一種用于加力燃燒室的雙層壁隔熱屏的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于加力燃燒室的雙層壁隔熱屏，采用內(nèi)部對流冷卻和燃氣側(cè)氣膜冷卻的形式對加力燃燒室壁面形成冷卻保護。其包括燃氣側(cè)氣膜孔板、冷氣側(cè)沖擊板、梯形強化框；燃氣側(cè)氣膜孔板為加力燃燒室筒體內(nèi)壁，其內(nèi)側(cè)為加力燃燒室主燃氣涵道，冷氣側(cè)沖擊板與外壁面構(gòu)成冷氣涵道，沖擊板與氣膜孔板之間有梯形強化框；沖擊板、氣膜孔板和梯形強化框構(gòu)成雙層壁隔熱屏；使冷卻空氣在隔熱屏的燃氣側(cè)內(nèi)壁形成氣膜，減小熱負荷及燃氣流動損失；另一方面，雙層壁內(nèi)部對流冷卻和外部氣膜冷卻，形成復(fù)合冷卻，通過對流換熱帶走傳入的熱量，提高了冷氣利用率；反射后消減具有防震動的效果，提高其加力燃燒室的壽命和可靠性。
【專利說明】—種用于加力燃燒室的雙層壁隔熱屏
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃氣渦輪發(fā)動機領(lǐng)域，具體地說，涉及一種用于加力燃燒室的雙層壁隔熱屏。特別適用于燃氣渦輪發(fā)動機加力燃燒室，也適用于燃氣渦輪發(fā)動機主燃燒室。
【背景技術(shù)】
[0002]加力燃燒室一般用于軍用航空噴氣發(fā)動機，位于渦輪和尾噴管之間，通過對主燃燒室產(chǎn)生并經(jīng)過渦輪做功的燃氣進行二次噴油燃燒，獲得額外的更高推力。
[0003]由于加力燃燒室燃氣進口溫度已達950?1000K，加力燃燒后燃氣溫度可達2000K以上，并且加力燃燒室通常是短時工作的，因此不僅要考慮極高工作溫度下的冷卻，而且要考慮加力接通和斷開時，筒體材料的熱應(yīng)力和熱變形。另外加力燃燒室為一中空筒形結(jié)構(gòu)，振蕩燃燒導(dǎo)致的筒體防震也必須予以考慮。
[0004]美國專利(US 005465572A)公開了一種多孔波紋板加力燃燒室隔熱屏。其波紋狀結(jié)構(gòu)能夠在較大程度上進行伸縮，有效防止震動和筒體熱變形造成的損壞。波紋板上的離散氣膜孔噴出的冷卻射流可以在隔熱屏的高溫燃氣側(cè)形成氣膜冷卻，減輕燃氣對隔熱屏的熱沖蝕，從而提高使用壽命。但是現(xiàn)有研究表明，整個波紋板隔熱屏的壁溫和局部換熱受波形影響很大，由于波紋形狀，冷卻氣膜難以在整個表面形成有效覆蓋，波紋板在冷氣迎風面和背風面之間換熱效果差異大，背風面的低換熱嚴重影響了隔熱屏的整體換熱效果，并導(dǎo)致較大的溫度梯度和熱應(yīng)力，影響使用壽命和可靠性。
[0005]美國專利(US 20140096527A1)介紹了一種帶擾流柱的發(fā)散冷卻隔熱屏結(jié)構(gòu)。該發(fā)散冷卻隔熱屏結(jié)構(gòu)通過發(fā)散孔形成氣膜覆蓋，隔絕高溫燃氣與燃燒室壁的直接接觸；同時，在隔熱屏冷氣側(cè)壁面上安置擾流柱，以強化冷氣和隔熱屏的對流換熱，使冷氣帶走更多的熱量，降低壁面溫度。該發(fā)散冷卻隔熱屏結(jié)構(gòu)雖然有擾流柱強化冷氣側(cè)的換熱，但冷氣的流動性較差，并不能夠充分發(fā)揮冷氣的冷卻潛力，其冷卻效率不能滿足減少冷氣量的需求。
[0006]燃燒強度較高的先進高性能燃氣渦輪發(fā)動機對加力隔熱屏的設(shè)計提出了更高要求，由于加力燃燒室的冷卻空氣是從發(fā)動機壓氣機抽取的，而這種引氣會降低發(fā)動機的熱效率和推力，因此在設(shè)計高性能加力燃燒室時，要實現(xiàn)以盡可能少的冷卻空氣量實現(xiàn)盡可能高的冷卻效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種用于加力燃燒室的雙層壁隔熱屏，該雙層壁隔熱屏，一方面使冷卻空氣在隔熱屏的燃氣側(cè)內(nèi)壁表面形成氣膜，減小熱負荷；另一方面，在雙層壁內(nèi)部通過對流換熱帶走傳入的熱量，有效降低壁溫；雙側(cè)壁內(nèi)部結(jié)構(gòu)同時具有結(jié)構(gòu)強化作用；氣膜孔也可使振蕩燃燒產(chǎn)生的壓力波進入雙層壁內(nèi)部，經(jīng)反射后消減，具有一定的防震動破壞的效果，提高加力燃燒室的壽命和可靠性。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括氣膜孔板、沖擊孔板、梯形強化框，氣膜孔板為構(gòu)成加力燃燒室筒體內(nèi)壁，內(nèi)側(cè)為加力燃燒室主燃氣涵道，沖擊孔板與外壁面共同構(gòu)成冷氣涵道，沖擊孔板與氣膜孔板之間有梯形強化框，沖擊孔板、氣膜孔板和梯形強化框共同構(gòu)成雙層壁隔熱屏；沖擊孔板、氣膜孔板和梯形強化框在軸向為多個單元周期結(jié)構(gòu)，每個單元沖擊孔板壁面環(huán)向均布有沖擊孔，氣膜孔板壁面環(huán)向均布有氣膜孔，梯形強化框兩側(cè)中間部位有節(jié)流孔，沖擊孔板與梯形強化框固定焊接；所述氣膜孔為與主燃氣涵道成20-90度的斜孔，氣膜孔直徑為0.3-10mm。
[0009]所述氣膜孔在梯形強化框內(nèi)為單排或多排結(jié)構(gòu)的任意一種。
[0010]所述沖擊孔在沖擊孔板上周向均布為單排或多排結(jié)構(gòu)的任意一種。
[0011]有益效果
[0012]本發(fā)明提出的一種用于加力燃燒室的雙層壁隔熱屏，采用內(nèi)部對流冷卻和燃氣側(cè)氣膜冷卻的形式對加力燃燒室壁面形成冷卻保護。其包括燃氣側(cè)氣膜孔板、冷氣側(cè)沖擊板、梯形強化框；燃氣側(cè)氣膜孔板為加力燃燒室筒體內(nèi)壁，其內(nèi)側(cè)為加力燃燒室主燃氣涵道，冷氣側(cè)沖擊板與外壁面構(gòu)成冷氣涵道，沖擊板與氣膜孔板之間有梯形強化框；沖擊板、氣膜孔板和梯形強化框構(gòu)成雙層壁隔熱屏；一方面燃氣側(cè)內(nèi)壁為一平壁，使冷卻空氣在隔熱屏的燃氣側(cè)內(nèi)壁表面形成氣膜，減小熱負荷及燃氣流動損失，并且有助于氣膜冷卻射流在壁面形成有效熱防護；另一方面，綜合應(yīng)用了雙層壁內(nèi)部對流冷卻和外部氣膜冷卻，形成復(fù)合冷卻，在雙層壁內(nèi)部通過對流換熱帶走傳入的熱量，有效降低壁溫，提高了冷氣利用率；雙側(cè)壁內(nèi)部結(jié)構(gòu)同時具有結(jié)構(gòu)強化作用，氣膜孔可使振蕩燃燒產(chǎn)生的壓力波進入雙層壁內(nèi)部，經(jīng)反射后消減，具有一定的防震動破壞的效果，提高加力燃燒室的壽命和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種用于加力燃燒室的雙層壁隔熱屏作進一步詳細說明。
[0014]圖1為本發(fā)明加力燃燒室的雙層壁隔熱屏示意圖。
[0015]圖2為加力燃燒室雙層壁軸向剖視圖。
[0016]圖3為加力燃燒室雙層壁結(jié)構(gòu)局部放大圖。
[0017]圖4為本發(fā)明加力燃燒室的雙層壁隔熱屏安裝示意。
[0018]圖中:
[0019]1.氣膜孔板2.沖擊孔板3.梯形強化框4.外壁面5.沖擊孔6.氣膜孔7.節(jié)流孔8.主燃氣涵道9.冷氣涵道10.雙層壁隔熱屏11.可調(diào)節(jié)噴嘴
[0020]A.主流高溫燃氣B.冷卻氣流Cl.冷卻氣流C2.冷卻氣流Cll.氣流C12.氣流C13.沖擊射流C14.沖擊射流C15.氣膜射流C16.氣膜射流
【具體實施方式】
[0021 ] 本實施例是一種用于加力燃燒室的雙層壁隔熱屏。
[0022]從渦輪流出的高溫、高速、低壓燃氣經(jīng)過擴壓后進入主燃氣涵道8，與從加力燃燒室燃油噴嘴噴出的燃油混合并進行再次燃燒，形成高溫、高壓燃氣，主流高溫燃氣A的溫度可達2200K，已超過材料的許用溫度，因此要對隔熱屏進行冷卻。
[0023]參閱圖1、圖2、圖3，本實施例加力燃燒室的雙層壁隔熱屏，包括氣膜孔板1、沖擊孔板2、梯形強化框3，燃氣側(cè)氣膜孔板I為構(gòu)成加力燃燒室筒體內(nèi)壁，內(nèi)側(cè)為加力燃燒室主燃氣涵道8，即加力燃燒室主流高溫燃氣A的流通通道；冷氣側(cè)沖擊孔板2與外壁面4共同構(gòu)成冷氣涵道9 ;沖擊孔板2與氣膜孔板I之間設(shè)置有梯形強化框3，沖擊孔板2、氣膜孔板I和梯形強化框3共同構(gòu)成雙層壁隔熱屏10 ;沖擊孔板2、氣膜孔板I和梯形強化框3在軸向為多個單元周期結(jié)構(gòu)，每個單元的沖擊孔板2壁面環(huán)向均布有沖擊孔5，氣膜孔板I壁面環(huán)向均布有氣膜孔6，梯形強化框3兩側(cè)中間設(shè)置有節(jié)流孔7，沖擊孔板2與梯形強化框3固定焊接，也可一端固定，另一端滑動，以保證熱變形結(jié)構(gòu)伸縮時的結(jié)構(gòu)完整性。氣膜孔6為與主燃氣涵道成20-90度的斜孔，氣膜孔6與主流高溫燃氣A之間的具有一定的傾斜角度以提高氣膜冷卻效果。氣膜孔6直徑為0.3-10_。
[0024]氣膜孔6在梯形強化框3內(nèi)為單排或多排結(jié)構(gòu)的任意一種。
[0025]沖擊孔5在沖擊孔板2上周向均布為單排或多排結(jié)構(gòu)的任意一種。
[0026]圖4中展示了加力燃燒室雙層壁隔熱屏的工作方式，雙層壁隔熱屏10固定安裝在加力燃燒室外壁面4上，可調(diào)節(jié)噴嘴11與加力燃燒室外壁面4固定連接。來自壓氣機的冷卻氣流B在冷氣涵道9中沿軸向向后流動，其壓力高于主燃氣涵道8內(nèi)燃氣壓力,冷卻氣流B進入冷氣涵道9之后在沖擊孔5入口處分為兩股，分別是冷卻氣流Cl、冷卻氣流C2。
[0027]冷卻氣流Cl經(jīng)沖擊孔5進入雙層壁結(jié)構(gòu)，對其相對的氣膜孔板I內(nèi)壁形成沖擊冷卻，帶走傳入的熱量，沖擊后的氣流分為氣流Cll和氣流C12兩部分，氣流Cll和氣流C12分別從節(jié)流孔7進入相鄰空間，形成沖擊射流C13和沖擊射流C14，對氣膜孔板I內(nèi)壁形成二次斜沖擊，降低該部分壁溫，之后氣流從氣膜孔6流出形成氣膜射流C15和氣膜射流C16，對氣膜孔板I外壁進行有效的氣膜覆蓋，形成冷氣隔熱層，降低主流高溫燃氣A對燃燒室壁面的熱負荷。振蕩燃燒導(dǎo)致的壓力波可由氣膜孔6進入雙層壁內(nèi)部消減，有一定防震能力。
[0028]冷卻氣流C2沿冷氣涵道9向后流動，經(jīng)下一單元，進一步分流為兩股冷卻氣流，進入雙層壁隔熱屏和向下游流動，直至加力燃燒室后端。在加力燃燒室尾端主流高溫燃氣A和冷卻氣流B最終混合，經(jīng)可調(diào)節(jié)噴嘴11噴出。
【權(quán)利要求】
1.一種用于加力燃燒室的雙層壁隔熱屏，其特征在于:包括氣膜孔板、沖擊孔板、梯形強化框，氣膜孔板為構(gòu)成加力燃燒室筒體內(nèi)壁，內(nèi)側(cè)為加力燃燒室主燃氣涵道，沖擊孔板與外壁面共同構(gòu)成冷氣涵道，沖擊孔板與氣膜孔板之間有梯形強化框，沖擊孔板、氣膜孔板和梯形強化框共同構(gòu)成雙層壁隔熱屏；沖擊孔板、氣膜孔板和梯形強化框在軸向為多個單元周期結(jié)構(gòu)，每個單元沖擊孔板壁面環(huán)向均布有沖擊孔，氣膜孔板壁面環(huán)向均布有氣膜孔，梯形強化框兩側(cè)中間部位有節(jié)流孔，沖擊孔板與梯形強化框固定焊接；所述氣膜孔為與主燃氣涵道成20-90度的斜孔，氣膜孔直徑為0.3-10mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加力燃燒室的雙層壁隔熱屏，其特征在于:所述氣膜孔在梯形強化框內(nèi)為單排或多排結(jié)構(gòu)的任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加力燃燒室的雙層壁隔熱屏，其特征在于:所述沖擊孔在沖擊孔板上周向均布為單排或多排結(jié)構(gòu)的任意一種。
【文檔編號】F23R3/00GK103968418SQ201410223870
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】郭濤, 魏建生, 朱惠人 申請人:西北工業(yè)大學