專利名稱：用于航空發(fā)動機燃燒室的新型結(jié)構(gòu)火焰筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及航空發(fā)動機燃燒室，更為具體地說，是涉及一種用于航空發(fā)動機燃燒室的火焰筒。
背景技術(shù)：
現(xiàn)役使用的很多航空發(fā)動機燃燒室所采用的火焰筒仍是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的火焰筒，火焰筒的火焰很長，使得燃燒室的燃燒效率低，發(fā)動機耗油率高，燃燒室及渦輪部件的壽命短， 進而導(dǎo)致發(fā)動機一次翻修壽命短，維修工作量大，費用高。而對現(xiàn)役航空發(fā)動機燃燒室進行改進，則存在很多困難。這些困難是(1)對發(fā)動機燃燒室進行改進，按照現(xiàn)有技術(shù)的思路，為保證燃燒室各部分的協(xié)調(diào)性，包括火焰筒在內(nèi)的燃燒室各部件都必須重新設(shè)計調(diào)試。這樣設(shè)計和調(diào)試的優(yōu)點是可以全面應(yīng)用新技術(shù)，但整個設(shè)計調(diào)試周期很長，往往調(diào)試還沒有定型，該產(chǎn)品已經(jīng)停產(chǎn)了，無法產(chǎn)生經(jīng)濟效益。(2)由于發(fā)動機為批量生產(chǎn)，燃燒室是發(fā)動機的一部分，重新設(shè)計燃燒室，通常會引起機匣等相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸的改變，引起大量工裝報廢，這些部位的結(jié)構(gòu)及尺寸的改變，在定型投產(chǎn)前都要進行強度及可靠性方面的驗證，這項工作的時間很長，費用很高，也影響了定型投產(chǎn)。因此，由于采用新技術(shù)重新設(shè)計燃燒室受發(fā)動機結(jié)構(gòu)的限制，要想設(shè)計出性能先進的燃燒室是難以實現(xiàn)的。針對現(xiàn)有技術(shù)的航空發(fā)動機燃燒室性能改進存在的難題，如果人們能找到通過只改進燃燒室某個部件的結(jié)構(gòu)，就能使燃燒室的性能得到很大的提高，則是最理想的改進燃燒室性能的方法。本實用新型的發(fā)明人通過深入的理論分析和長期實踐，找到了這樣的結(jié)構(gòu)部件，通過改進其設(shè)計就能夠提高發(fā)動機燃燒室性能。航空發(fā)動機燃燒室火焰筒是航空發(fā)動機燃燒室的核心結(jié)構(gòu)部件，主要由火焰筒頭部和筒體構(gòu)成?，F(xiàn)役使用的航空發(fā)動機，其火焰筒頭部頭體主要由多個不同錐度的筒體嵌套聯(lián)接構(gòu)成，整體呈倒扣碗狀，錐筒沿周向均布有氣流通流孔，頭部中央設(shè)計有用于安裝燃油噴頭的接口?，F(xiàn)有技術(shù)的火焰筒頭部，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較簡單，但不足的地方是配備該頭部的火焰筒，由頭部頭體錐筒上的氣流通流孔進入火焰筒內(nèi)的空氣流不能與由燃油噴頭噴出的燃油充分混合，使得燃燒室的燃燒效率較低，一般僅為0. 965 0. 970，致使發(fā)動機耗油率高。另外一個不足的地方是火焰筒內(nèi)的火焰很長，致使燃燒室及渦輪部件在很高的溫度環(huán)境下工作，工作壽命大大縮短，進而導(dǎo)致發(fā)動機的翻修壽命縮短，增大了維修工作量。 燃燒室及渦輪部件的工作壽命短，也給飛機的飛行安全帶來很大的威脅。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的航空發(fā)動機燃燒室存在的問題，本實用新型的目的旨在提供一種新型結(jié)構(gòu)航空發(fā)動機燃燒室火焰筒，以解決現(xiàn)有技術(shù)的航空發(fā)動機燃燒室存在的燃燒效率低，燃燒室及渦輪部件的工作壽命短，發(fā)動機翻修壽命短等問題。[0008]針對本實用新型的目的，本實用新型提出的用于航空發(fā)動機燃燒室的新型結(jié)構(gòu)火焰筒，其結(jié)構(gòu)主要由頭部和筒體構(gòu)成，其中頭部的頭體由直筒段、與火焰筒筒體聯(lián)接的錐筒段、以及位于直筒段與錐筒段間的過渡錐筒段構(gòu)成，過渡錐筒設(shè)計有氣流通流孔，頭體內(nèi)設(shè)計有內(nèi)外兩個渦流器，構(gòu)成內(nèi)外渦流器的外渦殼均由直筒段、收縮段和擴張段構(gòu)成，其中內(nèi)渦流器外渦殼收縮段和擴張段構(gòu)成預(yù)混室，外渦流器外渦殼收縮段和擴張段構(gòu)成渦流室， 在外渦流器外渦殼外設(shè)計有與頭體過渡錐筒平行的渦流控制盤，渦流控制盤上設(shè)計有通流孔，內(nèi)渦流器外渦殼與外渦流器內(nèi)渦殼固定聯(lián)接，外渦流器外渦殼與頭體直筒固定聯(lián)接。本實用新型特別設(shè)計的渦流器控制盤，是用于控制此處大尺寸的渦流而增強小尺寸的渦流， 以增加火焰筒內(nèi)的燃燒速度并防止燒傷火焰筒。本實用新型提出的設(shè)有預(yù)混室的火焰筒頭部還可進一步采取以下技術(shù)措施使外渦流器外渦殼擴張段錐筒入口含接內(nèi)渦流器外渦殼擴張段錐筒的出口，以便進入內(nèi)渦流器經(jīng)預(yù)混室混流的氣流沿擴張段錐筒擴流后，得以繼續(xù)沿外渦流器擴張段錐筒擴流方向流動。構(gòu)成外渦流器的葉片方向與內(nèi)渦流器的葉片方向相反；外渦流器的葉片軸向尺寸最好大于內(nèi)渦流器的葉片軸向尺寸。為了使火焰筒頭部能夠盡量縮短，內(nèi)外渦流器都設(shè)計了數(shù)量較多的葉片，內(nèi)渦流器的葉片數(shù)量一般10-14個片，即在12片左右，外渦流器的葉片數(shù)量一般15-20片，即在18 片左右，內(nèi)外渦流器的具體葉片數(shù)量，通常由被改造火焰筒頭部尺寸決定。頭體過渡錐筒上的氣流通流孔沿周向設(shè)計為一圈，渦流控制盤上的通流孔沿周向設(shè)計為向三圈，頭體過渡錐筒上的通流孔直徑較渦流控制盤上的通流孔直徑大，且使渦流控制盤上的中間一圈通流孔與頭體過渡錐筒上的通流孔相對應(yīng)。內(nèi)外渦流器的尺寸結(jié)構(gòu)，按流經(jīng)外渦流器的體積流量是流經(jīng)內(nèi)渦流器體積流量的 1. 0 2. 2倍、內(nèi)渦流器的渦流數(shù)S不小于外渦流器的渦流數(shù)S設(shè)計；內(nèi)外渦流器均采用比較高的渦流數(shù)，外渦流器的渦流數(shù)S —般控制為不小于1. 0，通常將內(nèi)渦流器的渦流數(shù)S設(shè)計為1.8 3.0，外渦流器的渦流數(shù)S設(shè)計為1.0 1.8。本實用新型的火焰筒是根據(jù)大量的試驗及應(yīng)用實踐得到的結(jié)論，現(xiàn)代航空發(fā)動機燃燒室中燃燒過程所需的時間主要決定于油氣混合的時間而設(shè)計完成的。本實用新型采用了預(yù)混技術(shù)，將火焰筒頭部設(shè)計成由帶預(yù)混室的內(nèi)渦流器和帶渦流室的外渦流器構(gòu)成，使進入火焰筒的空氣流被渦流器打碎后進入預(yù)混室，與燃油噴頭噴出的燃油預(yù)混后再進入油氣混合空間，油氣混合的主要過程在預(yù)混室內(nèi)完成，因而大幅度地縮短了油氣在混合空間進行混合的時間，使得火焰變短，有效提高了燃燒效率，并使溫度場更為均勻。本實用新型的提出的火焰筒，其設(shè)計時特別考慮了火焰筒頭部的通用性，它的一個主要結(jié)構(gòu)特點是火焰筒頭部設(shè)計得比較短，使其不影響火焰筒主燃區(qū)，并保持與聯(lián)焰管前有足夠的距離，確保不影響聯(lián)焰性能。采用本實用新型的火焰筒對現(xiàn)服役的航空發(fā)動機燃燒室進行改進，可大大提高航空發(fā)動機燃燒室的燃燒性能，擺脫新設(shè)計發(fā)動機燃燒室面臨的各種困境。新設(shè)計燃燒室通常需要對噴嘴、燃燒室機匣、點火系統(tǒng)、火焰筒等各個部件都要重新設(shè)計，這樣做的優(yōu)點是整個燃燒室都可以按最新的技術(shù)設(shè)計，各個部分的協(xié)調(diào)性都很好，但缺點是整個設(shè)計調(diào)試的周期很長，通常要十多年的以上的時間，對于已經(jīng)投產(chǎn)的燃燒室，這樣長的改造周期是無法接受的，等到新產(chǎn)品調(diào)試成功，該產(chǎn)品已經(jīng)停產(chǎn)了，無法產(chǎn)生經(jīng)濟效益，而采用本實用新型的火焰筒結(jié)構(gòu)對現(xiàn)有火焰筒進行改進，燃燒室的其余部分都不需要改動，這樣改進工作量少，改造周期短，通常只需2 3年的時間就可調(diào)試成功，尤其是采用本實用新型特別設(shè)計經(jīng)調(diào)試定型的火焰筒頭部，可大大縮短調(diào)試周期，而且投產(chǎn)時工裝模具的改變工作量極小，只要增加幾套小模具即可，經(jīng)濟性非常好，而對發(fā)動機性能方面的改進，如燃燒效率、溫度場的改進均能接近燃燒室常規(guī)設(shè)計的指標(biāo)，且試驗工作量則小得多。用本實用新型的火焰筒結(jié)構(gòu)改進現(xiàn)服役的航空發(fā)動機燃燒室火焰筒，進而實現(xiàn)對現(xiàn)服役航空發(fā)動機燃燒室的改進，是發(fā)明人是在多年試驗的基礎(chǔ)上提出來的。發(fā)明人已進行過只改變火焰筒頭部即可達到大幅度提高燃燒室性能的要求，也進行過只改變火焰筒而不改變?nèi)紵移溆嗖糠值脑囼?，試驗證明這種改進是切實可行的，并能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效
■、Λ
frff. ο采用本實用新型的火焰筒結(jié)構(gòu)對現(xiàn)服役的航空發(fā)動機燃燒室火焰筒進行改進，可以產(chǎn)生以下十分突出的技術(shù)效果(1)可將燃燒室的燃燒效率由原來的0. 965 0. 970提高到0. 99左右，燃燒室的燃燒效率提高2. 5%左右，可為國家節(jié)約燃油2. 5%左右，并能大幅度地降低污染排放量， 以達到國際上的最新污染排放標(biāo)準(zhǔn)。(2)火焰筒采用本實用新型揭示的火焰筒結(jié)構(gòu)，由于火焰縮短，溫度場均勻，根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗，可使高溫部件的壽命提高3 5倍，而整體發(fā)動機的一次翻新壽命通常決定于高溫部件的壽命，經(jīng)過這樣改造后的火焰筒可使發(fā)動機的一次翻修壽命提高好幾倍，可使一臺發(fā)動機相當(dāng)幾臺用，可節(jié)省大量的翻修費用及大量的外場維護費用。(3)采用本實用新型改進發(fā)動機燃燒室，由于只需改變火焰筒部分，加工周期很長的內(nèi)機匣及點火系統(tǒng)等部分的結(jié)構(gòu)基本保持不變，因而可減少大量工裝模具，加快燃燒室的調(diào)試進度，且調(diào)試定型后能夠立即投入生產(chǎn)，進而可大幅度地減少投產(chǎn)時的費用及時間。(4)采用本實用新型改進火焰筒，只需更換火焰筒頭部，其余部分結(jié)構(gòu)基本保持不變，且只需改變進氣孔的尺寸及數(shù)量，因此火焰筒的調(diào)試工作量小，調(diào)試進度快，調(diào)試費用低。

圖1是本實用新型的火焰筒頭部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的火焰筒頭部左視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1中P部分的放大圖，表示渦流控制盤5及其相鄰部分的結(jié)構(gòu)。圖4是圖2中的A-A剖視展開圖。圖5是圖2中的B-B剖視展開圖。圖6是現(xiàn)役發(fā)動機使用的火焰筒結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本實用新型的火焰筒結(jié)構(gòu)示意圖。上述各圖中的圖示標(biāo)號標(biāo)識對象為1-內(nèi)渦流器；2-內(nèi)渦流器外渦殼；3-外渦流器；4-外渦流器渦殼；5-渦流控制盤；6-頭部頭體；7-舊式火焰筒頭部；8-本實用新型的火焰筒頭部；9-火焰筒筒體。
具體實施方式
下面通過實施例對本實用新型進行具體的描述，但有必要在此指出的是，實施例只用于對本實用新型進行進一步說明，不能理解為對本實用新型保護范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述本實用新型的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整進行具體實施。實施例對某型號現(xiàn)役航空發(fā)動機燃燒室改進提高其燃燒性能，采用本實用新型特別設(shè)計的火焰筒頭部替換現(xiàn)役航空發(fā)動機燃燒室火焰筒的頭部，改進后的火焰筒結(jié)構(gòu)如附圖7所示。用于替換現(xiàn)役航空發(fā)動機燃燒室火焰筒頭部的火焰筒頭部，其結(jié)構(gòu)如附圖1至5所示， 其結(jié)構(gòu)是頭部的頭體6由直筒段、與火焰筒筒體9聯(lián)接的錐筒段、以及位于直筒段與錐筒段間的過渡錐筒段構(gòu)成，過渡錐筒設(shè)計有一圈氣流通流孔，頭體內(nèi)設(shè)計有內(nèi)外兩個渦流器。內(nèi)渦流器設(shè)有12片葉片，渦流數(shù)S為2. 0，外渦流器設(shè)有18片葉片，渦流數(shù)S為2. 0。外渦流器的葉片方向與內(nèi)渦流器的葉片方向相反，外渦流器的葉片軸向尺寸大于內(nèi)渦流器的葉片軸向尺寸，流經(jīng)外渦流器的氣流體積流量為流經(jīng)內(nèi)渦流器的氣流體積流量約1.6倍。構(gòu)成內(nèi)外渦流器的外渦殼均由直筒段、收縮段和擴張段構(gòu)成，其中內(nèi)渦流器1外渦殼2收縮段和擴張段構(gòu)成預(yù)混室，外渦流器3外渦殼4收縮段和擴張段構(gòu)成渦流室，外渦流器外渦殼擴張段錐筒入口含接內(nèi)渦流器外渦殼擴張段錐筒的出口，在外渦流器外渦殼外設(shè)計有與頭體過渡錐筒平行的渦流控制盤5，渦流控制盤上設(shè)計有三圈通流孔，通流孔直徑比頭體6過渡錐筒上的通流孔直徑小，且使中間一圈的通流孔與頭體過渡錐筒上的通流孔相對應(yīng)。內(nèi)渦流器外渦殼與外渦流器內(nèi)渦殼固定聯(lián)接，外渦流器外渦殼與頭體直筒固定聯(lián)接。
權(quán)利要求1.一種用于航空發(fā)動機燃燒室的新型結(jié)構(gòu)火焰筒，主要由筒體和頭部構(gòu)成，其特征在于構(gòu)成火焰筒的頭部頭體由直筒段、與火焰筒筒體聯(lián)接的錐筒段、以及位于直筒段與錐筒段間的過渡錐筒段構(gòu)成，過渡錐筒設(shè)計有氣流通流孔，頭體內(nèi)設(shè)計有內(nèi)外兩個渦流器，構(gòu)成內(nèi)外渦流器的外渦殼均由直筒段、收縮段和擴張段構(gòu)成，其中內(nèi)渦流器外渦殼收縮段和擴張段構(gòu)成預(yù)混室，外渦流器外渦殼收縮段和擴張段構(gòu)成的渦流室，在外渦流器外渦殼外設(shè)計有與頭體過渡錐筒平行的渦流控制盤，渦流控制盤上設(shè)計有通流孔，內(nèi)渦流器外渦殼與外渦流器內(nèi)渦殼固定聯(lián)接，外渦流器外渦殼與頭體直筒固定聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于航空發(fā)動機燃燒室的新型結(jié)構(gòu)火焰筒，其特征在于外渦流器外渦殼擴張段錐筒入口含接內(nèi)渦流器外渦殼擴張段錐筒的出口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于航空發(fā)動機燃燒室的新型結(jié)構(gòu)火焰筒，其特征在于構(gòu)成外渦流器的葉片方向與內(nèi)渦流器的葉片方向相反，外渦流器的葉片軸向尺寸大于內(nèi)渦流器的葉片軸向尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于航空發(fā)動機燃燒室的新型結(jié)構(gòu)火焰筒，其特征在于內(nèi)渦流器的葉片數(shù)量為10-14片，外渦流器的葉片數(shù)量為15-20片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的用于航空發(fā)動機燃燒室的新型結(jié)構(gòu)火焰筒，其特征在于頭體過渡錐筒上設(shè)計有一圈通流孔，渦流控制盤上設(shè)計有三圈直徑較頭體過渡錐筒上通流孔小的通流孔，且中間一圈的通流孔與頭體過渡錐筒上的通流孔相對應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的用于航空發(fā)動機燃燒室的新型結(jié)構(gòu)火焰筒，其特征在于內(nèi)外渦流器的尺寸結(jié)構(gòu)按外渦流器的體積流量是內(nèi)渦流器體積流量的1. 0 2. 2倍、 內(nèi)渦流器的渦流數(shù)S不小于外渦流器的渦流數(shù)S設(shè)計。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于航空發(fā)動機燃燒室的新型結(jié)構(gòu)火焰筒，其特征在于內(nèi)外渦流器的尺寸結(jié)構(gòu)按外渦流器的體積流量是內(nèi)渦流器體積流量的1. 0 2. 2倍、內(nèi)渦流器的渦流數(shù)S不小于外渦流器的渦流數(shù)S設(shè)計。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于航空發(fā)動機燃燒室的新型結(jié)構(gòu)火焰筒，其特征在于外渦流器的尺寸結(jié)構(gòu)按渦流數(shù)S不小于1. 0設(shè)計。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于航空發(fā)動機燃燒室的新型結(jié)構(gòu)火焰筒，其特征在于外渦流器的尺寸結(jié)構(gòu)按渦流數(shù)S不小于1. 0設(shè)計。
專利摘要本實用新型公開了一種用于航空發(fā)動機燃燒室的新型結(jié)構(gòu)火焰筒，其結(jié)構(gòu)由火焰筒頭部和筒體構(gòu)成，頭體內(nèi)設(shè)計有內(nèi)外兩個渦流器，內(nèi)渦流器外渦殼收縮段和擴張段構(gòu)成預(yù)混室，外渦流器外渦殼收縮段和擴張段構(gòu)成的渦流室，在外渦流器外渦殼外設(shè)計有與頭體過渡錐筒平行的渦流控制盤，渦流控制盤上設(shè)計有通流孔，內(nèi)渦流器外渦殼與外渦流器內(nèi)渦殼固定聯(lián)接，外渦流器外渦殼與頭體直筒固定聯(lián)接。采用本實用新型火焰筒頭部改進燃燒室，燃燒效率可提高2.5％，發(fā)動機一次翻修壽命可提高好幾倍。
文檔編號F23R3/42GK201973742SQ20102066440
公開日2011年9月14日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者喬惠芳, 劉建, 周莉莉, 方德勝, 方志強, 方濱, 邵鐵虹 申請人:成都發(fā)動機(集團)有限公司