[發(fā)明專利]一種渦輪機(jī)異型排氣與廢氣冷卻裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110975452.1
• 申請(qǐng)日: 2021-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN114017143B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅凱;陳猛;秦侃;黃闖;李代金;黨建軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F01D25/30
• 分類號(hào): F01D25/30;F01D25/12;F01D25/14
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 談耀文

本發(fā)明公開了一種渦輪機(jī)異型排氣與廢氣冷卻裝置，包括機(jī)殼，機(jī)殼連接后端蓋，后端蓋開設(shè)廢氣入口，后端蓋位于廢氣入口處依次連接中空結(jié)構(gòu)的冷卻通道組件、廢氣排出管，機(jī)殼、冷卻通道組件、后端蓋內(nèi)均開設(shè)冷卻水通道，機(jī)殼、冷卻通道組件中的冷卻水通道分別與后端蓋內(nèi)冷卻水通道相通，后端蓋位于冷卻水通道連接液態(tài)水集總管路，液態(tài)水集總管路連接中空結(jié)構(gòu)的噴嘴環(huán)，噴嘴環(huán)連接廢氣排出管外壁，噴嘴環(huán)上連接錐形噴嘴，錐形噴嘴出口穿至廢氣排出管內(nèi)部；本發(fā)明將舷外液態(tài)水分別引入排氣裝置機(jī)殼內(nèi)部流道與渦輪機(jī)機(jī)殼內(nèi)部流道，對(duì)排氣裝置與機(jī)殼進(jìn)行冷卻，再通過(guò)噴嘴環(huán)將兩路液態(tài)水集總并霧化，與廢氣進(jìn)行摻混，實(shí)現(xiàn)排氣裝置冷卻和廢氣冷卻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃?xì)廨啓C(jī)降溫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種渦輪機(jī)異型排氣與廢氣冷卻裝置。

背景技術(shù)

水下航行器具有內(nèi)部空間有限的特點(diǎn)，排氣裝置用于連通渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子出口和排氣管路，排氣管路直徑通常小于渦輪機(jī)直徑，且由于主軸后端需連接減速箱和推進(jìn)器等，因此在進(jìn)行內(nèi)部空間分配時(shí)，排氣管路與渦輪機(jī)主軸不能在同一軸線上，合理設(shè)計(jì)排氣裝置的結(jié)構(gòu)將有效提升水下航行器內(nèi)部空間利用率。

在水下航行器高航速和大航程的需求下，渦輪機(jī)需要具有更高的輸出功率和效率，為提高渦輪機(jī)效率則需要進(jìn)一步增加渦輪機(jī)的工作溫度。水下渦輪機(jī)排氣溫度在700K以上，排氣結(jié)構(gòu)在高溫下將有可能超過(guò)應(yīng)力極限，在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮結(jié)構(gòu)冷卻方案。一般地，傳統(tǒng)渦輪機(jī)冷卻多為空氣冷卻，但由于空氣比熱容較小，要達(dá)到設(shè)計(jì)換熱量，需額外搭載一定體積的壓縮空氣，不利于水下航行器內(nèi)部空間的合理利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種渦輪機(jī)異型排氣與廢氣冷卻裝置，將舷外液態(tài)水分別引入排氣裝置機(jī)殼內(nèi)部流道與渦輪機(jī)機(jī)殼內(nèi)部流道，對(duì)排氣裝置與機(jī)殼進(jìn)行冷卻，再通過(guò)噴嘴環(huán)將兩路液態(tài)水集總并霧化，與廢氣進(jìn)行摻混，實(shí)現(xiàn)排氣裝置冷卻和廢氣冷卻。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種渦輪機(jī)異型排氣與廢氣冷卻裝置，包括環(huán)狀的機(jī)殼，機(jī)殼一端連接后端蓋，后端蓋上開設(shè)廢氣入口，后端蓋位于廢氣入口處依次連接中空結(jié)構(gòu)的冷卻通道組件、廢氣排出管，機(jī)殼、冷卻通道組件、后端蓋內(nèi)均開設(shè)冷卻水通道，機(jī)殼、冷卻通道組件中的冷卻水通道分別與后端蓋內(nèi)冷卻水通道相通，后端蓋位于冷卻水通道末端處連接液態(tài)水集總管路一端，液態(tài)水集總管路另一端連接中空結(jié)構(gòu)的噴嘴環(huán)，噴嘴環(huán)連接廢氣排出管外壁，噴嘴環(huán)上等間距連接多個(gè)錐形噴嘴，多個(gè)錐形噴嘴出口穿至廢氣排出管內(nèi)部。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

機(jī)殼側(cè)壁沿圓周開設(shè)冷卻水通道a，后端蓋內(nèi)開設(shè)一端與冷卻水通道a相通的冷卻水通道c，后端蓋上位于冷卻水通道c另一端處開設(shè)出水口a，機(jī)殼側(cè)壁開設(shè)與冷卻水通道a相通的進(jìn)水口a，后端蓋位于出水口a處連接液態(tài)水集總管路，冷卻水依次通過(guò)進(jìn)水口a、冷卻水通道a、冷卻水通道c、出水口a進(jìn)入液態(tài)水集總管路。

冷卻通道組件包括與廢氣排出管相連的排氣裝置下機(jī)殼，排氣裝置下機(jī)殼外套接排氣裝置上機(jī)殼，排氣裝置下機(jī)殼與排氣裝置上機(jī)殼形成冷卻水通道b，排氣裝置下機(jī)殼與排氣裝置上機(jī)殼之間靠近廢氣排出管的一端開設(shè)進(jìn)水口b，排氣裝置下機(jī)殼與排氣裝置上機(jī)殼另一端連接后端蓋，后端蓋上正對(duì)冷卻水通道b處開設(shè)冷卻水通道d，后端蓋上位于冷卻水通道d出口處開設(shè)出水口b，后端蓋位于出水口b處連接液態(tài)水集總管路，冷卻水依次通過(guò)進(jìn)水口b、冷卻水通道b、冷卻水通道d、出水口b進(jìn)入液態(tài)水集總管路。

相鄰兩個(gè)錐形噴嘴之間周向夾角為40°。

每個(gè)錐形噴嘴與廢氣排出管軸向夾角為45°。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的冷卻裝置中，在冷卻通道組件、后端蓋、機(jī)殼內(nèi)部都開設(shè)有冷卻水通道，能夠?qū)ε艢庋b置以及機(jī)殼進(jìn)行降溫，防止排氣裝置以及機(jī)殼溫度過(guò)高而易損壞，保障渦輪機(jī)安全運(yùn)行；此外將冷卻水通道排出的液態(tài)水集總并霧化后噴入廢氣中，液態(tài)水在相變過(guò)程中可吸收大量潛熱，使廢氣快速降溫成為氣液混合物，進(jìn)而增壓排出，可改善水下渦輪機(jī)的深度適應(yīng)性并減少水下航行器的尾跡和熱特征。