CN206972310U - 一种用于冷气预旋结构的弯孔预旋喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于冷气预旋结构的弯孔预旋喷嘴，包含依次相连的入口直段、过渡段和偏转段；过渡段的轴线分别和偏转段的轴线、入口直段的轴线相切；入口直段、过渡段和偏转段的横截面积相同，气流先经过入口直段、然后通过过渡段、最后从偏转段喷出；过渡段轴线半径大于弯孔预旋喷嘴的半径。本实用新型广泛应用于燃气轮机高温部件冷却系统中，气流进入入口直段时能够有效减小气流入口损失，气流经过入口直段进入偏转段时，中间有一个光滑的圆弧过渡段，能够有效减小气流进入偏转段时产生的压力损失，最终增大气流通过喷嘴时的速度，提高流量系数，达到提高预旋冷却效果的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及航空发动机空气系统中的预旋系统技术领域，涉及一种用于冷气预旋结构的弯孔预旋喷嘴。
背景技术
航空发动机推力的提高主要依赖于涡轮前燃气温度的提高，但是燃气温度的上升使发动机涡轮叶片等高温部件的工作环境急剧恶化，从而影响涡轮叶片的寿命及工作的可靠性。预旋冷却系统作为发动机供气系统的重要组成部分，其作用是为发动机涡轮叶片提供适宜压力、温度的冷却气体对涡轮叶片进行冷却，从而延长叶片的使用寿命及可靠性。
预旋降温的原理是气流经过预旋喷嘴膨胀加速，产生和涡轮盘旋转方向相同的周向分速度，降低气流静温以及与转盘的相对速度，从而降低气流的相对于涡轮盘的相对总温。已有研究表明，预旋喷嘴设计的优劣直接影响预旋温降效果。
早期国内外研究人员设计的喷嘴主要是直圆孔喷嘴，直圆孔型喷嘴在入口处会产生较大的流动分离，气流的流动损失大，加速性能差，流量系数低。为提高直圆孔喷嘴的性能，研究人员将喷嘴入口进行倒圆角处理以减轻喷嘴入口的流动损失；后来研究人员将直圆孔喷嘴的入口面积增大，设计了一种气动孔型喷嘴，这种喷嘴能够降低气流在喷嘴入口处的流速，大大减小喷嘴的流动损失，提高流量系数。由于气动孔型喷嘴入口面积比出口面积大，周向布置个数受到入口面积的制约。为最大限度地提高预旋喷嘴的性能，研究人员设计出了叶栅型喷嘴，这种喷嘴包括压力面和吸力面，喷嘴入口面积大于喷嘴出口的面积，具有很好的气动性能，然而叶栅型喷嘴加工和安装难度较大。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种用于冷气预旋结构的弯孔预旋喷嘴。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种用于冷气预旋结构的弯孔预旋喷嘴，包含依次相连的入口直段、过渡段和偏转段；
所述入口直段、偏转段均为直线空心管道，过渡段为圆弧空心管道，且过渡段的轴线分别和偏转段的轴线、入口直段的轴线相切；
所述入口直段、过渡段和偏转段的横截面积相同，气流先经过入口直段、然后通过过渡段、最后从偏转段喷出；
所述过渡段轴线半径大于弯孔预旋喷嘴的半径。
作为本实用新型一种用于冷气预旋结构的弯孔孔型预旋喷嘴进一步的优化方案，所述入口直段的轴线与弯孔预旋喷嘴的上游盘面垂直，偏转段与弯孔预旋喷嘴下游盘面的夹角的范围为15度至90度。
作为本实用新型一种用于冷气预旋结构的弯孔孔型预旋喷嘴进一步的优化方案，所述偏转段的长度大于等于弯孔预旋喷嘴直径的2倍。
作为本实用新型一种用于冷气预旋结构的弯孔孔型预旋喷嘴进一步的优化方案，所述入口直段与喷嘴上游盘面做倒角处理，以减小气流进入弯孔预旋喷嘴时的损失。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本实用新型提出的用于预旋系统的弯孔预旋喷嘴，和直圆孔喷嘴相比，能减小气流在喷嘴入口处的偏转损失和流动分离损失，增大喷嘴出流速度，提高喷嘴的流量系数以及预旋温降。和气动孔型喷嘴和叶栅型喷嘴相比，由于喷嘴入口面积小于喷嘴出口面积，喷嘴的周向布置个数得到提高。
附图说明
图1是本实用新型弯孔预旋喷嘴的结构示意图；
图2是本实用新型弯孔预旋喷嘴的剖视图；
图3是本实用新型弯孔预旋喷嘴的进口截面轮廓图；
图4是本实用新型弯孔预旋喷嘴的出口截面轮廓图。
图中，1-喷嘴入口直段，2-喷嘴过渡段，3-喷嘴偏转段，4-喷嘴上游盘面，5-喷嘴进口截面轮廓，6-喷嘴下游盘面，7-喷嘴出口轮廓。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
如图1和图2所示，本实施例公开了一种用于预旋系统中的弯孔预旋喷嘴，包括入口直段、过渡段和偏转段。
本实施例中喷嘴结构参数：L1-入口段长度，L2-过渡段长度，L3-偏转段长度，R-过渡段轴线半径，D-喷嘴直径，θ-预旋角。
入口直段、偏转段均为直线空心管道，过渡段为圆弧空心管道，入口直段的轴线与弯孔预旋喷嘴上游盘面垂直，过渡段的轴线分别和偏转段的轴线、入口直段的轴线相切，偏转段与弯孔预旋喷嘴下游盘面的夹角θ为预旋角，预旋角范围为15度至90度。
在垂直于轴线方向，入口直段、过渡段、偏转段的截面呈圆形，且面积相同，即整个弯孔预旋喷嘴各段的直径相同。
为了保证喷嘴对气流具有良好的偏转性能，偏转段的长度大于等于弯孔预旋喷嘴直径的2倍。
过渡段轴线半径R必须大于弯孔预旋喷嘴的半径。
可以理解的是，所述入口直段与喷嘴上游盘面做倒角处理，其优点在于，气流可以顺畅地进入弯孔预旋喷嘴，减小气流进入弯孔预旋喷嘴时的损失。
本实施例中，保证喷嘴径向位置、总长度以及喷嘴半径相同的情况下，对比弯孔预旋喷嘴和直圆孔预旋喷嘴的性能差异：
喷嘴总流通面积A＝706.86mm2，喷嘴直径D=5mm，径向位置130mm，喷嘴数目为N＝36，预旋角度为θ＝30°，过渡段半径为10mm，喷嘴入口直段长度3.84mm，偏转段长度为15mm，喷嘴总长度30mm。
下表为通过CFD数值模拟得到的压比1.5时两种喷嘴的流量系数。从表中可以看出，本实用新型的弯孔预旋喷嘴的流量系数比直圆孔型喷嘴高8.1％，可以看出，本实用新型的弯孔预旋喷嘴能够减小喷嘴内气流流动损失，增大喷嘴出气速度，从而提高喷嘴的流量系数。
| 流量系数 | |
| 直圆孔型预旋喷嘴 | 0.719 |
| 弯孔预旋喷嘴 | 0.778 |
图3、图4分别是本实用新型弯孔预旋喷嘴的进口截面轮廓图和出口截面轮廓图。
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）具有与本实用新型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，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于冷气预旋结构的弯孔预旋喷嘴，其特征在于，包含依次相连的入口直段、过渡段和偏转段；
所述入口直段、偏转段均为直线空心管道，过渡段为圆弧空心管道，且过渡段的轴线分别和偏转段的轴线、入口直段的轴线相切；
所述入口直段、过渡段和偏转段的横截面积相同，气流先经过入口直段、然后通过过渡段、最后从偏转段喷出；
所述过渡段轴线半径大于弯孔预旋喷嘴的半径。
2.如权利要求1所述的用于冷气预旋结构的弯孔预旋喷嘴，其特征在于，所述入口直段的轴线与弯孔预旋喷嘴的上游盘面垂直，偏转段与弯孔预旋喷嘴下游盘面的夹角的范围为15度至90度。
3.如权利要求1所述的用于冷气预旋结构的弯孔预旋喷嘴，其特征在于，所述偏转段的长度大于等于弯孔预旋喷嘴直径的2倍。
4.如权利要求1所述的用于冷气预旋结构的弯孔预旋喷嘴，其特征在于，所述入口直段与喷嘴上游盘面做倒角处理，以减小气流进入弯孔预旋喷嘴时的损失。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201720724209.1U CN206972310U (zh) | 2017-06-21 | 2017-06-21 | 一种用于冷气预旋结构的弯孔预旋喷嘴 |
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
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2017
- 2017-06-21 CN CN201720724209.1U patent/CN206972310U/zh active Active
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