本发明专利技术公开了一种防止燃油超温结焦的油冷涡轮叶片，包括涡轮静子叶片，所述涡轮静子叶片内设有燃油冷却通道，燃油冷却通道呈蛇形分布，且蛇形沿叶高方向延伸，所述燃油冷却通道与涡轮静子叶片内壁之间由填充胶充盈，填充胶为导热系数低、耐高温的有机胶。本发明专利技术在涡轮静子叶片中设置蛇形分布的燃油冷却通道，并在燃油冷却通道与叶片之间填充导热系数低、耐高温的填充胶，在利用燃油为叶片降温、燃油升温的同时，可有效防止燃油结焦生碳，堵塞通道，并且在叶片尾缘设置热疏导块，有效解决油冷涡轮静子叶片尾缘超温问题，有效提升发动机效率，延长使用寿命。延长使用寿命。延长使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种防止燃油超温结焦的油冷涡轮叶片
[0001]本专利技术属于航空燃气涡轮发动机涡轮叶片
，具体地说，涉及一种防止燃油超温结焦的油冷涡轮叶片。
技术介绍
[0002]随着航空发动机的性能不断提升，涡轮前温度也升到了一个非常高的水平，因此涡轮受到了巨大的高温考验。涡轮叶片通常采用气膜冷却、冲击冷却等冷却方法，但这些冷却方法需要从压气机部位引出高压冷却气体，随着压气机的增压比不断提升，高压冷却气体的温度也在升高，因此其热沉下降，冷却效果变差，若要满足涡轮叶片的冷却需求，则要求更大流量的冷却气流，这样将造成巨大的高压气体浪费。例如，针对涡轮前温度1900K的工况，采用先进的气膜冷却技术，至少需要从压气机抽取约15％的空气用于涡轮冷却。
[0003]为解决以上问题，采用航空燃油作为冷却介质对涡轮叶片进行降温是一种值得尝试的解决方案。飞行器自身携带的燃油是一种十分理想的冷却介质，航空燃油的焓值可分为两部分：一部分是物理吸热量，即显焓；另一部分是化学反应引起的化学吸热量，即化学热沉。
[0004]采用航空燃油作为冷却介质有着以下优势：吸热能力强，不仅能够通过物理热沉吸收热量，还能通过裂解反应，实现化学热沉吸热；燃油可以将叶片上的热量带回燃烧室，用于燃烧，防止了该部分能量被浪费，提高能源利用率；燃油在超临界压力下吸热升温至超临界态，超临界态下的燃油兼具气态的传质特性和液态的传热特性在喷入燃烧室后没有气化和雾化过程，增强了与空气的掺混，有利于燃烧；以燃油冷却涡轮叶片，可以减少甚至杜绝高压冷气的使用，防止了高压冷却的浪费。
[0005]但是，燃油在受热升温后会发生结焦反应，以航空燃油作为冷却介质时，在冷却通道中，燃料受热后温度上升，会发生结焦反应。当燃油温度达到423K时，燃料与溶解氧发生热氧化结焦反应；当燃油温度超过723K时，开始发生裂解结焦反应。结焦产物对发动机有着许多不利的影响：如结焦产物会在壁面上形成一层致密碳层，导致冷却通道壁面热阻增加，影响燃油换热性能；结焦产物脱落后还会造成冷却通道阻塞，造成冷却失效，同时随燃油流至发动机燃烧室喷嘴部位，导致喷嘴堵塞，影响燃油雾化品质，使燃烧室燃烧不充分；结焦还会使金属管道发生渗碳，使发动机的机械强度下降，缩短发动机使用寿命。
[0006]因此，希望有一种技术方案用来将航空燃油用于涡轮叶片降温，解决燃油升温过高而氧化结焦的问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术要解决在油冷涡轮静子叶片中，高涡轮进口温度时，航空燃油升温后氧化结焦的问题，提供一种防止燃油超温结焦的油冷涡轮叶片，为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：
[0008]一种防止燃油超温结焦的油冷涡轮叶片，包括涡轮静子叶片，所述涡轮静子叶片
内设有燃油冷却通道，燃油冷却通道呈蛇形分布，且蛇形沿叶高方向延伸，所述燃油冷却通道与涡轮静子叶片内壁之间由填充胶充盈，填充胶为导热系数低、耐高温的有机胶。
[0009]航空燃油一般从燃油箱由燃油泵抽出，经过滤器后，送至燃烧室燃烧，本专利技术在燃油流经至燃烧室前，让航空燃油经过涡轮静子叶片。结合附图1示意，燃油涡轮由涡轮盘及涡轮静子叶片组成，输油管道依次连接燃油箱、燃油泵、过滤器、涡轮盘以及燃油冷却通道，其中燃油冷却通道采用薄壁铜管，横截面为圆形。见图2示意，弯折成蛇形结构，布置于涡轮静子叶片内部，燃油冷却通道的进口、出口位于涡轮盘与涡轮静子叶片的连接处，燃油流经燃油冷却通道后，从出口流出，汇入输油管道；燃油冷却通道不与涡轮静子叶片直接接触，采用填充胶将燃油冷却通道与涡轮静子叶片进行固定；所述填充胶采用导热系数低、耐高温的有机胶，填充于涡轮静子叶片与燃油冷却通道之间。
[0010]工作原理：燃油经燃油泵增压，为防止细小的冷却通道堵塞，需经过过滤器滤掉杂质，后顺着输油管道进入涡轮盘，再进入涡轮静子叶片内部的燃油冷却通道。燃油在冷却通道内吸收叶片热量，保证叶片的冷却需求，后流出冷却通道，汇入输油管道，最终流入燃烧室。其中，冷却通道与叶片内壁面间填充低导热性耐高温填充胶，以防燃油温升过大，从而造成结焦。热量先从高温燃气传递至涡轮静子叶片，再通过低导热性耐高温填充胶传递给燃油冷却通道内的燃油，最终由燃油带入燃烧室。
[0011]由于填充胶的导热系数低，增大了热量从叶片传递至燃油的热阻，降低了燃油冷却通道的热流密度，通过调整填充胶导热系数(更换材料)和冷却通道回转数，从而控制燃油整体吸热量，使得在满足涡轮叶片冷却需求下，燃油温升尽可能低，从而避免燃油氧化结焦。
[0012]进一步地，所述涡轮静子叶片设有镂空，镂空沿叶高方向，所述燃油冷却通道设有出口、进口，出口与进口均设置在涡轮静子叶片的前缘部，燃油冷却通道围绕镂空蜿蜒延伸。燃油冷却通道的回转数为12。结合附图3示意，涡轮静子叶片为空心结构，保证强度所需的壁厚，中心掏空，用于布置燃油冷却通道，冷却通道以蛇形或者连续U形布置于叶片内，在接近尾缘时，通道向前回转，燃油从前缘出口流出叶片，冷却通道不与叶片直接接触，其间为耐高温填充胶。
[0013]进一步地，所述涡轮静子叶片的尾缘处设有三角柱形空槽，三角柱形空槽内嵌装有匹配的尾缘热疏导块，所述尾缘热疏导块采用导热系数高、密度低的金属材料制成。叶片尾缘不设置燃油冷却通道，涡轮静子叶片尾缘处为三角柱形空槽，将高导热系数、低密度材料制成的热疏导块插入空槽，尾缘热疏导块形状为三角形柱体，在与涡轮静子叶片壁面进行焊接固定。叶片尾缘的热疏导块可以有效将热量进行传递，叶片尾缘的热量能够被均匀传递至叶片中前部，再由冷却通道中的燃油将热量带走。燃油吸热升温后，从叶片前缘的冷却通道出口流出，最终进入燃烧室用于燃烧，从而避免了尾缘局部高温的发生。
[0014]以飞行器自带的燃油为冷却介质，可以减小高压冷气的消耗，提高发动机效率；不采用空气为冷却介质，可以减少引气通道，简化叶片结构，从而减小发动机重量；燃油具有较高热沉，可以有效对叶片进行冷却，为进一步提高涡轮前温度争取空间；燃油在冷却通道内吸热升温，后进入燃烧室燃烧，可以充分利用热量，提高能源利用率；冷却通道与叶片内壁面间填充低导热性耐高温填充胶，有效解决燃油升温过高的问题，可以防止燃油结焦生碳，防止通道堵塞；叶片尾缘布置热疏导块，可以有效改善叶片温度分布不均匀现象，杜绝
局部超温。
[0015]采用上述技术方案后，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。
[0016]本专利技术在涡轮静子叶片中设置蛇形分布的燃油冷却通道，并在燃油冷却通道与叶片之间填充导热系数低、耐高温的填充胶，在利用燃油为叶片降温、燃油升温的同时，可有效防止燃油结焦生碳，堵塞通道，并且在叶片尾缘设置热疏导块，使叶片的温度分布更均匀，有效解决油冷涡轮静子叶片尾缘超温问题，有效提升发动机效率，延长使用寿命。
[0017]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
[0018]附图作为本申请的一部分，用来提供对本专利技术的进一步的理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种防止燃油超温结焦的油冷涡轮叶片，包括涡轮静子叶片(6)，其特征在于：所述涡轮静子叶片(6)内设有燃油冷却通道(7)，燃油冷却通道(7)呈蛇形分布，且蛇形沿叶高方向延伸，所述燃油冷却通道(7)与涡轮静子叶片(6)内壁之间由填充胶(8)充盈，填充胶(8)为导热系数低、耐高温的有机胶。2.根据权利要求1所述的一种防止燃油超温结焦的油冷涡轮叶片，其特征在于：所述燃油冷却通道(7)设有出口(72)、进口(71)，进口(71)位于叶片前缘，出口(72)位于叶片尾缘，回转数为7。3.根据权利要求1所述的一种防止燃油超温结焦的油冷涡轮叶片，其特征在于：所述涡轮静子叶片(6)设有镂空，镂空沿叶高方向，所述燃油冷却通道(7)设有出口(72)、进口(71)，出口(72)与进口(...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐国强，孙京川，闻洁，董苯思，全永凯，姚景帅，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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