具有液态金属主动冷却的航空发动机高压涡轮导叶.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108825311A(43)申请公布日2018.11.16(21)申请号201810611389.1(22)申请日2018.06.14(71)申请人中国航空发动机研究院地址101304北京市顺义区顺兴路21号(72)发明人苗辉朱江楠樊川(74)专利代理机构北京鼎承知识产权代理有限公司11551代理人孟奎韩德凯(51)Int.Cl.F01D9/04(2006.01)F01D25/12(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称具有液态金属主动冷却的航空发动机高压涡轮导叶(57)摘要一种具有液态金属主动冷却的航空发动机高压涡轮导叶，包括：导叶吸热部，内部设置有多个供液态金属流动的通道，多个通道连通；导叶中间部，内部设置有多个与通道相对应的通孔；以及导叶放热部，包括多个U型管道，多个U型管道与通孔、以及通道连接形成封闭的液态金属流动回路。CN108825311ACN108825311A权利要求书1/1页1.一种具有液态金属主动冷却的航空发动机高压涡轮导叶，其特征在于，包括：导叶吸热部，内部设置有供液态金属流动的多个通道，所述多个通道连通；导叶中间部，内部设置有与所述多个通道分别对应的多个通孔；以及导叶放热部，包括多个U型管道，所述多个U型管道分别与所述多个通孔和所述多个通道连接形成封闭的液态金属流动回路。2.根据权利要求1所述的高压涡轮导叶，其特征在于，所述导叶吸热部为内部设有所述多个通道的叶片结构，所述多个通道沿叶高方向并列设置，并且所述多个通道的底部连通。3.根据权利要求2所述的高压涡轮导叶，其特征在于，所述导叶中间部包括热电器和电磁泵，所述热电器根据热电器的热端和冷端的温差来产生电能，并且将所述电能提供给所述电磁泵，所述电磁泵驱动所述液态金属流动。4.根据权利要求3所述的高压涡轮导叶，其特征在于，所述热电器的热端位于与液态金属流入的导叶放热部一端对应的导叶中间部的一端处，所述热电器的冷端位于液态金属流出的导叶放热部的一端处。5.根据权利要求4所述的高压涡轮导叶，其特征在于，所述导叶中间部包括第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和第二腔体分别设置在所述导叶中间部的两端，所述第一腔体内放置所述热电器的热端，所述第二腔体内放置所述热电器和电磁泵。6.根据权利要求4或5所述的高压涡轮导叶，其特征在于，所述导叶放热部的液态金属流出的一端包括第三腔体，所述第三腔体内放置所述热电器的冷端。7.根据权利要求1所述的高压涡轮导叶，其特征在于，所述导叶吸热部、导叶中间部以及导叶放热部依次连接为一体式结构。8.根据权利要求1所述的高压涡轮导叶，其特征在于，所述多个U型管道外侧设置有翅片结构，和/或所述多个U型管道内设置有肋片结构。9.一种高压涡轮导向器，其特征在于，包括根据权利要求1-8任一项所述的高压涡轮导叶。10.根据权利要求9所述的高压涡轮导向器，其特征在于，所述导叶呈圆周布置在高压涡轮机匣上；所述导叶吸热部位于涡轮核心区，所述导叶中间部位于涡轮环腔，所述导叶放热部位于外涵道。2CN108825311A说明书1/4页具有液态金属主动冷却的航空发动机高压涡轮导叶技术领域[0001]本公开涉及一种具有液态金属主动冷却的航空发动机高压涡轮导叶及导向器。背景技术[0002]航空发动机高压涡轮部件在工作时承受极高的热负荷，如何对其进行有效冷却是制约航空发动机发展的重要因素之一。[0003]目前主流的叶片冷却技术是从压气机出口引气，利用空气形成气膜对高压导叶和高压动叶进行冷却，但是利用引气对叶片进行冷却会显著影响发动机的整体性能，如推力、推进效率等，并且随着涡轮冷却结构精细化设计的进步，空气冷却的技术趋近于极致，难以再有大幅度的提升，无法应对未来越来越高性能的发动机冷却需求，因此迫切需要开发新型的冷却技术。[0004]在对航空发动机或工业燃气轮机等工程机械热部件的高效冷却方面的研究，国内外常见的是采用热管技术来实现热量的输运，例如：CN2098556公开了一种涡轮转子冷却叶片，叶身中开有封闭的冷却腔，冷却腔的内壁上配置有厚度不等的吸液芯并注有适量的工质，从而在其内部形成旋转热管结构；US1999/5975841也公布了一种采用热管冷却燃气轮机静叶的结构。在航空发动机或工业燃气轮机上，热管虽然具无气动损失的特点，但其属于半被动冷却，工作流体凝结后回流通常依靠重力或毛细芯体的毛细力，不仅不易控制，还会增加大热流密度热冲击的瞬间热破坏风险。[0005]液态金属冷却是一种利用液态金属冷却剂比热容和热导率大、熔点低沸点高的特点对热部件进行冷却的技术，目前主要应用于核反应堆冷却、高性能计算机芯片散热等领域。[0006]US2014/8789377B1、US2016/935