CN111828198B - 一种喷气式发动机液态金属朗肯循环热电转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种喷气式发动机液态金属朗肯循环热电转换装置，该转换装置对喷气式发动机的涡轮和喷管壁面进行冷却；液态金属朗肯循环热电转换装置的储存箱内储存有液态金属，储存箱的出口与电磁泵的入口连通，电磁泵出口经过机匣与涡轮静叶内部冷却通道入口连通，涡轮静叶内部冷却通道出口与喷管壁面冷却通道入口连通，喷管壁面冷却通道出口与透平的入口连通，透平的出口与冷凝器的工质入口连通，冷凝器工质出口与储存箱入口连通，构成液态金属的流路；透平与发电机同轴转动，带动发电机发电。本发明解决了现有喷气式发动机涡轮静叶在燃气初温过高带来的烧蚀等问题，解决飞行器对电能和冷能的双重需求，提高喷气式发动机的性能上限。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷气式发动机液态金属朗肯循环热电转换装置，属于喷气式发动机能量综合利用领域。
背景技术
喷气式发动机作为目前的飞行器主要发动机类型，人们花费很大精力来提高其性能。目前人们经常采用“升温提效”的方式，即通过升高涡轮前燃气温度，使得涡轮效率能够得到大幅提升并具有较高的推重比。但由于叶栅材料自身的耐热性能较为有限，因此，需要设计燃气涡轮导叶冷却结构实现对叶片的有效温控，以此确保其能够长时间地实现安全稳定运行。
目前吸气式涡轮发动机中涡轮静叶通常采用气膜冷却，从压气机中引出一股低温气体并引入涡轮静叶片内的冷却腔室，最后从叶片表面的气膜孔喷出，在叶片表面形成一层低温保护层，这种方法要求低温空气，因此限制了喷气式发动机往高马赫数发展，而且增加了压气机耗功，降低了喷气式发动机的输出功。随着涡轮前温度不断上升，为了满足冷却需求，涡轮叶片的结构越来越复杂，对叶片的加工技术提出了巨大的挑战，同时，叶片的强度和硬度也不断地削弱。因此可以考虑换一种高导热性能的冷却介质来冷却涡轮叶片，在简化涡轮叶片结构的同时满足冷却需求，提升发动机的性能。
液态金属作为冷却工质的原因是液态金属相比其他冷却剂具有两个及其重要的优势：一是液态金属常压下具有较高的沸点，系统管道压力较低；二是由电子传导决定的高热导率，并且采用液态金属冷却剂可以保证被冷却装置中具有很大的热交换强度，可保证它们结构的工作表面温度接近冷却剂温度。
飞行器携带有大量电子设备，其需要稳定的电量供应。液态金属朗肯循环的研究从上世纪60年代开始，其最初应用于空间核能的热电转换。在50kw-100kw范围内，液态金属朗肯循环相比于其他热电转换系统，拥有最佳比功率，同时液态金属朗肯循环拥有较高的循环效率，可以为飞行器提供充足的电力供应。
发明内容
本发明为了解决现有喷气式发动机涡轮静叶在燃气初温过高带来的烧蚀等问题，本发明对喷管进行冷却，降低了喷气式发动机喷管受燃气热侵蚀的问题，同时通过液态金属朗肯循环将吸收的热能转化为电能供飞行器使用，解决飞行器对电能和冷能的双重需求，提高喷气式发动机的性能上限。
本发明提出一种喷气式发动机液态金属朗肯循环热电转换装置，包括喷气式发动机和液态金属朗肯循环热电转换装置，所述喷气式发动机包括压气机、燃烧室、两个涡轮、喷管和机匣；所述机匣内依次设置有压气机、燃烧室、两个涡轮和喷管，所述液态金属朗肯循环热电转换系统对喷气式发动机的涡轮和喷管壁面进行冷却；所述液态金属朗肯循环热电转换装置包括透平、发电机、冷凝器、电磁泵和储存箱；所述储存箱内储存有液态金属，所述储存箱的出口与电磁泵的入口连通，所述电磁泵的出口经过机匣与涡轮静叶内部冷却通道入口连通，所述涡轮静叶内部冷却通道出口与喷管壁面冷却通道入口连通，所述喷管壁面冷却通道出口与透平的入口连通，所述透平的出口与冷凝器的工质入口连通，所述冷凝器工质出口与储存箱入口连通，构成液态金属的流路；所述透平与发电机同轴转动，带动发电机发电。
优选地，所述冷凝器通过冷空气进行冷凝。
本发明所述的喷气式发动机液态金属朗肯循环热电转换装置的有益效果为：
1、本发明利用液态金属作为冷却剂对喷气式发动机涡轮静叶进行冷却，解决了燃气初温温度过高而导致涡轮静叶发生烧蚀的问题，相比于如今的气膜冷却手段减少了压气机耗功，提高了喷气式发动机的效率上限，对喷管进行冷却，降低了喷气式发动机喷管受燃气热侵蚀的问题。
2、本发明中液态金属充分吸热相变后的蒸汽通过涡轮做功并带动压气机发电，为飞行器提供充足的电能使用，同时蒸汽经过冷凝器后液化流回储存箱，构成热电转换循环。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1是本发明所述的喷气式发动机液态金属朗肯循环热电转换装置的原理示意图；
图中：1-压气机；2-燃烧室；3-涡轮；4-喷管；5-机匣；6-透平；7-发电机；8-冷凝器；9-电磁泵；10-储存箱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的喷气式发动机液态金属朗肯循环热电转换装置，包括喷气式发动机和液态金属朗肯循环热电转换装置，所述喷气式发动机包括压气机1、燃烧室2、两个涡轮3、喷管4和机匣5；所述机匣5内依次设置有压气机1、燃烧室2、两个涡轮3和喷管4，所述液态金属朗肯循环热电转换系统对喷气式发动机的涡轮3和喷管4壁面进行冷却；
所述液态金属朗肯循环热电转换装置包括透平6、发电机7、冷凝器8、电磁泵9和储存箱10；所述储存箱10内储存有液态金属，所述储存箱10的出口与电磁泵9的入口连通，所述电磁泵9的出口经过机匣5与涡轮3静叶内部冷却通道入口连通，所述涡轮3静叶内部冷却通道出口与喷管4壁面冷却通道入口连通，所述喷管4壁面冷却通道出口与透平6的入口连通，所述透平6的出口与冷凝器8的工质入口连通，所述冷凝器8工质出口与储存箱入口连通，构成液态金属的流路；所述透平6与发电机7同轴转动，带动发电机7发电。
所述冷凝器8通过冷空气进行冷凝。
液态金属通过涡轮3静叶内部冷却通道和喷管4壁面冷却通道对涡轮3静叶和喷管4进行冷却。
过热的金属蒸汽通过透平6做功，将热能转换成电能，实现能量的综合利用。
液态金属其被用作电子领域散热介质，因其高传热性能拥有足够的冷却能力，同时液态金属不易泄漏，安全无毒，物化性质稳定，是一种非常安全的流动工质。
本发明将液态金属冷却系统与朗肯循环结合起来，液态金属首先流入涡轮3静叶内冷却通道冷却涡轮3静叶，液态金属流出涡轮3静叶后流入喷管4壁面冷却通道冷却喷管，充分吸热后的液态金属相变为金属蒸汽，过热的金属蒸汽进入透平6做功，乏汽进入冷凝器8通过空气冷却将金属工质冷凝成饱和液体，回流到储存箱10，完成一个循环。
本发明利用携带的液态金属作为冷却剂对涡轮3静叶进行冷却，解决了燃气温度过高而导致涡轮静叶发生烧蚀等问题，确保喷气式发动机能够长时间地实现安全稳定运行，同时液态金属在静叶内部和喷管壁面充分吸热，通过透平将所携带的热能转化为电能，满足飞行器对电力的需求。本发明实现了飞行器内的热电转换，进而实现了能量的综合利用。
以上所述的具体实施例，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例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，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 (1)
1.一种喷气式发动机液态金属朗肯循环热电转换装置，其特征在于，包括喷气式发动机和液态金属朗肯循环热电转换装置，所述喷气式发动机包括压气机(1)、燃烧室(2)、两个涡轮(3)、喷管(4)和机匣(5)；所述机匣(5)内依次设置有压气机(1)、燃烧室(2)、两个涡轮(3)和喷管(4)，所述液态金属朗肯循环热电转换系统对喷气式发动机的涡轮(3)和喷管(4)壁面进行冷却；
所述液态金属朗肯循环热电转换装置包括透平(6)、发电机(7)、冷凝器(8)、电磁泵(9)和储存箱(10)；所述储存箱(10)内储存有液态金属，所述储存箱(10)的出口与电磁泵(9)的入口连通，所述电磁泵(9)的出口经过机匣(5)与涡轮(3)静叶内部冷却通道入口连通，所述涡轮(3)静叶内部冷却通道出口与喷管(4)壁面冷却通道入口连通，所述喷管(4)壁面冷却通道出口与透平(6)的入口连通，所述透平(6)的出口与冷凝器(8)的工质入口连通，所述冷凝器(8)工质出口与储存箱入口连通，构成液态金属的流路；所述透平(6)与发电机(7)同轴转动，带动发电机(7)发电，过热的金属蒸汽通过透平(6)做功，将热能转换成电能，实现能量的综合利用，所述冷凝器(8)通过冷空气进行冷凝；
液态金属充分吸热相变后的蒸汽通过涡轮(3)做功并带动发电机(7)发电，为飞行器提供充足的电能使用，同时蒸汽经过冷凝器后液化流回储存箱(10)，构成热电转换循环；
液态金属通过涡轮(3)静叶内部冷却通道和喷管(4)壁面冷却通道对涡轮(3)静叶和喷管(4)进行冷却。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105673088A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-06-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种油冷涡轮动叶片 |
| CN106414904A (zh) * | 2013-10-18 | 2017-02-15 | 佛罗里达涡轮技术股份有限公司 | 具有液态金属冷却的燃气涡轮发动机 |
| CN107327325A (zh) * | 2017-08-03 | 2017-11-07 | 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 | 一种超临界二氧化碳与液态金属联合循环系统 |
| CN109375662A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-02-22 | 中国运载火箭技术研究院 | 一种航天器用基于液态金属的自维持主动热控系统 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106414904A (zh) * | 2013-10-18 | 2017-02-15 | 佛罗里达涡轮技术股份有限公司 | 具有液态金属冷却的燃气涡轮发动机 |
| CN105673088A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-06-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种油冷涡轮动叶片 |
| CN107327325A (zh) * | 2017-08-03 | 2017-11-07 | 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 | 一种超临界二氧化碳与液态金属联合循环系统 |
| CN109375662A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-02-22 | 中国运载火箭技术研究院 | 一种航天器用基于液态金属的自维持主动热控系统 |
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