CN102966439A - 一种航空发动机间冷回热装置 - Google Patents

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Abstract

一种航空发动机间冷回热装置，包括风扇/低压压气机，高压压气机，涡轮，负载，间冷回热装置，燃烧室；其中：间冷回热装置是基于涡流制冷原理，通过向间冷回热装置引入经过发动机风扇或低压压气机增压后的高压气体，在涡流室里产生的涡流使气流分离成冷、热两股气流，其中冷气流，引到高压压气机前，实现间冷功能，热气流引到高压压气机出口，实现回热功能。本发明的优点：大幅提高压气机效率，从而提高整机性能。以目前市场上民用普通的涡流管在发动机高压压气机机匣上组成圆周阵列，作为该发明的冷气及热气发生装置，提高发动机整机效率约3％，可降低发动机耗油率约2％。

Description

一种航空发动机间冷回热装置
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，特别涉及了一种航空发动机间冷回热装置。
背景技术
目前，在燃气轮机中，有在风扇/低压压气机和高压压气机中间加装中间冷却器，将流道内的空气通过中间冷却器进行冷去的间冷循环装置，也有将涡轮后热空气通过回热器装置，将热量引到压气机出口的回热循环装置，这两种装置一般是用在地面燃机上的，结构笨重且效率较低，无法实现在航空发动机上的应用。
发明内容
本发明的目的是通过在航空发动机外涵道增加一种结构小巧的，基于涡流制冷原理设计的间冷回热装置，通过向该装置引入经过发动机风扇或低压压气机增压后的高压气体，在该装置中产生的相对低温冷气通过管路引到高压压气机进口，将该装置产生的相对高温气体通过管路引到高压压气机出口，可实现间冷回热技术在航空发动机上的应用，大幅提高航空发动机的整机性能，特提供了一种航空发动机间冷回热装置。
本发明提供了一种航空发动机间冷回热装置，其特征在于：所述的航空发动机间冷回热装置包括，风扇/低压压气机1，高压压气机2，涡轮3，负载4，间冷回热装置5，燃烧室6；
其中：间冷回热装置5是基于涡流制冷原理，通过向间冷回热装置5引入经过发动机风扇或低压压气机增压后的高压气体9，在涡流室里产生的涡流使气流分离成冷、热两股气流，其中冷气流7，引到高压压气机前，实现间冷功能，热气流8引到高压压气机出口，实现回热功能。
所述的间冷回热装置5包括喷嘴501，冷气流收集管502，热气流收集管503，涡流室504；
其中：引入发动机风扇/低压压气机增压后的高压气体，经过喷嘴501的气流达到超音速的速度，高速的气流沿涡流室504周边的切线方向进入涡流室504，气流先在涡流室504的周边部分形成旋转的自由涡流，然后由自由涡流的扩散和挤压，使一部分气体移到涡流室504中心；自由涡流的旋转愈向中心角速度愈大，这样沿涡流室504的半径方向就形成了不同角速度的气流层；由于气流层之间有摩擦，内层的角速度要下降，外层的角度速要提高，因而内层气流便将本身一部分动能传给外层气流，于是内层气流就降温，当气流经隔板孔流出时，便有较低的温度Tc，经冷气流收集管502收集，而周边部分的气流经热端管子时，由于摩擦而使动能又转化成热能，因而流出的气流便有较高的温度Th，经热气流收集管503收集；沿航空发动机外涵机匣圆周分布的多个间冷回热装置5的最小单元，产生大量的冷、热气流，经冷、热气流收集管收集后，实现间冷回热功能。
如图3所示，本发明的核心装置，基于涡流制冷原理设计的间冷回热装置5，沿发动机外涵道周向组成圆周阵列，通过吸入从外涵道来流空气9，经基于涡流制冷原理设计的间冷回热装置5进行冷热分离后，将分离出的冷空气沿冷却空气流路7引至发动机高压压气机进口，起到间冷作用，将分离出的热空气沿热空气流路8引至发动机高压压气机出口，起到回热作用。
本发明的优点：
本发明经虚拟仿真计算验证，能够达到预期目的，它可以大幅提高压气机效率，从而提高整机性能。以目前市场上民用普通的涡流管在发动机高压压气机机匣上组成圆周阵列，作为该发明的冷气及热气发生装置，将经过外涵道10％的空气，分离成冷热两股气流，可产生相当于外涵道6％以上的，相对低于高压压气机进气截面50度的冷空气，以及相当于外涵道4％左右的，相对高于高压压气机出口截面30度的热空气，经热力循环估算，可提高发动机整机效率约3％，同时可降低发动机耗油率约2％。如果采用效率更高的涡流管，对发动机整机性能的改善还要有所增加。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为航空发动机间冷回热装置示意图；
图2为间冷回热装置最小单元示意图；
图3为加装本发明的航空发动机示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种航空发动机间冷回热装置，其特征在于：所述的航空发动机间冷回热装置包括，风扇/低压压气机1，高压压气机2，涡轮3，负载4，间冷回热装置5，燃烧室6；
其中：间冷回热装置5是基于涡流制冷原理，通过向间冷回热装置5引入经过发动机风扇或低压压气机增压后的高压气体9，在涡流室里产生的涡流使气流分离成冷、热两股气流，其中冷气流7，引到高压压气机前，实现间冷功能，热气流8引到高压压气机出口，实现回热功能。
所述的间冷回热装置5包括喷嘴501，冷气流收集管502，热气流收集管503，涡流室504；
其中：引入发动机风扇/低压压气机增压后的高压气体，经过喷嘴501的气流达到超音速的速度，高速的气流沿涡流室504周边的切线方向进入涡流室504，气流先在涡流室504的周边部分形成旋转的自由涡流，然后由自由涡流的扩散和挤压，使一部分气体移到涡流室504中心；自由涡流的旋转愈向中心角速度愈大，这样沿涡流室504的半径方向就形成了不同角速度的气流层；由于气流层之间有摩擦，内层的角速度要下降，外层的角度速要提高，因而内层气流便将本身一部分动能传给外层气流，于是内层气流就降温，当气流经隔板孔流出时，便有较低的温度Tc，经冷气流收集管502收集，而周边部分的气流经热端管子时，由于摩擦而使动能又转化成热能，因而流出的气流便有较高的温度Th，经热气流收集管503收集；沿航空发动机外涵机匣圆周分布的多个间冷回热装置5的最小单元，产生大量的冷、热气流，经冷、热气流收集管收集后，实现间冷回热功能。
如图3所示，本发明的核心装置，基于涡流制冷原理设计的间冷回热装置5，沿发动机外涵道周向组成圆周阵列，通过吸入从外涵道来流空气9，经基于涡流制冷原理设计的间冷回热装置5进行冷热分离后，将分离出的冷空气沿冷却空气流路7引至发动机高压压气机进口，起到间冷作用，将分离出的热空气沿热空气流路8引至发动机高压压气机出口，起到回热作用。

Claims (2)

1.一种航空发动机间冷回热装置，其特征在于：所述的航空发动机间冷回热装置包括，风扇/低压压气机（1），高压压气机（2），涡轮（3），负载（4），间冷回热装置（5），燃烧室（6）；
其中：间冷回热装置（5）是基于涡流制冷原理，通过向间冷回热装置（5）引入经过发动机风扇或低压压气机增压后的高压气体（9），在涡流室里产生的涡流使气流分离成冷、热两股气流，其中冷气流（7），引到高压压气机前，实现间冷功能，热气流（8）引到高压压气机出口，实现回热功能。
2.按照权利要求1所述的航空发动机间冷回热装置，其特征在于：所述的间冷回热装置（5）包括喷嘴（501），冷气流收集管（502），热气流收集管（503），涡流室（504）；
其中：引入发动机风扇/低压压气机增压后的高压气体，经过喷嘴（501）的气流达到超音速的速度，高速的气流沿涡流室（504）周边的切线方向进入涡流室（504），气流先在涡流室（504）的周边部分形成旋转的自由涡流，然后由自由涡流的扩散和挤压，使一部分气体移到涡流室（504）中心；自由涡流的旋转愈向中心角速度愈大，这样沿涡流室（504）的半径方向就形成了不同角速度的气流层；由于气流层之间有摩擦，内层的角速度要下降，外层的角度速要提高，因而内层气流便将本身一部分动能传给外层气流，于是内层气流就降温，当气流经隔板孔流出时，便有较低的温度Tc，经冷气流收集管（502）收集，而周边部分的气流经热端管子时，由于摩擦而使动能又转化成热能，因而流出的气流便有较高的温度Th，经热气流收集管（503）收集；沿航空发动机外涵机匣圆周分布的多个间冷回热装置（5）的最小单元，产生大量的冷、热气流，经冷、热气流收集管收集后，实现间冷回热功能。
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