发动机需要空气冷却的区域主要集中在燃烧室和涡轮。冷却空气用于控制压气机轴和盘的温度,既可以对其进行冷却,也可以为它们加热。这样就保证了温度的均匀分布,并通过控制热膨胀,保持最小的叶尖和封严间隙,改善了发动机效率。典型的冷却和封严空气流如图3-34 所示。
图3-34 内部空气流简图(书后附彩插)
1—低压压气机;2—高压压气机;3—外涵道;4—定位轴承;5—高压涡轮;6—低压涡轮轴承;7—低压涡轮;8—高压涡轮轴承;9—引气口;10—高压压气机前轴承;11—低压压气机后轴承;12—低压压气机前轴承;13—空气进口
3.8.1.1 涡轮冷却
发动机性能在很大程度上取决于涡轮进口温度的高低,它受涡轮叶片和导向叶片材料的限制。对这些部件进行连续不断的冷却,可以允许它们的环境工作温度超过材料的熔点而不影响叶片和导向叶片的完整性。由于涡轮叶片向涡轮盘的热传导,故要求对轮盘加以冷却,从而防止热疲劳及不可控的膨胀和收缩。
图3-35 所示为气冷式高压导向叶片和涡轮叶片。涡轮导向叶片和涡轮叶片的寿命不仅取决于它们的材料性能、结构形式,而且还与冷却方法有关。单通道内部(对流)冷却具有很大的实用效果,随后又发展了多通道的内部冷却涡轮叶片、带外部气膜的冷却冲击式导向叶片和涡轮叶片,如图3-36 所示,用于冷却涡轮盘的空气进入轮盘之间的空腔,并往外流过轮盘表面。气流由级间封严件控制,在完成冷却之后排入主燃气流(见图3-37)。
图3-35 导向叶片和涡轮叶片的冷却布置图(书后附彩插)
1—导向叶片;2—涡轮叶片;3—预旋喷嘴(www.xing528.com)
图3-36 高压涡轮叶片的发展(书后附彩插)
(a)单通道,内部冷却(20 世纪 60年代);(b)单通道,多路内部冷却及气膜冷却(20 世纪 70年代);(c)五通道,多路内部冷却(广泛使用气膜冷却)
图3-37 涡轮冷却和封严示意图(书后附彩插)
1—预旋喷嘴;2—导向叶片;3—涡轮叶片;4—高压冷却空气进入燃气流;5—级间筐齿式封严件;6,7,9—涡轮盘;8—级间蜂窝封严件;10—涡轮轴;11—浮动环封严件;12—液压封严件;13—刷式封严件
3.8.1.2 轴承腔冷却
在正常情况下,不需要用空气来冷却发动机的轴承腔,因为润滑系统对于冷却目的来说已经足够。在需要额外冷却的情况下(如燃烧室、涡轮处),一般采用双层壁的轴承座,让冷却空气通入其中间的空腔。
3.8.1.3 附件冷却
发动机的某些附件(如发电机)会产生大量的热,这些附件常常需要有自己的冷却通路。当用空气进行冷却时,气源可以是压气机或者是从发动机整流罩引气口处引入的外界空气。
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