燃氣渦輪的放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于燃氣渦輪發(fā)動機的組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)以及操作組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)的方法。示例性系統(tǒng)可包括接收高壓放出空氣的高壓放出空氣管線；接收高壓放出空氣中的至少一些并且排放冷卻的高壓放出空氣的預冷器；接收冷卻的高壓放出空氣中的至少一些并且將調壓的冷卻放出空氣排放至氣動系統(tǒng)供應管線的調壓器；以及/或熱區(qū)段構件冷卻空氣管線，其連接在第一調壓器上游，并且構造成將冷卻的高壓放出空氣中的至少一些傳送至熱區(qū)段構件用于用作熱區(qū)段構件冷卻空氣。
【專利說明】燃氣渦輪的放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)及方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請請求享有2011年12月21日提交的美國臨時申請第61/578，443號的權益，該申請通過引用并入。

【技術領域】
[0003]本文中公開的主題大體上涉及燃氣渦輪發(fā)動機，并且更具體地涉及用于燃氣渦輪發(fā)動機的放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)，以及操作放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)的方法。

【背景技術】
[0004]一些燃氣渦輪發(fā)動機包括穿過低壓壓縮機、高壓壓縮機、燃燒器、高壓渦輪和低壓渦輪的空氣流通路。一些燃氣渦輪發(fā)動機可構造成從高壓壓縮機提取壓縮空氣，并且提供壓縮空氣用于在各種飛行器和/或發(fā)動機系統(tǒng)中使用。如本文中使用的，從燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機得到的壓縮空氣可稱為"放出空氣"。
[0005]在一些燃氣渦輪發(fā)動機中，離開燃燒器的氣流的溫度可高于大約1500°C。為了防止由于暴露于高溫氣流而引起的渦輪構件上的非期望熱效應，可冷卻渦輪的一些構件。例如，放出空氣可供應至一個或更多個熱區(qū)段構件(例如，高壓渦輪葉片)用于冷卻。如本文中使用的，用于熱區(qū)段構件冷卻的放出空氣可稱為"熱區(qū)段構件冷卻空氣"。
[0006]問題:從燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機提取放出空氣可降低燃氣渦輪發(fā)動機的效率。


【發(fā)明內容】

[0007]用于上述問題的解決方案通過本公開的示例性實施例提供。
[0008]根據(jù)本公開的至少一些方面的用于燃氣渦輪發(fā)動機的一些示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)可包括構造成從壓縮機的高壓級接收高壓放出空氣的高壓放出空氣管線；第一預冷器，其操作性地連接于高壓放出空氣管線以接收高壓放出空氣中的至少一些，將熱從高壓放出空氣傳遞至環(huán)境空氣，并且排放冷卻的高壓放出空氣；高壓排放管線，其操作性地連接于第一預冷器以接收冷卻的高壓放出空氣；高壓排放管線中的第一調壓器，第一調壓器構造成接收冷卻的高壓放出空氣中的至少一些，并且排放調壓的冷卻放出空氣；氣動系統(tǒng)供應管線，其操作性地連接于第一調壓器下游的高壓排放管線以接收調壓的冷卻放出空氣；以及/或熱區(qū)段構件冷卻空氣管線，其操作性地連接于第一調壓器上游的高壓排放管線，并且構造成將冷卻的高壓放出空氣中的至少一些傳送至熱區(qū)段構件用于用作熱區(qū)段構件冷卻空氣。
[0009]根據(jù)本公開的至少一些方面的用于燃氣渦輪發(fā)動機的一些示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)可包括構造成從壓縮機的高壓級接收高壓放出空氣的高壓放出空氣管線；第一預冷器，其操作性地連接于高壓放出空氣管線，第一預冷器構造成接收高壓放出空氣中的至少一些，將熱從高壓放出空氣傳遞至環(huán)境空氣，并且排放冷卻的高壓放出空氣；高壓排放管線，其操作性地連接于第一預冷器以接收冷卻的高壓放出空氣；中壓放出空氣管線，其構造成從壓縮機的中間級接收中壓放出空氣；第二預冷器，其操作性地連接于中壓放出空氣管線，第二預冷器構造成接收中壓放出空氣，將熱從中壓放出空氣傳遞至環(huán)境空氣，并且排放冷卻的中壓放出空氣；中壓排放管線，其操作性地連接于第二預冷器以接收冷卻的中壓放出空氣；第一調壓器，其操作性地連接于高壓排放管線和中壓排放管線中的至少一個，第一調壓器為操作性的，以排放調壓的冷卻放出空氣；以及/或氣動系統(tǒng)供應管線，其操作性地連接于第一調壓器以接收調壓的冷卻放出空氣；熱區(qū)段構件冷卻空氣管線，其操作性地連接于調壓器上游的高壓排放管線，并且構造成將冷卻的高壓放出空氣中的至少一些傳送至熱區(qū)段構件用于用作熱區(qū)段構件冷卻空氣。
[0010]根據(jù)本公開的至少一些方面的操作組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)的一些示例性方法可包括經(jīng)由高壓放出空氣管線從燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機的高壓級提取高壓空氣；使用操作性地連接于高壓放出空氣管線的預冷器冷卻高壓空氣的至少第一部分以經(jīng)由高壓排放管線提供冷卻的高壓空氣；經(jīng)由操作性地連接于高壓排放管線的熱區(qū)段構件冷卻空氣管線將冷卻的高壓空氣的第一部分供應至燃氣渦輪發(fā)動機的熱區(qū)段構件用于用作熱區(qū)段構件冷卻空氣；經(jīng)由高壓排放管線將冷卻的高壓空氣的第二部分供應至調壓器，調壓器向氣動系統(tǒng)供應管線提供調壓的冷卻空氣；以及/或經(jīng)由氣動系統(tǒng)供應管線將調壓的冷卻空氣供應至至少一個氣動系統(tǒng)。
[0011]前述簡要描述僅為示范性的，并且不意圖以任何方式限制。除上述示范性的方面、實施例和特征之外，另外的方面、實施例和特征將通過參照附圖和以下詳細描述變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]在本文中參照附圖描述了示例性實施例，在該附圖中:
[0013]圖1為示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)的框圖；
[0014]圖2A為示例性雙隔間預冷器的透視圖；
[0015]圖2B為備選示例性雙隔間預冷器的透視圖；
[0016]圖3為備選示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)的框圖；
[0017]圖4為備選示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)的框圖；
[0018]圖5為備選示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)的框圖；以及
[0019]圖6為示出操作組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)的示例性方法的流程圖；所有都根據(jù)本公開的至少一些方面。

【具體實施方式】
[0020]在以下詳細描述中，參照形成其一部分的附圖。在附圖中，類似的符號典型地識別類似的構件，除非上下文另外指出。詳細描述、附圖和權利要求中描述的示范性實施例并非意在為限制性的?？衫闷渌鼘嵤├⑶铱勺鞒銎渌兓?，而不背離此處提出的主題的精神或范圍。將容易理解，如大體上在本文中所述并且在附圖中所示的本公開的方面可以以多種不同構造布置、替換、組合和設計，所有都被明確構想出并且構成本公開的一部分。
[0021]本公開尤其包括與燃氣渦輪發(fā)動機相關聯(lián)的組合放出空氣系統(tǒng)和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)，以及操作組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)的方法。
[0022]圖1為根據(jù)本公開的至少一些方面的示例性燃氣渦輪發(fā)動機10的框圖。發(fā)動機10可構造成使空氣流過風扇102、低壓壓縮機104、高壓壓縮機106、燃燒器108、高壓渦輪110和/或低壓渦輪112。發(fā)動機10可包括組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)100，其可構造成將放出空氣(例如，從低壓壓縮機104和/或高壓壓縮機106得到的壓縮空氣)提供至一個或更多個氣動系統(tǒng)114，諸如飛行器環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)?？衫梅懦隹諝獾钠渌焕詺鈩酉到y(tǒng)包括而不限于翼防冰系統(tǒng)、發(fā)動機罩防冰系統(tǒng)、氣動促動器和發(fā)動機起動系統(tǒng)。
[0023]放出空氣可從低壓壓縮機104和/或高壓壓縮機106的一級或更多級得到。例如，中壓放出空氣可從中間級得到(例如，經(jīng)由中壓放出空氣管線116，其可連接于鄰近高壓壓縮機106的第四級的抽出端口 117)，并且/或者高壓放出空氣可從高壓壓縮機106的高壓級得到(例如，經(jīng)由高壓放出空氣管線118，其可連接于鄰近高壓壓縮機106的第七級的抽出端口 119)。在其中抽出端口 119設置成鄰近高壓壓縮機106的最后級的一些示例性實施例中，高壓放出空氣管線118可接收處于大約壓縮機排放壓力的放出空氣。
[0024]中壓放出空氣管線116和/或高壓放出空氣管線118可將放出空氣引導至預冷器120。中壓放出空氣管線116和/或高壓放出空氣管線118可包括高壓壓縮機106與預冷器120之間的一個或更多個閥。例如，中壓放出空氣管線116可包括止回閥122，止回閥122可布置成允許空氣從高壓渦輪106流至預冷器120，同時大致防止空氣從預冷器120流至高壓渦輪106。高壓放出空氣管線118可包括隔離閥124，其可有選擇地操作成允許和大致防止空氣從高壓壓縮機106流至預冷器120。
[0025]如下文關于圖2A和圖2B所述，預冷器120可包括熱交換器，其構造成將熱從放出空氣傳遞至環(huán)境空氣206，環(huán)境空氣206可從風扇102供應。例如，預冷器120可構造成通過將熱傳遞至冷卻流空氣(諸如，但不限于環(huán)境流、風扇流或旁通流)來將放出空氣冷卻至小于大約230°C。例如，預冷器120可將熱傳遞至環(huán)境空氣206，環(huán)境空氣206可經(jīng)由風扇102供應來作為風扇流。一些示例性實施例可包括風扇空氣閥207，其可布置成允許、防止和/或調節(jié)從風扇102供應的環(huán)境空氣206。預冷器120可構造成經(jīng)由中壓排放管線132排放冷卻的中壓放出空氣，并且/或者預冷器120可構造成經(jīng)由高壓排放管線134來排放冷卻的高壓放出空氣。在一些示例性實施例中，風扇空氣閥207的位置(例如，開-關)可至少部分地基于中壓排放管線132中的冷卻的中壓放出空氣的溫度和/或高壓排放管線134中的冷卻的高壓放出空氣的溫度來控制。一些示例性實施例可包括操作性地聯(lián)接于中壓放出空氣管線116和高壓放出空氣管線118的單獨的預冷器。此類實施例可從環(huán)境空氣206的視角以并流或串流布置構造。
[0026]中壓排放管線132可經(jīng)由一個或更多個調壓器(諸如調壓關閉閥126)將調壓的冷卻放出空氣供應至氣動系統(tǒng)114。高壓排放管線134可經(jīng)由一個或更多個調壓器(諸如調壓關閉閥128)將調壓的冷卻放出空氣供應至氣動系統(tǒng)114。在一些示例性實施例中，調壓關閉閥126和/或調壓關閉閥128可構造成在大約30psig到大約40psig(大約207kPa到大約276kPa)下經(jīng)由氣動系統(tǒng)供應管線127將調壓冷卻放出空氣供應至氣動系統(tǒng)114。
[0027]—些示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)100可構造成將熱區(qū)段構件冷卻空氣供應至一個或更多個熱區(qū)段構件，諸如高壓渦輪110，用于冷卻。例如，熱區(qū)段構件冷卻空氣可供應至渦輪葉片和/或導葉用于冷卻。熱區(qū)段構件冷卻空氣可從高壓壓縮機106經(jīng)由高壓放出空氣管線118、閥124、預冷器120、高壓排放管線134和可連接于高壓排放管線134的熱區(qū)段構件冷卻空氣管線130供應至高壓渦輪110。由于熱區(qū)段構件冷卻空氣管線130可接收流過預冷器120的冷卻的高壓放出空氣，故熱區(qū)段構件冷卻空氣管線130可在低于由高壓放出空氣管線118從高壓壓縮機106得到的高壓放出空氣溫度的溫度下將熱區(qū)段構件冷卻空氣供應至高壓渦輪110。
[0028]一些示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)100可構造成將熱區(qū)段構件冷卻空氣從高壓壓縮機106供應至高壓渦輪110，而不使熱區(qū)段構件冷卻空氣流過預冷器120。例如，一些組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)100可包括旁通管線136，其可包括旁通管線閥138。如果期望將一些或所有熱區(qū)段構件冷卻空氣直接地從高壓壓縮機106供應，則旁通管線閥138可部分地或完全地開啟。如果期望將一些或所有熱區(qū)段構件冷卻空氣經(jīng)由預冷器120供應，則閥124可部分地或完全地開啟。在一些示例性實施例中，閥124和/或旁通管線閥138可節(jié)流來實現(xiàn)穿過其的期望流速。一些示例性實施例可不包括閥124、旁通管線136和/或旁通管線閥138。一些示例性實施例可構造成供應包括冷卻空氣(例如，經(jīng)由熱區(qū)段構件冷卻空氣管線130)和未冷卻空氣(例如，經(jīng)由旁通管線136)兩者的熱區(qū)段冷卻空氣，諸如通過至少部分地開啟閥124和旁通管線閥138兩者。
[0029]圖2A為根據(jù)本公開的至少一些方面的示例性雙隔間預冷器120的透視圖。在本公開的范圍內的是使用任何已知的適合熱交換器，諸如一個或更多個已知的預冷器。預冷器120可包括構造成從中壓放出空氣管線116接收空氣并且將空氣排放至中壓排放管線132的第一隔間202。預冷器120可包括構造成從高壓放出空氣管線118接收空氣并且將空氣排放至高壓排放管線134的第二隔間204。第一隔間202和第二隔間204可設置成鄰近彼此，以包括從環(huán)境空氣206的視角以串流布置的雙隔間預冷器120。獨立隔間202，204可稱為預冷器，并且/或者放出空氣系統(tǒng)中的一個或更多個隔間和/或一個或更多個單獨的預冷器(例如，見圖4)可共同地稱為預冷器。
[0030]預冷器120可構造成熱接觸環(huán)境空氣206 (諸如來自風扇102(圖1))，其中空氣流過第一隔間202和/或第二隔間204。例如，環(huán)境空氣206可與流過隔間202的空氣和/或流過隔間204的空氣以錯流布置和/或逆流布置熱接觸。在一些示例性實施例中，預冷器120可尺寸和/或形狀確定為允許結合現(xiàn)有的風斗和/或風扇空氣閥使用。
[0031]圖2B為根據(jù)本公開的至少一些方面的備選示例性雙隔間預冷器1120的透視圖。在本公開的范圍內的是使用任何已知的適合熱交換器，諸如一個或更多個已知的預冷器。預冷器1120可包括構造成從中壓放出空氣管線116接收空氣并且將空氣排放至中壓排放管線132的第一隔間1202。預冷器120可包括構造成從高壓放出空氣管線118接收空氣并且將空氣排放至高壓排放管線134的第二隔間1204。第一隔間1202和第二隔間1204可設置成鄰近彼此，以包括從環(huán)境空氣206的視角以并流布置的雙隔間預冷器120。獨立隔間1202，1204可稱為預冷器，并且/或者放出空氣系統(tǒng)中的一個或更多個隔間和/或一個或更多個單獨的預冷器(例如，見圖4)可共同地稱為預冷器。
[0032]預冷器1120可構造成熱接觸環(huán)境空氣206(諸如，來自風扇102 (圖1))，其中空氣流過第一隔間1202和/或第二隔間1204。例如，環(huán)境空氣206可與流過隔間1202的空氣和/或流過隔間1204的空氣以錯流布置和/或逆流布置熱接觸。在一些示例性實施例中，預冷器1120可尺寸和/或形狀確定為允許結合現(xiàn)有的風斗和/或風扇空氣閥使用。
[0033]在一些發(fā)動機操作條件(例如，低發(fā)動機RPM)下，可合乎需要的是利用經(jīng)由抽出端口 119和高壓放出空氣管線118獲得的放出空氣來用于熱區(qū)段構件冷卻和/或氣動系統(tǒng)114。在一些發(fā)動機操作條件(例如，高發(fā)動機RPM)下，可合乎需要的是利用經(jīng)由抽出端口117和中壓放出空氣管線116獲得的放出空氣來用于氣動系統(tǒng)114，并且/或者利用經(jīng)由抽出端口 119和高壓放出空氣管線118獲得的放出空氣來用于熱區(qū)段構件冷卻。
[0034]本公開構想出了實現(xiàn)期望的熱區(qū)段構件冷卻所需的渦輪冷卻空氣的量可取決于供應至熱區(qū)段構件的熱區(qū)段構件冷卻空氣的溫度。例如，熱區(qū)段構件冷卻效力ε可由以下方程給出:


dl'
[0035]t =--—-

^ combustor outlet — ^ cooling air
[0036]其中T—^tlet可為離開燃燒器108的氣流的溫度，并且T_ling ai,可為供應至高壓渦輪110的熱區(qū)段構件冷卻空氣的溫度。
[0037]熱區(qū)段構件冷卻效力可認作是處于兩個冷卻空氣溫度，Tcooling airl和T_ling air2,以提供熱區(qū)段構件冷卻效力比%
Γλλ λλ?— r^vomhvstor outlet ^coating airi
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[0039]在示例性實施例中，T_bust_utlet可為大約1600°C，并且/或者從抽出端口 119獲得的高壓放出空氣可為大約670°C。因此，經(jīng)由旁通管線136供應的熱區(qū)段構件冷卻空氣可提供大約670°C的T_ling airlo經(jīng)由預冷器120和冷卻空氣管線130供應的熱區(qū)段構件冷卻空氣可提供大約230°C的


Tcooling air2 °
[0040]這些示例性熱區(qū)段構件冷卻空氣溫度可提供大約1.5的熱區(qū)段構件冷卻效力比
3。供應大約230°C的熱區(qū)段構件冷卻空氣可允許使用比如果熱區(qū)段構件冷卻空氣以大約
670°C供應少大約50%的空氣。在一些條件下，冷卻空氣的此類減少可有助于顯著改進發(fā)動機效率，這可對應于比燃料消耗的顯著下降。
[0041]圖3為備選示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)300的框圖，根據(jù)本公開的至少一些方面，示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)300可構造從高壓壓縮機106提供放出空氣至一個或更多個氣動系統(tǒng)114和/或高壓渦輪110。例如，中壓放出空氣可經(jīng)由抽出端口 317和中壓放出空氣管線316從高壓壓縮機106得到，中壓放出空氣管線316可連接成鄰近高壓壓縮機106的第四級，并且/或者高壓放出空氣可經(jīng)由抽出端口 319和高壓放出空氣管線318從高壓壓縮機得到，高壓放出空氣管線318可連接成鄰近高壓壓縮機106的第七級。
[0042]中壓放出空氣管線316和/或高壓放出空氣管線318可將放出空氣引導至預冷器320。如上文結合圖2A和圖2B所述，預冷器320可包括熱交換器，其構造成將熱從放出空氣傳遞至環(huán)境空氣206，環(huán)境空氣206可從風扇102(圖1)供應。一些示例性實施例可包括風扇空氣閥207，其可布置成允許、防止和/或調節(jié)從風扇102(圖1)供應的環(huán)境空氣206。預冷器320可構造成經(jīng)由中壓排放管線332排放冷卻的中壓放出空氣，并且/或者預冷器320可構造成經(jīng)由高壓排放管線334排放冷卻的高壓放出空氣。在一些示例性實施例中，風扇空氣閥207的位置(例如，開-關)可至少部分地基于中壓排放管線332中的冷卻的中壓放出空氣的溫度和/或高壓排放管線334中的冷卻的高壓放出空氣的溫度來控制。中壓排放管線332和高壓排放管線334可連結以形成預冷器排放集管335。預冷器排放集管335可經(jīng)由一個或更多個調壓器(諸如調壓關閉閥326)和/或氣動系統(tǒng)供應管線327將調壓的冷卻放出空氣供應至氣動系統(tǒng)114。
[0043]中壓放出空氣管線316和/或高壓放出空氣管線318可包括高壓壓縮機106與預冷器320之間的一個或更多個閥。例如，中壓放出空氣管線316可包括止回閥322，其可布置成允許空氣從高壓壓縮機106流至預冷器320，同時大致防止空氣從預冷器320流至高壓壓縮機106。高壓放出空氣管線318可包括隔離閥324，其可有選擇地操作成允許和大致防止空氣從高壓壓縮機106流至預冷器320。
[0044]熱區(qū)段構件冷卻空氣可從高壓壓縮機106經(jīng)由高壓放出空氣管線318、閥324、預冷器320、高壓排放管線334和可連接于高壓排放管線334的熱區(qū)段構件冷卻空氣管線330供應至高壓渦輪110。由于熱區(qū)段構件冷卻空氣管線330可接收流過預冷器320的冷卻的高壓放出空氣，故冷卻空氣管線330可在低于由高壓放出空氣管線318從高壓壓縮機106得到的高壓放出空氣溫度的溫度下將冷卻空氣供應至高壓渦輪110。在一些示例性實施例中，止回閥337可設置在高壓排放管線334中，諸如在熱區(qū)段構件冷卻空氣管線330下游。
[0045]一些示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)300可構造成將熱區(qū)段構件冷卻空氣直接從高壓壓縮機106供應至高壓渦輪110。例如，一些組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)300可包括旁通管線336，其可包括旁通管線閥338。如果期望將一些或所有熱區(qū)段構件冷卻空氣直接地從高壓壓縮機106供應，則旁通管線閥338可部分地或完全地開啟。如果期望將一些或所有熱區(qū)段構件冷卻空氣經(jīng)由預冷器320供應，則閥324可部分地或完全地開啟。在一些示例性實施例中，閥324和/或旁通管線閥338可節(jié)流來實現(xiàn)穿過其的期望流速。一些示例性實施例可構造成供應包括冷卻空氣(例如，經(jīng)由熱區(qū)段構件冷卻空氣管線330)和未冷卻空氣(例如，經(jīng)由旁通管線336)兩者的熱區(qū)段冷卻空氣，諸如通過至少部分地開啟閥324和旁通管線閥338兩者。
[0046]圖4為備選示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)400的框圖，根據(jù)本公開的至少一些方面，備選示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)400可構造成從高壓壓縮機106提供放出空氣至一個或更多個氣動系統(tǒng)114和/或高壓渦輪110。例如，中壓放出空氣可經(jīng)由抽出端口 417和中壓放出空氣管線416從高壓壓縮機106得到，中壓放出空氣管線416可連接成鄰近高壓壓縮機106的第四級，并且/或者高壓放出空氣可經(jīng)由抽出端口 419和高壓放出空氣管線418從高壓壓縮機106得到，高壓放出空氣管線418可連接成鄰近高壓壓縮機106的第七級。
[0047]中壓放出空氣管線416可將中壓放出空氣引導至預冷器420，并且/或者高壓放出空氣管線418可將高壓放出空氣引導至預冷器421。預冷器420和/或預冷器421可包括熱交換器，其構造成將熱從放出空氣傳遞至環(huán)境空氣206，環(huán)境空氣206可從風扇102 (圖1)供應。一些示例性實施例可包括風扇空氣閥207，其可布置成允許、防止和/或調節(jié)從風扇102 (圖1)供應的環(huán)境空氣206。一些示例性實施例可包括風扇空氣閥207A(例如，與預冷器420相關聯(lián))和/或替代風扇空氣閥207或除風扇空氣閥207之外的風扇空氣閥207B (例如，與預冷器421相關聯(lián))。風扇空氣閥207A和/或風扇空氣閥207B可布置成允許、防止和/或調節(jié)從風扇102 (圖1)供應至它們的相應預冷器420，421的環(huán)境空氣206。預冷器420和預冷器421可與彼此(例如，圖4)分開，或者可均形成包括多個隔間的預冷器(例如，圖2B的預冷器1120)的隔間。預冷器420可構造成經(jīng)由中壓排放管線432排放冷卻的中壓放出空氣，并且/或者預冷器421可構造成經(jīng)由高壓排放管線434排放冷卻的高壓放出空氣。在一些示例性實施例中，風扇空氣閥207的位置(例如，開-關)可至少部分地基于中壓排放管線432中的冷卻的中壓放出空氣的溫度和/或高壓排放管線434中的冷卻的高壓放出空氣的溫度來控制。在一些示例性實施例中，風扇空氣閥207A的位置(例如，開-關)可至少部分地基于中壓排放管線432中的冷卻的中壓放出空氣的溫度來控制。在一些示例性實施例中，風扇空氣閥207B的位置(例如，開-關)可至少部分地基于高壓排放管線434中的冷卻的高壓放出空氣的溫度來控制。中壓排放管線432可經(jīng)由一個或更多個調壓閥(諸如，調壓關閉閥426)和/或氣動系統(tǒng)供應管線427將調壓的冷卻放出空氣供應至氣動系統(tǒng)114。高壓排放管線434可經(jīng)由調壓關閉閥428和/或氣動系統(tǒng)供應管線427將調壓的冷卻放出空氣供應至氣動系統(tǒng)114。
[0048]中壓放出空氣管線416和/或高壓放出空氣管線418可包括高壓壓縮機106與預冷器420和/或預冷器421之間的一個或更多個閥。例如，中壓放出空氣管線416可包括止回閥422，其可布置成允許空氣從高壓壓縮機106流至預冷器420，同時大致防止空氣從預冷器420流至高壓壓縮機106。高壓放出空氣管線418可包括隔離閥424，其可有選擇地操作成允許和大致防止空氣從高壓壓縮機106流至預冷器421。
[0049]熱區(qū)段構件冷卻空氣可從高壓壓縮機106經(jīng)由高壓放出空氣管線418、閥424、預冷器421、高壓排放管線434和可連接于高壓排放管線434的冷卻空氣管線430供應至高壓渦輪110。由于冷卻空氣管線430可接收流過預冷器421的冷卻的高壓放出空氣，故冷卻空氣管線430可在低于由高壓放出空氣管線418從高壓壓縮機106得到的高壓放出空氣溫度的溫度下將冷卻空氣供應至高壓渦輪110。
[0050]一些示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)400可構造成將熱區(qū)段構件冷卻空氣直接從高壓壓縮機106供應至高壓渦輪110。例如，一些組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)400可包括旁通管線436，其可包括旁通管線閥438。如果期望將一些或所有熱區(qū)段構件冷卻空氣直接地從高壓壓縮機106供應，則旁通管線閥438可部分地或完全地開啟。如果期望將一些或所有熱區(qū)段構件冷卻空氣經(jīng)由預冷器421供應，則閥424可部分地或完全地開啟。在一些示例性實施例中，閥424和/或旁通管線閥438可節(jié)流來實現(xiàn)穿過其的期望流速。一些示例性實施例可不包括隔離閥424、旁通管線436和/或旁通管線閥438 (例如，見圖5)。一些示例性實施例可構造成供應包括冷卻空氣(例如，經(jīng)由熱區(qū)段構件冷卻空氣管線430)和未冷卻空氣(例如，經(jīng)由旁通管線436)兩者的熱區(qū)段冷卻空氣，諸如通過至少部分地開啟閥424和旁通管線閥438兩者。
[0051]根據(jù)本公開的至少一些方面的各種示例性實施例可包括單獨預冷器(例如，圖4)或多隔間預冷器(例如，圖2A和圖2B)、串流布置(例如，圖1、2A和3)或并流布置(例如，圖2B和圖4)和/或單PRSOV布置(例如，圖3)或雙PRSOV布置(例如，圖1和圖4)的各種組合。例如，圖5為備選示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)600的框圖，根據(jù)本公開的至少一些方面，備選示例性組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)600可包括與并流預冷器(大體上如在圖2B和圖4中所示)組合的單PRSOV(大體上如在圖3中所示)O
[0052]如圖5中所示，組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)600可構造成將放出空氣從高壓壓縮機106提供至一個或更多個氣動系統(tǒng)114和/或高壓渦輪110。例如，中壓放出空氣可經(jīng)由抽出端口 617和中壓放出空氣管線616從高壓壓縮機106得到，中壓放出空氣管線616可連接成鄰近高壓壓縮機106的第四級，并且/或者高壓放出空氣可經(jīng)由抽出端口 619和高壓放出空氣管線618從高壓壓縮機106得到，高壓放出空氣管線618可連接成鄰近高壓壓縮機106的第七級。
[0053]中壓放出空氣管線616可將中壓放出空氣引導至預冷器620，并且/或者高壓放出空氣管線618可將高壓放出空氣引導至預冷器621。預冷器620和/或預冷器621可包括熱交換器，其構造成將熱從放出空氣傳遞至環(huán)境空氣206，環(huán)境空氣206可從風扇102 (圖1)供應。一些示例性實施例可包括風扇空氣閥207，其可布置成允許、防止和/或調節(jié)從風扇102 (圖1)供應的環(huán)境空氣206。在一些示例性實施例中，風扇空氣閥207的位置可至少部分地由于而被控制。一些示例性實施例可包括風扇空氣閥207A(例如，與預冷器420相關聯(lián))和/或替代風扇空氣閥207或除風扇空氣閥207之外的風扇空氣閥207B (例如，與預冷器421相關聯(lián))。風扇空氣閥207A和/或風扇空氣閥207B可布置成允許、防止和/或調節(jié)從風扇102 (圖1)供應至它們的相應預冷器620，621的環(huán)境空氣206。預冷器620和預冷器621可與彼此分開(例如，圖5)，或者可均形成包括多個隔間的預冷器(例如，圖2B的預冷器1120)的隔間。預冷器620可構造成經(jīng)由中壓排放管線632排放冷卻的中壓放出空氣，并且/或者預冷器621可構造成經(jīng)由高壓排放管線634排放冷卻的高壓放出空氣。在一些示例性實施例中，風扇空氣閥207的位置(例如，開-關)可至少部分地基于中壓排放管線632中的冷卻的中壓放出空氣的溫度和/或高壓排放管線634中的冷卻的高壓放出空氣的溫度來控制。在一些示例性實施例中，風扇空氣閥207A的位置(例如，開-關)可至少部分地基于中壓排放管線632中的冷卻的中壓放出空氣的溫度來控制。在一些示例性實施例中，風扇空氣閥207B的位置(例如，開-關)可至少部分地基于高壓排放管線634中的冷卻的高壓放出空氣的溫度來控制。中壓排放管線632和/或高壓排放管線634可連結以形成預冷器排放集管635。預冷器排放集管635可經(jīng)由一個或更多個調壓器(諸如調壓關閉閥626)和/或氣動系統(tǒng)供應管線627將調壓的冷卻放出空氣供應至氣動系統(tǒng)114。
[0054]中壓放出空氣管線616和/或高壓放出空氣管線618可包括高壓壓縮機106與預冷器620，621之間的一個或更多個閥。例如，中壓放出空氣管線616可包括止回閥622，其可布置成允許空氣從高壓壓縮機106流至預冷器620，同時大致防止空氣從預冷器620流至聞壓壓縮機106。
[0055]熱區(qū)段構件冷卻空氣可從高壓壓縮機106經(jīng)由高壓放出空氣管線618、預冷器621、高壓排放管線634和可連接于高壓排放管線634的熱區(qū)段構件冷卻空氣管線630供應至高壓渦輪110。由于熱區(qū)段構件冷卻空氣管線630可接收流過預冷器621的冷卻的高壓放出空氣，故冷卻空氣管線630可在低于由高壓放出空氣管線618從高壓壓縮機106得到的高壓放出空氣溫度的溫度下將冷卻空氣供應至高壓渦輪110。在一些示例性實施例中，止回閥637可設置在高壓排放管線634中，諸如在熱區(qū)段構件冷卻空氣管線630下游。一些示例性實施例可包括高壓放出空氣管線618和/或將高壓放出空氣管線618連接于熱區(qū)段構件冷卻空氣管線630的旁通管線中的隔離閥(例如，見圖4)。一些示例性實施例可構造成供應包括冷卻空氣(例如，經(jīng)由熱區(qū)段構件冷卻空氣管線630)和未冷卻空氣(例如，經(jīng)由如圖1、3和4中所示的旁通管線)兩者的熱區(qū)段冷卻空氣。
[0056]圖6為示出根據(jù)本公開的至少一些方面的操作組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)的示例性方法500的流程圖。方法500可包括操作502，其可包括經(jīng)由高壓放出空氣管線從燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機的高壓級提取高壓空氣。操作502之后可為操作504，操作504可包括使用操作性地連接于高壓放出空氣管線的預冷器冷卻高壓空氣的至少第一部分，以經(jīng)由高壓排放管線提供冷卻的高壓空氣。操作504之后可為操作506，操作506可包括經(jīng)由操作性地連接于高壓排放管線的熱區(qū)段構件冷卻空氣管線將冷卻的高壓空氣的第一部分供應至燃氣渦輪發(fā)動機的熱區(qū)段構件用于用作熱區(qū)段構件冷卻空氣。操作506之后可為操作508，操作508可包括經(jīng)由高壓排放管線將冷卻的高壓空氣的第二部分供應至調壓器，調壓器將調壓的冷卻空氣提供至氣動系統(tǒng)供應管線。操作508之后可為操作510，操作510可包括經(jīng)由氣動系統(tǒng)供應管線將調壓的冷卻空氣供應至至少一個氣動系統(tǒng)。
[0057]根據(jù)本公開的至少一些方面的一些示例性方法可包括經(jīng)由旁通管線將高壓空氣的第二部分供應至熱區(qū)段構件用于用作熱區(qū)段構件冷卻空氣，使得高壓空氣的第二部分不流過預冷器。在根據(jù)本公開的至少一些方面的一些示例性方法中，將調壓的冷卻空氣供應至至少一個氣動系統(tǒng)可包括將調壓的冷卻空氣供應至環(huán)境控制系統(tǒng)、發(fā)動機起動系統(tǒng)和防冰系統(tǒng)中的至少一個。在根據(jù)本公開的至少一些方面的一些示例性方法中，使用預冷器來冷卻高壓空氣的第一部分可包括將熱從高壓空氣傳遞至流過預冷器的環(huán)境空氣。
[0058]該書面的描述使用實例以公開本發(fā)明(包括最佳模式)，并且還使本領域技術人員能夠實踐本發(fā)明(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本發(fā)明的可專利范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這些其它實例具有不與權利要求的字面語言不同的結構元件，或者如果這些其它實例包括與權利要求的字面語言無顯著差別的等同結構元件，則這些其它實例意圖在權利要求的范圍內。
【權利要求】
1.一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)，所述組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)包括: 高壓放出空氣管線，其構造成從壓縮機的高壓級接收高壓放出空氣； 第一預冷器，其操作性地連接于所述高壓放出空氣管線，以接收所述高壓放出空氣中的至少一些，將熱從所述高壓放出空氣傳遞至環(huán)境空氣，并且排放冷卻的高壓放出空氣；高壓排放管線，其操作性地連接于所述第一預冷器以接收所述冷卻的高壓放出空氣；所述高壓排放管線中的第一調壓器，所述第一調壓器構造成接收所述冷卻的高壓放出空氣中的至少一些,并且排放調壓的冷卻放出空氣； 氣動系統(tǒng)供應管線，其操作性地連接于所述第一調壓器下游的所述高壓排放管線以接收所述調壓的冷卻放出空氣；以及 熱區(qū)段構件冷卻空氣管線，其操作性地連接于所述第一調壓器上游的所述高壓排放管線，并且構造成將所述冷卻的高壓放出空氣中的至少一些傳送至熱區(qū)段構件用于用作熱區(qū)段構件冷卻空氣。
2.根據(jù)權利要求1所述的組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 中壓放出空氣管線，其構造成從所述壓縮機的中間級接收中壓放出空氣并且將所述中壓放出空氣供應至所述第一預冷器，所述第一預冷器構造成接收所述中壓放出空氣，將熱從所述中壓放出空氣傳遞至環(huán)境空氣，并且排放冷卻的中壓放出空氣； 中壓排放管線，其操作性地連接于所述第一預冷器以接收所述冷卻的中壓放出空氣；所述中壓排放管線中的第二調壓器，所述第二調壓器構造成接收所述冷卻的中壓放出空氣中的至少一些并且將調壓的冷卻放出空氣排放至所述氣動系統(tǒng)供應管線。
3.根據(jù)權利要求2所述的組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一預冷器包括用于冷卻所述高壓放出空氣的第一隔間，以及用于冷卻所述中壓放出空氣的第二隔間。
4.根據(jù)權利要求1所述的組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 中壓放出空氣管線，其構造成從所述壓縮機的中間級接收中壓放出空氣并且將所述中壓放出空氣供應至所述第一預冷器，所述第一預冷器構造成接收所述中壓放出空氣，將熱從所述中壓放出空氣傳遞至環(huán)境空氣，并且排放冷卻的中壓放出空氣；以及 中壓排放管線，其操作性地連接于所述第一預冷器以將所述冷卻的中壓放出空氣供應至所述第一調壓器； 其中所述第一調壓器構造成接收所述冷卻的中壓放出空氣中的至少一些并且排放調壓的冷卻放出空氣。
5.根據(jù)權利要求4所述的組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一預冷器包括用于冷卻所述高壓放出空氣的第一隔間，以及用于冷卻所述中壓放出空氣的第二隔間。
6.根據(jù)權利要求1所述的組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 中壓放出空氣管線，其構造成從所述壓縮機的中間級接收中壓放出空氣； 第二預冷器，其操作性地連接于所述中壓放出空氣管線以接收所述中壓放出空氣，將熱從所述中壓放出空氣傳遞至環(huán)境空氣，并且排放冷卻的中壓放出空氣； 中壓排放管線，其操作性地連接于所述第二預冷器以接收所述冷卻的中壓放出空氣；所述中壓排放管線中的第二調壓器，所述第二調壓器構造成接收所述冷卻的中壓放出空氣中的至少一些并且將調壓的冷卻放出空氣排放至所述氣動系統(tǒng)供應管線。
7.根據(jù)權利要求6所述的組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一預冷器和所述第二預冷器設置成鄰近彼此以包括雙隔間預冷器。
8.根據(jù)權利要求1所述的組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括操作性地連接于所述高壓放出空氣管線和所述熱區(qū)段構件冷卻空氣管線的旁通管線，以將所述高壓放出空氣中的至少一些從所述壓縮機供應至所述熱區(qū)段構件而不在所述第一預冷器中冷卻，所述旁通管線包括構造成有選擇地允許或防止流的旁通管線閥。
9.一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)，所述組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)包括: 高壓放出空氣管線，其構造成從壓縮機的高壓級接收高壓放出空氣； 第一預冷器，其操作性地連接于所述高壓放出空氣管線，所述第一預冷器構造成接收所述高壓放出空氣中的至少一些，將熱從所述高壓放出空氣傳遞至環(huán)境空氣，并且排放冷卻的高壓放出空氣； 高壓排放管線，其操作性地連接于所述第一預冷器以接收所述冷卻的高壓放出空氣； 中壓放出空氣管線，其構造成從所述壓縮機的中間級接收中壓放出空氣； 第二預冷器，其操作性地連接于所述中壓放出空氣管線，所述第二預冷器構造成接收所述中壓放出空氣，將熱從所述中壓放出空氣傳遞至所述環(huán)境空氣，并且排放冷卻的中壓放出空氣； 中壓排放管線，其操作性地連接于所述第二預冷器以接收所述冷卻的中壓放出空氣；第一調壓器，其操作性地連接于所述高壓排放管線和所述中壓排放管線中的至少一個，所述第一調壓器為操作性的，以排放調壓的冷卻放出空氣； 氣動系統(tǒng)供應管線，其操作性地連接于所述第一調壓器以接收所述調壓的冷卻放出空氣；以及 熱區(qū)段構件冷卻空氣管線，其操作性地連接于所述調壓器上游的所述高壓排放管線，并且構造成將所述冷卻的高壓放出空氣中的至少一些傳送至熱區(qū)段構件用于用作熱區(qū)段構件冷卻空氣。
10.根據(jù)權利要求9所述的組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一調壓器在所述高壓排放管線中，并且構造成接收所述冷卻的高壓放出空氣中的至少一些；并且 還包括所述中壓排放管線中的第二調壓器，所述第二調壓器構造成接收所述冷卻的中壓放出空氣中的至少一些并且將調壓的冷卻放出空氣排放至所述氣動系統(tǒng)供應管線。
11.根據(jù)權利要求10所述的組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一調壓器經(jīng)由預冷器排放集管操作性地連接于所述高壓排放管線和所述中壓排放管線兩者。
12.權利要求12缺失
13.根據(jù)權利要求9所述的組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括操作性地連接于所述高壓放出空氣管線和所述熱區(qū)段構件冷卻空氣管線的旁通管線，以將所述高壓放出空氣中的至少一些從所述壓縮機供應至所述熱區(qū)段構件而不在所述預冷器中冷卻，所述旁通管線包括構造成有選擇地允許或防止流的旁通管線閥。
14.一種操作與燃氣渦輪發(fā)動機相關聯(lián)的組合放出空氣和熱區(qū)段構件冷卻空氣系統(tǒng)的方法，所述方法包括: 經(jīng)由高壓放出空氣管線從燃氣渦輪發(fā)動機的壓縮機的高壓級提取高壓空氣； 使用操作性地連接于所述高壓放出空氣管線的預冷器冷卻所述高壓空氣的至少第一部分來經(jīng)由高壓排放管線提供冷卻的高壓空氣； 經(jīng)由操作性地連接于所述高壓排放管線的熱區(qū)段構件冷卻空氣管線將所述冷卻的高壓空氣的第一部分供應至所述燃氣渦輪發(fā)動機的熱區(qū)段構件用于用作熱區(qū)段構件冷卻空氣; 經(jīng)由所述高壓排放管線將所述冷卻的高壓空氣的第二部分供應至調壓器，所述調壓器向氣動系統(tǒng)供應管線提供調壓的冷卻空氣；以及 經(jīng)由所述氣動系統(tǒng)供應管線將所述調壓的冷卻空氣供應至至少一個氣動系統(tǒng)。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，還包括經(jīng)由旁通管線將所述高壓空氣的第二部分供應至所述熱區(qū)段構件用于用作熱區(qū)段構件冷卻空氣，使得所述高壓空氣的第二部分不流過所述預冷器。
16.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，將所述調壓的冷卻空氣供應至所述至少一個氣動系統(tǒng)包括將所述調壓的冷卻空氣供應至環(huán)境控制系統(tǒng)、發(fā)動機起動系統(tǒng)和防冰系統(tǒng)中的至少一個。
17.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，使用所述預冷器冷卻所述高壓空氣的第一部分包括將熱從所述高壓空氣傳遞至流過所述預冷器的環(huán)境空氣。
18.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，還包括: 從所述壓縮機的中壓級提取中壓空氣； 使用所述預冷器來冷卻所述中壓空氣以提供冷卻的中壓空氣；以及 將所述冷卻的中壓空氣供應至所述調壓器。
19.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，還包括: 從所述壓縮機的中壓級提取中壓空氣； 使用所述預冷器來冷卻所述中壓空氣以提供冷卻的中壓空氣；以及將所述冷卻的中壓空氣供應至第二調壓器，所述第二調壓器將調壓的冷卻空氣提供至所述氣動系統(tǒng)供應管線。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于，所述預冷器包括雙隔間預冷器，所述雙隔間預冷器具有與高壓空氣相關聯(lián)的第一隔間和與中壓空氣相關聯(lián)的第二隔間。
【文檔編號】F02C7/18GK104169543SQ201280070328
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權日:2011年12月21日
【發(fā)明者】M.E.H.塞諾恩 申請人:通用電氣公司