用于徑向管狀管道熱交換器的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于徑向管狀管道熱交換器的方法和系統(tǒng)
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本非臨時申請主張對在2014年6月30日提交的題為“用于徑向管狀熱交換器的方法和系統(tǒng)”的美國臨時專利申請N0.62/018902的根據35U.S.C.§ 119(e)的優(yōu)先權，其通過引用而整體并入本文中。關于聯邦贊助研究和開發(fā)的聲明
[0003]如由合同號Nos.FA8650-09-D-2922 和 N00014-10-D-0010 0rder0003 的條款規(guī)定的，美國政府具有本申請中的某些權利。
技術領域
[0004]本說明書涉及熱交換器，且更具體而言，涉及用于周向管道熱交換器的方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0005]燃氣渦輪發(fā)動機典型地包括入口、風扇、低壓和高壓壓縮機、燃燒器和至少一個渦輪。壓縮機壓縮空氣，空氣被引導至燃燒器，在此其與燃料混合?；旌衔锶缓蟊稽c燃，以用于生成熱的燃燒氣體.燃燒氣體被引導到(多個)渦輪，該(多個)渦輪從燃燒氣體提取能量，以用于驅動(多個)壓縮機，以及產生有用功，以推進飛行中的飛行器或驅動負載，例如發(fā)電機。
[0006]在發(fā)動機操作期間，產生顯著的熱量，其將發(fā)動機系統(tǒng)的溫度升高到不可接受的水平。使用潤滑系統(tǒng)以有助于潤滑燃氣渦輪發(fā)動機內的構件。潤滑系統(tǒng)構造成將潤滑流體導送到燃氣渦輪發(fā)動機內的各種軸承組件。在操作期間，來自通過發(fā)動機內的類似軸承和密封件的構件的滑動和滾動摩擦生成的熱量的熱量被傳遞到該潤滑流體。
[0007]燃氣渦輪發(fā)動機通常與其他系統(tǒng)結合地使用，例如在由燃氣渦輪發(fā)動機驅動的飛行器中使用的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中的一些需要冷卻以移除熱量，以用于改善舒適或可操作性。例如，為了可居住性和舒適，飛行器的加壓艙通常需要從由發(fā)動機排氣輸送到機艙的空氣移除熱。
[0008]為了有助于降低飛行器流體的操作溫度(例如但不限于潤滑流體和排放空氣)，至少一種已知的燃氣渦輪發(fā)動機利用成一列的熱交換器彎曲元件，該成一列的熱交換器彎曲元件布置在空氣流中，且可能受到上游元件的尾跡的負面影響。

【發(fā)明內容】

[0009]在一個方面中，熱交換器包括多個弧形的熱交換器節(jié)段，它們各自包括第一集管，第一集管構造成繞流體管道的內表面的周圍的至少一部分周向地延伸。熱交換器還包括第二集管，第二集管構造成繞以下部分周向地延伸，該部分沿與通過流體管道的流體流相反的方向與第一集管軸向地間隔開，和第一多個熱交換器管，第一多個熱交換器管在第一集管與第二集管之間大體上軸向地延伸，第一多個熱交換器管各自包括與第一多個熱交換器管中的其他任何熱交換器管的第二流路分開的第一流路，第一流路從第一集管到第二集管沿流路改變方向。
[0010]在另一方面中，燃氣渦輪發(fā)動機包括:核心燃氣渦輪發(fā)動機，其具有旋轉軸線；風扇殼體，其基本上圍繞該核心燃氣渦輪發(fā)動機；和熱交換器組件，其定位在風扇殼體內。熱交換器組件包括多個弧形的熱交換器節(jié)段，其各自包括:第一集管，其構造成繞流體管道的內表面的周圍的至少一部分周向地延伸；第二集管，其構造成繞以下部分周向地延伸，該部分沿與通過流體管道的流體流相反的方向與第一集管軸向地間隔開；和第一多個熱交換器管，其在第一集管與第二集管之間大體上軸向地延伸，第一多個熱交換器管各自包括與第一多個熱交換器管中的其他任何熱交換器管的第二流路分開的第一流路，兩個流路從第一集管到第二集管沿流路改變方向。
[0011]在又一方面中，裝配模塊化徑向管狀管道熱交換器的方法包括形成多個弧形熱交換器管，其中，各熱交換器管通過將多個直管節(jié)段交替地聯接到多個弧形管節(jié)段以形成多個弧形熱交換器管中的至少一個而形成，并且當安裝在環(huán)形管道內時，各管包括在徑向平面中的波狀流體流路。該方法還包括將多個弧形熱交換器管中的各個的入口端聯接到周向地延伸的入口增壓室，和將多個弧形熱交換器管中的各個的出口端聯接到周向地延伸的出口增壓室。各弧形熱交換器管與各相鄰的弧形熱交換器管軸向地偏移，各弧形熱交換器管與各相鄰的弧形熱交換器管徑向地偏移。
[0012]—種熱交換器，其包括:
[0013]多個弧形熱交換器節(jié)段，所述多個熱交換器節(jié)段中的各個包括:
[0014]第一集管，其構造成繞流體管道的內表面的周圍的至少一部分周向地延伸；
[0015]第二集管，其構造成繞以下部分周向地延伸，該部分沿與通過所述流體管道的流體流相反的方向與所述第一集管軸向地間隔開；和
[0016]第一多個熱交換器管，其在所述第一集管與所述第二集管之間大體上軸向地延伸，所述第一多個熱交換器管各自包括與所述第一多個熱交換器管中的任何其他熱交換器管的第二流路分開的第一流路，所述第一流路從所述第一集管到所述第二集管沿流路改變方向。
[0017]優(yōu)選地，所述第一多個熱交換器管的所述第一流路包括弧形部分，所述弧形部分從所述第一集管到所述第二集管沿流路逐漸地改變方向，且由管的單個彎曲半徑限定。
[0018]優(yōu)選地，所述第一多個熱交換器管的所述第一流路包括直的部分和弧形部分，所述弧形部分由管的通過弧形部分沿流路逐漸地改變方向的單個彎曲半徑限定。
[0019]優(yōu)選地，所述多個弧形熱交換器節(jié)段中的第一節(jié)段構造成聯接到所述多個弧形熱交換器節(jié)段中的第二節(jié)段。
[0020]優(yōu)選地，所述多個弧形熱交換器節(jié)段中的第一節(jié)段的所述第一集管的端部構造成聯接到所述多個弧形熱交換器節(jié)段中的第二節(jié)段的所述第一集管的互補的端部。
[0021]優(yōu)選地，所述多個弧形熱交換器節(jié)段中的第一節(jié)段的所述第二集管的端部構造成聯接到所述多個弧形熱交換器節(jié)段中的第二節(jié)段的所述第二集管的互補的端部。
[0022]優(yōu)選地，所述第一集管和所述第二集管中的至少一個包括弧形的歧管。
[0023]優(yōu)選地，所述熱交換器還包括:
[0024]第三集管，其構造成繞以下部分周向地延伸，該部分沿與通過所述流體管道的流體流相反的方向與所述第二集管軸向地間隔開；和
[0025]第二多個熱交換器管，其在所述第二集管與所述第三集管之間大體上軸向地延伸，所述第二多個熱交換器管各自包括與所述第二多個熱交換器管中的任何其他熱交換器管的第二流路分開的第一流路，所述第一流路從所述第二集管到所述第三集管沿流路改變方向。
[0026]優(yōu)選地，所述第二多個熱交換器管在所述第二集管與所述第三集管之間在徑向平面中延伸。
[0027]優(yōu)選地，所述第一多個熱交換器管在所述第一集管與所述第二集管之間在徑向平面中延伸。
[0028]優(yōu)選地，所述多個弧形熱交換器節(jié)段形成串行級聯的U形彎曲管陣列，所述U形彎曲管陣列連結至由至少一個實心集管間系帶、至少一個中空集管間系帶、或它們的組合加固的兩個或更多個周向分配集管，由它們支撐且內部地通風。
[0029]優(yōu)選地，所述周向分配集管的至少一個截面尺寸沿外部流的方向改變，至少一個U形彎曲管直徑除以彎曲半徑的比率沿外部流的方向改變，或組合。
[0030]優(yōu)選地，風扇管道歧管通過流體供應管聯接到周向地延伸的集管，所述流體供應管由兩個或更多個弧形節(jié)段、兩個或更多個直的節(jié)段、或它們的串行連接的組合組成。
[0031]優(yōu)選地，至少一個周向分配集管包括卵形、和具有橫向密封貫穿廊道的卵形、橢圓形、半橢圓形、新月形截面形狀、或它們的組合。
[0032]優(yōu)選地，至少一個周向分配集管由以下中的至少一個加固:內部肋、外部肋、內部穿孔隔膜壁、內部非穿孔隔膜壁、或它們的組合。
[0033]優(yōu)選地，至少一個周向分配集管包括外部翅片、內部翅片或它們的組合。
[0034]優(yōu)選地，所述分配集管中的至少一個和分配集管外部翅片中的至少一個由熱傳遞增強涂層涂敷。
[0035]—種裝配模塊化徑向管狀管道熱交換器的方法，所述方法包括:
[0036]形成多個蛇形熱交換器管，各熱交換器管通過將多個直管節(jié)段交替地聯接到多個弧形管節(jié)段以形成所述多個蛇形熱交換器管中的至少一個來形成，當安裝在環(huán)形管道內時，各管包括在徑向平面中波狀流體流路；
[0037]將所述多個蛇形熱交換器管中的各個的入口端聯接到周向地延伸的入口增壓室；和
[0038]將所述多個蛇形熱交換器管中的各個的出口端聯接到周向地延伸的出口增壓室，在此
[0039]各弧形熱交換器管與各相鄰的弧形熱交換器管軸向地偏移，各弧形熱交換器管與各相鄰的弧形熱交換器管徑向地偏移。
[0040]優(yōu)選地，將所述多個弧形熱交換器管中的各個的入口端聯接到周向地延伸的入口增壓室包括將所述多個弧形熱交換器管中的各個的入口端聯接到周向地延伸的入口增壓室，所述入口增壓室從所述多個弧形熱交換器管徑向向內地定位。
[0041]優(yōu)選地，將所述多個弧形熱交換器管中的各個的出口端聯接到周向地延伸的出口增壓室包括將所述多個弧形熱交換器管中的各個的出口端聯接到周向地延伸的出口增壓室，所述出口增壓室從所述多個弧形熱交換器管徑向向內地定位。
[0042]優(yōu)選地，該方法還包括將多個弧形管節(jié)段中的至少一些聯接到所述管道的表面。
[0043]優(yōu)選地，該方法還包括將所述多個弧形熱交換器管中的一個的多個弧形管節(jié)段中的至少一些聯接到相鄰的弧形熱交換器管。
[0044]一種燃氣渦輪發(fā)動機，其包括:
[0045]核心燃氣渦輪發(fā)動機，其具有旋轉軸線；
[0046]風扇殼體，其基本上圍繞所述核心燃氣渦輪發(fā)動機；和
[0047]熱交換器組件，其定位在所述風扇殼體內，所述熱交換器組件包括:
[0048]多個弧形的熱交換器節(jié)段，所述多個熱交換器節(jié)段中的各個包括:
[0049]第一集管，其構造成繞流體管道的內表面的周圍的至少一部分周向地延伸；
[0050]第二集管，其構造成繞以下部分周向地延伸，該部分沿通過流體管道的流體流相反的方向與所述第一集管軸向地間隔開；和
[0051]第一多個熱交換器管，其在所述第一集管與所述第二集管之間大體上軸向地延伸，所述第一多個熱交換器管各自包括與所述第一多個熱交換器管中的任何其他熱交換器管的第二流路分開的第一流路，兩個流路從所述第一集管到所述第二集管沿流路改變方向。
[0052]優(yōu)選地，所述第一多個熱交換器管的所