一种用于冷气预旋的双排喷嘴结构.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CN108180076A(43)申请公布日2018.06.19(21)申请号201810030508.4(22)申请日2018.01.12(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人王锁芳胡伟学毛莎莎夏子龙(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)32249代理人张婷婷(51)Int.Cl.F02C7/18(2006.01)F01D25/12(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种用于冷气预旋的双排喷嘴结构(57)摘要本发明公开了一种用于冷气预旋的双排喷嘴结构，喷嘴主要由两部分组成，即高半径位置一圈喷嘴和低半径位置一圈喷嘴。气流从进气腔进入高低两排喷嘴，并以一定角度进入转静腔。本发明广泛应用于航空发动机和地面燃气轮机高温部件冷却系统中，其有益效果在于：本发明提出的用于预旋系统的双排预旋喷嘴，和普通单排预旋喷嘴相比，能增加喷嘴进气的总面积，减小喷嘴内气流的落后角，提高喷嘴的流量系数，预旋喷嘴在获得较大的无量纲温降的同时，能改善转盘低半径处的换热，从而降低转盘的温度梯度，可实现冷却系统流量可调性。CN108180076ACN108180076A权利要求书1/1页1.一种用于冷气预旋的双排喷嘴结构，其特征在于：包括两排喷嘴，分别为位于高半径位置的高半径喷嘴(1)和位于低半径位置的低半径喷嘴(2)，每排喷嘴各自沿周向均匀布置，气流从进气腔分别通过高、低半径位置的两排喷嘴流入转静盘腔。2.根据权利要求1所述的用于冷气预旋的双排喷嘴结构，其特征在于：相邻两个高半径喷嘴(1)和低半径喷嘴(2)之间的周向夹角β3为0°～180°。3.根据权利要求1所述的用于冷气预旋的双排喷嘴结构，其特征在于：所述两排喷嘴与下游盘面的夹角θ即预旋角相同，θ为10°～90°。4.根据权利要求1所述的用于冷气预旋的双排喷嘴结构，其特征在于：所述高半径喷嘴(1)和低半径喷嘴(2)的出口分别位于转静盘腔的上下两半部分。5.根据权利要求1所述的用于冷气预旋的双排喷嘴结构，其特征在于：该双排喷嘴的结构为包括圆孔型、叶栅型、渐缩型和气动孔型在内的所有类型的喷嘴结构。6.根据权利要求1所述的用于冷气预旋的双排喷嘴结构，其特征在于：所述喷嘴与上游、下游盘面做倒角处理。7.根据权利要求1所述的用于冷气预旋的双排喷嘴结构，其特征在于：每两个高半径喷嘴之间夹角β1，每两个低半径喷嘴之间夹角β2，β1与β2的范围为0°～180°。8.根据权利要求1所述的用于冷气预旋的双排喷嘴结构，其特征在于：高半径喷嘴的旋转半径r1，低半径喷嘴的旋转半径r2，r1＞r2。9.根据权利要求1所述的用于冷气预旋的双排喷嘴结构，其特征在于：双排喷嘴模型中，高半径喷嘴径向位置r1＝135mm，低半径喷嘴径向位置r2＝110mm，每排36个喷嘴；预旋角θ为30°。2CN108180076A说明书1/3页一种用于冷气预旋的双排喷嘴结构技术领域[0001]本发明涉及旋转涡轮机械(航空发动机和地面燃气轮机等)空气系统中的预旋冷却技术领域，涉及一种用于冷气预旋的双排喷嘴结构。背景技术[0002]近年来，航空发动机循环参数的不断提高，尤其是涡轮前燃气温度的增大，使得发动机涡轮盘、涡轮叶片等热端部件的热负荷急剧增大，其寿命和安全工作的可靠性受到严重制约。预旋喷嘴是预旋系统的重要组成元件，其作用是提供冷却气体，为发动机涡轮盘和涡轮叶片进行冷却，并为盘缘封严等部位提供封严气体，从而延长叶片的使用寿命及可靠性。[0003]高压气体从压气机引出后，经过预旋喷嘴膨胀加速，产生与涡轮盘旋转方向相同的周向分速度，降低气流与转盘的相对速度，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。[0004]早期国内外研究人员设计的喷嘴主要是直圆孔喷嘴，但随着高压涡轮叶片冷却空气需求量的急剧增大，喷嘴的面积不断增大，喷嘴面积过大加剧了预旋气流速度方向落后于预旋角的情况。在此基础上，研究人员设计了一种气动孔型喷嘴，气动孔型喷嘴在喷嘴入口处气流偏转角度减小，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。为了获得更好的预旋降温效果，研究人员采用预旋喷嘴径向位置较高的设计方法，此方法可以得到较大的无量纲温降，但是当预旋喷嘴位于高位时，转静盘腔低半径位置的换热较差，在涡轮盘表面形成较大的温度梯度。发明内容[0005]为了克服现有喷嘴入口面积的制约，以及转盘低半径位置换热差的问题，本发明提出一种在转静盘腔的静盘低半径位置上增设一排预旋喷嘴。[0006]本发明所采用的技术方