[发明专利]一种低位进气叶型式预旋喷嘴结构

说明书

本发明公开了一种低位进气叶型式预旋喷嘴结构，包括外环、内环、导流片和篦齿盘，外环与内环之间形成一个与外部连通的环腔，环腔包括进气口、环腔本体和出气口，内环上设置有若干的径向分布的安装孔，安装孔位于环腔的出气口处，导流片数量与安装孔一致，导流片的底部一一对应的设置在安装孔内，导流片的顶部与外环内壁面过盈装配，篦齿盘包括盘体、内篦齿、外篦齿，内篦齿、外篦齿均为环形结构，内篦齿、外篦齿同轴设置在盘体上，内篦齿、外篦齿之间周向上设置有若干轴向通孔，环腔的出气口与轴向通孔位置相对，本发明的低位进气叶型式预旋喷嘴结构能使冷气流量减少30％，冷气进口温度降低30K，满足现有高压涡轮转子叶片全状态的温度需求。

技术领域

本发明属于航空发动机空气系统设计技术领域，涉及一种低位进气叶型式预旋喷嘴结构。

背景技术

涡轮转子叶片是涡轮中的核心零件，工作环境非常苛刻，长期工作温度为1000℃以上、转速为10000r/min以上，承受着巨大的离心力、热应力和气动弯矩载荷，受到高温燃气的冲刷和腐蚀。而且随着发动机推力的提高，相应的涡轮前总温也在提高，这对涡轮转子叶片强度、寿命提出了更高的要求。要解决上述问题，除了提高涡轮叶片材料的热强度之外，对涡轮叶片进行冷却设计也是当下的发展路径。由于涡轮叶片的冷却气流来自风扇或压气机，引气流量过大，会导致发动机性能下降，引气量过小，也不满足涡轮叶片冷却需求。这对进入涡轮叶片的冷却气流就有一定的流量和温度需求。

航空发动机空气系统是指：发动机主燃气通道中的气流之外的气流系统。其主要功能之一是将引自压气机的冷气通过空气系统元件流向具有一定流量和温度要求的高温部件(涡轮)。其中空气系统元件指具有一定流阻和换热特性的零件或装置。预旋喷嘴作为空气系统的关键元件之一，基本原理是将进入转子叶片前的冷却气流沿涡轮盘转动方向产生周向速度，使冷气与转子叶片之间的相对总温下降，进而实现降低叶片冷气进口温度、减少冷气用量的功能。以达到提高叶片的降温效果和减少压气机引气量的目的。

发明内容

本发明的目的是针对现有航空燃气涡轮风扇发动机对高压涡轮转子叶片的冷却要求，采用低位布置的叶型式预旋喷嘴结构，以解决高压涡轮转子叶片冷却设计对进口冷气的流量和温度需求问题。

本发明的技术方案：

一种低位进气叶型式预旋喷嘴结构，包括外环、内环、导流片和篦齿盘，所述的外环与内环之间形成一个与外部连通的环腔，所述的环腔包括进气口、环腔本体和出气口，所述的内环上设置有若干的径向分布的安装孔，所述的安装孔位于环腔的出气口处，所述的导流片数量与所述的安装孔一致，所述导流片的底部一一对应的设置在安装孔内，所述导流片的顶部与外环内壁面过盈装配，所述的篦齿盘包括盘体、内篦齿、外篦齿，所述的内篦齿、外篦齿均为环形结构，所述的内篦齿、外篦齿同轴设置在盘体上，内篦齿、外篦齿之间周向上设置有若干轴向通孔，所述的环腔的出气口与轴向通孔位置相对。

进一步的，所述的导流片包括叶盆、叶背、前缘和尾缘，所述的叶盆及叶背的轮廓度均为0.15，所述的前缘为半径0.45-0.5mm的圆弧，所述的尾缘为半径0.17-0.19mm的圆弧。

进一步的，所述的导流片弦长为16-17mm。

进一步的，所述的导流片及安装孔的数量均为65个。

进一步的，所述的导流片的叶型安装角为22°17′-22°57′。

进一步的，相邻导流片之间的最小距离为2.3-2.34mm。

进一步的，所述的内环与外环通过螺栓连接。

进一步的，所述的内篦齿包括4道并列的篦齿，其中靠近盘体的2道篦齿的半径大于远离盘体的2道篦齿。

进一步的，所述的外篦齿包括4道并列的篦齿，其中靠近盘体的2道篦齿的半径大于远离盘体的2道篦齿。