CN112324522A - 一种基于涡流效应的预旋喷嘴 - Google Patents

一种基于涡流效应的预旋喷嘴 Download PDF

Info

Publication number
CN112324522A
CN112324522A CN202011210207.3A CN202011210207A CN112324522A CN 112324522 A CN112324522 A CN 112324522A CN 202011210207 A CN202011210207 A CN 202011210207A CN 112324522 A CN112324522 A CN 112324522A
Authority
CN
China
Prior art keywords
outlet
vortex
end outlet
nozzle
gas end
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011210207.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112324522B (zh
Inventor
张宗卫
靳合龙
姜浩然
刘聪
周志豪
王志强
张金灿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Zhenxing Chemical Co Ltd
Civil Aviation University of China
Original Assignee
Tianjin Zhenxing Chemical Co Ltd
Civil Aviation University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Zhenxing Chemical Co Ltd, Civil Aviation University of China filed Critical Tianjin Zhenxing Chemical Co Ltd
Priority to CN202011210207.3A priority Critical patent/CN112324522B/zh
Publication of CN112324522A publication Critical patent/CN112324522A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112324522B publication Critical patent/CN112324522B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/047—Nozzle boxes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/06—Fluid supply conduits to nozzles or the like
    • F01D9/065—Fluid supply or removal conduits traversing the working fluid flow, e.g. for lubrication-, cooling-, or sealing fluids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

一种基于涡流效应的预旋喷嘴。其包括依次连接的涡流管形段和弯曲段；其中，涡流管形段包括喷嘴、涡流室、热气端出口和冷气端出口；其中热气端出口和冷气端出口分别设在涡流室的两个相对侧面上，并且热气端出口靠近航空发动机主流；喷嘴设在涡流室上位于热气端出口和冷气端出口之间的某一侧面上，并且通过管路与高压气源相连；弯曲段为弧形管状，进口端与冷气端出口相连，出口端靠近涡轮盘。本发明效果：能使高压气流产生漩涡，分离出温度相对进口温度更低的冷气流，能够有效提高涡轮盘的冷却性能，改善涡轮叶片进口处的冷气品质，有效缓解涡轮盘和涡轮叶片等热端部件的温度水平；设计时无需改动其他相关联的结构。

Description

一种基于涡流效应的预旋喷嘴
技术领域
本发明属于航空发动机预旋冷却系统应用技术领域，特别是涉及一种基于涡流效应的预旋喷嘴。
背景技术
随着航空发动机技术的飞速发展，航空发动机推重比的不断提高，其涡轮前燃气温度也在增大，结果导致涡轮盘、涡轮叶片等热端部件的热负荷急剧增大，从而影响涡轮叶片的寿命及工作的可靠性。
预旋喷嘴可使高压气体经过后膨胀加速，产生与涡轮盘旋转方向相同的周向分速度，降低气流与涡轮盘的相对速度，从而降低气流相对于涡轮盘的相对总温，降低涡轮盘和涡轮叶片的温度，提高冷却效果。
早期国内外研究人员设计的预旋喷嘴主要为直圆孔型喷嘴，这种喷嘴在入口处会产生较大的流动分离，因此气流的流动损失大，加速性能差，流量系数低。目前，国内外公认的性能较好的预旋喷嘴为叶片式预旋喷嘴，喷嘴入口的面积大于喷嘴出口的面积，具有很好的气动性能，然而叶片式预旋喷嘴的加工和安装难度较大。
因此发明一种基于涡流效应的预旋喷嘴很有必要。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于涡流效应的预旋喷嘴，能够有效提高涡轮盘冷却性能。
为了达到上述目的，本发明提供的基于涡流效应的预旋喷嘴包括依次连接的涡流管形段和弯曲段；其中，涡流管形段为空心管道，内部形状类似于涡流管，包括喷嘴、涡流室、热气端出口和冷气端出口；其中热气端出口和冷气端出口分别设在涡流室的两个相对侧面上，并且热气端出口靠近航空发动机主流；喷嘴设在涡流室上位于热气端出口和冷气端出口之间的某一侧面上，并且通过管路与高压气源相连；弯曲段为弧形管状，进口端与冷气端出口相连，出口端靠近涡轮盘。
所述的弯曲段上从进口端到出口端的半径逐渐减小。
所述的冷气端出口与弯曲段的进口端以轴线相切的方式连接，管壁光滑过渡连接，并且连接处的形状与横截面积相同。
本发明提供的基于涡流效应的预旋喷嘴具有如下有益效果：
1、能够使高压气流产生漩涡，分离出温度相对进口温度更低的冷气流，能够有效提高涡轮盘的冷却性能，改善涡轮叶片进口处的冷气品质，有效缓解涡轮盘和涡轮叶片等热端部件的温度水平；
2、设计时无需改动其他相关联的结构。
附图说明
图1为本发明提供的基于涡流效应的预旋喷嘴使用状态示意图；
图2为本发明提供的基于涡流效应的预旋喷嘴剖视图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于涡流效应的预旋喷嘴进行详细说明。
如图1、图2所示，本发明提供的基于涡流效应的预旋喷嘴包括依次连接的涡流管形段1和弯曲段2；其中，涡流管形段1为空心管道，内部形状类似于涡流管，包括喷嘴3、涡流室6、热气端出口4和冷气端出口5；其中热气端出口4和冷气端出口5分别设在涡流室6的两个相对侧面上，并且热气端出口4靠近航空发动机主流；喷嘴3设在涡流室6上位于热气端出口4和冷气端出口5之间的某一侧面上，并且通过管路与高压气源相连；弯曲段2为弧形管状，进口端与冷气端出口5相连，出口端靠近涡轮盘。
所述的弯曲段2上从进口端到出口端的半径逐渐减小。
所述的冷气端出口5与弯曲段2的进口端以轴线相切的方式连接，管壁光滑过渡连接，并且连接处的形状与横截面积相同。
现将本发明提供的基于涡流效应的预旋喷嘴的工作原理阐述如下：
来自高压气源的高压气体首先进入涡流管形段1上的喷嘴3，在喷嘴3中膨胀并加速到音速，然后从切线方向射入涡流室6，形成自由涡流，并在涡流室6中发生涡流效应；在涡流室6中，自由涡流的旋转角速度愈靠近中心愈大，由于角速度不同，在自由涡流的层与层之间就产生了摩擦。其中，中心层的气流角速度最大，摩擦结果是将能量传递给外层角速度较低的气流，中心层的气流失去能量后，动能、速度和温度均降低，然后从冷气端出口5进入弯曲段2中，得到制冷需要的冷气流；最后冷气流通过弯曲段2改变方向后向外喷出，用于冷却涡轮盘；而外层的气流获得动量后，动能增加，同时又与涡轮室6的侧壁产生摩擦，将部分动能转换成热能，之后从热气端出口4引出，形成热气流，由此分离出冷、热两股气流；最后热气流引入发动机主流。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于涡流效应的预旋喷嘴，其特征在于：所述的预旋喷嘴包括依次连接的涡流管形段(1)和弯曲段(2)；其中，涡流管形段(1)为空心管道，内部形状类似于涡流管或者涡流管变形结构，包括喷嘴(3)、涡流室(6)、热气端出口(4)和冷气端出口(5)；其中热气端出口(4)和冷气端出口(5)分别设在涡流室(6)的两个相对侧面上，并且热气端出口(4)靠近航空发动机主流；喷嘴(3)设在涡流室(6)上位于热气端出口(4)和冷气端出口(5)之间的某一侧面上，并且通过管路与高压气源相连；弯曲段(2)为弧形管状，进口端与冷气端出口(5)相连，出口端靠近涡轮盘。
2.根据权利要求1所述的基于涡流效应的预旋喷嘴，其特征在于：所述的弯曲段(2)上从进口端到出口端的半径逐渐减小。
3.根据权利要求1所述的基于涡流效应的预旋喷嘴，其特征在于：所述的冷气端出口(5)与弯曲段(2)的进口端以轴线相切的方式连接，管壁光滑过渡连接，并且连接处的形状与横截面积相同。
CN202011210207.3A 2020-11-03 2020-11-03 一种基于涡流效应的预旋喷嘴 Active CN112324522B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011210207.3A CN112324522B (zh) 2020-11-03 2020-11-03 一种基于涡流效应的预旋喷嘴

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011210207.3A CN112324522B (zh) 2020-11-03 2020-11-03 一种基于涡流效应的预旋喷嘴

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112324522A true CN112324522A (zh) 2021-02-05
CN112324522B CN112324522B (zh) 2022-11-01

Family

ID=74324425

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011210207.3A Active CN112324522B (zh) 2020-11-03 2020-11-03 一种基于涡流效应的预旋喷嘴

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112324522B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010011452A1 (en) * 1999-12-22 2001-08-09 Guido Rau Cooling air ducting system in the high pressure turbine section of a gas turbine engine
CN101191424A (zh) * 2006-11-30 2008-06-04 通用电气公司 涡轮机叶片及涡轮机叶片冷却系统及方法
US20130216383A1 (en) * 2010-07-05 2013-08-22 Adrian Brathwaite Combined sealing and balancing arrangement for a turbine disc
CN104454171A (zh) * 2014-11-04 2015-03-25 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种航空发动机高温部件冷却方法
CN105114186A (zh) * 2015-08-04 2015-12-02 西北工业大学 一种用于预旋冷却系统的叶孔式预旋喷嘴
CN107218083A (zh) * 2017-06-21 2017-09-29 南京航空航天大学 一种用于冷气预旋结构的弯孔预旋喷嘴

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010011452A1 (en) * 1999-12-22 2001-08-09 Guido Rau Cooling air ducting system in the high pressure turbine section of a gas turbine engine
CN101191424A (zh) * 2006-11-30 2008-06-04 通用电气公司 涡轮机叶片及涡轮机叶片冷却系统及方法
US20130216383A1 (en) * 2010-07-05 2013-08-22 Adrian Brathwaite Combined sealing and balancing arrangement for a turbine disc
CN104454171A (zh) * 2014-11-04 2015-03-25 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种航空发动机高温部件冷却方法
CN105114186A (zh) * 2015-08-04 2015-12-02 西北工业大学 一种用于预旋冷却系统的叶孔式预旋喷嘴
CN107218083A (zh) * 2017-06-21 2017-09-29 南京航空航天大学 一种用于冷气预旋结构的弯孔预旋喷嘴

Also Published As

Publication number Publication date
CN112324522B (zh) 2022-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6138456A (en) Pressure exchanging ejector and methods of use
US8721273B2 (en) Ring diffuser for an axial turbomachine
CN108425708B (zh) 一种复合式减涡器结构
CN104963775A (zh) 一种微型无叶片式燃气轮机
US20140234094A1 (en) Turbomachines having guide ducts
CN110454436B (zh) 一种应用于航空发动机压气机高位引气的短弯曲型减涡板
CN110657126A (zh) 控制离心叶轮流动的非轴对称轮毂结构、离心叶轮
CN202100282U (zh) 气体轴承后增压透平膨胀机
CN102003221A (zh) 气体轴承后增压透平膨胀机
CN111927560A (zh) 一种低位进气叶型式预旋喷嘴结构
CN109751130A (zh) 一种航空发动机的预旋冷却系统
CN113062774B (zh) 半开式向心涡轮及燃气轮机
CN112324522B (zh) 一种基于涡流效应的预旋喷嘴
CN114151195A (zh) 一种能够提升气动性能的新型排气扩压器结构
CN102661174A (zh) 增压透平膨胀机
WO2018219254A1 (zh) 热管发动机
CN202645646U (zh) 增压透平膨胀机
CN103016425A (zh) 一种三级多喷管中心引射器
WO2019228199A1 (zh) 一种涡轮以及螺管燃气轮机
CN112628205B (zh) 一种双圆弧型线的离心风机集流器
CN209621472U (zh) 一种航空发动机的预旋冷却系统
CN112324518A (zh) 具有基于涡流效应内冷通道的涡轮叶片
CN108915789A (zh) 一种径流涡轮叶顶间隙流损失的被动-主动耦合控制技术
CN214146013U (zh) 高压压气机转子、减涡装置
CN109611346A (zh) 离心压气机及其设计方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant