[發明專利]渦輪導向葉片及燃氣渦輪發動機

有效

• 申請號: 202110417270.2
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113202566B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 張紹文;李維;陳競煒
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: F01D9/02
• 分類號: F01D9/02;F01D25/12;F02C7/224
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 劉宏

本發明公開了一種渦輪導向葉片及燃氣渦輪發動機，渦輪導向葉片內設有冷卻空腔，渦輪導向葉片包括前緣、尾緣、壓力面以及吸力面，渦輪導向葉片上設有與冷卻空腔相連通的預混氣噴射孔，通過將燃料從冷卻空腔噴射至冷卻空腔的內壁面，使燃料在冷卻空腔內壁面吸熱氣化，進而與冷卻空腔內的冷氣混合形成預混氣，并從預混氣噴射孔噴射至渦輪導向葉片周圍的高溫高壓燃氣中燃燒。本發明的渦輪導向葉片，通過在渦輪導向葉片內補充燃燒，提高燃料燃燒添加的能量，從而充分利用后續渦輪及的溫度裕度，使整機輸出功率大幅增加，燃氣渦輪發動機的功重比得到了提升。

技術領域

本發明涉及燃氣渦輪發動機技術領域，特別地，涉及一種渦輪導向葉片及燃氣渦輪發動機。

背景技術

航空燃氣渦輪發動機通常有壓氣機、燃燒室和渦輪等部件構成。其工作原理為空氣經過壓氣機壓縮之后，壓力提升、溫度升高，流入燃燒室。高壓空氣在燃燒室中與噴入的燃料混合燃燒形成高溫高壓燃氣，溫度大幅提高，增加了燃氣中包含的熱能。高溫高壓燃氣流入渦輪，在渦輪中實現功率提取用于驅動壓氣機，剩余能量用于輸出軸功率或產生推力。燃氣最后排入大氣。

航空發動機功重比(功率/重量比)和耗油率(單位功率消耗的燃料量)是衡量發動機性能的重要指標。其中，提高燃料燃燒添加的能量是提升功重比的主要途徑，但常規航空發動機方案中，燃料燃燒全部在燃燒室中進行，造成燃燒室出口溫度即渦輪進口溫度大幅提高。目前的渦輪進口溫度的主流水平已遠超材料極限，因此無法通過在燃燒室中添加燃料燃燒來提高能量，以提升功重比。

發明內容

本發明提供了一種渦輪導向葉片及燃氣渦輪發動機，以解決現有的燃氣渦輪發動機仍需要提高燃料燃燒添加的能量，以提升功重比的技術問題。

根據本發明的一個方面，提供一種渦輪導向葉片，渦輪導向葉片內設有冷卻空腔，渦輪導向葉片包括前緣、尾緣、壓力面以及吸力面，渦輪導向葉片上設有與冷卻空腔相連通的預混氣噴射孔，通過將燃料從冷卻空腔噴射至冷卻空腔的內壁面，使燃料在冷卻空腔內壁面吸熱氣化，進而與冷卻空腔內的冷氣混合形成預混氣，并從預混氣噴射孔噴射至渦輪導向葉片周圍的高溫高壓燃氣中燃燒。

進一步地，冷卻空腔沿前緣到尾緣的方向分隔為冷卻前腔和冷卻后腔，預混氣噴射孔設于冷卻前腔的壁體上。

進一步地，冷卻后腔的壁體上設有冷卻氣膜孔，并位于渦輪導向葉片的壓力面上，以使冷卻后腔中的冷氣從冷卻氣膜孔孔噴出并在壓力面上形成冷卻氣膜。

進一步地，預混氣噴射孔位于前緣處，并靠近壓力面。

進一步地，多個預混氣噴射孔沿渦輪導向葉片的葉根至葉頂的方向排列，多列預混氣噴射孔由前緣向壓力面延伸的方向排布。

進一步地，渦輪導向葉片還包括伸入冷卻空腔中并與燃料供給管路連接的用于將燃料噴射至冷卻空腔內壁面的燃料噴射件。

進一步地，燃料噴射件為空心桿結構的燃料噴射桿，伸入至冷卻空腔的燃料噴射桿的內伸段上設有用于將空心腔中的燃料噴出的燃料噴射孔。

進一步地，燃料噴射孔與預混氣噴射孔相對布設；和/或燃料噴射孔位于預混氣噴射孔的周圍區域，以將燃料噴射至預混氣噴射孔周圍的內壁面上。

進一步地，多個燃料噴射孔沿燃料噴射桿的軸向排列，多列燃料噴射孔沿燃料噴射桿的周向排布。

根據本發明的另一方面，還提供了一種燃氣渦輪發動機，包括上述渦輪導向葉片。

本發明具有以下有益效果：