管(28)與所述整流罩結(jié)構(gòu)(12)的內(nèi)表面(10)之間的導(dǎo)熱糊料。
5. 如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè) 熱管(28)包括安置于入口整流罩(12)之內(nèi)的大體周向延伸的前段 (32)、大體周向延伸的后段(30)、及與所述前段(32)及所述后段(30)相 互連接的過(guò)渡段(33)。
6. 如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于多個(gè)熱管(28) 與所述整流罩(12)的內(nèi)部相接觸地安置，且所述熱管(28)中的每一個(gè) 熱聯(lián)接至所述熱源。
7. 如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè) 熱管(28)包括第一端，其連接至所述熱源；未隔絕部分，其安置在所迷熱管(28)的末端；及隔絕部分，其安置于所述第一端與所迷未隔絕部分之間。
8. 如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè) 熱管(28)包括具有封閉端的細(xì)長(zhǎng)外壁，其協(xié)作地限定容納工作流體的 腔。
9. 如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于所述傳熱系統(tǒng) 促進(jìn)下列至少一個(gè)防止冰形成于所述整流罩(12)上、以及移除已形 成于所述整流罩(12)上的冰。
10. 如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于所述熱源為 來(lái)自所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用熱管的用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的傳熱系統(tǒng)，該類型的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括環(huán)形入口整流罩(12)。傳熱系統(tǒng)包括至少一個(gè)熱管(28)，安置成與外殼的內(nèi)部(10)相接觸。熱管(28)熱聯(lián)接至熱源，以使來(lái)自熱源的熱量可以通過(guò)熱管(28)傳輸并進(jìn)入入口整流罩(12)。
文檔編號(hào)F02C7/00GK101210518SQ200710307400
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者J·P·斯蒂芬森, K·S·文卡塔拉馬尼, T·O·莫尼茲 申請(qǐng)人:通用電氣公司