一种涡轮叶片的高效冷却系统技术方案

本发明专利技术公开了一种涡轮叶片的高效冷却系统，属涡轮发动机制造领域。系统以冷水为冷却工质，包括喷水器、流量阀、高压水泵和水箱；喷水器有两个，固定在涡轮室内壁上，由圆环、喷嘴组成：圆环中间有空腔，通过高压水管穿过涡轮室壁与流量阀和高压水泵出口连接，高压水泵进口与水箱连接；圆环上均匀地安装了众多喷嘴，喷嘴喷射冷水至涡轮叶片上，对叶片进行冷却；冷水在高温下吸收大量热量后分解爆燃，产生更大的能量，增加了发动机的推力。增加了发动机的推力。增加了发动机的推力。

【技术实现步骤摘要】
一种涡轮叶片的高效冷却系统


[0001]本专利技术涉及自由能源及环保领域，具体涉及涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机和涡桨发动机，也包括燃气轮机的制造


技术介绍

[0002]氢弹需要原子弹爆炸产生的数百万度高温点燃，再释放出比原子弹更大的能量。
[0003]水分子由两个氢原子和一个氧原子构成，具有和氢弹相似的性质，本身就含有一种能量，它拥有许多不为人知的怪异性质。
[0004]在生活中，经常会碰到这样的事：在使用煤炉或煤气灶的时候，如果不小心，将水洒在煤炉上，这时火焰不但没有变小，反而猛地变成了一个火团向上蹿。
[0005]消防车灭火时，第一束水柱喷向大火，火势为之一滞，却又迅速反弹，燃烧得更加猛烈。
[0006]某型液体火箭的燃料和氧化剂均含有水分，飞行试验表明，氧化剂的水分可以达到4％，丝毫不影响飞行动力。
[0007]科学实验证明：向液体燃料油中喷水，使油雾化后燃烧，可使火焰更旺，而掺入的水量竟然可达三分之一。
[0008]汽车在下雨天行驶，司机会感觉动力比平时更加强劲。
[0009]布朗气体有一个只有华氏130
°
(水的沸点为华氏212
°
)的冷焰，可是同样的火焰却可以蒸发钨，这需要超过华氏10000
°
，而燃烧氢气将永远无法达到这个温度。
[0010]布朗气体可以大大减少放射性物质的辐射，而燃烧氢气则不能做到这一点。
[0011]在高科技实验室内分析布朗气体时，几乎找不到氢，反而存在带有多余电子的水气团(带电水气团)。
[0012]超声波在水中可产生空化气泡，大量的气泡爆裂会产生显著的气蚀作用，船用螺旋桨就因制造空化气泡而受损，桨叶表面布满大量微观弹坑。
[0013]上述表明，水可以在高温、电解、超声波和微波等条件下吸收能量，并释放出更多的能量，可用来解决当前涡轮发动机和燃气轮机存在的冷却问题。
[0014]涡轮风扇发动机的工作原理是，燃油在燃烧室燃烧产生的燃气冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，并带动同轴的压气机和风扇转动。旋转的风扇将大量空气吸入，并经过多级压气机的压缩送往燃烧室，压缩后的空气和燃油一起燃烧，产生高压高速气流，再次冲击涡轮叶片，加速涡轮的旋转。经过涡轮室的燃气进入加力燃烧室后从喷管排出，对发动机产生一个向前的反作用力，即推力。
[0015]燃气轮机和涡轮风扇发动机作为大型动力系统，其主要性能指标为系统循环热效率和输出功率，均随涡轮转子燃气进口温度的增加而增加。
[0016]根据计算，涡轮进口燃气温度RIT每提高55℃，在发动机尺寸不变的条件下，发动机推力约可提高10％。这也是为什么涡轮前温度成为衡量发动机好坏的一项重要指标。
[0017]但是，RIT远高于涡轮叶片金属材料的熔点，所以冷却必不可少。
[0018]在航空发动机领域，先后发展出了对流冷却、冲击式冷却、气膜冷却、发散冷却等方式，冷却的目的就是提高涡轮前温度以提高发动机性能，使得叶片内的温度场分布均匀，减小热应力。
[0019]近年来，随着大型燃气轮机性能的不断提高，为进一步减少有效气体的消耗，提出了汽雾两相流冷却方案，即涡轮叶片由空气冷却逐渐转向空气和蒸汽双工质冷却，现已日益成为研究的热点。大量研究表明，汽雾冷却具有冷却快、冷效高、流阻小和结构简单等优点，将在下一代高性能燃气轮机的涡轮叶片冷却中发挥重要作用。
[0020]上述涡轮发动机和燃气轮机的叶片和轮盘处于分立状态，存在以下缺点：
[0021]1、由于涡轮长期工作在高温状态，对涡轮叶片的材料要求极高，需要添加稀有金属铼，才能达到要求，使得材料成本高昂。
[0022]2、各种冷却方式改善了涡轮叶片的工作环境，但同时也使得涡轮叶片结构复杂，内部中空，表面还有许多气孔，加工工艺变得非常复杂。
[0023]3、叶片和轮盘分别独立加工制造，靠榫卯联接或者焊接，强度低，易脱落。
[0024]4、冷却工质为空气，太少会导致叶片温度较高，从而降低热部件工作可靠性，缩短热部件寿命，但冷却工质太多又会降低发动机性能。
[0025]5、燃气轮机采用汽雾两相流冷却方案，用高温水蒸汽冷却涡轮叶片，效果虽然不错，却要消耗蒸汽的能量，效率依然不高，在涡轮发动机中无法利用。

技术实现思路

[0026]针对现有涡轮制造技术存在的上述问题，本专利技术提供一种涡轮叶片的高效冷却系统。
[0027]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0028]一种涡轮叶片的高效冷却系统，系统以冷水为冷却工质，包括喷水器、流量阀、高压水泵和水箱；喷水器有两个，固定在涡轮室内壁上，由圆环、喷嘴组成；圆环中间有空腔，通过高压水管与流量阀和高压水泵出口连接，高压水泵进口与水箱连接；圆环上均匀地安装了众多喷嘴，喷嘴喷射冷水至涡轮叶片上，对叶片进行冷却；冷水在高温下吸收大量热量后分解爆燃，产生更大的能量，增加了发动机的推力。
[0029]所述冷却系统的工质为1-40℃的冷水，以区别于燃气轮机采用的高温水蒸汽，水的比热容约为空气的三倍，其冷却效果必然优于冷气和水蒸汽；利用水自身的吸热、储能和释能的特性，解决了冷却效果和发动机性能之间的矛盾。
[0030]假设发动机在地面上从静止开始启动，其质量为M，燃油加空气的流量为Φ1，在Δt的时间以速度υ排出的燃气质量为Δm，发动机获得的速度为V，冷却水的流量为Φ2；根据动量守恒定律，气体排出前后的总动量相等，则有MV-Δm υ＝0；设发动机的推力为F，根据冲力公式，FΔt＝MV＝Δm υ，F＝Δm υ/Δt，Δm/Δt＝Φ1+Φ2，F＝υ(Φ1+Φ2)。如果没有冷却水的流量Φ2，则发动机的推力为F＝υΦ1，显然，加入冷却水后，发动机的推力增加了。
[0031]所述喷水器有两个，固定在涡轮室内壁上，由圆环、喷嘴组成。
[0032]如上所述的圆环有两个，均固定在涡轮室内壁上，一个位于涡轮的前方，称为第一环，另一个正对着涡轮叶片，称为第二环；圆环的空腔内储存着高压状态的冷水，并与安装在喷水器上面的喷嘴相通。
[0033]如上所述的喷嘴安装在圆环的内侧，第一环的喷嘴方向倾斜向后，指向涡轮叶片部位，以利用冷水的高压动能冲击涡轮，既能对涡轮叶片进行强有力的冷却，又能增加涡轮的功率；第二环的喷嘴方向指向圆心，向心喷射雾状的水流，全面覆盖涡轮叶片。
[0034]所述的流量阀位于燃烧室外，通过数根高压水管穿过涡轮室内壁与喷水器的空腔密封连接，以测量、调节、控制进入喷水器的冷水流量，既能充分地对涡轮叶片和轮盘冷却，又能保证冷水吸收热量后延迟爆燃。
[0035]所述的高压水泵位于涡轮室外，水泵的出口通过高压水管与流量控制阀密封连接，水泵进口与水箱连接，其目的是对冷水增压，提高喷嘴的喷射速度，使冷水能充分地覆盖整个涡轮叶片的表面，进行有效的冷却。
[0036]所述的水箱位于涡轮室外，通过水管与高压水泵的进水口连接；水箱内贮存足够的纯净本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡轮叶片的高效冷却系统，系统以冷水为冷却工质，由喷水器、流量阀、高压水泵和水箱组成；喷水器由圆环、喷嘴组成，圆环中间有空腔，通过高压水管与流量阀和高压水泵出口连接，高压水泵进口与水箱连接；圆环上均匀地安装了众多喷嘴，喷嘴喷射冷水至涡轮叶片上，对叶片进行冷却；冷水在高温下吸收大量热量后分解爆燃，产生更大的能量，增加了发动机的推力。2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片的高效冷却系统，其特征在于所述的冷却工质为1-40℃的冷水，采用外部冷却的方式对涡轮叶片进行高效的冷却，同时不会降低发动机的推力。3.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片的高效冷却系统，其特征在于所述的喷水器有两个，固定在涡轮室内壁上，由圆环、喷嘴组成。4.根据权利要求1或权利要求3所述的一种涡轮叶片的高效冷却系统，其特征在于所述圆环有两个，安装在涡轮室内壁上，一个位于涡轮的前方，称为第一环，另一个正对着涡轮叶片，称为第二环...

【专利技术属性】
技术研发人员：周彦辉，
申请(专利权)人：周彦辉，
类型：发明
国别省市：