[發(fā)明專利]一種用于冷氣預(yù)旋結(jié)構(gòu)的彎孔預(yù)旋噴嘴

在審

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• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107218083A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳帆;王鎖芳;夏子龍;董偉林
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F01D5/18
• 分類號: F01D5/18
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所32237
• 代理人: 賀翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空發(fā)動機空氣系統(tǒng)中的預(yù)旋系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于冷氣預(yù)旋結(jié)構(gòu)的彎孔預(yù)旋噴嘴。

背景技術(shù)

航空發(fā)動機推力的提高主要依賴于渦輪前燃氣溫度的提高，但是燃氣溫度的上升使發(fā)動機渦輪葉片等高溫部件的工作環(huán)境急劇惡化，從而影響渦輪葉片的壽命及工作的可靠性。預(yù)旋冷卻系統(tǒng)作為發(fā)動機供氣系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是為發(fā)動機渦輪葉片提供適宜壓力、溫度的冷卻氣體對渦輪葉片進行冷卻，從而延長葉片的使用壽命及可靠性。

預(yù)旋降溫的原理是氣流經(jīng)過預(yù)旋噴嘴膨脹加速，產(chǎn)生和渦輪盤旋轉(zhuǎn)方向相同的周向分速度，降低氣流靜溫以及與轉(zhuǎn)盤的相對速度，從而降低氣流的相對于渦輪盤的相對總溫。已有研究表明，預(yù)旋噴嘴設(shè)計的優(yōu)劣直接影響預(yù)旋溫降效果。

早期國內(nèi)外研究人員設(shè)計的噴嘴主要是直圓孔噴嘴，直圓孔型噴嘴在入口處會產(chǎn)生較大的流動分離，氣流的流動損失大，加速性能差，流量系數(shù)低。為提高直圓孔噴嘴的性能，研究人員將噴嘴入口進行倒圓角處理以減輕噴嘴入口的流動損失；后來研究人員將直圓孔噴嘴的入口面積增大，設(shè)計了一種氣動孔型噴嘴，這種噴嘴能夠降低氣流在噴嘴入口處的流速，大大減小噴嘴的流動損失，提高流量系數(shù)。由于氣動孔型噴嘴入口面積比出口面積大，周向布置個數(shù)受到入口面積的制約。為最大限度地提高預(yù)旋噴嘴的性能，研究人員設(shè)計出了葉柵型噴嘴，這種噴嘴包括壓力面和吸力面，噴嘴入口面積大于噴嘴出口的面積，具有很好的氣動性能，然而葉柵型噴嘴加工和安裝難度較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)中所涉及到的缺陷，提供一種用于冷氣預(yù)旋結(jié)構(gòu)的彎孔預(yù)旋噴嘴。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種用于冷氣預(yù)旋結(jié)構(gòu)的彎孔預(yù)旋噴嘴，包含依次相連的入口直段、過渡段和偏轉(zhuǎn)段；

所述入口直段、偏轉(zhuǎn)段均為直線空心管道，過渡段為圓弧空心管道，且過渡段的軸線分別和偏轉(zhuǎn)段的軸線、入口直段的軸線相切；

所述入口直段、過渡段和偏轉(zhuǎn)段的橫截面積相同，氣流先經(jīng)過入口直段、然后通過過渡段、最后從偏轉(zhuǎn)段噴出；

所述過渡段軸線半徑大于彎孔預(yù)旋噴嘴的半徑。

作為本發(fā)明一種用于冷氣預(yù)旋結(jié)構(gòu)的彎孔孔型預(yù)旋噴嘴進一步的優(yōu)化方案，所述入口直段的軸線與彎孔預(yù)旋噴嘴的上游盤面垂直，偏轉(zhuǎn)段與彎孔預(yù)旋噴嘴下游盤面的夾角的范圍為15度至90度。

作為本發(fā)明一種用于冷氣預(yù)旋結(jié)構(gòu)的彎孔孔型預(yù)旋噴嘴進一步的優(yōu)化方案，所述偏轉(zhuǎn)段的長度大于等于彎孔預(yù)旋噴嘴直徑的2倍。

作為本發(fā)明一種用于冷氣預(yù)旋結(jié)構(gòu)的彎孔孔型預(yù)旋噴嘴進一步的優(yōu)化方案，所述入口直段與噴嘴上游盤面做倒角處理，以減小氣流進入彎孔預(yù)旋噴嘴時的損失。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明提出的用于預(yù)旋系統(tǒng)的彎孔預(yù)旋噴嘴，和直圓孔噴嘴相比，能減小氣流在噴嘴入口處的偏轉(zhuǎn)損失和流動分離損失，增大噴嘴出流速度，提高噴嘴的流量系數(shù)以及預(yù)旋溫降。和氣動孔型噴嘴和葉柵型噴嘴相比，由于噴嘴入口面積小于噴嘴出口面積，噴嘴的周向布置個數(shù)得到提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明彎孔預(yù)旋噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明彎孔預(yù)旋噴嘴的剖視圖；

圖3是本發(fā)明彎孔預(yù)旋噴嘴的進口截面輪廓圖；

圖4是本發(fā)明彎孔預(yù)旋噴嘴的出口截面輪廓圖。

圖中，1-噴嘴入口直段，2-噴嘴過渡段，3-噴嘴偏轉(zhuǎn)段，4-噴嘴上游盤面，5-噴嘴進口截面輪廓，6-噴嘴下游盤面，7-噴嘴出口輪廓。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明：

如圖1和圖2所示，本實施例公開了一種用于預(yù)旋系統(tǒng)中的彎孔預(yù)旋噴嘴，包括入口直段、過渡段和偏轉(zhuǎn)段。

本實施例中噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)：L₁-入口段長度，L₂-過渡段長度，L₃-偏轉(zhuǎn)段長度，R-過渡段軸線半徑，D-噴嘴直徑，θ-預(yù)旋角。

入口直段、偏轉(zhuǎn)段均為直線空心管道，過渡段為圓弧空心管道，入口直段的軸線與彎孔預(yù)旋噴嘴上游盤面垂直，過渡段的軸線分別和偏轉(zhuǎn)段的軸線、入口直段的軸線相切，偏轉(zhuǎn)段與彎孔預(yù)旋噴嘴下游盤面的夾角θ為預(yù)旋角，預(yù)旋角范圍為15度至90度。

在垂直于軸線方向，入口直段、過渡段、偏轉(zhuǎn)段的截面呈圓形，且面積相同，即整個彎孔預(yù)旋噴嘴各段的直徑相同。