一种涡轮叶片冷却的新方法的设想

《一种涡轮叶片冷却的新方法的设想》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、一种涡轮叶片冷却的新方法的设想涡轮在高空工作，自身被上千度的高温气体包围；而飞行时外面的大气环境却是零下４、５０度的低温。冰火两重天的差别往往因为必要的金属外壳和喷管封严而无法加以调和。如果能把两者联通起来，把涡轮表面的热量以某种形式传递到外面的清凉世界，那么涡轮温度过高的问题便解决了。关于冷却，大家通常考虑到的是利用空气这种热传递的媒介质，比如普遍的叶片内气体对流方法。但是空气的热容（比热）很小，涡轮叶片内的冷却空气流量也小，所以这种方法效果很有限。其实还有一种媒介质，就是电。用电流来传递能量的效率是所有形式中最高的。如果能借助里面热的金属涡轮叶片和外面冷的飞行器金属蒙皮间的温差，使

2、用热电偶原理将热能转变为电能输送出去，不但可以有效降低叶片表面的温度，取消原来复杂的冷却气体的管路，还能为飞行器提供额外的电力（当然必须消耗掉冷却才有效），一举多得。最重要的是冷却效率可能会高得多。叶片本身就可以由一种热端金属制成或者在普通金属叶片内部填塞热端半导体材料。而此热电偶的连接也不要求和高速旋转的涡轮轴刚性接触，可以用电刷代替。（更多说明在22楼）简而言之，就是通过热电转换，用电的流动代替冷却空气的流动，将能量从涡轮叶片上带出来，从而实现更高效率的冷却。典型的冷却方式有：对流冷却这是最简单的冷却方式。最大冷却效果可达250℃以上。冲击冷却又称为喷射冷却，是对流冷却的一个分支(

3、见图14)。冲击冷却比一般对流冷却效果高出好几倍。冲击冷却大多用来冷却受热最严重而冷却条件又差的领域。气膜冷却这是一种在被冷却的涡轮叶片表面上排气的冷却系统，当T大于1500～l600K时，涡轮叶片均采用气膜冷却(见图15)。该冷却技术的效果可达650℃以上，是现代涡轮高温部件的主要冷却方法。气膜-对流冷却气膜冷却单独使用时并不是一种非常有效的冷却方案。但是当它与对流冷却一起使用时，则可得到一种非常有效的冷却方法(见图16)，不但能提高冷却效果，还能减少冷却空气量，这种复合冷却方法广泛用于高温涡轮的导向片和工作叶片上的某些温度最高的部位，特别是叶片前缘、叶盆表面及叶栅通道的端面。对流-

4、冲击-气膜相结合的复合冷却技术　　对流、冲击、气膜三种冷却方式相结合称为复合冷却，近年来，一些较为先进的航空发动机为了提高涡轮进口温度，广泛采用了这个冷却技术。先进的涡轮冷却技术及发展多孔层板发散冷却多孔层板发散冷却具有对流、冲击及气膜冷却的效果。用多孔层板发散技术制造的涡轮叶片由两片组成，夹层内部的冷却空气必须通过相当密集的锭状迷宫通道，而后才能从表面的排列孔冲出来，这一冷却过程使空气在金属叶片周围形成气膜，将叶片与高温燃气隔开，采用这种发散技术的叶片可承受高达2200-2477K的燃气温度，冷却气流可减少40％。发散冷却发散冷却又称发汗冷却，是涡轮冷却技术的一种新发展。发散冷却涡轮

5、叶片结构(见图18)，它是由高温合金多孔层板构造而成的空心叶片，高压冷却空气流团叶片内腔通过壁面的密集的细孔渗出并流到叶片外表面。在高温燃气与叶片表面之间形成一层完整连续的空穴隔热层，它既能使叶片表面与燃气完全隔开，又能吸收叶片表面部分热量，采用这种冷却方法，可使叶片材料温度接近于冷却空气温度，发散冷却效果可达800℃以上，可望用在未来新一代高性能发动机上。