一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件冷卻方法
【專利摘要】一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件冷卻方法，引入發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)出口附近高壓氣體，經(jīng)過進(jìn)氣嘴的氣流達(dá)到超音速的速度；高速的氣流沿渦流室周邊的切線方向進(jìn)入渦流室，氣流先在渦流室的周邊部分形成旋轉(zhuǎn)的自由渦流，然后由自由渦流的擴(kuò)散和擠壓，使一部分氣體移到渦流室中心；沿航空發(fā)動(dòng)機(jī)外涵機(jī)匣圓周分布的多個(gè)冷卻空氣發(fā)生裝置最小單元，產(chǎn)生大量的冷、熱氣流，經(jīng)冷、熱氣流收集管收集后，冷空氣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫部件的冷卻。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)高溫部件進(jìn)行冷卻的作用，有效降低渦輪前溫度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)效率；熱氣流經(jīng)過熱空氣流路引入高壓壓氣機(jī)出口，起到回?zé)嶙饔?，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)效率。
【專利說明】一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件冷卻方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，特別涉及了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件冷卻方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片等高溫部件采用從高壓壓氣機(jī)等部位引冷卻空氣進(jìn)行氣冷的冷卻方式。由于空氣在發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇/低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)中增壓過程中，溫度也有所升高，實(shí)際上的冷卻空氣也有近600K的溫度，因此通過高壓引氣對(duì)高溫部件冷卻的效果有所不足。
[0003]較高的渦輪前溫度是航空發(fā)動(dòng)機(jī)重要參數(shù)指標(biāo)之一，提高渦輪前溫度是提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要手段。然而，較高的渦輪前溫度也帶來了相關(guān)高溫部件冷卻的難題，受相關(guān)部件的材料性能、冷卻技術(shù)限制，近年來航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度提升尤為緩慢，直接制約了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件，大幅提高渦輪前溫度，促進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能的提尚，熱空氣能實(shí)現(xiàn)尚壓壓氣機(jī)出口的回?zé)嵝Ч?，進(jìn)一步提尚發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)效率，特提供了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件冷卻方法。
[0005]本發(fā)明提供了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件冷卻方法，其特征在于:所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件冷卻方法，冷卻結(jié)構(gòu)包括風(fēng)扇/低壓壓氣機(jī)，高壓壓氣機(jī)，燃燒室，高/低壓渦輪，基于渦流制冷原理設(shè)計(jì)的冷卻空氣發(fā)生裝置，冷卻空氣流路，熱空氣流路，單向增壓活門；其中，基于渦流制冷原理設(shè)計(jì)的冷卻空氣發(fā)生裝置，包括進(jìn)氣嘴，冷氣流收集管，熱氣流收集管，禍流室；
[0006]引入發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)出口附近高壓氣體，經(jīng)過進(jìn)氣嘴的氣流達(dá)到超音速的速度。高速的氣流沿渦流室周邊的切線方向進(jìn)入渦流室，氣流先在渦流室的周邊部分形成旋轉(zhuǎn)的自由渦流，然后由自由渦流的擴(kuò)散和擠壓，使一部分氣體移到渦流室中心。
[0007]自由渦流的旋轉(zhuǎn)愈向中心角速度愈大，沿渦流室的半徑方向就形成了不同角速度的氣流層。由于氣流層之間有摩擦，內(nèi)層的角速度要下降，外層的角度速要提高，內(nèi)層氣流便將本身一部分動(dòng)能傳給外層氣流，于是內(nèi)層氣流就降溫，當(dāng)氣流經(jīng)隔板孔流出時(shí)，便有較低的溫度Tc，經(jīng)冷氣流收集管收集，而周邊部分的氣流經(jīng)熱端管子時(shí)，由于摩擦而使動(dòng)能又轉(zhuǎn)化成熱能，因而流出的氣流便有較高的溫度Th，經(jīng)熱氣流收集管收集。沿航空發(fā)動(dòng)機(jī)外涵機(jī)匣圓周分布的多個(gè)冷卻空氣發(fā)生裝置最小單元，產(chǎn)生大量的冷、熱氣流，經(jīng)冷、熱氣流收集管收集后，冷空氣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫部件的冷卻，熱空氣能實(shí)現(xiàn)高壓壓氣機(jī)出口的回?zé)嵝ЧM(jìn)一步提尚發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)效率。
[0008]以空氣流量110kg/s，涵道比0.45計(jì)算，g卩外涵道空氣流量約為34.lkg/s，內(nèi)涵道空氣流量約為75.9kg/s，以目前市場(chǎng)上民用普通的渦流管在發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)機(jī)匣上組成圓周陣列，作為該發(fā)明的冷氣及熱氣發(fā)生裝置，將經(jīng)過外涵道10 %的空氣，分離成冷熱兩股氣流，可產(chǎn)生相當(dāng)于外涵道6%以上的，相對(duì)低于高壓壓氣機(jī)進(jìn)氣截面50度的冷空氣，以及相當(dāng)于外涵道4%左右的，相對(duì)高于高壓壓氣機(jī)出口截面30度的熱空氣，通過單向增壓活I(lǐng)?，提升冷空氣及熱空氣壓力，將冷空氣引入禍輪葉片等尚溫部件的冷卻氣路，提尚相關(guān)尚溫部件的冷卻效果，將熱空氣引入高壓壓氣機(jī)出口，經(jīng)熱力循環(huán)估算，可提發(fā)動(dòng)機(jī)高渦輪前溫度約50K，將熱空氣引入高壓壓氣機(jī)出口還可以起到回?zé)嵝Ч?，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能。如果采用效率更高的渦流管，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度的提高及整機(jī)性能的改善還要有所增加。
[0009]航空發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道空氣經(jīng)基于渦流制冷原理設(shè)計(jì)的冷卻空氣發(fā)生裝置，分離成冷熱兩股氣流，其中冷氣流經(jīng)過冷卻空氣流路引入高壓渦輪導(dǎo)向器、低壓渦輪導(dǎo)向器并通過高低導(dǎo)引入高低壓渦輪轉(zhuǎn)子盤、葉片等高溫部件。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0011]本發(fā)明所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件冷卻方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)高溫部件進(jìn)行冷卻的作用，有效降低渦輪前溫度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)效率；熱氣流經(jīng)過熱空氣流路引入高壓壓氣機(jī)出口，起到回?zé)嶙饔?，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0013]圖1為航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件冷卻流路圖；
[0014]圖2為基于渦流制冷原理設(shè)計(jì)的冷卻空氣發(fā)生裝置功能單元；
[0015]圖中，1-基于渦流制冷原理設(shè)計(jì)的冷卻空氣發(fā)生裝置；2_冷卻空氣流路；3-熱空氣流路；4 ;單向增壓活門，5-風(fēng)扇/低壓壓氣機(jī)；6_高壓壓氣機(jī)；7_燃燒室；8_高/低壓渦輪；101-進(jìn)氣嘴，102-冷氣流收集管，103-熱氣流收集管，104-渦流室。

【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
[0017]本發(fā)明提供了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件冷卻方法，其特征在于:所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件冷卻方法，冷卻結(jié)構(gòu)包括風(fēng)扇/低壓壓氣機(jī)，高壓壓氣機(jī)，燃燒室，高/低壓渦輪，基于渦流制冷原理設(shè)計(jì)的冷卻空氣發(fā)生裝置，冷卻空氣流路，熱空氣流路，單向增壓活門；其中，基于渦流制冷原理設(shè)計(jì)的冷卻空氣發(fā)生裝置，包括進(jìn)氣嘴，冷氣流收集管，熱氣流收集管，禍流室；
[0018]引入發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)出口附近高壓氣體，經(jīng)過進(jìn)氣嘴的氣流達(dá)到超音速的速度。高速的氣流沿渦流室周邊的切線方向進(jìn)入渦流室，氣流先在渦流室的周邊部分形成旋轉(zhuǎn)的自由渦流，然后由自由渦流的擴(kuò)散和擠壓，使一部分氣體移到渦流室中心。
[0019]自由渦流的旋轉(zhuǎn)愈向中心角速度愈大，沿渦流室的半徑方向就形成了不同角速度的氣流層。由于氣流層之間有摩擦，內(nèi)層的角速度要下降，外層的角度速要提高，內(nèi)層氣流便將本身一部分動(dòng)能傳給外層氣流，于是內(nèi)層氣流就降溫，當(dāng)氣流經(jīng)隔板孔流出時(shí)，便有較低的溫度T。，經(jīng)冷氣流收集管收集，而周邊部分的氣流經(jīng)熱端管子時(shí)，由于摩擦而使動(dòng)能又轉(zhuǎn)化成熱能，因而流出的氣流便有較高的溫度Th，經(jīng)熱氣流收集管收集。沿航空發(fā)動(dòng)機(jī)外涵機(jī)匣圓周分布的多個(gè)冷卻空氣發(fā)生裝置最小單元，產(chǎn)生大量的冷、熱氣流，經(jīng)冷、熱氣流收集管收集后，冷空氣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫部件的冷卻，熱空氣能實(shí)現(xiàn)高壓壓氣機(jī)出口的回?zé)嵝Ч?，進(jìn)一步提尚發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)效率。
[0020]以空氣流量110kg/s，涵道比0.45計(jì)算，g卩外涵道空氣流量約為34.lkg/s，內(nèi)涵道空氣流量約為75.9kg/s，以目前市場(chǎng)上民用普通的渦流管在發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)機(jī)匣上組成圓周陣列，作為該發(fā)明的冷氣及熱氣發(fā)生裝置，將經(jīng)過外涵道10 %的空氣，分離成冷熱兩股氣流，可產(chǎn)生相當(dāng)于外涵道6%以上的，相對(duì)低于高壓壓氣機(jī)進(jìn)氣截面50度的冷空氣，以及相當(dāng)于外涵道4%左右的，相對(duì)高于高壓壓氣機(jī)出口截面30度的熱空氣，通過單向增壓活I(lǐng)?，提升冷空氣及熱空氣壓力，將冷空氣引入禍輪葉片等尚溫部件的冷卻氣路，提尚相關(guān)尚溫部件的冷卻效果，將熱空氣引入高壓壓氣機(jī)出口，經(jīng)熱力循環(huán)估算，可提發(fā)動(dòng)機(jī)高渦輪前溫度約50K，將熱空氣引入高壓壓氣機(jī)出口還可以起到回?zé)嵝Ч?，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能。如果采用效率更高的渦流管，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度的提高及整機(jī)性能的改善還要有所增加。
[0021]航空發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道空氣經(jīng)基于渦流制冷原理設(shè)計(jì)的冷卻空氣發(fā)生裝置，分離成冷熱兩股氣流，其中冷氣流經(jīng)過冷卻空氣流路引入高壓渦輪導(dǎo)向器、低壓渦輪導(dǎo)向器并通過高低導(dǎo)引入高低壓渦輪轉(zhuǎn)子盤、葉片等高溫部件。
【權(quán)利要求】
1.一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件冷卻方法，其特征在于:所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件冷卻方法，冷卻結(jié)構(gòu)包括風(fēng)扇/低壓壓氣機(jī)，高壓壓氣機(jī)，燃燒室，高/低壓渦輪，基于渦流制冷原理設(shè)計(jì)的冷卻空氣發(fā)生裝置，冷卻空氣流路，熱空氣流路，單向增壓活門；其中，基于渦流制冷原理設(shè)計(jì)的冷卻空氣發(fā)生裝置，包括進(jìn)氣嘴，冷氣流收集管，熱氣流收集管，渦流室； 引入發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)出口附近高壓氣體，經(jīng)過進(jìn)氣嘴的氣流達(dá)到超音速的速度；高速的氣流沿渦流室周邊的切線方向進(jìn)入渦流室，氣流先在渦流室的周邊部分形成旋轉(zhuǎn)的自由渦流，然后由自由渦流的擴(kuò)散和擠壓，使一部分氣體移到渦流室中心。
2.按權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件冷卻方法，其特征在于:自由渦流的旋轉(zhuǎn)愈向中心角速度愈大，沿渦流室的半徑方向就形成了不同角速度的氣流層；由于氣流層之間有摩擦，內(nèi)層的角速度要下降，外層的角度速要提高，內(nèi)層氣流便將本身一部分動(dòng)能傳給外層氣流，于是內(nèi)層氣流就降溫，當(dāng)氣流經(jīng)隔板孔流出時(shí)，便有較低的溫度T。，經(jīng)冷氣流收集管收集，而周邊部分的氣流經(jīng)熱端管子時(shí)，由于摩擦而使動(dòng)能又轉(zhuǎn)化成熱能，因而流出的氣流便有較高的溫度Th，經(jīng)熱氣流收集管收集；沿航空發(fā)動(dòng)機(jī)外涵機(jī)匣圓周分布的多個(gè)冷卻空氣發(fā)生裝置最小單元，產(chǎn)生大量的冷、熱氣流，經(jīng)冷、熱氣流收集管收集后，冷空氣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫部件的冷卻。
【文檔編號(hào)】F02C7/08GK104454171SQ201410613370
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】石巖, 宋揚(yáng), 張栓, 劉洋, 劉博
申請(qǐng)人:沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司