CN110439624A - 基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统，其空气流路包括依次连通的进气腔、预旋喷嘴、转静盘腔、接受孔、共转盘腔、供气孔，所述转静盘腔的盖板沿其周向均匀设有若干接受孔，气流从转静盘腔通过所述若干接受孔流入共转盘腔后、通过供气孔冷却涡轮叶片；所述接受孔的横截面由靠近转静盘腔的一端向靠近共转盘腔的一端逐渐变小。相比于传统的接受孔，本发明能够减小接受孔的气流速度，使得流入接受孔内的气流压力损失减小，获得较低的压力损失系数，降低整体预旋系统压力损失指标。

Description

基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统

技术领域

本发明涉及航空发动机空气冷却系统，具体涉及一种基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统。

背景技术

为使航空发动机连续、高效地运行，需要从压气机引入冷却空气对涡轮叶片进行冷却，而冷却空气的品质受多种因素影响，为此，国外研究人员提出了预旋降温技术，且在航空发动机空气冷却系统起到了较好地效果，在预旋系统中，接受孔起着重要的作用，气流流过接受孔时将产生一定的压力损失，接受孔的形状以及安装方式将影响气流在转静盘腔和共转盘腔内的流动，从而影响整体预旋性能。目前已经对带预旋进气的盘腔系统，以及预旋喷嘴进行了广泛的研究并应用到了实际发动机中，起到了显著的效果。而对于接受孔的研究较少，设计合理高效的接受孔可以提高冷却效率，降低接受孔内流动阻力，减少空气系统引气量，提高冷气品质。从而提高军用航空发动机涡轮前温度及涡轮叶片的工作可靠性，进一步提高推重比，增加飞机飞行速度。

盖板式预旋系统包括进气腔、预旋喷嘴、转-静盘腔、接受孔、共转盘腔、供气孔。提高预旋系统性能的途径之一是设计性能更强的接受孔，可以从接受孔入口截面的气流速度入手，减小气流速度，以达到降低气流压力损失。

在盖板式预旋系统中，接受孔主要存在与转静盘腔和共转盘腔之间，主要功能是将转静盘腔内气流输送至共转盘腔，气流流过接受孔时会产生一定程度的压力损失和温降，设计出高效的接受孔将对航空发动机的发展具有重要意义。对于传统圆孔型接受孔而言，气流流过接受孔后，速度较大，产生的压力损失较大，这种局限性使得设计出一种新型接受孔尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统，其空气流路包括依次连通的进气腔、预旋喷嘴、转静盘腔、接受孔、共转盘腔、供气孔，所述转静盘腔的盖板沿其周向均匀设有若干接受孔，气流从转静盘腔通过所述若干接受孔流入共转盘腔后、通过供气孔冷却涡轮叶片；

所述接受孔的横截面由靠近转静盘腔的一端向靠近共转盘腔的一端逐渐变小。

作为本发明基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统进一步的优化方案，所述接受孔的截面为圆形。

作为本发明基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统进一步的优化方案，所述接受孔靠近转静盘腔的一端的横截面面积为靠近共转盘腔的一端的横截面面积的1.01-3倍，接受孔轴向长度的范围为4-10毫米。

作为本发明基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统进一步的优化方案，所述接受孔的截面为正多边形。

作为本发明基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统进一步的优化方案，所述接受孔在圆盘上的布置个数为18个。

作为本发明基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统进一步的优化方案，所述接受孔的中心线与预旋冷却系统轴向平行。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明提出的一种收缩型接受孔结构的预旋冷却系统，相比于传统的圆孔型预旋喷嘴结构，由于收缩型接受孔的入口面积大于直孔型，使得收缩型接受孔通孔入口气流速度小于直孔型，气流流经接受孔后，在收缩型接受孔的压力损失小于直孔型接受孔，这表明，在预旋系统中，收缩型接受孔的性能强于直孔型接受孔。

附图说明

图1是预旋冷却系统流路示意图；

图2是本发明中接受孔的结构位置图；

图3（a）、图3（b）分别是本发明中接受孔的俯视图、中心截面剖视图。

图中，1-进气腔，2-预旋喷嘴，3-转静盘腔，4-接受孔，5-共转盘腔，6-供气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

本发明公开了一种基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统，其空气流路包括依次连通的进气腔、预旋喷嘴、转静盘腔、接受孔、共转盘腔、供气孔；进气腔是一圆盘形集气装置，主要作用是平衡来流气流，为静止部件，在进气腔盖板通过螺栓连接一圆盘，该圆盘表面安装有预旋喷嘴，预旋喷嘴为一圆形管道，为静止部件，预旋喷嘴下游连接静止盘，静盘和转盘组成转静腔，转静盘腔主要作用是分割静止部件和旋转部件，而后，在转盘上通过螺栓连接一圆盘，在该圆盘上均匀打收缩形孔，作为接受孔，主要作用是整流，接受孔为一收缩形孔，随转动部件共同转动，气流流经接受孔后，进入一圆盘形腔体，该圆盘形腔体即为共转盘腔，主要作用是增压气流，最后从共转盘腔的气流通过供气孔冷却涡轮叶片，供气孔主要存在与一圆盘上，该圆盘通过螺栓连接在共转盘腔盖板上，为旋转部件。

如图1所示，进气腔中的冷却介质进入预旋喷嘴中，在喷嘴中膨胀后，流入转静盘腔3，气流在转静盘腔中随转盘流动，然后流入接受孔，而后通过接受孔，流入共转盘腔并随共转盘腔一起转动，最后通过供气孔流出。

如图2所示，本实施例在预旋系统转静盘腔盖板和共转盘腔盖板之间沿周向均匀布置接受孔，圆盘上沿周向位置均匀布置有若干接受孔，接受孔在圆盘上径向位置相同，接受孔的中心线与预旋冷却系统轴向平行。

如图2所示，本实施例中接受孔为圆孔型通孔，在圆盘上布置个数为18个。

如图2所示，接受孔的入口截面为圆形，从入口截面到出口截面，圆形面积不断减小。

如图3（a）、图3（b）所示，与传统圆孔型接受孔相比，本发明中的接受孔为收缩型，即气流上游截面面积大于气流下游截面面积，接受孔沿转静盘腔盖板周向均匀分布。

本发明中，收缩型接受孔入口截面面积158mm²，出口截面面积79mm²。

本发明中，接受孔设置为圆孔收缩型，接受孔入口截面面积大于出口截面面积，入口面积为出口面积1.01-3倍。

本发明中，接受孔轴向长度为4-10毫米。

本发明中，对比CFD数值模拟结果，下表为旋转雷诺数Re _ω =2.3×10⁶时，带收缩型接受孔与直孔型接受孔的预旋系统压力损失系数对比，从表中可以看出带收缩型接受孔的预旋系统压力损失系数小于直孔型接受孔，性能提升在7.4％左右。

进口无量纲流量	收缩型接受孔、	直孔型接受孔	性能提升大小
				23.277	28.0009	30.2351	7.3％
25.864	27.7271	29.9563	7.4％
				28.254	27.364	29.61	7.5％

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统，其空气流路包括依次连通的进气腔、预旋喷嘴、转静盘腔、接受孔、共转盘腔、供气孔，其特征在于，所述转静盘腔的盖板沿其周向均匀设有若干接受孔，气流从转静盘腔通过所述若干接受孔流入共转盘腔后、通过供气孔冷却涡轮叶片；

所述接受孔的横截面由靠近转静盘腔的一端向靠近共转盘腔的一端逐渐变小。

2.根据权利要求1所述的基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统，其特征在于，所述接受孔的截面为圆形。

3.根据权利要求2所述的基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统，其特征在于，所述接受孔靠近转静盘腔的一端的横截面面积为靠近共转盘腔的一端的横截面面积的1.01-3倍，接受孔轴向长度的范围为4-10毫米。

4.根据权利要求1所述的基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统，其特征在于，所述接受孔的截面为正多边形。

5.根据权利要求1所述的基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统，其特征在于，所述接受孔在圆盘上的布置个数为18个。

6.根据权利要求1所述的基于收缩型接受孔结构的预旋冷却系统，其特征在于，所述接受孔的中心线与预旋冷却系统轴向平行。