[發(fā)明專利]一種雙層菱形交叉冷卻結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110372851.9
• 申請(qǐng)日: 2021-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN112963862A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張群;馬曉曦;王曉燕;王紫欣;高耀紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F23R3/04
• 分類號(hào): F23R3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種雙層菱形交叉冷卻結(jié)構(gòu)，由沖擊孔壁和發(fā)散孔壁組成，兩壁內(nèi)部交叉分布了一定直徑的冷卻管道，沖擊孔呈菱形分布在冷卻通道的交叉點(diǎn)之上。這種復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)的壓力損失小，冷卻效率高，內(nèi)部冷卻通道顯著提高了換熱面積且引走了一部分氣流，降低了小孔出流速度，增強(qiáng)擴(kuò)散能力，從而增強(qiáng)了冷卻效果。從而使冷卻氣流的冷卻能力更好的發(fā)揮，提高燃燒室的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙層菱形交叉冷卻結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提升，發(fā)動(dòng)機(jī)的壓比和燃燒室溫升也逐漸提高，這就使火焰筒壁面承受了更大的熱負(fù)荷。燃燒用氣量增加然而進(jìn)氣量不變，所以冷卻用氣量只能減少。這就需要采用更加先進(jìn)的冷卻技術(shù)，在不增加冷氣量的前提下達(dá)到更好的冷卻效果。

傳統(tǒng)的火焰筒壁一般采用發(fā)散冷卻、氣膜冷卻、沖擊氣膜冷卻等冷卻方式，結(jié)構(gòu)也多為單層壁結(jié)構(gòu)，其基本原理都是時(shí)冷空氣通過各種孔隙進(jìn)入燃燒室的內(nèi)外環(huán)腔，并在其內(nèi)壁形成氣膜，已達(dá)到冷卻效果。傳統(tǒng)的冷卻結(jié)構(gòu)總體冷卻效率低下，已經(jīng)不能很好適應(yīng)當(dāng)今渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷增大，冷氣量減少的現(xiàn)狀。近年來，微小孔冷卻技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件冷卻技術(shù)的重要發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種雙層菱形交叉冷卻結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有的技術(shù)結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)用了復(fù)合型冷卻結(jié)構(gòu)。解決了沖擊氣膜冷卻駐點(diǎn)遠(yuǎn)近處換熱系數(shù)差距過大的缺點(diǎn)。外壁上所設(shè)計(jì)的菱形沖擊孔引入冷空氣，進(jìn)行氣膜冷卻的同時(shí)也為璧內(nèi)冷卻通道提供了冷流。發(fā)散孔雖然與沖擊孔形狀相同也正對(duì)于冷卻管道交叉點(diǎn)處，但整體發(fā)散孔呈擴(kuò)張趨勢氣孔面積逐漸擴(kuò)大繼而降低小孔出流平均速度、增強(qiáng)擴(kuò)散能力，冷卻效果較圓形氣膜孔更佳，有利于燃燒室實(shí)現(xiàn)高溫升。

技術(shù)方案

本發(fā)明的目的在于提供一種雙層菱形交叉冷卻結(jié)構(gòu)，它能夠在不增加用氣量的前提下有效提高冷卻效果，使燃燒室實(shí)現(xiàn)高溫升。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種雙層菱形交叉冷卻結(jié)構(gòu)，包括沖擊孔壁和發(fā)散孔壁。

所述沖擊孔壁，其特征在于：壁面上分布著菱形的沖擊孔，該孔進(jìn)出口的面積相差不大，菱形孔正對(duì)冷卻管道交叉處，菱形對(duì)角線分別為3mm和4mm。

所述發(fā)散孔壁，其特征在于：在正對(duì)冷卻管道交叉處分布了相似的菱形孔，該孔面積有入口開始逐漸擴(kuò)大，入口孔面積與沖擊孔相同，出口菱形孔對(duì)角線分別為4mm和5mm。

所述冷卻管道，其特征在于：形狀為直徑介于3～5mm的圓孔交叉分布，管道相交處形成菱形冷卻室，冷卻室上接沖擊孔，下通發(fā)散孔并向四周的冷卻通道通氣。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明為一種雙層菱形交叉冷卻結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是該復(fù)合結(jié)構(gòu)同時(shí)運(yùn)用了基于微小孔冷卻的小孔沖擊冷卻、小孔氣膜冷卻、內(nèi)壁冷卻通道以及異型孔結(jié)構(gòu)等冷卻技術(shù)，使得本發(fā)明獲得了更好的冷卻效果、更小的壓力損失、覆蓋面積更大的氣膜以及更大的換熱面積，換熱效果得到了顯著提升。

附圖說明

圖1：一種雙層菱形交叉冷卻結(jié)構(gòu)整體示意圖

圖2：一種雙層菱形交叉冷卻結(jié)構(gòu)發(fā)散孔壁主視圖

圖3：一種雙層菱形交叉冷卻結(jié)構(gòu)剖視圖

圖中：1、沖擊孔壁，2、發(fā)散孔壁，3、沖擊孔，4、發(fā)散孔，5、內(nèi)部冷卻管道，6、冷卻室。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

結(jié)合圖1、圖2、圖3，本發(fā)明為一種雙層菱形交叉冷卻結(jié)構(gòu)。

所述的雙層菱形交叉冷卻結(jié)構(gòu)，其工作時(shí)，冷氣流從沖擊孔壁(1)表面上的沖擊孔(3)進(jìn)入并沖擊到內(nèi)壁的冷卻室(6)中，冷氣從冷卻室(6)分流一部分進(jìn)入冷卻管道(5)在管道內(nèi)表面進(jìn)行第一次對(duì)流換熱進(jìn)行降溫冷卻，冷卻管道(5)交叉分布可以加大換熱面積并使氣流相互擾動(dòng)，進(jìn)一步加強(qiáng)換熱；另一部分流入發(fā)散孔(4)氣流在逐漸擴(kuò)張的孔內(nèi)減速、擴(kuò)壓后，最終在發(fā)散孔壁(2)表面上形成氣膜，避免了壁面直接與高溫氣流接觸，并帶走了近壁區(qū)域的部分熱量，達(dá)到冷卻壁面的目的。