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      用于嵌入式發(fā)動機應(yīng)用的熱交換器:橫貫管道段的制作方法

      文檔序號:11705736閱讀:256來源:國知局
      用于嵌入式發(fā)動機應(yīng)用的熱交換器:橫貫管道段的制作方法與工藝
      聯(lián)邦資助的研究本發(fā)明是在海軍部門的合同號為n00014-10-d-0010的政府支持下進行的。政府在本發(fā)明中可具有某些權(quán)利。本發(fā)明大體上涉及燃氣渦輪發(fā)動機,并且更具體地,涉及在燃氣渦輪發(fā)動機的風(fēng)扇管道中用于冷卻高壓熱泄放空氣的熱交換布置。
      背景技術(shù)
      :許多商用的飛機燃氣渦輪發(fā)動機采用從核心發(fā)動機壓縮機泄放的高壓熱空氣供飛機上的不同系統(tǒng)使用。特別是,高壓空氣為飛機上各種任務(wù)所需,比如防結(jié)冰和客艙冷卻。然而,在使用該空氣之前,空氣的溫度必須根據(jù)各特定任務(wù)的要求而被降低至合理的水平。冷卻高壓壓縮機泄放空氣的一種當(dāng)前的方法是從嵌入發(fā)動機罩內(nèi)的發(fā)動機風(fēng)扇管道提取或泄放空氣。來自風(fēng)扇管道的更冷的泄放空氣和來自核心發(fā)動機壓縮機的高壓更熱的泄放空氣隨后經(jīng)過熱交換器,在這里,較熱的高壓空氣釋放一部分其熱能至更冷的風(fēng)扇管道泄放空氣。盡管,熱交換工藝的使用是必須的,但是,當(dāng)前的用于實現(xiàn)傳熱的系統(tǒng)過于復(fù)雜。在一系統(tǒng)中,采用了管道的精心布局,以用于將高壓泄放空氣通到飛機和將更冷的風(fēng)扇管道泄放空氣引導(dǎo)至熱交換器的位置。在更冷的風(fēng)扇管道泄放空氣到達熱交換器并執(zhí)行其冷卻任務(wù)時,它已經(jīng)由于因為管道的各種彎管和回轉(zhuǎn)的摩擦損耗而損失了其大部分壓力(推力勢)。在從熱交換器離開后,風(fēng)扇管道泄放空氣以可忽略的推力益處而從飛機結(jié)構(gòu)排到飛機外。風(fēng)扇管道泄放空氣推力損失對發(fā)動機特定燃油消耗的影響是顯著的。另外,過于復(fù)雜的泄放空氣管道布置顯著增加了飛機的重量。因此,仍然需要對用于執(zhí)行傳熱操作的布置進行改進,其將避免現(xiàn)有技術(shù)所經(jīng)受的風(fēng)扇管道泄放空氣的損失。附圖說明本發(fā)明的方面和優(yōu)點將在以下描述中部分地得以闡釋或者可以從該描述中顯而易見,或者可通過本發(fā)明的實踐來學(xué)會??傮w上提供了曲線板。在一個實施例中,曲線板包括限定了多個第一凹槽的內(nèi)板和限定了多個第二凹槽的外板。外板附連至內(nèi)板,其中多個第一凹槽和多個第二凹槽是實質(zhì)上對準(zhǔn)的以在它們之間限定多個通道。各通道從曲線板的第一端的第一部分上的第一開口延伸至第一端的第二部分上的第二開口??傮w上也提供了用于形成曲線板的方法。在一個實施例中,該方法包括,沖壓第一金屬片材以形成限定了多個第一凹槽的第一板;沖壓第二金屬片材以形成限定了多個第二凹槽的第二板;和之后,將第一片材層壓至第二片材以形成曲線板,使得多個第一凹槽和多個第二凹槽是實質(zhì)上對準(zhǔn)的,以在它們之間限定多個通道。各通道從曲線板的第一端的第一部分上的第一開口延伸通過在各通道中限定的彎曲部,并且延伸至第一端的第二部分上的第二開口??傮w上還提供了橫貫管道段。在一個實施例中,橫貫管道段包括主管、下平臺和上平臺,主管從第一端延伸至第二端并且限定了從中穿過的中空通路,下平臺在主管內(nèi)限定的孔口的第一側(cè)附連至主管的外表面,上平臺在與第一側(cè)相反的孔口的第二側(cè)而附連至主管的外表面。上平臺與下平臺形成為一個整體,以在它們之間限定供應(yīng)通道,并且供應(yīng)通道與主管的中空通路處于流體連通,所述中空通路通過主管限定的孔口。下平臺和上平臺限定了接口,所述接口限定了多個通道,所述多個通道與主管限定的中空通路處于流體連通。在一個實施例中,總體上為燃氣渦輪發(fā)動機提供了環(huán)形熱交換器。環(huán)形熱交換器可包括第一環(huán)形環(huán),所述第一環(huán)形環(huán)包括由多個橫貫管道段限定的第一主管;第二環(huán)形環(huán),所述第二環(huán)形環(huán)包括由多個橫貫管道段(比如如上所述的)限定的第二主管,和曲線板,所述曲線板在其中限定了至少一個通道,所述至少一個通道與第一主管的橫貫管道段和第二主管的橫貫管道段處于流體連通。還總體上提供了冷卻在燃氣渦輪發(fā)動機的環(huán)形管道中的熱流體的方法。在一個實施例中,該方法包括,將熱流體引導(dǎo)通過在環(huán)形管道內(nèi)是徑向地分層的以限定傳熱區(qū)域的多個冷卻通道,并且使冷卻流體經(jīng)過環(huán)形管道使得冷卻流體經(jīng)過徑向地分層的冷卻通道之間。附加地或者備選地,該方法可包括,引導(dǎo)熱流體通過在環(huán)形管道內(nèi)是徑向地分層的以限定傳熱區(qū)域的多個冷卻通道,并且使冷卻流體經(jīng)過環(huán)形管道,使得冷卻流體經(jīng)過徑向地分層的冷卻通道之間。附加地或者備選地,該方法可包括,使熱流體經(jīng)過第一徑向的內(nèi)管中,通過在環(huán)形管道內(nèi)徑向地分層的多個曲線板內(nèi)限定的多個冷卻通道,并進入第二徑向的內(nèi)管;和使冷卻流體經(jīng)過環(huán)形管道。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式,一種橫貫管道段,包括:主管,其從第一端延伸至第二端,并且限定了從中穿過的中空通路,并且其中所述主管限定了孔口;下平臺,其在所述孔口的第一側(cè)附連至所述主管的外表面;和上平臺,其在所述孔口的與所述第一側(cè)相反的第二側(cè)附連至所述主管的所述外表面,其中所述上平臺與所述下平臺形成為一個整體,以在它們之間限定供應(yīng)通道,所述供應(yīng)通道通過由所述主管限定的所述孔口而與所述主管的所述中空通路處于流體連通,并且其中所述下平臺和所述上平臺限定了接口,所述接口限定了多個通道,所述多個通道與由所述主管限定的所述中空通路處于流體連通。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,所述主管、所述下平臺和所述上平臺借助于加成制造通過形成而一體地連接在一起。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,槽口在接口處被限定在所述下平臺的內(nèi)表面和所述上平臺的內(nèi)表面之間。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,叉開角度被限定在從所述主管的外表面的第二端延伸的最上部切線與從所述下平臺的內(nèi)表面延伸的切線之間,并且其中所述叉開角度為大約10°至大約30°。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,所述下平臺的內(nèi)表面在所述接口處限定了多個下凹槽。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,所述上平臺的內(nèi)表面在所述接口處限定了多個上凹槽,并且其中所述多個下凹槽與所述多個上凹槽對準(zhǔn)以限定多個通道。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,所述槽口延伸通過所述多個通道。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,還包括:多個橫梁,其定位在所述上平臺和所述下平臺之間,并且從所述多個通道延伸到所述槽口。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,所述多個橫梁定位在所述上平臺和所述下平臺之間以限定多個通路,其對應(yīng)于在所述接口處的所述多個通道,使得各通路與其中一個所述通道處于流體連通。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,所述主管限定了孔口,并且其中所述多個通路中的每一個都通過各自的供應(yīng)通道與各自的孔口處于流體連通。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,所述主管在環(huán)形方向上限定了彎曲部,其從所述主管的第一端延伸至所述主管的第二端。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,在所述主管中限定的所述孔口具有在從所述主管的第一端延伸至所述主管的第二端的環(huán)形方向上的最大長度,并且其中,所述最大長度大于在垂直于所述環(huán)形方向的垂直方向上的最大寬度。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,所述主管在所述第一端和所述第二端二者都限定了橢圓形的橫截面。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,所述橢圓形的橫截面具有最大寬度和最大高度,其中所述最大寬度是所述最大高度的大約1.5倍至大約至大約20倍。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,還包括:第一翼,所述第一翼從所述主管的第一側(cè)延伸,其中所述第一翼配置為用于附連至框架;和第二翼,所述第二翼從所述主管的與所述第一側(cè)相反的第二側(cè)延伸,并且其中所述第二翼配置為用于附連至相鄰的橫貫管道段的翼,其中,所述第一翼和所述第二翼在所述橢圓形的橫截面的最大寬度的軸向方向上延伸。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,所述主管限定了多個孔口,所述多個孔口與在所述上平臺與所述下平臺之間限定的至少一個供應(yīng)通道處于流體連通。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的橫貫管道段,其中,所述第一端和所述第二端中的一個限定了陰連接件,并且所述第一端和所述第二端中的另一個限定了陽連接件,使得多個橫貫管道段能夠沿著所述主管而被配合在一起。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式,一種分段的歧管組件,包括:多個根據(jù)如前一實施方式所述的橫貫管道段,其中相鄰的橫貫管道段沿著所述主管而流體地相連。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的分段的歧管組件,其中,所述多個橫貫管道段限定了環(huán)的至少一部分。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式,如上所述的分段的歧管組件,其中,各橫貫管道段跨過環(huán)體的周向長度的大約5°至大約20°。參考以下描述和所附權(quán)利要求,可以更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點。結(jié)合到本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖,圖示了本發(fā)明的實施例,并且連同說明書描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。附圖說明在結(jié)合所附附圖的說明書中,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員,闡述了本發(fā)明的全面的和具備可實施性的公開,包括其最佳實施方式,在附圖中:圖1顯示了根據(jù)一個用于燃氣渦輪發(fā)動機的實施例的示例性的環(huán)形熱交換器;圖2顯示了圖1的示例性的環(huán)形熱交換器的徑向的截面圖;圖3顯示了圖1的示例性的環(huán)形熱交換器的周向的截面圖;圖4顯示了從內(nèi)看去的圖2的示例性的環(huán)形熱交換器的徑向的截面圖;圖5顯示了附連至曲線板一端的橫貫管道段的接口的放大圖;圖6顯示了沿著它們的主管流體地相連的示例性的橫貫管道段的周向的截面圖;圖7顯示了限定了主管和接口的示例性的橫貫管道段;圖8顯示了圖7的示例性的橫貫管道段的周向的截面圖;圖9顯示了如圖7所示的多個橫貫管道段,其中相鄰的橫貫管道段沿著主管流體地相連;圖10顯示了限定了多個通道的示例性的曲線板,所述多個通道從曲線板的第一端的第一部分上的第一開口延伸通過在各通道中限定的彎曲部,并且延伸至第一端的第二部分上的第二開口;圖11顯示了圖10的示例性的曲線板的另一視圖;圖12顯示了圖10和11的示例性的曲線板的第一端的一部分的放大圖;和圖13顯示了燃氣渦輪發(fā)動機的一個實施例的截面圖,其可包括根據(jù)一個實施例的示例性的環(huán)形熱交換器。在本說明書和附圖中的附圖標(biāo)記的重復(fù)使用旨在表示本發(fā)明的相同或類似的特征或元件。附圖標(biāo)記清單:參考標(biāo)號構(gòu)件10空氣管道12環(huán)形熱交換器14第一環(huán)形環(huán)15第一主管[200]16第二環(huán)形環(huán)17第二主管[200]20橫貫管道段22獨立的分段23獨立的分段24邊界壁26供應(yīng)管28入口供應(yīng)管30供應(yīng)流體(熱空氣)32出口管34冷卻的流體36冷卻流體(風(fēng)扇空氣)3840徑向外壁42槽口44罩46結(jié)構(gòu)支撐100曲線板102內(nèi)板104第一凹槽106外板108第二凹槽110通道112整體式壁114第一通路116第二通路120(通路的)第一開口122(第一端的)第一部分124(曲線板的)第一端126(通路的)彎曲部128(通路的)第二開口130(第一端的)第二部分132(曲線板的)第二端134槽口140接片142接片孔口橫貫管道分段200主管[200]202第一端204第二端206中空通路208孔口210供應(yīng)通道212下平臺213內(nèi)表面214外表面216(孔口的)第一側(cè)218上平臺220(孔口的)第二側(cè)221終端222接口224(接口中的)通道226最上部切線228切線230(下平臺的)內(nèi)表面232下凹槽234(上平臺的)內(nèi)表面236上凹槽238(接口中的)槽口240陽插入件242橫梁244通路250第一翼251第一側(cè)252第二翼253第二側(cè)h熱氣流c冷卻流體具體實施方式現(xiàn)在將詳細參照本發(fā)明的實施例,在圖中示出實施例的一個或多個示例。以解釋本發(fā)明而非限制本發(fā)明的方式提供各個示例。實際上,對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的將是,可對本發(fā)明作出各種修改和變型,而不偏離本發(fā)明的范圍或精神。例如,被示為或描述成一個實施例的特征可用于另一個實施例,以產(chǎn)生又一個實施例。因而,意于的是本發(fā)明覆蓋落在所附權(quán)利要求和它們等效物的范圍內(nèi)的這樣的修改和變型。如本文所用,用語“第一”、“第二”和“第三”可互換地用來區(qū)分一個構(gòu)件與另一個構(gòu)件,而且不意表示單獨的構(gòu)件的位置或重要性。用語“上游”和“下游”指的是相對于流體路徑中的流體流的相對方向。例如,“上游”指的是流體流出的方向,而“下游”指的是流體流往的方向。如本文所用,用語"流體"可以是氣體或液體。本發(fā)明的方法不受到所使用的流體的類型的限制。在優(yōu)選的應(yīng)用中,冷卻流體是風(fēng)扇空氣,并且冷卻的流體是泄放空氣。然而,本發(fā)明的方法可以用于其它類型的液體和氣態(tài)流體,其中冷卻的流體和冷卻流體是相同的流體或不同的流體。冷卻的流體和冷卻流體的其它示例包括空氣,液壓流體,燃燒氣體,制冷劑,制冷劑混合物,介電的流體用于冷卻航空電子設(shè)備或其它飛機電子系統(tǒng),水,水基化合物,混有防凍添加劑(舉例來說,酒精或乙二醇化合物)的水,和在高溫或低溫下能夠保持熱傳輸?shù)娜魏纹渌袡C或無機的傳熱流體或流體共混物??傮w上提供了熱交換器,其包括改進性能的幾何形狀,加成制造技術(shù)促進了其實踐應(yīng)用。盡管這里所述的熱交換器系統(tǒng)寬泛地適用于包含多種流體類型的各種熱交換器應(yīng)用,但是,在這里描述了用于燃氣渦輪發(fā)動機中的泄放空氣(舉例來說,熱流)與風(fēng)扇空氣(舉例來說,冷流)的高效冷卻。應(yīng)當(dāng)注意,盡管本說明書涉及在大功率雙路式渦輪發(fā)動機中使用的熱交換器,但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,本說明書并不限于在大功率雙路式渦輪發(fā)動機中的使用。而是,提供的熱交換器可以用在任何發(fā)動機和/或要求熱交換的裝置中。通常提供了用于渦輪發(fā)動機的熱交換器,其聯(lián)接至渦輪發(fā)動機的風(fēng)扇罩和發(fā)動機罩的至少一個上。在一示例性的實施例中,熱交換器包括環(huán)形主體。參考圖1-4,環(huán)形噴氣發(fā)動機空氣管道10被顯示用于燃氣渦輪發(fā)動機,比如渦扇、渦輪螺旋槳和渦噴發(fā)動機。環(huán)形噴氣發(fā)動機空氣管道10包括由第一環(huán)形環(huán)14、第二環(huán)形環(huán)16,和多個曲線板100形成的環(huán)形熱交換器12所述多個曲線板100將第一環(huán)形環(huán)14流體地連接至第二環(huán)形環(huán)16。第一環(huán)形環(huán)14具有由多個橫貫管道段20限定的第一主管15,所述多個橫貫管道段20彼此串聯(lián)地連接,使得相鄰的橫貫管道組件20的至少一部分是沿著第一主管15流體地相連的。類似地,第二環(huán)形環(huán)16具有由多個橫貫管道段20限定的第二主管17。曲線板100限定了至少一個通道110,其與第一主管15的橫貫管道段20和第二主管17的橫貫管道段20處于流體連通。熱流體(舉例來說,泄放空氣)可經(jīng)過曲線板100的至少一個通道102,用于與經(jīng)過曲線板100上面的冷卻流體進行傳熱。如所示,曲線板100限定了彎曲的表面,其是徑向向內(nèi)地定向的。然而,在備選的實施例中,曲線板100可限定徑向向外定向的彎曲部。多個曲線板100是徑向地分層的,以在相鄰的曲線板100之間限定間隙,冷卻流體(舉例來說,風(fēng)扇空氣)可通過該間隙在軸向方向上流動。在一個實施例中,多個曲線板100總體圍繞環(huán)形管道以均勻的方式周向地定向,使得冷卻流體流被迫撞擊在曲線板100上(用于從中穿過的傳熱),而沒有發(fā)現(xiàn)任何顯著的備選路徑。因此,大多數(shù)的熱流體流過環(huán)形管道的此傳熱區(qū)域(即,在內(nèi)帶和外帶之間限定的間隙內(nèi),徑向地分層的板位于其中)。例如,至少90%的冷卻流體流過環(huán)形管道的傳熱區(qū)域,比如至少95%(舉例來說,至少99%)。這樣,冷卻流體流的捕獲率就最大化,以增加傳熱率的效率。如所示,第一環(huán)形環(huán)14通常相鄰于和平行于第二環(huán)形環(huán)16。然而,在其它實施例中,第一環(huán)形環(huán)14和第二環(huán)形環(huán)16可以具備彼此不同的形狀,和/或以非平行的方式定向。在所示的實施例中,第一環(huán)形環(huán)14的第一主管15和第二環(huán)形環(huán)16的第二主管17中的每一個各自劃分成多個獨立的分段22,23。其中各獨立的分段22,23由多個橫貫管道段20形成形成,所述多個橫貫管道段20形成通過各自的第一主管15和第二主管17的單獨的腔。獨立的分段22,23在多個獨立的分段22,23的橫貫管道段20的端部內(nèi)的邊界壁24處是分離的。在特定的實施例中,各橫貫管道段20跨過環(huán)形環(huán)14,16的周向的長度的大約5°至大約20°。然而,橫貫管道段20可以形成為任何所需的長度和/或形狀。供應(yīng)管26被顯示為各自在第一主管15和第二主管17的各分段22,23內(nèi),用于向其中供應(yīng)流體。例如,流體可以是用于冷卻(舉例來說,泄放空氣從發(fā)動機)的壓縮空氣。在所示的實施例中,供應(yīng)流體30(舉例來說,熱空氣)通過入口供應(yīng)管28被引入第二環(huán)形環(huán)16中,從第二主管17通過曲線板100的通道110(如下所述)進入第一主管15中,并且作為冷卻的流體34通過出口管32離開。特別地,冷卻流體36(舉例來說,風(fēng)扇空氣)在環(huán)形環(huán)14,16和徑向外壁40之間經(jīng)過空氣管道100。應(yīng)當(dāng)理解,任一種流體的流動方向可以根據(jù)所需而改變。如下文中更詳細地所述,曲線板100允許在其中的更熱的更高壓力的流體和經(jīng)過管道的更冷的更低壓力的流體之間的熱傳遞。此傳熱是通過曲線板100的幾何形狀增強的,該幾何形狀具有可用于傳熱的增加的表面積。如圖6-9更特別地顯示,各橫貫管道段20通常包括主管200,其從第一端202延伸至第二端204并且限定了從中穿過的中空通路206。相鄰的橫貫管道段20通過其各自端部的附連件沿著主管200而彼此之間處于流體連通。也就是說,一個橫貫管道段20的第一端202附連至相鄰的橫貫管道段20的第二端204。如圖8更特別地顯示,由第二端204限定陽插入件240,并且在第一端202限定陰腔,以允許在相鄰的橫貫管道段20之間的陽-陰連接。然而,可以采用任何其它合適的連接機構(gòu)(舉例來說,釬焊,焊接,o形圈,螺栓,等等)。主管200也限定了至少一個孔口208,其與供應(yīng)通道210處于流體連通,所述供應(yīng)通道210限定在下平臺212和上平臺218之間,下平臺212附連至在孔口208的第一側(cè)216主管200的外表面214,并且上平臺218在孔口218的與第一側(cè)216相反的第二側(cè)220附連至主管200的外表面214。這樣,供應(yīng)通道210與通過主管200限定的孔口208的、主管200的中空通路206處于流體連通。多個孔口218顯示為被限定在主管200中,在環(huán)形方向上具有細長的形狀。也就是說,孔口218可具有在環(huán)形方向上(即,從主管的第一端延伸至主管的第二端)的最大長度,其大于在垂直于環(huán)形方向的垂直方向上(即,軸向方向)的最大寬度。在所示的實施例中,主管200在第一端202和第二端204都限定了橢圓形的橫截面。例如,橢圓形的橫截面可具有最大寬度,該最大寬度為它的最大高度的大約1.5倍至大約至大約20倍。這種橢圓形的形狀允許冷卻流體(舉例來說,風(fēng)扇空氣)在經(jīng)過管道100時的最小阻力。然而,主管可具有其它所需的截面形狀。在一個實施例中,上平臺218與下平臺212形成為一個整體,以在它們之間限定供應(yīng)通道210。附加地,上平臺218和下平臺212可以與主管200形成為一個整體,以形成單個一體化構(gòu)件。例如,橫貫管道段20可以借助于加成制造工藝一起形成為一個整體,并且可以由加成的材料形成,包括但不限于鈦,鈦合金,鋁,鋁合金,和奧氏體合金,比如鎳-鉻基超級合金(舉例來說,可以從特種合金公司得到的名為inconel?的合金)。在它的終端221(相對于在主管200的孔口208),下平臺212和上平臺218限定了接口222,所述接口222限定了與主管200限定的中空通路206處于流體連通的多個通道224。在一個實施例中,在從主管200的外表面214的第二端204延伸的最上部切線226和從下平臺212的內(nèi)表面213延伸的切線228之間限定了叉開角度θ,其中該叉開角度為大約10°至大約30°。在所示的實施例中,下平臺212的內(nèi)表面230在接口222處限定了多個下凹槽232,并且上平臺218的內(nèi)表面234在接口222處限定了多個上凹槽238。多個下凹槽232通常與多個上凹槽236對準(zhǔn),以限定多個通道224。附加地,槽口238在接口222處被限定在下平臺212的內(nèi)表面230和上平臺218的內(nèi)表面234之間。如所示,槽口238延伸通過在上平臺218和下平臺212之間限定的多個通道224以便在其中接收曲線板100的第一端124,如圖5更特別地顯示。在一個實施例中,借助于釬焊、焊接或任何其它合適的附連機構(gòu),曲線板100的第一端124被定位并且附連至槽口內(nèi)的接口。在所示的實施例中,限定在橫貫管道段200的接口222中的各通道234與曲線板100的各自的通道110處于流體連通,如下文中更詳細地所述。參考圖8,內(nèi)部橫梁242可以如圖所示設(shè)置,并定位在上平臺218和下平臺212之間,并且從供應(yīng)通道210延伸至接口222以限定多個通路244,所述多個通路244在接口222處對應(yīng)于曲線板100的各自的通道110,使得各通路244與其中一個通道110處于流體連通。附加地,橫梁242可在上平臺218和下平臺212之間提供結(jié)構(gòu)支撐。在一個實施例中,主管200限定了多個孔口208,所述多個孔口208與各自的通路244處于流體連通,并且因此,與曲線板100的各自的通道110處于流體連通。參考圖2和4,橫貫管道段20可進一步包括第一翼252,所述第一翼252從主管200的第一側(cè)251延伸并且配置為用于附連至發(fā)動機的框架(未示出)。同樣,橫貫管道段可進一步包括第二翼254,所述第二翼254從主管200的與第一側(cè)251相反的第二側(cè)253延伸,并且配置為用于附連至相鄰的橫貫管道段200的翼254。因此,第一翼252和第二翼254在橢圓形的橫截面的最大寬度的軸向方向上延伸,并且允許相鄰的環(huán)14,16連接在一起以形成環(huán)形熱交換器12。相鄰的橫貫管道段20的第二翼254可以彼此成為一個整體,或者通過附連機構(gòu)(舉例來說,螺釘、螺栓、焊接、釬焊,等等)彼此連接。圖10-12顯示了示例性的曲線板100,其包括限定了多個第一凹槽104的內(nèi)板102和限定了多個第二凹槽108的外板106。通常,內(nèi)板102附連至外板106,其中多個第一凹槽104和多個第二凹槽108是實質(zhì)上對準(zhǔn)的,以在它們之間限定多個通道110。圖11的實施例包括可選擇的整體式壁112,其被定位在內(nèi)板102和外板106之間,使得各通道110在其中限定了第一通路114和第二通路116。在一個實施例中,內(nèi)板102和外板106,連同可選擇的整體式壁112,借助于擴散結(jié)合被結(jié)合在一起,而無需任何釬焊或其它焊接。然而,可以采用任何用來結(jié)合內(nèi)板102和外板106的合適的附連手段,包括但不限于粘合結(jié)合,焊接,釬焊,等等。在所示的實施例中,各通道112從曲線板100的第一端124的第一部分122上的第一開口120,延伸通過在各通道112中限定的彎曲部126,并且延伸至第一端124的第二部分130上的第二開口128。這樣,經(jīng)過各通道112的流體就圍繞彎曲部126從第一部分122的第一開口120穿過曲線板,并且流出第二部分130的第二開口128(或者,反之亦然,在相反的方向上從第二開口128流至第一開口120)。因此,其中各通道112限定了非線性的路徑,其具有從第一開口120延伸至第二開口128的至少一個彎曲部126。圖12顯示了第一凹槽104和第二凹槽108中的每一個具有實質(zhì)上半橢圓形的形狀,以便限定實質(zhì)上橢圓形的通道110。此形狀不僅允許用于在通道110內(nèi)的用于傳熱的增加的表面積,而且也允許第一凹槽104和第二凹槽108由片材(舉例來說,金屬片材)通過沖壓工藝形成。在所示的實施例中,其中各第一凹槽104具有最大截面弧長度,其為它的最大弦長度的大約1.5至大約20倍。類似地,其中各第二凹槽108具有最大截面弧長度,其為它的最大弦長度的大約1.5至大約20倍。然而,其它幾何形狀可以根據(jù)所需被采用。在一個實施例中,第一凹槽104和/或第二凹槽108可限定多個凹痕或其它表面特征,以便在通道110內(nèi)攪動流體流以及用于提供增加的表面積用于熱傳遞。曲線板100通常限定了從第一端124至第二端132的曲率(即,非平面的)路徑。在所示的實施例中,曲率通常是恒定的以限定圓的弧長度。然而,在其它實施例中,曲線板100可具有在外板126上變化的不均勻的曲率(即,恒定的),并且可包括彎曲部,曲部,接合處,平面的部分,等等。不管特定的截面形狀如何,外板126都限定了從第一端124至第二端132測得為最短距離的弦長度,并且外板126限定了在它的外表面127上從第一端124至第二端132測得的弧長度。使用相同的起點和終點(對于弦長度和弧長度),弧長度為弦長度的大約105%至大約150%。也就是說,弧長度為弦長度的大約1.05倍至大約1.5倍。這樣,曲線板100的曲率與平面的板相比允許更多的表面積用于熱傳遞。在圖10和11所示的實施例中,槽口134被限定在曲線板100的第一端124中,處于第一部分122和第二部分130之間。通常,槽口134允許曲線板100在附連至橫貫管道200的各自接口222上的第一部分122和第二部分130之間的撓曲。盡管被顯示為具有大體上u形的形狀,但是,槽口134可具有任何所需的幾何形狀。類似地,各通道110被顯示為以大體上u形的形狀在曲線板100中限定的槽口134周圍從第一端124的第一部分122上的第一開口120延伸,并且延伸至第一端124的第二部分130上的第二開口128。然而,通道110在曲線板100內(nèi)可采取任何所需的路徑。內(nèi)板102和外板106可以由具有所需的熱傳遞性能的任何合適的材料形成。例如,內(nèi)板102和外板106可以由鈦,鈦合金,鋁,鋁合金,和奧氏體合金比如鎳-鉻基超級合金(舉例來說,可以從特種合金公司得到的名為inconel?的合金)構(gòu)成。同樣地,整體式壁112(如果存在的話)可以由任何合適的材料制成。在一個實施例中,整體式壁112由相對高導(dǎo)熱的材料制成,以便促進在通道110內(nèi)的第一通路114和第二通路116之間的熱傳遞。例如,整體式壁可以由電鍍的銅,鈦,鈦合金,鋁,鋁合金,和奧氏體合金比如鎳-鉻基超級合金(舉例來說,可以從特種合金公司得到的名為inconel?的合金)制成。在大多數(shù)實施例中,內(nèi)板102和外板106具有越過各個各自表面的實質(zhì)上相等的厚度,盡管凹槽104,108各自可以比更平的部分要稍微更薄一些。在大多數(shù)實施例中,內(nèi)板102和外板106獨立地具有大約400μm至大約800μm的厚度。整體式壁112(如果存在的話)可具有為大約400μm至大約800μm的厚度。在某些實施例中,整體式壁112能夠限定多個孔(舉例來說,槽口或其它孔口),以允許在通道110內(nèi)的第一通路114和第二通路116之間的流體流。備選地或附加地,整體式壁112可限定多個凹痕或其它表面特征,以攪動在通道110中的第一通路114和第二通路116內(nèi)的流體流并且提供增加的表面積以用于在它們之間的熱傳遞。如圖10和11所示,內(nèi)板102和外板106的至少一者(或二者)包括至少一個接片140,其從與第一端124相對的第二端132延伸。參考圖3,接片140延伸到在環(huán)形熱交換器12的罩44內(nèi)限定的槽口42中。罩44通常包括結(jié)構(gòu)支撐46和徑向的外壁40。這樣,各曲線板100在結(jié)構(gòu)上受到支撐,所以各曲線板100相對于環(huán)形管道的熱膨脹在至少一個方向上是不受約束的。也就是說,各曲線板100可以僅僅在第一端124的第一和第二部分122,130處附連,以允許沿著曲線板100的長度的熱膨脹遠離各自的橫貫管道段20延伸,而同時也允許在軸向方向上的撓曲,這是由于在它們之間存在槽口。接片140允許稍微的運動和/或膨脹,同時通常保持就位而不約束這種運動和/或膨脹。在所示的實施例中,結(jié)構(gòu)支撐46包括第一環(huán)形環(huán)47,平行于第一環(huán)形環(huán)47的第二環(huán)形環(huán)49,和將第一環(huán)形環(huán)47連接至第二環(huán)形環(huán)49的多個橫臂51。橫臂51可限定用于接收至少一個接片140的腔53。在所示的實施例中,其中至少一個接片140限定了孔口142,用于接收從中穿過的附連件(未示出),以便通過附連件(舉例來說,螺栓,螺釘,銷釘,或其它附連部件)將第二端132固定至結(jié)構(gòu)支撐46。在一些實施例中,其中至少一個接片140可以被可滑動地定位在罩44的結(jié)構(gòu)支撐46內(nèi)限定的各自的槽口42內(nèi)。例如,附連件可將接片140固定在槽口42內(nèi),同時允許在其中的一些運動(舉例來說,細長的孔口可允許在孔口的更長方向上的運動)。例如,可以采用被可滑動地定位的接片140和固定的接片140的組合,以允許用于曲線板100的第二端132的撓曲和/或稍微的運動,同時實質(zhì)上保持它就位。因此,曲線板100可關(guān)于罩運動,從而允許在使用中的熱膨脹,撓曲,振動運動,或其它稍微的運動。可以注意到,圖10顯示了一個實施例,其中各接片140限定了用于接收從中穿過的附連件的孔口142,而圖11的實施例僅僅顯示了限定孔口142的中心接片140,連同外接片142被配置為用于無需任何固定附連件的槽口定位。如所述,曲線板100可以借助于沖壓工藝形成。在一個實施例中,曲線板100可以這樣來形成:沖壓第一金屬片材以形成限定了多個第一凹槽所的第一板;沖壓第二金屬片材以形成限定了多個第二凹槽的第二板;和之后,將第一片材層壓至第二片材上以形成曲線板,使得多個第一凹槽和多個第二凹槽實質(zhì)上對準(zhǔn),以在它們之間限定多個通道。在一個實施例中,在層壓之前,整體式壁可以是被定位在第一片材和第二片材之間,使得各通道在其中限定了第一通路和第二通路。在一個實施例中,環(huán)形管道被用在冷卻燃氣渦輪發(fā)動機的熱流體的方法中。引導(dǎo)熱流體通過多個冷卻通道,所述多個冷卻通道在環(huán)形管道內(nèi)是徑向地分層的,以限定傳熱區(qū)域;和使冷卻流體經(jīng)過環(huán)形管道,使得冷卻流體在徑向地分層的冷卻通道之間經(jīng)過。例如,冷卻流體通常在燃氣渦輪發(fā)動機的軸向方向上流動通過環(huán)形管道。例如,圖13圖示了燃氣渦輪發(fā)動機310的包括一個或多個環(huán)形熱交換器10的一個實施例的截面圖。環(huán)形熱交換器的定位可以根據(jù)需要而變化,但是在特別的實施例中處于核心發(fā)動機314內(nèi)。例如,環(huán)形熱交換器可利用風(fēng)扇空氣354作為冷卻流體(或者直接地,或被引導(dǎo)進入環(huán)形管道),并且熱流體可以是來自燃氣渦輪發(fā)動機的核心的泄放空氣。燃氣渦輪發(fā)動機可以根據(jù)本發(fā)明主題的一些方面而被用在飛機中,其中發(fā)動機310被顯示為具有從中穿過地延伸的縱向的或軸向的中心線軸線312,用于參考目的。一般而言,發(fā)動機310可包括核心燃氣渦輪發(fā)動機(通常由參考標(biāo)號314標(biāo)示)和被定位在其上游的風(fēng)扇分段316。核心發(fā)動機314可通常包括實質(zhì)上管狀的外罩318,其限定了環(huán)形入口320。另外,外罩318可進一步包封和支撐升壓壓縮機322,用于將進入核心發(fā)動機314的空氣的壓力增加至第一壓力水平。高壓、多級、軸流式壓縮機324于是可接收來自升壓壓縮機322的壓縮空氣,以及進一步增加這種空氣的壓力。離開高壓壓縮機324的壓縮空氣可隨后流至燃燒器326,在所述燃燒器326內(nèi),燃料可被注入到壓縮空氣的流中,所得到的混合物于是在燃燒器326內(nèi)燃燒。高能量燃燒產(chǎn)物從燃燒器326沿著發(fā)動機310的熱氣體路徑被引導(dǎo)至第一(高壓)渦輪328,用于借助于第一(高壓)驅(qū)動軸30驅(qū)動高壓壓縮機324,隨后被引導(dǎo)至第二(低壓)渦輪332,用于借助于第二(低壓)驅(qū)動軸334來驅(qū)動升壓壓縮機322和風(fēng)扇分段316,所述第二(低壓)驅(qū)動軸334通常與第一驅(qū)動軸330共軸。在驅(qū)動各個渦輪328和332之后,燃燒產(chǎn)物可以借助于排氣噴嘴336從核心發(fā)動機314被排出,以便提供推進的噴氣推力。應(yīng)當(dāng)理解,各壓縮機322,324可包括多個壓縮機級,其中各級都包括靜態(tài)的壓縮機靜葉的環(huán)形陣列和被定位在壓縮機靜葉的直接下游處的旋轉(zhuǎn)的壓縮機葉片的環(huán)形陣列二者。類似地,各渦輪328,332可包括多個渦輪級,其中各級都包括靜態(tài)噴嘴靜葉的環(huán)形陣列和被定位在噴嘴靜葉的直接下游處的旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片的環(huán)形陣列二者。附加地,如圖13所示,發(fā)動機310的風(fēng)扇分段316通常可包括可旋轉(zhuǎn)的軸流式風(fēng)扇轉(zhuǎn)子組件338,其被配置為由環(huán)形風(fēng)扇罩340包圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,風(fēng)扇罩340可以被配置為由多個實質(zhì)上徑向地延伸、周向地間隔開的出口導(dǎo)葉342而相對于核心發(fā)動機314支撐。這樣,風(fēng)扇罩340可包封風(fēng)扇轉(zhuǎn)子組件338和它的相應(yīng)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片344。此外,風(fēng)扇罩340的下游分段346可延伸越過核心發(fā)動機314的外部分,從而限定輔助的或旁通的氣流導(dǎo)管48,它提供了額外的推進的噴氣推力。應(yīng)當(dāng)理解,在若干實施例中,第二(低壓)驅(qū)動軸334可以被直接地聯(lián)接至風(fēng)扇轉(zhuǎn)子組件338,以便提供直接驅(qū)動的構(gòu)造。備選地,第二驅(qū)動軸334可以借助于減速裝置337(舉例來說,減速齒輪或齒輪箱)而聯(lián)接至風(fēng)扇轉(zhuǎn)子組件338,以便提供間接驅(qū)動或齒輪傳動的構(gòu)造。這種減速裝置也可如所需或所要求而設(shè)在發(fā)動機310內(nèi)的任何其它合適的軸和/或線軸之間。應(yīng)當(dāng)理解,在發(fā)動機310的操作期間,初始空氣流(由箭頭350所示)可通過風(fēng)扇罩340的相關(guān)聯(lián)的入口352進入發(fā)動機310。空氣流350隨后經(jīng)過風(fēng)扇葉片344并分成通過導(dǎo)管348運動的第一壓縮空氣流(由箭頭354所示)和進入升壓壓縮機322的第二壓縮空氣流(由箭頭356所示)。第二壓縮空氣流356的壓力于是增加,并且進入高壓壓縮機324(由箭頭358所示)。在與燃料混合并且在燃燒器326內(nèi)燃燒之后,燃燒產(chǎn)物360離開燃燒器326并且流過第一渦輪328。之后,燃燒產(chǎn)物360流過第二渦輪332并離開排氣噴嘴336,以便提供用于發(fā)動機310的推力。如所述,熱流體(舉例來說,泄放空氣)可以通過當(dāng)前描述的裝置和方法在燃氣渦輪發(fā)動機的環(huán)形管道內(nèi)被冷卻。在一個實施例中,熱流體可以被引導(dǎo)通過在環(huán)形管道內(nèi)徑向地分層的多個冷卻通道,以限定傳熱區(qū)域(舉例來說,如上所述在多個分層的曲線板內(nèi)限定),并且冷卻流體可以經(jīng)過環(huán)形管道,使得冷卻流體在徑向地分層的冷卻通道之間經(jīng)過。該書面描述使用示例來公開本發(fā)明,包括最佳模式,并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明,包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明可申請專利的范圍由權(quán)利要求限定,并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)要素,或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)要素,則意在使這些其它示例處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12
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