[實用新型]一種用于冷氣預(yù)旋的雙排噴嘴結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820051392.8
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN207960781U
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王鎖芳;胡偉學(xué);毛莎莎;夏子龍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F02C7/18
• 分類號: F02C7/18;F01D25/12
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張婷婷

本實用新型公開了一種用于冷氣預(yù)旋的雙排噴嘴結(jié)構(gòu)，噴嘴主要由兩部分組成，即高半徑位置一圈噴嘴和低半徑位置一圈噴嘴。氣流從進(jìn)氣腔進(jìn)入高低兩排噴嘴，并以一定角度進(jìn)入轉(zhuǎn)靜腔。本實用新型廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)和地面燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件冷卻系統(tǒng)中，其有益效果在于：本實用新型提出的用于預(yù)旋系統(tǒng)的雙排預(yù)旋噴嘴，和普通單排預(yù)旋噴嘴相比，能增加噴嘴進(jìn)氣的總面積，減小噴嘴內(nèi)氣流的落后角，提高噴嘴的流量系數(shù)，預(yù)旋噴嘴在獲得較大的無量綱溫降的同時，能改善轉(zhuǎn)盤低半徑處的換熱，從而降低轉(zhuǎn)盤的溫度梯度，可實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)流量可調(diào)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)械(航空發(fā)動機(jī)和地面燃?xì)廨啓C(jī)等)空氣系統(tǒng)中的預(yù)旋冷卻技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于冷氣預(yù)旋的雙排噴嘴結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

近年來，航空發(fā)動機(jī)循環(huán)參數(shù)的不斷提高，尤其是渦輪前燃?xì)鉁囟鹊脑龃螅沟冒l(fā)動機(jī)渦輪盤、渦輪葉片等熱端部件的熱負(fù)荷急劇增大，其壽命和安全工作的可靠性受到嚴(yán)重制約。預(yù)旋噴嘴是預(yù)旋系統(tǒng)的重要組成元件，其作用是提供冷卻氣體，為發(fā)動機(jī)渦輪盤和渦輪葉片進(jìn)行冷卻，并為盤緣封嚴(yán)等部位提供封嚴(yán)氣體，從而延長葉片的使用壽命及可靠性。

高壓氣體從壓氣機(jī)引出后，經(jīng)過預(yù)旋噴嘴膨脹加速，產(chǎn)生與渦輪盤旋轉(zhuǎn)方向相同的周向分速度，降低氣流與轉(zhuǎn)盤的相對速度，從而降低氣流相對于渦輪盤的相對總溫，降低渦輪盤和渦輪葉片的溫度，提高冷卻效果。

早期國內(nèi)外研究人員設(shè)計的噴嘴主要是直圓孔噴嘴，但隨著高壓渦輪葉片冷卻空氣需求量的急劇增大，噴嘴的面積不斷增大，噴嘴面積過大加劇了預(yù)旋氣流速度方向落后于預(yù)旋角的情況。在此基礎(chǔ)上，研究人員設(shè)計了一種氣動孔型噴嘴，氣動孔型噴嘴在噴嘴入口處氣流偏轉(zhuǎn)角度減小，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。為了獲得更好的預(yù)旋降溫效果，研究人員采用預(yù)旋噴嘴徑向位置較高的設(shè)計方法，此方法可以得到較大的無量綱溫降，但是當(dāng)預(yù)旋噴嘴位于高位時，轉(zhuǎn)靜盤腔低半徑位置的換熱較差，在渦輪盤表面形成較大的溫度梯度。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有噴嘴入口面積的制約，以及轉(zhuǎn)盤低半徑位置換熱差的問題，本實用新型提出一種在轉(zhuǎn)靜盤腔的靜盤低半徑位置上增設(shè)一排預(yù)旋噴嘴。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是：轉(zhuǎn)靜盤腔的靜盤高半徑位置處和低半徑位置處分別開設(shè)兩排預(yù)旋噴嘴，每排預(yù)旋噴嘴沿圓周均勻布置，氣流從進(jìn)氣腔分別通過高低半徑位置兩排噴嘴流入轉(zhuǎn)靜盤腔。

所述兩排預(yù)旋噴嘴的預(yù)旋角相同，范圍為10度～90度，高低半徑位置噴嘴的出口分別位于盤腔的上下兩半部分，其周向位置相同或不同。

具體方案如下：一種用于冷氣預(yù)旋的雙排噴嘴結(jié)構(gòu)，包括兩排噴嘴，分別為位于高半徑位置的高半徑噴嘴和位于低半徑位置的低半徑噴嘴，每排噴嘴各自沿周向均勻布置，氣流從進(jìn)氣腔分別通過高、低半徑位置的兩排噴嘴流入轉(zhuǎn)靜盤腔。

進(jìn)一步的，相鄰兩個高半徑噴嘴和低半徑噴嘴之間的周向夾角β₃為0°～180°。

進(jìn)一步的，所述兩排噴嘴與下游盤面的夾角θ即預(yù)旋角相同，θ為10°～90°。

進(jìn)一步的，所述高半徑噴嘴和低半徑噴嘴的出口分別位于轉(zhuǎn)靜盤腔的上下兩半部分。

進(jìn)一步的，該雙排噴嘴的結(jié)構(gòu)為包括圓孔型、葉柵型、漸縮型和氣動孔型在內(nèi)的所有類型的噴嘴結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述噴嘴與上游、下游盤面做倒角處理。

進(jìn)一步的，每兩個高半徑噴嘴之間夾角β₁，每兩個低半徑噴嘴之間夾角β₂，β₁與β₂的范圍為0°～180°。