[发明专利]一种可提高接收孔流量系数的发动机预旋系统

说明书

本发明提出了一种可提高接收孔流量系数的发动机预旋系统，包括预旋喷嘴盘、涡轮盖板盘和涡轮盘，预旋喷嘴盘上沿周向均布多个预旋喷嘴，涡轮盖板盘沿周向均布多个接收孔，预旋喷嘴盘与涡轮盖板盘之间形成预旋腔，涡轮盖板盘与涡轮盘之间形成盖板腔，针对预旋喷嘴出口气流带有周向速度的特点，根据预旋喷嘴出口处气流的绝对速度C、涡轮转子的转速U、预旋喷嘴轴线与周向之间的夹角β，计算预旋喷嘴出口气流流向盖板盘的攻角α，根据预旋喷嘴出口气流流向盖板盘的攻角α，设定接收孔的轴线与涡轮盖板盘法线之间的夹角，使得预旋喷嘴出口气流以零攻角流入接收孔，从而减小了气流通过涡轮盖板盘上接收孔处的流动阻力，以增大接收孔的流量系数。

技术领域

本发明涉及地面燃气轮机及航空发动机领域，涉及一种发动机预旋系统，具体的，涉及发动机预旋系统中涡轮盖板盘结构的改进，以增大预旋系统中接收孔的流量系数，提高冷却气体流量，提升冷却效果，减小轮盘的热负荷。

背景技术

航空发动机涡轮部位一般都具有预旋系统结构，预旋系统是发动机空气系统的重要组成部分，其功能是降低用于冷却涡轮转子叶片冷却空气的温度，提高叶片的降温效果，减少冷却气流的用量。预旋系统的基本原理是将进入叶片前的冷却气体沿转动方向产生一个周向速度，即所谓产生预旋，能够降低冷却气体相对转盘的相对总温，为涡轮部件提供更好的冷却效果。

就其结构而言，发动机预旋系统，如图1所示，主要由以下几部分构成：预旋喷嘴2、预旋腔3、盖板腔6和接收孔5，其中，预旋喷嘴2设置在预旋喷嘴盘1上，接收孔5设置在涡轮盖板盘4上，预旋喷嘴盘1与涡轮盖板盘4之间形成预旋腔3，涡轮盖板盘4与涡轮盘7之间形成盖板腔6。冷却气体通过预旋喷嘴盘1上的预旋喷嘴2，经过膨胀加速并获得一个周向速度，进入预旋腔3内；随后气体通过涡轮盖板盘4上的接收孔5进入盖板腔6，在盖板腔6内沿径向向外流动，经过叶片榫槽根部的供气孔为叶片提供冷却气体。可以看出，预旋系统的主要结构由孔(预旋喷嘴2、接收孔5)和盘腔(预旋腔3、盖板腔6)构成，这些元件的流动阻力的大小对预旋系统的性能具有重要的影响。各元件的流动阻力越小，在相同的条件下能够提供的冷却气体流量越高，冷却效果越好。因此减小预旋系统元件的流动阻力是很有必要的。

发明内容

针对上述技术需要，为减小发动机预旋系统中元件的流动阻力，继而提高相同条件下冷却气体流量，提升冷却效果，本发明提出了一种可以提高接收孔流量系数的发动机预旋系统。针对预旋喷嘴出口气流带有周向速度的特点，通过改变接收孔的轴线与盖板盘法线的夹角，使得预旋喷嘴出口气流以零攻角流入接收孔，从而减小了气流通过涡轮盖板盘上接收孔处的流动阻力，以增大接收孔的流量系数，增大冷却气体流量，提升冷却效果，减小轮盘热负荷，提高发动机预旋系统的工作性能。

为实现以上技术目标，本发明所采用的技术方案如下：

一种可提高接收孔流量系数的发动机预旋系统，包括预旋喷嘴盘、涡轮盖板盘和涡轮盘，所述预旋喷嘴盘上沿周向均布多个预旋喷嘴，所述涡轮盖板盘沿周向均布多个接收孔，所述预旋喷嘴盘与涡轮盖板盘之间形成预旋腔，所述涡轮盖板盘与涡轮盘之间形成盖板腔，其特征在于，

根据预旋喷嘴出口处气流的绝对速度C、涡轮转子的转速U、预旋喷嘴轴线与周向之间的夹角β，计算预旋喷嘴出口气流流向盖板盘的攻角α，

根据预旋喷嘴出口气流流向盖板盘的攻角α，设定所述接收孔的轴线与涡轮盖板盘法线之间的夹角，使得预旋喷嘴出口气流以零攻角流入所述接收孔。

优选地，所述预旋喷嘴出口气流流向盖板盘的攻角α，其计算式为：

优选地，所述接收孔的轴线与涡轮盖板盘法线之间的夹角设定为与所述预旋喷嘴出口气流流向盖板盘的攻角α相等，使得预旋喷嘴出口气流以零攻角流入所述接收孔，以提高所述涡轮盖板盘上接收孔的流量系数。

进一步地，为提高所述涡轮盖板盘上接收孔的强度，所述涡轮盖板盘上打孔部位具有局部加厚结构。