[發(fā)明專利]一種帶預(yù)旋噴嘴和導(dǎo)流盤的發(fā)動機渦輪盤腔結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010169362.9
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111441828B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃恩亮;龔建波;郭磊;張坤;雷志軍;李國慶;楊光偉;杜宇飛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號: F01D5/08
• 分類號: F01D5/08;F01D9/04;F01D11/04;F01D25/16
• 代理公司: 北京鍾維聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11579
• 代理人: 原春香

本發(fā)明公開了一種帶預(yù)旋噴嘴和導(dǎo)流盤的發(fā)動機渦輪盤腔結(jié)構(gòu)，包括渦輪盤及設(shè)置在所述渦輪盤前的導(dǎo)流盤、預(yù)旋噴嘴環(huán)，高壓低溫二股氣流通過預(yù)旋噴嘴環(huán)進(jìn)入預(yù)旋氣流腔后分成兩股：一股通過導(dǎo)流盤周向均布的預(yù)旋冷氣接收孔沿導(dǎo)流盤后側(cè)的徑向?qū)Я靼暹M(jìn)入渦輪盤榫槽底部的軸向通氣孔；一股通過導(dǎo)流盤上的封嚴(yán)篦齒環(huán)，經(jīng)導(dǎo)流盤前側(cè)上方的傾斜導(dǎo)流板預(yù)旋增壓后，與來自導(dǎo)向器安裝邊周向均布的冷氣沖擊孔的冷氣匯合后，通過渦輪轉(zhuǎn)靜子間隙進(jìn)入主流道。本發(fā)明的發(fā)動機渦輪盤腔結(jié)構(gòu)能夠降低冷卻空氣的相對總溫，加強冷氣與渦輪盤對流換熱，并對輪緣封嚴(yán)氣體進(jìn)行預(yù)旋增壓，提高封嚴(yán)效果，減少封嚴(yán)氣體與主流摻混損失。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空發(fā)動機和燃?xì)廨啓C技術(shù)領(lǐng)域，涉及渦輪部件盤腔二次空氣系統(tǒng)冷卻封嚴(yán)結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種帶預(yù)旋噴嘴和導(dǎo)流盤的發(fā)動機渦輪盤腔結(jié)構(gòu)，通過合理設(shè)計預(yù)旋噴嘴幾何參數(shù)、在導(dǎo)流盤不同位置布置不同形式的導(dǎo)流片，能夠降低冷卻空氣的相對總溫、減小流動損失，并對輪緣封嚴(yán)氣體進(jìn)行預(yù)旋增壓，提高封嚴(yán)效果，減少封嚴(yán)氣體與主流摻混損失。同時，結(jié)構(gòu)簡單，加工、裝拆方便，以滿足高性能渦輪的要求。

背景技術(shù)

隨著航空發(fā)動機推重比要求提高，現(xiàn)代發(fā)動機渦輪前進(jìn)口溫度越來越高，已大大超出了金屬所能承受的溫度能力。目前工程中主要通過從壓氣機引入低溫氣流，通過篦齒等封嚴(yán)結(jié)構(gòu)進(jìn)入渦輪盤腔，由低半徑的渦輪盤心向高半徑盤緣流動以冷卻渦輪盤，最后從渦輪轉(zhuǎn)靜子根部排入主流道以封嚴(yán)轉(zhuǎn)靜子根部，防止主流高溫燃?xì)獾构噙M(jìn)入渦輪盤腔。

在傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C、航空發(fā)動機的渦輪盤腔結(jié)構(gòu)設(shè)計中，往往存在以下四個問題：①冷氣沿上述流路的流動往往經(jīng)過不規(guī)則的盤腔、篦齒等封嚴(yán)結(jié)構(gòu)發(fā)展，沿程溫升和壓力損失較大，大大影響了冷卻和封嚴(yán)效果；②渦輪盤旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的摩擦泵效應(yīng)不斷地將盤腔內(nèi)的空氣泵出，使腔內(nèi)的壓力降低，當(dāng)泵出流量大于冷氣供給流量時，在渦輪盤輪緣處發(fā)生燃?xì)獾构啵虎墼谥髁鞯乐修D(zhuǎn)靜子的相互干涉，造成主燃?xì)獾闹芟驂毫Σ▌樱瑫跍u輪盤輪緣處形成燃?xì)獾构啵虎茌喚壏鈬?yán)氣體對輪緣下游的主流區(qū)的葉型負(fù)荷、二次流分布和氣動性能都造成了明顯的影響，并且封嚴(yán)流量越大，造成的效果越明顯。因此，迫切需要提出一種工程上可行、低阻降溫、能防止燃?xì)獾构唷p少封嚴(yán)氣體與主流摻混損失的新穎渦輪盤腔結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

針對傳統(tǒng)發(fā)動機渦輪盤腔結(jié)構(gòu)設(shè)計中所面臨的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種帶預(yù)旋噴嘴和導(dǎo)流盤的發(fā)動機渦輪盤腔結(jié)構(gòu)，通過合理設(shè)計預(yù)旋噴嘴的幾何參數(shù)、在導(dǎo)流盤不同位置布置不同形式的導(dǎo)流片，能夠降低冷卻空氣的相對總溫、減小流動損失，并對輪緣封嚴(yán)氣體進(jìn)行預(yù)旋增壓，提高封嚴(yán)效果，減少封嚴(yán)氣體與主流摻混損失。同時，結(jié)構(gòu)簡單，加工、裝拆方便，以滿足高性能渦輪的要求。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種帶預(yù)旋噴嘴和導(dǎo)流盤的發(fā)動機渦輪盤腔結(jié)構(gòu)，包括渦輪盤及設(shè)置在所述渦輪盤前的導(dǎo)流盤、預(yù)旋噴嘴環(huán)，其特征在于，

所述導(dǎo)流盤通過其中心孔緊固且密封地設(shè)置在所述渦輪盤的前端輪轂上，所述導(dǎo)流盤的后側(cè)與所述渦輪盤的前側(cè)之間圍成的空間形成渦輪盤腔；

所述預(yù)旋噴嘴環(huán)的外邊緣固定且密封地設(shè)置在高壓轉(zhuǎn)子軸承座安裝邊的內(nèi)側(cè)壁上，所述預(yù)旋噴嘴環(huán)的后側(cè)與所述導(dǎo)流盤的前側(cè)之間圍成的空間形成預(yù)旋氣流腔；

所述預(yù)旋噴嘴環(huán)低半徑處的壁面上沿周向均勻設(shè)置有多個預(yù)旋噴嘴，各所述預(yù)旋噴嘴的一側(cè)與氣源連通、另一側(cè)與所述預(yù)旋氣流腔連通，所述氣源中的高壓低溫二股氣流通過各所述預(yù)旋噴嘴膨脹加速并產(chǎn)生一與所述渦輪盤旋轉(zhuǎn)方向基本相同的周向速度，從而形成預(yù)旋冷氣進(jìn)入所述預(yù)旋氣流腔；

所述導(dǎo)流盤低半徑處的壁面上沿周向均勻設(shè)置有多個預(yù)旋冷氣接收孔，各所述預(yù)旋冷氣接收孔的一側(cè)與所述預(yù)旋氣流腔連通、另一側(cè)與所述渦輪盤腔連通，所述預(yù)旋氣流腔中的預(yù)旋冷氣通過各所述預(yù)旋冷氣接收孔進(jìn)入所述渦輪盤腔；