火焰筒壁板及其冷卻孔的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及火焰筒壁板，屬于航空發(fā)動機【技術(shù)領(lǐng)域】。該火焰筒壁板上具有沿高溫燃氣氣流流線方向均勻分布且貫穿所述火焰筒壁板的多個冷卻孔。通過這種設(shè)置，能夠在火焰筒壁上形成高效均勻的冷卻氣膜并保證氣膜不被高溫燃氣所撕裂。本發(fā)明還涉及一種燃氣輪機燃燒室火焰筒壁的冷卻孔的加工方法。
【專利說明】火焰筒壁板及其冷卻孔的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總地涉及燃氣輪機工業(yè)領(lǐng)域，特別涉及火焰筒壁板結(jié)構(gòu)、由該壁板形成的火焰筒和包括該火焰筒的燃燒室、以及燃氣輪機燃燒室火焰筒壁的冷卻孔的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展，航空發(fā)動機燃燒室的溫度不斷提高，現(xiàn)今在燃燒室燃氣溫度高達1900K以上，常規(guī)的高溫合金遠無法滿足燃燒室火焰筒壁的溫度要求。為此，人們通常通過加強火焰筒壁的冷卻來解決這一問題。目前用于燃燒室火焰筒冷卻的方式有氣膜冷卻、對流氣膜冷卻、沖擊氣膜冷卻、發(fā)散冷卻和層板冷卻等，其基本冷卻原理都是冷氣從燃燒室內(nèi)外環(huán)腔進入火焰筒內(nèi)，在火焰筒壁板熱側(cè)表面形成一層氣膜，氣膜緊貼火焰筒壁板熱側(cè)面流動，氣膜起到冷卻壁面和隔離燃氣沖刷火焰筒壁面的作用。氣膜品質(zhì)的好壞直接影響了冷卻氣的冷卻效率。
[0003]圖1a-1c示出了一種采用傳統(tǒng)冷卻結(jié)構(gòu)的火焰筒壁I’。火焰筒壁I’的壁面冷卻孔2’采用簡單的均勻分布的形式，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較為簡單，加工成本低，但也存在不足。主要原因是:在燃燒室內(nèi)，燃氣經(jīng)旋流器噴出的空氣作用后具有一定的周向速度，在這一周向速度的作用下，高溫燃氣在火焰筒壁板熱側(cè)面以一個較大的角度對冷卻氣進行沖擊，容易導(dǎo)致火焰筒壁I’的熱側(cè)面上的冷卻氣膜被撕裂，從而影響了氣膜的品質(zhì)，并導(dǎo)致了局部熱點，降低了氣膜的冷卻效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，提供一種能夠在火焰筒壁上形成高效均勻的冷卻氣膜并保證氣膜不被撕裂的火焰筒壁板將是有利的。
[0005]為此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種火焰筒壁板，其適用于燃氣輪機燃燒室，所述火焰筒壁板上具有沿高溫燃氣氣流流線方向均勻分布且貫穿所述火焰筒壁板的多個冷卻孔。
[0006]優(yōu)選地，冷卻孔可以是斜孔。
[0007]進一步優(yōu)選地，所述斜孔的摻混角在0?5°之間。
[0008]進一步優(yōu)選地，所述斜孔的入射角在15?45°之間。
[0009]進一步優(yōu)選地,所述斜孔沿著在火焰筒周向方向每隔4?15mm確定的兩條相鄰的所述流線方向均勻分布。
[0010]進一步優(yōu)選地，所述斜孔在所述流線方向上的分布間距為5?20mm。
[0011]進一步優(yōu)選地，所述斜孔的橫截面是圓形的，且孔徑在0.1?2mm之間。
[0012]優(yōu)選地，冷卻孔可以是沖擊孔。
[0013]進一步優(yōu)選地，所述沖擊孔的摻混角在0?10°之間。
[0014]進一步優(yōu)選地，所述沖擊孔的入射角在80?90°之間。
[0015]進一步優(yōu)選地，所述沖擊孔沿著在火焰筒周向方向每隔4?20mm確定的兩條相鄰的所述流線方向均勻分布。
[0016]進一步優(yōu)選地，所述沖擊孔在所述流線方向上的分布間距為5?30mm。
[0017]進一步優(yōu)選地，所述沖擊孔的橫截面是圓形的，且孔徑在0.5?4mm之間。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種單層壁火焰筒，其適用于燃氣輪機燃燒室，所述火焰筒包括單層如上所述的火焰筒壁板。
[0019]優(yōu)選地，單層壁火焰筒由單層的多斜孔火焰筒壁板或單層的多沖擊孔火焰筒壁板形成。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供一種雙層壁火焰筒，其適用于燃氣輪機燃燒室，所述火焰筒包括雙層如上所述的火焰筒壁板。
[0021]優(yōu)選地，雙層壁火焰筒由兩層多斜孔火焰筒壁板或兩層多沖擊孔火焰筒壁板形成，或者，雙層壁火焰筒由一層多斜孔火焰筒壁板和一層多沖擊火焰筒壁板形成。
[0022]進一步優(yōu)選地，靠近火焰筒內(nèi)高溫燃氣的火焰筒壁板為多斜孔火焰筒壁板，而另一火焰筒壁板為多沖擊孔火焰筒壁板。
[0023]進一步優(yōu)選地，兩層所述火焰筒壁板之間的間隙為I?10mm。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種燃氣輪機燃燒室，其中，所述燃燒室內(nèi)設(shè)有如上所述的單層壁火焰筒或雙層壁火焰筒。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的再又一個方面，提供一種燃氣輪機燃燒室火焰筒壁的冷卻孔的加工方法，該方法包括如下步驟:1)加工一個火焰筒上無冷卻孔的扇形或全環(huán)形燃燒室；2)確定大工況下火焰筒壁板熱側(cè)壁面附近的大致流場；3)在火焰筒壁板熱側(cè)壁面處沿火焰筒周向方向每隔一定距離選取一點，并根據(jù)步驟2)中得到的流場確定火焰筒壁面流經(jīng)這些點的流線；4)沿著流線方向每隔一定距離選取一點來加工冷卻孔。
[0026]優(yōu)選地，所述步驟2)中在大工況下火焰筒壁板熱側(cè)壁面附近的大致流場是通過PIV示蹤方法獲得。
[0027]優(yōu)選地，所述步驟2)中在大工況下火焰筒壁板熱側(cè)壁面附近的大致流場是通過三維數(shù)值模擬的方法，建立所述無冷卻孔的扇形或全環(huán)形火焰筒計算模型，并通過數(shù)值計算得到。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的仍舊再又一個方面，提供一種燃氣輪機燃燒室火焰筒壁的冷卻孔的加工方法，包括如下步驟:1)確定大工況下火焰筒壁板熱側(cè)壁面附近的大致流場；2)在火焰筒壁板熱側(cè)壁面處沿火焰筒周向方向每隔一定距離選取一點，并根據(jù)步驟I)中得到的流場確定火焰筒壁面流經(jīng)這些點的流線；3)沿著流線方向每隔一定距離選取一點確定冷卻孔位置；4)加工一個火焰筒的扇形或全環(huán)形燃燒室，所述火焰筒上具有多個冷卻孔，冷卻孔的位置與步驟3)中確定的位置一致。
[0029]采用本發(fā)明的上述方案，可以在多個方面使火焰筒的應(yīng)用狀況得到改善:1)由于冷卻孔沿高溫燃氣氣流流線方向均勻分布，因而在火焰筒壁板熱側(cè)壁面上形成一層均勻連續(xù)的氣膜，增強了冷卻氣對火焰筒壁的冷卻效果，提高了火焰筒壁板的壽命；2)由于冷卻孔沿高溫燃氣氣流流線方向均勻分布，因而消除了現(xiàn)有技術(shù)中氣膜易被撕裂的缺陷；3)在保證火焰筒壁冷卻效果的前提下，減少了火焰筒的冷卻氣用量，提高了整機效率；同時，為今后進一步提高火焰筒內(nèi)燃燒溫度，留出了更多的可用冷卻氣量；4)由于提高了冷卻效果，間接地減少了孔的數(shù)量，從而避免火焰筒壁強度降低過多，降低了加工成本。[0030]通過參考下面所描述的實施方式，本發(fā)明的這些方面和其他方面將會得到清晰地闡述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作方式以及進一步的目的和優(yōu)點將通過下面結(jié)合附圖的描述得到更好地理解，其中，相同的參考標記標識相同的元件:
[0032]圖1a為傳統(tǒng)火焰筒壁板的立體圖；
[0033]圖1b為圖1a中火焰筒壁板的俯視圖；
[0034]圖1c為圖1b中火焰筒壁板沿A-A的剖視圖；
[0035]圖2為典型的燃氣渦輪燃燒室示意圖；
[0036]圖3示出了圖2中火焰筒壁板上的冷卻氣孔的摻混角P和入射角a ；
[0037]圖4a為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的沖擊孔火焰筒的外環(huán)火焰筒壁板的立體圖；
[0038]圖4b為圖4a中沖擊孔火焰筒的外環(huán)火焰筒壁板的俯視圖；
[0039]圖4c為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的沖擊孔火焰筒餓內(nèi)環(huán)火焰筒壁板的立體圖；
[0040]圖4d為圖4c中沖擊孔火焰筒的內(nèi)環(huán)火焰筒壁板的俯視圖；
[0041]圖5a為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的多斜孔火焰筒的外環(huán)火焰筒壁板的立體圖；
[0042]圖5b為圖5a中多斜孔火焰筒的外環(huán)火焰筒壁板的俯視圖；
[0043]圖5c為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的多斜孔火焰筒的內(nèi)環(huán)火焰筒壁板的立體圖；
[0044]圖5d為圖5c中多斜孔火焰筒內(nèi)環(huán)火焰筒壁板的俯視圖；
[0045]圖6a為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的沖擊-多斜孔火焰筒的外環(huán)火焰筒壁板的立體圖；
[0046]圖6b為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的沖擊-多斜孔火焰筒的內(nèi)環(huán)火焰筒壁板的立體圖；
[0047]圖7為圖6a所示沖擊-多斜孔火焰筒的外環(huán)火焰筒壁板沿流線方向的一段剖面圖。
【具體實施方式】
[0048]根據(jù)要求，這里將披露本發(fā)明的【具體實施方式】。然而，應(yīng)當理解的是，這里所披露的實施方式僅僅是本發(fā)明的典型例子而已，其可體現(xiàn)為各種形式。因此，這里披露的具體細節(jié)不被認為是限制性的，而僅僅是作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以實際中任何恰當?shù)姆绞讲煌貞?yīng)用本發(fā)明的代表性的基礎(chǔ)，包括采用這里所披露的各種特征并結(jié)合這里可能沒有明確披露的特征。
[0049]本文中提到的術(shù)語“高溫壁”是指靠近高溫燃氣的火焰筒壁；“低溫壁”是指雙層壁中區(qū)域于“高溫壁”的另一層火焰筒壁；“射流駐點區(qū)”是指冷卻氣流在火焰筒壁板上直接沖擊形成的區(qū)域，此處冷卻氣流的方向與冷卻孔的軸向沒有太大的變化；“摻混角”是指冷卻孔的軸線在火焰筒壁板上的投影與高溫燃氣氣流流線的夾角；“入射角”是指冷卻孔軸線與火焰筒壁板的夾角；“火焰筒壁板的熱側(cè)”是指火焰筒壁板上緊挨高溫燃氣的一側(cè)。
[0050]下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的火焰筒壁板的優(yōu)選實施方式，圖中以及下面描述中的周向是指火焰筒的圓周方向。
[0051]圖2為典型的燃氣渦輪燃燒室示意圖，示出了典型的燃氣渦輪燃燒室10。燃燒室10通過在密閉空間內(nèi)燃燒空氣和燃料來產(chǎn)生驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)動所需的燃氣。在運行中，來自壓縮機中的壓縮空氣和燃料通過燃燒室頭部的旋流器60旋轉(zhuǎn)霧化，以一定的速度和角度進入火焰筒20中?；鹧嫱?0可以是由單層火焰筒壁板構(gòu)成，也可以是由包括低溫壁40和高溫壁50的雙層火焰筒壁板構(gòu)成?；鹧嫱?0是火焰筒壁以發(fā)動機軸心X為中心旋轉(zhuǎn)成的近似圓環(huán)結(jié)構(gòu)，其中靠近發(fā)動機軸心X的火焰筒壁為內(nèi)環(huán)火焰筒壁80，遠離發(fā)動機軸心X的火焰筒壁為外環(huán)火焰筒壁90。燃料燃燒產(chǎn)生的燃氣溫度大約在1800?2400K，這些高溫燃氣與來自火焰筒壁的冷卻氣混合后溫度降至1400?1800K，接著燃氣從導(dǎo)向器30以高速流入渦輪并推動渦輪轉(zhuǎn)動。由于燃燒產(chǎn)生的高溫燃氣溫度遠高于火焰筒壁的正常工作溫度，因此需要對火焰筒壁面進行冷卻。
[0052]圖3示出了圖2中火焰筒壁板上的冷卻氣孔的入射角a和摻混角P。入射角a是指冷卻孔軸線m與火焰筒壁板的夾角。摻混角P是指冷卻孔軸線m在火焰筒壁板上的投影n與高溫燃氣氣流流線z的夾角。
[0053]圖4a_4b示出了根據(jù)本發(fā)明的沖擊孔單層壁火焰筒的外環(huán)火焰筒壁板的一個優(yōu)選實施方式。在該優(yōu)選實施方式中，火焰筒壁板11上具有貫穿火焰筒壁板11的多個沖擊孔21，這些沖擊孔的布置可以這樣安排:通過數(shù)值模擬或試驗的方法得到無冷卻孔時火焰筒壁面附近在大工況下的大致流場，沿火焰筒周向方向每隔4?20_確定一條流線Z1，在每條流線上每隔5?30mm確定一個沖擊孔21,其孔徑在0.5?4mm之間。沖擊孔21的摻混角在0?10°之間，入射角在80°?90°之間。這里，入射角同樣是指沖擊孔軸線與火焰筒壁板的夾角，摻混角是指沖擊孔軸線在火焰筒壁板上的投影與高溫燃氣氣流流線Z1的夾角。優(yōu)選地，相鄰流線Z1沿周向距離為5.5mm，沿流線Z1方向孔的間距為6mm，孔徑為
1.1mm,摻混角為0° ,入射角為90°。
[0054]圖4c_4d示出了根據(jù)本發(fā)明的沖擊孔單層壁火焰筒的內(nèi)環(huán)火焰筒壁板的一個優(yōu)選實施方式。在該優(yōu)選實施方式中，火焰筒壁板12上具有貫穿火焰筒壁板12的多個沖擊孔22。同理，得到無冷卻孔時火焰筒壁面附近在大工況下的大致流場之后，沿火焰筒周向方向每隔4?20mm確定一條流線Z2,在每條流線Z2上每隔5?30mm確定一個沖擊孔22,其孔徑在0.5?4mm之間。沖擊孔22的摻混角在0?10°之間，入射角在80°?90°之間。優(yōu)選地，相鄰流線Z2沿周向距離為5.5mm,沿流線Z2方向孔的間距為6mm,孔徑為1.1mm,摻混角為0°，入射角為90°。
[0055]圖5a_5b示出了根據(jù)本發(fā)明的多斜孔單層壁火焰筒的外環(huán)火焰筒壁板的一個優(yōu)選實施方式。在該優(yōu)選實施方式中，火焰筒壁板13上具有貫穿火焰筒壁板的多個斜孔23，這些沖擊孔的布置可以這樣安排:通過數(shù)值模擬或試驗的方法得到無冷卻孔時火焰筒壁面附近在大工況下的大致流場，沿火焰筒周向方向每隔4?15mm確定一條流線Z3，在每條流線Z3上每隔5?20mm確定一個斜孔23,其孔徑在0.1?2mm之間。斜孔23的摻混角在0?5°之間，入射角在15°?45°之間。優(yōu)選地，相鄰流線Z3沿周向的距離為5.5mm，這些斜孔23沿流線Z3方向上的間距為6mm，孔徑為1.1mm，摻混角為0°，入射角為20°。
[0056]圖5c_5d示出了根據(jù)本發(fā)明的多斜孔單層壁火焰筒的內(nèi)環(huán)火焰筒壁板的一個優(yōu)選實施方式。在該優(yōu)選實施方式中，火焰筒壁板14上具有貫穿火焰筒壁板的多個斜孔24,同理，這些沖擊孔在沿火焰筒周向方向每隔4?15mm確定一條的流線Z4的方向上均勻分布。在每條流線Z4上每隔5?20mm確定一個斜孔24,其孔徑在0.1?2mm之間。斜孔24的摻混角在0?5°之間，入射角在15°?45°之間。優(yōu)選地，相鄰流線Z4沿周向的距離為5.5mm,這些斜孔24沿流線Z4方向上的間距為6mm，孔徑為1.1mm,摻混角為0°，入射角為 20。。
[0057]圖6a示出了根據(jù)本發(fā)明的沖擊-多斜孔雙層壁火焰筒的外環(huán)火焰筒壁板一個優(yōu)選實施方式。如圖6a所不,并結(jié)合圖4a_4b和圖5a_5b,雙層壁火焰筒由作為低溫壁的沖擊孔火焰筒壁板11和作為高溫壁的多斜孔火焰筒壁板13組成，火焰筒壁板11上具有貫穿火焰筒壁板11的多個沖擊孔21，火焰筒壁板13上具有貫穿火焰筒壁板13的多個斜孔23，斜孔23布置在偏離沖擊孔21的射流駐點區(qū)，兩塊火焰筒壁板通過螺栓或其他方式固定，兩塊火焰筒壁板的間隙在I?IOmm之間。通過數(shù)值模擬或試驗的方法得到無冷卻孔時火焰筒壁面附近在大工況下的大致流場，在低溫壁11上，沿火焰筒周向方向每隔4?20mm確定一條流線Z1,在每條流線Z1上每隔5?30mm確定一個沖擊孔21,其孔徑在0.5?4mm之間。沖擊孔21的入射角在0?10°之間，摻混角在80°?90°之間；在高溫壁13上，沿火焰筒周向方向每隔4?15mm確定一條流線Z3,在每條流線Z3上每隔5?20mm確定一個斜孔23，其孔徑在0.1?2mm之間。斜孔23的摻混角在0?5°之間，入射角在15°?45°之間。
[0058]實際上，在圖6a所示的雙層壁火焰筒的外環(huán)火焰筒壁板的實施方式中，該外環(huán)火焰筒壁板由圖4a-4b所示沖擊孔火焰筒壁板11和圖5a-5b所示多斜孔火焰筒壁板13組成。優(yōu)選地，低溫壁11上相鄰流線Z1沿周向的距離為5.5mm，沿流線Z1方向沖擊孔21的間距為6mm，孔徑為1.5mm，入射角為3°，摻混角為90° ;高溫壁13上相鄰流線Z3沿周向的距離為
5.5mm,沿流線Z3方向斜孔23的間距為6mm,孔徑為1.0mm,摻混角為0° ,入射角為20°。
[0059]圖6b示出了根據(jù)本發(fā)明的沖擊-多斜孔雙層壁火焰筒的內(nèi)環(huán)火焰筒壁板的一個優(yōu)選實施方式。如圖6b所不，并結(jié)合圖4c-4d和圖5c-5d,雙層壁火焰筒由作為低溫壁的沖擊孔火焰筒壁板12和作為高溫壁的多斜孔火焰筒壁板14組成，火焰筒壁板12上具有貫穿火焰筒壁板12的多個沖擊孔22，火焰筒壁板14上具有貫穿火焰筒壁板14的多個斜孔24，斜孔24布置在偏離沖擊孔22的射流駐點區(qū)，兩塊火焰筒壁板通過螺栓或其他方式固定，兩塊火焰筒壁板的間隙在I?IOmm之間。通過數(shù)值模擬或試驗的方法得到無冷卻孔時火焰筒壁面附近在大工況下的大致流場，在低溫壁12上，沿火焰筒周向方向每隔4?20mm確定一條流線Z2,在每條流線Z2上每隔5?30mm確定一個沖擊孔22,其孔徑在0.5?4mm之間。沖擊孔22的入射角在0?10°之間，摻混角在80°?90°之間；在高溫壁14上，沿火焰筒周向方向每隔4?15mm確定一條流線Z4,在每條流線Z4上每隔5?20mm確定一個斜孔24，其孔徑在0.1?2mm之間。斜孔24的摻混角在0?5°之間，入射角在15°?45°之間。
[0060]實際上，在圖6b所示的雙層壁火焰筒的內(nèi)環(huán)火焰筒壁板的實施方式中，該內(nèi)環(huán)火焰筒壁板由圖4c-4d所示沖擊孔火焰筒壁板12和圖5c-5d所示多斜孔火焰筒壁板14組成。優(yōu)選地，低溫壁12上相鄰流線z2沿周向的距離為5.5mm，沿流線z2方向沖擊孔22的間距為6mm，孔徑為1.5mm，入射角為3°，摻混角為90° ;高溫壁14上相鄰流線z4沿周向的距離為5.5mm,沿流線z4方向斜孔24的間距為6mm，孔徑為1.0mm,摻混角為0°，入射角為 20。。
[0061]圖7示出了圖6a所示沖擊-多斜孔火焰筒的外環(huán)火焰筒壁板的冷卻工作原理:沖擊孔火焰筒壁板11上設(shè)有沖擊孔21，多斜孔火焰筒壁板13上有斜孔23，沖擊孔21和斜孔23沿著流線方向布置多個，兩層火焰筒壁板之間的間隙H為I?IOmm之間。作為低溫壁的沖擊孔火焰筒壁板11外側(cè)為冷卻氣流a，作為高溫壁的多斜孔火焰筒壁板13內(nèi)側(cè)為高溫燃氣主流b。冷卻氣流a通過多個沖擊孔21穿過沖擊孔火焰筒壁板11形成多股冷卻氣流％，對多斜孔火焰筒壁板13形成沖擊冷卻的作用，對多斜孔火焰筒壁板13進行初步的冷卻。接著冷卻氣流B1沿著多斜孔火焰筒壁板13上的多個斜孔23以冷卻氣流a2的方式進入火焰筒內(nèi)，在火焰筒壁板的熱側(cè)形成連續(xù)均勻的氣膜保護，將多斜孔火焰筒壁板13與火焰筒內(nèi)的高溫燃氣主流b隔開，并對多斜孔火焰筒壁板13的熱側(cè)形成對流冷卻，從而降低火焰筒壁的溫度。
[0062]盡管上述圖6a和圖6b所示的實施方式中，低溫壁都設(shè)置成沖擊孔火焰筒壁板，高溫壁都設(shè)置成多斜孔火焰筒壁板，但應(yīng)當理解的是，高溫壁設(shè)置成沖擊孔火焰筒壁板以及低溫壁設(shè)置成多斜孔火焰筒壁板也是可行的。
[0063]另外，需要注意的是，單層壁火焰筒的冷卻原理與雙層壁火焰筒類似，都是在火焰筒壁板的熱側(cè)形成貼壁氣膜，只是單層壁火焰筒只有一層沖擊火焰筒壁或一層多斜孔火焰筒壁。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的再又一個方面，提供一種確定燃氣輪機燃燒室火焰筒壁冷卻氣孔排布的方法。在一優(yōu)選實施方式中，該方法包括步驟:1)加工一個火焰筒上無冷卻孔的扇形或全環(huán)形燃燒室；2)通過PIV示蹤方法確定大工況下火焰筒壁板熱側(cè)壁面附近的大致流場；3)在火焰筒壁板熱側(cè)壁面處沿火焰筒周向方向每隔一定距離選取一點，并根據(jù)步驟2)中得到的流場確定火焰筒壁面流經(jīng)這些點的流線；4)沿著流線方向每隔一定距離選取一點來加工冷卻孔。應(yīng)當理解的是，步驟2)中在大工況下火焰筒壁板熱側(cè)壁面附近的大致流場也可以通過三維數(shù)值模擬的方法，建立所述無冷卻孔的扇形或全環(huán)形火焰筒計算模型，并通過數(shù)值計算得到。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的仍舊再又一個方面，提供一種燃氣輪機燃燒室火焰筒壁的冷卻孔的加工方法，包括如下步驟:1)確定大工況下火焰筒壁板熱側(cè)壁面附近的大致流場；2)在火焰筒壁板熱側(cè)壁面處沿火焰筒周向方向每隔一定距離選取一點，并根據(jù)步驟I)中得到的流場確定火焰筒壁面流經(jīng)這些點的流線；3)沿著流線方向每隔一定距離選取一點確定冷卻孔位置；4)加工一個火焰筒的扇形或全環(huán)形燃燒室，所述火焰筒上具有多個冷卻孔，冷卻孔的位置與步驟3)中確定的位置一致。
[0066]上述步驟I)中在大工況下火焰筒壁板熱側(cè)壁面附近的大致流場是通過三維數(shù)值模擬的方法，建立上述無冷卻孔的扇形或全環(huán)形火焰筒計算模型，并通過數(shù)值計算得到；上述步驟4)中使用精密鑄造工藝加工上述火焰筒的扇形或全環(huán)形燃燒室。
[0067]本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點已揭示如上，然而可以理解，在本發(fā)明的創(chuàng)作思想下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對上述結(jié)構(gòu)和材料作各種變化和改進，包括這里單獨披露或要求保護的技術(shù)特征的組合，明顯地包括這些特征的其它組合。這些變形和/或組合均落入本發(fā)明所涉及的【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)，并落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。需要注意的是，按照慣例，權(quán)利要求中使用單個元件意在包括一個或多個這樣的元件。此外，不應(yīng)該將權(quán)利要求書中的任何參考標記構(gòu)造為限制本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種火焰筒壁板，其適用于燃氣輪機燃燒室，所述火焰筒壁板上具有沿高溫燃氣氣流流線方向均勻分布且貫穿所述火焰筒壁板的多個冷卻孔。
2.如權(quán)利要求1所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述冷卻孔為斜孔。
3.如權(quán)利要求2所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述斜孔的摻混角在O~5°之間。
4.如權(quán)利要求2或3所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述斜孔的入射角在15~45°之間。
5.如權(quán)利要求4所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述斜孔沿著在火焰筒周向方向每隔4~15mm確定的兩條相鄰的所述流線方向均勻分布。
6.如權(quán)利要求5所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述斜孔在所述流線方向上的分布間距為5~20臟。
7.如權(quán) 利要求6所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述斜孔的橫截面是圓形的，且孔徑在0.1~2mm之間。
8.如權(quán)利要求1所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述冷卻孔為沖擊孔。
9.如權(quán)利要求8所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述沖擊孔的摻混角在0~10°之間。
10.如權(quán)利要求8或9所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述沖擊孔的入射角在80~90°之間。
11.如權(quán)利要求10所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述沖擊孔沿著在火焰筒周向方向每隔4~20mm確定的兩條相鄰的所述流線方向均勻分布。
12.如權(quán)利要求11所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述沖擊孔在所述流線方向上的分布間距為5~30mm。
13.如權(quán)利要求12所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述沖擊孔的橫截面是圓形的，且孔徑在0.5~4mm之間。
14.一種單層壁火焰筒，其適用于燃氣輪機燃燒室，其特征在于，所述火焰筒包括單層如前述權(quán)利要求1-13任一項所述的火焰筒壁板。
15.一種雙層壁火焰筒，其適用于燃氣輪機燃燒室，其特征在于，所述火焰筒包括雙層如前述權(quán)利要求1-13任一項所述的火焰筒壁板，或包括一層如前述權(quán)利要求2-7任一項所述的火焰筒壁板和一層如前述權(quán)利要求8-13任一項所述的火焰筒壁板。
16.如權(quán)利要求15所述的雙層壁火焰筒，其特征在于，靠近火焰筒內(nèi)高溫燃氣的火焰筒壁板具有斜孔，而另一火焰筒壁板具有沖擊孔。
17.如權(quán)利要求16所述的雙層壁火焰筒，其特征在于，兩層所述火焰筒壁板之間的間隙為I~10_。
18.一種燃氣輪機燃燒室，其特征在于，所述燃燒室內(nèi)設(shè)有根據(jù)權(quán)利要求14至17任一項所述的單層壁火焰筒或雙層壁火焰筒。
19.燃氣輪機燃燒室火焰筒壁的冷卻孔的加工方法，包括如下步驟: 1)加工一個火焰筒上無冷卻孔的扇形或全環(huán)形燃燒室； 2)確定大工況下火焰筒壁板熱側(cè)壁面附近的大致流場； 3)在火焰筒壁板熱側(cè)壁面處沿火焰筒周向方向每隔一定距離選取一點，并根據(jù)步驟2)中得到的流場確定火焰筒壁面流經(jīng)這些點的流線；4)沿著流線方向每隔一定距離選取一點來加工冷卻孔。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的燃氣輪機燃燒室火焰筒壁的冷卻孔的加工方法，其特征在于，所述步驟2)中在大工況下火焰筒壁板熱側(cè)壁面附近的大致流場是通過PIV示蹤方法獲得。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的燃氣輪機燃燒室火焰筒壁的冷卻孔的加工方法，其特征在于，所述步驟2)中在大工況下火焰筒壁板熱側(cè)壁面附近的大致流場是通過三維數(shù)值模擬的方法，建立所述無冷卻孔的扇形或全環(huán)形火焰筒計算模型，并通過數(shù)值計算得到。
22.燃氣輪機燃燒室火焰筒壁的冷卻孔的加工方法，包括如下步驟: 1)確定大工況下火焰筒壁板熱側(cè)壁面附近的大致流場； 2)在火焰筒壁板熱側(cè)壁面處沿火焰筒周向方向每隔一定距離選取一點，并根據(jù)步驟I)中得到的流場確定火焰筒壁面流經(jīng)這些點的流線； 3)沿著流線方向每隔一定距離選取一點確定冷卻孔位置； 4)加工一個火焰筒的扇形或全環(huán)形燃燒室，所述火焰筒上具有多個冷卻孔，所述冷卻孔的位置與步驟3)中確定的位置一致。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的燃氣輪機燃燒室火焰筒壁的冷卻孔的加工方法，其特征在于，所述步驟I)中在大工況下火焰筒壁板熱側(cè)壁面附近的大致流場是通過三維數(shù)值模擬的方法，建立所述無冷卻孔的扇形或全環(huán)形火焰筒計算模型，并通過數(shù)值計算得到。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的燃氣輪機燃燒室火焰筒壁的冷卻孔的加工方法，其特征在于，步驟4)中使用精密鑄造工藝加工所述火焰筒的扇形或全環(huán)形燃燒室。
【文檔編號】F23R3/42GK103629697SQ201210297968
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月20日
【發(fā)明者】何躍龍, 陳毓卿, 張晶, 范仁鈺, 李校培 申請人:中航商用航空發(fā)動機有限責任公司