核心机、燃气涡轮发动机以及将液氢作为其燃料的方法技术

本发明专利技术提供核心机、燃气涡轮发动机以及将液氢作为其燃料的方法。所述核心机，用于燃气涡轮发动机，包括低压压气机，高压压气机，低压涡轮，燃烧室，其特征在于，所述核心机还包括：第一换热器，位于所述低压压气机的上游侧，用于冷却所述低压压气机的进口空气；第二换热器，位于所述高压压气机的上游侧，用于冷却所述高压压气机的进口空气；第三换热器，位于所述低压涡轮的下游侧，用于冷却所述低压涡轮的出口尾气；其中，所述第一换热器、所述第二换热器、所述第三换热器、所述燃烧室依次流体地连接。接。接。

【技术实现步骤摘要】
核心机、燃气涡轮发动机以及将液氢作为其燃料的方法


[0001]本专利技术涉及燃气涡轮发动机领域，具体涉及核心机、燃气涡轮发动机以及将液氢作为其燃料的方法。

技术介绍

[0002]在众多燃料中，氢气被认为是最清洁的替代燃料之一，排放性能优秀，制备方式多样且日趋成熟，是实现零碳排放的理想航空燃料。氢燃料燃烧后仅产生水蒸汽，相比于传统的化石燃料，它能够实现真正二氧化碳的零排放。
[0003]目前，有两种用于飞机的氢推进模式：第一种是利用氢通过燃料电池产生电能，为电动机提供动力。第二种方式是在航空发动机机中的直接喷射氢气燃烧。然而，当前燃料电池最大的能量密度大概在0.75kW/kg，由于受到其技术水平的限制，使用氢燃料电池仅限于小型飞机。且氢燃料的储存也采用的是高压气瓶，体积占比高，单位乘客的运营成本高。未来如果要应用于支线飞机，其能量密度需达到1.7kW/kg，而要用于窄体、宽体客机，其能量密度需达到2.0kW/kg。从现阶段来看，燃料电池技术还很难突破。而采用氢作为燃料的发动机能够在中型和大型飞机上取代以航空煤油为燃料的发动机，飞行里程可达10000公里。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种核心机。
[0005]本专利技术的另一目的是提供一种燃气涡轮发动机。
[0006]本专利技术的又一目的是提供一种将液氢作为涡轮发动机燃料的方法。
[0007]根据本专利技术一方面的一种核心机，用于燃气涡轮发动机，包括低压压气机、高压压气机、低压涡轮、燃烧室，所述核心机还包括：第一换热器，位于所述低压压气机的上游侧，用于冷却所述低压压气机的进口空气；第二换热器，位于所述高压压气机的上游侧，用于冷却所述高压压气机的进口空气；第三换热器，位于所述低压涡轮的下游侧，用于冷却所述低压涡轮的出口尾气；其中，所述第一换热器、所述第二换热器、所述第三换热器、所述燃烧室依次流体地连接。
[0008]本申请的技术方案通过设置第一换热器、第二换热器对低压压气机、高压压气机的进口空气进行充分冷却，提高压气机对空气的压缩效率，增大进气密度、提高进气质量、流量，进而增大推力，提高核心机性能。通过设置第三换热器，利用低压涡轮的出口尾气的高热量对流经第三换热器的流体充分加热后，流体再进入燃烧室与空气反应燃烧，可有效降低单位燃料消耗率并使燃烧更加充分。通过同时设置第一换热器、第二换热器、第三换热器，实现将燃料作为冷却剂，一物二用，既实现了进气量的提高，又对燃料进行了预热，另外第一换热器、第二换热器、第三换热器采用轴向布置，既不对传统发动机总体结构进行改变，又可有效对来流空气进行冷却。
[0009]在所述的核心机的一个或多个实施例中，所述第一换热器通过第一管路连接所述第二换热器，所述第二换热器通过第二管路连接所述第三换热器,，所述第三换热器通过第
三管路连接所述燃烧室。
[0010]在所述的核心机的一个或多个实施例中，所述第一换热器包括：分配部，为环形结构，包括输入端；收集部，为环形结构，包括输出端；换热部，包括叶栅型毛细管回路，所述叶栅型毛细管回路由多个毛细管回路倾斜于径向沿周向均匀布置构成；其中，所述分配部与所述收集部通过所述换热部连接，多个所述毛细管回路的进口端与所述分配部连接，多个所述毛细管回路的出口端与所述收集部连接。
[0011]在所述的核心机的一个或多个实施例中，所述第一换热器还包括支撑部，所述支撑部包括多根支撑杆，多根所述支撑杆沿轴向连接所述分配部、所述收集部，所述毛细管回路的径向外侧固定连接于所述支撑杆。
[0012]在所述的核心机的一个或多个实施例中，所述毛细管回路的径向内侧也固定连接有所述支撑杆，所述支撑部还包括支撑环，所述支撑环位于径向内侧的多根所述支撑杆的轴向两侧，固定连接多根所述支撑杆。
[0013]在所述的核心机的一个或多个实施例中，所述输入端、所述输出端均为向径向外侧凸伸的法兰结构。
[0014]在所述的核心机的一个或多个实施例中，所述换热部还包括防霜结构，所述防霜结构包括多个位于所述毛细管回路表面的微纳米涂层的凸台型结构，多个所述凸台型结构等间距的布置。
[0015]在所述的核心机的一个或多个实施例中，所述换热部的表观接触角为 155
°
～165
°
。
[0016]在所述的核心机的一个或多个实施例中，所述毛细管回路由直径范围为0.75～1.25mm的毛细管构成，所述毛细管回路数量为40～60个。
[0017]根据本专利技术另一方面的一种燃气涡轮发动机，包括如上所述的核心机，以及液氢储罐，所述液氢储罐与所述第一换热器的输入端流体地连接。
[0018]在所述的燃气涡轮发动机的一个或多个实施例中，所述液氢储罐内的液氢为超临界状态。
[0019]在所述的燃气涡轮发动机的一个或多个实施例中，所述第一换热器的输出端输出的氢气温度为
‑
45℃～
‑
40℃；所述第二换热器的输出端输出的氢气温度为35℃～40℃；所述第三换热器的输出端输出的氢气温度与所述燃烧室的进口空气温度相同。
[0020]根据本专利技术又一方面的一种将液氢作为涡轮发动机燃料的方法，包括：液氢被输送至低压压气机的上游与空气进行热交换，形成第一气态氢以及第一空气；所述第一空气被低压压气机增压形成第二空气，所述第一气态氢被输送至低压压气机的下游与所述第二空气进行热交换，形成第二气态氢以及第三空气；所述第三空气被高压压气机增压形成第四空气；所述第二气态氢被输送至低压涡轮的下游与尾气热交换，形成第三气态氢，所述第三气态氢被输送至燃烧室，与所述第四空气进行燃烧反应。
[0021]在所述的将液氢作为涡轮发动机燃料的方法的一个或多个实施例中，所述第一气态氢的温度为
‑
45℃～
‑
40℃；所述第二气态氢的温度为35℃～40 ℃；所述第三气态氢的温度与第四空气的温度相同。
附图说明
[0022]本专利技术上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，需要注意的是，这些附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本专利技术实际要求的保护范围构成限制，其中：
[0023]图1为一实施例的燃气涡轮发动机的结构示意图；
[0024]图2为一实施例的第一换热器的正视视角的结构示意图；
[0025]图3为一实施例的第一换热器的侧视视角的结构示意图；
[0026]图4为一实施例的第一换热器的局部放大图。
[0027]附图标记：
[0028]1000
‑
燃气涡轮发动机；
[0029]100
‑
核心机；
[0030]200
‑
低压压气机，2001
‑
低压压气机的上游侧；
[0031]300
‑
高压压气机，3001
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核心机，用于燃气涡轮发动机，包括低压压气机、高压压气机、低压涡轮、燃烧室，其特征在于，所述核心机还包括：第一换热器，位于所述低压压气机的上游侧，用于冷却所述低压压气机的进口空气；第二换热器，位于所述高压压气机的上游侧，用于冷却所述高压压气机的进口空气；第三换热器，位于所述低压涡轮的下游侧，用于冷却所述低压涡轮的出口尾气；其中，所述第一换热器、所述第二换热器、所述第三换热器、所述燃烧室依次流体地连接。2.根据权利要求1所述的核心机，其特征在于，所述第一换热器通过第一管路连接所述第二换热器，所述第二换热器通过第二管路连接所述第三换热器，所述第三换热器通过第三管路连接所述燃烧室。3.根据权利要求1所述的核心机，其特征在于，所述第一换热器包括：分配部，为环形结构，包括输入端；收集部，为环形结构，包括输出端；换热部，包括叶栅型毛细管回路，所述叶栅型毛细管回路由多个毛细管回路倾斜于径向沿周向均匀布置构成；其中，所述分配部与所述收集部通过所述换热部连接，多个所述毛细管回路的进口端与所述分配部连接，多个所述毛细管回路的出口端与所述收集部连接。4.根据权利要求3所述的核心机，其特征在于，所述第一换热器还包括支撑部，所述支撑部包括多根支撑杆，多根所述支撑杆沿轴向连接所述分配部、所述收集部，所述毛细管回路的径向外侧固定连接于所述支撑杆。5.根据权利要求4所述的核心机，其特征在于，所述毛细管回路的径向内侧也固定连接有所述支撑杆，所述支撑部还包括支撑环，所述支撑环位于径向内侧的多根所述支撑杆的轴向两侧，固定连接多根所述支撑杆。6.根据权利要求3所述的核心机，其特征在于，所述输入端、所述输出端均为向径向外侧凸伸的法兰结构。7.根据权利要求3所述的核心机，其特征在于，所述换热部还包括防霜结构，所述防霜结构包括多个位于所述毛细管回路表面的微纳米涂层的凸台型结构以及凹型结构，多个所述凸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李松阳，黄佳卉，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：