關(guān)于渦輪葉片冷卻技術(shù) ◆

提高渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟?，將會增大循環(huán)比功，提高燃?xì)廨啓C效率，改善燃?xì)廨啓C性能。對航機來說， 提高燃?xì)膺M(jìn)口溫度，將會增大發(fā)動機推力，提高發(fā)動機的推重比，改善發(fā)動機的性能。由于渦輪進(jìn)口溫度的重要性，這一指標(biāo)常被作為發(fā)動機發(fā)展的一個重要標(biāo)志。然而，渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟仁艿綔u輪材料耐熱性的限制。

12:25

- 12月18日-

想要使渦輪在更高的進(jìn)口燃?xì)鉁囟认抡９ぷ鞑⑦_(dá)到要求的使用壽命，我們可以從三個方面入手：

提高金屬材料的耐熱性能，使渦輪能夠承受的極限溫度上升

對渦輪進(jìn)行冷卻，使渦輪的溫度保持在材料的承受限度內(nèi)

使用熱障涂層，對渦輪熱端部件進(jìn)行熱防護

隨著燃?xì)廨啓C性能的不斷提高，渦輪進(jìn)口溫度日益增加，然而，高溫合金耐熱合金的發(fā)展速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟鹊脑鲩L速度

◆ 具體地說 ◆

渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟群徒饘倌蜔釡囟戎g的差值越來越大，意味著我們需要冷卻的溫度越來越大。

航機中冷卻渦輪的方法是從壓氣機中抽出一部分空氣對渦輪進(jìn)行冷卻，增大用來冷卻的空氣的量可以一定程度的提高冷卻效果，但是，若冷卻效果的改善僅是靠增大冷卻空氣量來實現(xiàn)時，還要考慮到冷卻空氣量增大對效率下降的影響。到達(dá)一定程度后，就可能出現(xiàn)燃?xì)獬鯗卦谔岣?，效率反而下降的情況。

如上圖，從壓氣機中抽出去用來冷卻的空氣量增大，意味著進(jìn)入燃燒室的空氣量減少，而燃燒室中燃料空氣比一般為一定值。因此，進(jìn)入燃燒室的空氣流量減少，意味渦輪機中工質(zhì)流量減少，也就意味著，渦輪機總的出功減少，導(dǎo)致循環(huán)的比功和效率下降。

因此，我們需要不斷改善冷卻技術(shù)，使在提高冷卻效果的同時，冷卻空氣量增加較少或很少，使燃機的效率提高。

具體的變化趨勢

◆ 渦輪葉片冷卻技術(shù)的基本原理 ◆

冷氣從葉片下部進(jìn)入葉片內(nèi)部，通過帶肋壁的內(nèi)流冷卻通道，對葉片的內(nèi)表面實施有效的冷卻，一部分冷氣通過沖擊孔，以沖擊冷卻的形式對葉片前緣內(nèi)表面進(jìn)行冷卻，一部分通過氣膜孔流出，在渦輪葉片表面形成一層冷氣薄層，對葉片外表面進(jìn)行有效的保護，剩下的一部分經(jīng)過葉片尾部的擾流柱，被擾動強化換熱以后從尾緣排出。

渦輪葉片的冷卻方式主要包括內(nèi)流冷卻和氣膜冷卻兩種。內(nèi)流冷卻中包含射流沖擊冷卻

擾流柱強化換熱 肋壁強化換熱技術(shù)，多程彎折通道，層板冷卻，氣膜冷卻的基本原理是在壁面附近沿一定方向向燃?xì)鈬娙肜錃?，冷氣在燃?xì)獾膲毫湍Σ亮ο孪蛳掠螐澢掣皆诒诿娓浇?，形成溫度較低的氣膜，從而對葉片進(jìn)行保護。內(nèi)流冷卻和氣膜冷卻相互作用，相互影響。

冷卻技術(shù)帶來的利益主要體現(xiàn)在一下四個個方面：

1.因提高渦輪進(jìn)口溫度而提高了循環(huán)比功

2.因允許使用更簡單的材料而降低了成本

3.因減少了冷氣消耗量而提高了效率

4.因延長部件壽命而延長了發(fā)動機的使用期限

◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆

結(jié)論

1.隨著燃?xì)廨啓C性能的不斷提高，渦輪進(jìn)口溫度日益增加，然而，高溫合金耐熱合金的發(fā)展速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟鹊脑鲩L速度。除了發(fā)展新材料和新結(jié)構(gòu)之外，在不改變目前可用金屬材料的情況下，要保證燃?xì)鉁u輪可靠工作并達(dá)到要求的使用壽命，需要采用冷卻技術(shù)。

2.渦輪葉片的冷卻主要通過內(nèi)流冷卻和外部的氣膜冷卻的共同作用。內(nèi)流冷卻可以從葉片內(nèi)部有效降低葉片溫度，氣膜冷卻可以有效降低葉片的外表溫度。內(nèi)流流動與外部氣膜冷卻相互影響。

3.在以后我們可以通過改進(jìn)葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置，研究葉片外部孔型結(jié)構(gòu)從而對內(nèi)流冷卻，外流冷卻技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。也可以從內(nèi)流流動和外部氣膜之間的影響情況，影響程度實現(xiàn)整體優(yōu)化。

4.除了冷卻外，還可以從熱防護的角度入手保證燃?xì)鉁u輪在更高的進(jìn)口燃?xì)鉁囟认抡９ぷ?，達(dá)到要求的使用壽命。