專利名稱：以氨基甲酸銨熱解氣為渦輪葉片冷卻工質(zhì)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機渦輪葉片氣膜冷卻的方法，更具體地涉及一種以氨基甲酸銨熱解氣為航空發(fā)動機渦輪葉片氣膜冷卻工質(zhì)的方法。本發(fā)明還涉及一種用于實現(xiàn)上述方法的裝置。
背景技術(shù)：
航空動力是推動國民經(jīng)濟和國防建設(shè)發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)?；谔岣甙l(fā)動機性能的迫切需要，渦輪進口溫度不斷升高，目前已達到2200K左右，遠高于材料熔點溫度。為了保證渦輪葉片在高溫環(huán)境下安全可靠運行，必須對其進行有效冷卻?；纠鋮s技術(shù)主要有氣膜冷卻、沖擊冷卻、肋片擾流冷卻等。自20世紀(jì)60年代至今，冷卻技術(shù)使渦輪葉片冷卻溫降已從最初的60 100K提升到目前的400 600K。然而，現(xiàn)有以氣膜冷卻為主的空氣冷卻技術(shù)的提升空間逐漸變小，冷氣流量也不可能無限增長，所以渦輪葉片冷卻溫降很難繼續(xù)增加。因此研究冷卻新概念和新的高效冷卻方式，已成為發(fā)展高性能航空發(fā)動機和燃氣輪機的支撐技術(shù)之一。由于冷卻方法與冷卻設(shè)備結(jié)構(gòu)研究基本成熟，研究者把目光轉(zhuǎn)向冷卻工質(zhì)。近年來，國外出現(xiàn)了較多新型冷卻介質(zhì)的研究，主要有以下幾種(I)利用空氣與燃料混合冷卻研究，由于燃料燃燒后氧化物會堵塞氣膜孔，因此實際運用還有困難；(2)空氣與氫氣混合冷卻研究；⑶液態(tài)水冷卻研究；⑷氫氣冷卻研究，這是一種很有希望的冷卻介質(zhì)，因為氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)很大，目前俄羅斯已有燃用氫氣的飛機。在國內(nèi)，梁世強等人對冊13作為冷卻工質(zhì)的含化學(xué)熱沉氣膜冷卻方法進行研究。由于NH3遇熱發(fā)生分解反應(yīng)(見式I)，有化學(xué)熱沉(熱匯)存在，根據(jù)對流換熱的源強化概念流體對壁面加熱時，熱源使換熱強化，熱匯使換熱減弱。因而能更有效地阻止燃氣向葉片傳熱。另外，分解造成冷氣體積增加30 %，氣膜增厚，對高溫燃氣有一定的排斥作用，也有助于隔熱。中國專利申請?zhí)?00910079776. 6中采用碳酸氫銨(NH4HCO3)作為冷卻工質(zhì)NH3的來源。但存在有如下問題I)碳酸氫銨(NH4HCO3)分解時會產(chǎn)生水蒸氣，與氨氣混合后對金屬材料產(chǎn)生強烈的腐蝕。2)碳酸氫銨(NH4HCO3)氣化速度較慢，需至150°C方可全部氣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種航空發(fā)動機渦輪葉片氣膜冷卻方法，全部或部分取代空氣氣膜冷卻，在無法進一步增加冷卻空氣量而又必須要達到更高冷卻效率時，對葉片等熱負荷最聞的航空發(fā)動機部件進行冷卻。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的以氨基甲酸銨熱解氣為渦輪葉片冷卻工質(zhì)的方法，以固態(tài)工質(zhì)氨基甲酸銨為冷卻工質(zhì)來源，發(fā)動機尾氣余熱將固態(tài)工質(zhì)氨基甲酸銨加熱分解為冷卻工質(zhì)，該冷卻工質(zhì)在壓力驅(qū)動下通過連通回?zé)崆怀隹谂c渦輪葉片冷卻空氣入口的氣體通道進入空氣氣膜冷卻的供氣通道，對發(fā)動機渦輪葉片進行氣膜冷卻。所述的方法，其中，冷卻工質(zhì)為體積比2 :1的NH3和CO2混合氣。本發(fā)明提供的用于實現(xiàn)上述方法的裝置，包括一耐腐蝕材質(zhì)的密封腔體置于機艙內(nèi)，密封腔體上部為添加固態(tài)工質(zhì)的加料口，密封腔體的出口向下倒置，固態(tài)工質(zhì)通過固態(tài)物體輸送裝置進入環(huán)形回?zé)崆?。所述的裝置，其中，所述環(huán)形回?zé)崆皇前l(fā)動機的尾氣出口處的空腔，位于發(fā)動機外機匣內(nèi)部。與傳統(tǒng)的空氣冷卻相比，本發(fā)明有如下突出優(yōu)勢 I)提高冷卻效率首先，氣膜冷卻是在葉片表面形成保護性邊界層，對高溫燃氣有隔離和稀釋的作用，減少燃氣對葉片的沖刷和傳熱。含NH3混合氣氣膜由于遇熱發(fā)生分解反應(yīng)(見式1)，有化學(xué)熱沉存在，根據(jù)對流換熱的源強化概念，“流體對壁面加熱時，熱源使換熱強化，熱匯使換熱減弱”，因而能更有效地阻止燃氣向葉片傳熱。另外，分解造成冷氣體積增加30 %，氣膜增厚，對高溫燃氣有一定的排斥作用，也有助于隔熱。
權(quán)利要求
1.一種以氨基甲酸銨熱解氣為渦輪葉片冷卻工質(zhì)的方法，以固態(tài)工質(zhì)氨基甲酸銨為冷卻工質(zhì)來源，發(fā)動機尾氣余熱將固態(tài)工質(zhì)氨基甲酸銨加熱分解為冷卻工質(zhì)，該冷卻工質(zhì)在壓力驅(qū)動下通過連通回?zé)崆怀隹谂c渦輪葉片冷卻空氣入口的氣體通道進入空氣氣膜冷卻的供氣通道，對發(fā)動機渦輪葉片進行氣膜冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，冷卻工質(zhì)為體積比2 I的NH3和CO2混合氣。
3.一種用于實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，包括一耐腐蝕材質(zhì)的密封腔體置于機艙內(nèi)，密封腔體上部為添加固態(tài)工質(zhì)的加料口，密封腔體的出口向下倒置，固態(tài)工質(zhì)通過固態(tài)物體輸送裝置進入環(huán)形回?zé)崆弧?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述環(huán)形回?zé)崆皇前l(fā)動機的尾氣出口處的空腔， 位于發(fā)動機外機匣內(nèi)部。
全文摘要
一種以氨基甲酸銨熱解氣為渦輪葉片冷卻工質(zhì)的方法，以固態(tài)工質(zhì)氨基甲酸銨為冷卻工質(zhì)來源，發(fā)動機尾氣余熱將固態(tài)工質(zhì)氨基甲酸銨加熱分解為冷卻工質(zhì)，該冷卻工質(zhì)在壓力驅(qū)動下通過連通回?zé)崆怀隹谂c渦輪葉片冷卻空氣入口的氣體通道進入空氣氣膜冷卻的供氣通道，對發(fā)動機渦輪葉片進行氣膜冷卻。本發(fā)明全部或部分取代空氣氣膜冷卻，在無法進一步增加冷卻空氣量而又必須要達到更高冷卻效率時能對葉片等熱負荷最高的航空發(fā)動機部件進行冷卻。
文檔編號F01D5/18GK103016068SQ20121055728
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者梁世強, 成克用, 唐大偉 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所