一种航空发动机高压涡轮转子引气预冷方法及系统与流程

本发明涉及航空发动机高压涡轮转子引气预冷，尤其涉及一种航空发动机高压涡轮转子引气预冷方法及系统。

背景技术：

1、航空发动机需要空气冷却的主要零部件包括涡轮叶片、涡轮盘和机匣等热端零件，此外还用于轴承腔的冷却和封严。图1为典型的涡轮冷却流路示意图，涡轮冷却采用高压压气机出口的高压空气；大部分区域采用射流强化冷却方式，即冷却空气垂直轮盘侧表面或以某个角度向表面做局部喷射吹风冷却；其它区域主要采取侧面径向吹风冷却。转子叶片供气流路与盘腔内的冷却流路重合或者通过导流盘形成专门的引气通道。轴承腔采用低压低温的空气进行冷却及封严。

2、目前也有部分发动机对涡轮冷气进行了预冷，如al31f发动机，图2为典型的外函使用的蛇形管换热器示意图，使用如图2所示的蛇形管换热器对涡轮导叶的冷气通过外函的低温气体进行了预冷。

3、随着航空发动机热力循环参数的提高，特别是压气机增压比达到25以后，压气机出口空气温度可达到550oc以上，如此高温的空气不利于涡轮零部件的冷却，冷气量的需求也增大，对涡轮部件的效率和发动机性能均带来不利影响。目前在大涵道比涡扇航空发动机上有对涡轮静子件冷气进行预冷的实例，但尚未见对涡轮转子供气进行预冷。

4、现有用于空气预冷的换热器多为通道较大的蛇形管换热器，但其紧凑度低(大约100m2/m3)，尚不属于紧凑式换热器，换热器功重比低(通常小于20kw/kg)。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种航空发动机高压涡轮转子引气预冷方法及系统，采用发动机燃油对冷气进行预冷，可以有效的降低冷气温度，更好地用于高压涡轮转子零部件的冷却与封严。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种航空发动机高压涡轮转子引气预冷方法，所述方法包括如下步骤：

4、将燃烧室p1二股气流经第一管路g1引入换热器进行降温，得到冷却空气；其中，所述换热器的冷却介质采用燃油，由燃油箱提供；

5、将冷却空气通过第二管路g2引入环形腔室p2，再引入高压涡轮转子用于冷却和封严燃气入侵。

6、在一种可能的实施方式中，所述方法还包括如下步骤：

7、将所述换热器的燃油一部分通过管路引入燃烧室进行燃烧；另一部分通过管路和外部的环境散热通道返回燃油箱进行半封闭式循环。

8、本发明还提供了一种航空发动机高压涡轮转子引气预冷系统，所述系统包括换热器、燃油箱和环形腔室；

9、所述换热器，用于将燃烧室p1二股气流经第一管路g1引入进行降温，得到冷却空气；其中，所述换热器的冷却介质采用燃油，由燃油箱提供；

10、所述环形腔室，用于将冷却空气通过第二管路g2引入，再引入高压涡轮转子进行冷却和封严燃气入侵。

11、在一种可能的实施方式中，所述换热器的燃油一部分用于通过管路引入燃烧室进行燃烧；另一部分用于通过管路和外部的环境散热通道返回燃油箱进行半封闭式循环。

12、在一种可能的实施方式中，所述换热器为毛细管换热器。

13、在一种可能的实施方式中，所述毛细管换热器的毛细管内径为0.5～1.0mm，外径为0.6～1.2mm。

14、本发明的技术效果和优点：

15、1)满足高增压比的发动机高压涡轮转子的冷却需求，可以降低冷气需求量；

16、2)采用燃油作为冷源，解决了涡轴、涡桨发动机无外函低温气体作为冷源的问题；

17、3)换热器预冷后的高压涡轮转子冷气温度可以降低50k左右，采用燃油半封闭式循环可以增大换热器的燃油量，达到更高的温降；

18、4)毛细管式微通道换热器换热功重比达到了40kw/kg以上，远高于常规换热器，大大降低了换热器重量。

19、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种航空发动机高压涡轮转子引气预冷方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种航空发动机高压涡轮转子引气预冷方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

3.一种航空发动机高压涡轮转子引气预冷系统，所述系统用于权利要求1-2所述的方法，其特征在于，所述系统包括换热器、燃油箱和环形腔室；

4.根据权利要求3所述的一种航空发动机高压涡轮转子引气预冷系统，其特征在于，所述换热器的燃油一部分用于通过管路引入燃烧室进行燃烧；另一部分用于通过管路和外部的环境散热通道返回燃油箱进行半封闭式循环。

5.根据权利要求3或4所述的一种航空发动机高压涡轮转子引气预冷系统，其特征在于，所述换热器为毛细管换热器。

6.根据权利要求5所述的一种航空发动机高压涡轮转子引气预冷系统，其特征在于，所述毛细管换热器的毛细管内径为0.5～1.0mm，外径为0.6～1.2mm。

技术总结
本发明公开了一种航空发动机高压涡轮转子引气预冷方法及系统，涉及航空发动机高压涡轮转子引气预冷技术领域，所述方法包括如下步骤：将燃烧室P1二股气流经第一管路G1引入换热器进行降温，得到冷却空气；其中，所述换热器的冷却介质采用燃油，由燃油箱提供；将冷却空气通过第二管路G2引入环形腔室P2，再引入高压涡轮转子用于冷却和封严燃气入侵。本发明满足高增压比的发动机高压涡轮转子的冷却需求，降低了冷气需求量；采用燃油作为冷源，解决了涡轴、涡桨发动机无外函低温气体作为冷源的问题；采用燃油半封闭式循环增大了换热器的燃油量，达到更高的温降；采用毛细管换热器的换热功重比达到了40kW/kg以上，大大降低了换热器重量。

技术研发人员：周志翔,张远森,郝旭生,叶大海,凌季,冯安
受保护的技术使用者：中国航发湖南动力机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13