[发明专利]涡轮发动机转子中的热管

说明书

技术领域

本发明大体上涉及涡轮发动机旋转构件的热管理。更具体而言，本发明涉及减小涡轮发动机中的旋转构件的热梯度。

背景技术

涡轮发动机的空气动力性能和热动力性能的进步已经导致了穿过涡轮发动机的旋转构件的日益增大的热梯度。较大的热梯度以及涡轮发动机工作循环引起高周疲劳(HCF)和低周疲劳(LCF)，最终缩短了旋转构件的结构寿命。此外，由于涡轮发动机停机之后的非对称冷却，热梯度至少部分地对旋转构件例如轴中的热弯曲或弯曲转子负责。

HCF、LCF和弯曲转子可在涡轮发动机运行期间导致旋转构件故障，或需要以较小间隔替换旋转构件，从而增加了涡轮发动机运行成本。由于可导致涡轮发动机效率、性能和结构寿命降低的相邻旋转构件的变形，HCF、LCF和弯曲转子还可引起对其它涡轮发动机构件(例如轴承和壳)的破坏。

增大旋转构件的厚度、使用较致密的材料以及将较冷的空气从推进热动力循环引导至旋转构件对于减小热梯度是已知的，从而延长结构寿命且缓和弯曲转子。此外，制定在涡轮发动机停机期间或停机与重启之间的较长冷却周期对于缓和弯曲转子是已知的。然而，引导来自推进热动力循环的空气和使用较厚或较致密的材料降低涡轮发动机效率，且通过减少可用于推进推力的能量或需要用于推进推力的附加能量而增加燃料消耗。此外，较长的冷却时段增加了涡轮发动机可被重启之前的时间量，这可具有类似于降低的发动机效率或增加的燃料消耗的经济性影响。

因此，需要减小穿过旋转构件的热梯度，同时缓和对涡轮发动机性能、效率和经济性的不利影响。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐明，或可从描述中显而易见，或可通过实践本发明来学习。

本公开内容针对一种用于涡轮发动机的旋转构件。该旋转构件限定表面，且包括定位在旋转构件的表面上或旋转构件内的热管。热管包括工作流体和外周壁。

本公开内容的另一方面针对一种涡轮发动机。涡轮发动机包括限定表面的旋转构件，以及定位在旋转构件的表面上或旋转构件内的热管。热管包括工作流体和外周壁。涡轮发动机还包括：包括多个旋转构件的压缩机区段、包括多个旋转构件的涡轮区段，以及包括多个旋转构件的风扇区段。

本发明的这些及其它特征、方面和优点参照以下描述和所附权利要求将变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且与描述一起用于阐释本发明的原理。

技术方案1. 一种用于涡轮发动机的旋转构件，包括：

旋转构件(100)，其限定表面(102)；以及

热管(104)，其定位在所述旋转构件(100)的表面(102)上或所述旋转构件(100)内，其中所述热管(104)包括工作流体(112)和外周壁(120)。

技术方案2. 根据技术方案1所述的旋转构件(100)，其特征在于，所述热管(104)的外周壁(120)限定容纳所述工作流体(112)的蒸汽腔(123)。

技术方案3. 根据技术方案1所述的旋转构件(100)，其特征在于，所述旋转构件(100)包括第一材料，并且其中所述外周壁(120)包括第二材料，并且进一步其中所述第一材料在成分上不同于所述第二材料。

技术方案4. 根据技术方案1所述的旋转构件(100)，其特征在于，所述热管(104)还包括：

内周壁(122)，其中所述外周壁(120)和所述内周壁(122)限定沿径向在其间的毛细管(125)，并且其中所述内周壁(122)限定蒸汽腔(123)，并且进一步其中所述内周壁(122)允许所述工作流体(112)通过所述内周壁(122)冷凝或蒸发。

技术方案5. 根据技术方案1所述的旋转构件(100)，其特征在于，所述工作流体(112)包括氦、氮、氨、三氯氟甲烷、二氯氟甲烷、戊烷、三氟三氯乙烷、丙酮、甲醇、全氟甲基环己烷、乙醇、庚烷、水、甲苯、全氟甲基萘烷、二苯醚、汞、铯、钾、钠、锂、银或它们的组合。

技术方案6. 根据技术方案1所述的旋转构件(100)，其特征在于，所述旋转构件(100)限定具有边沿(109)和开孔(107)的盘，并且其中多个热管(104)在所述盘上或在所述盘内沿径向延伸。

技术方案7. 根据技术方案6所述的旋转构件(100)，其特征在于，所述旋转构件(100)还包括所述盘的半径处的沿周向延伸的热管(105)。

技术方案8. 根据技术方案7所述的旋转构件(100)，其特征在于，所述沿周向延伸的热管(105)定位在所述开孔(107)处。