火焰筒及燃燒室的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種火焰筒及燃燒室，涉及航空發(fā)動機冷卻結(jié)構(gòu)設計與熱防護領域，用以實現(xiàn)對相鄰兩塊承熱壁之間間隙處的冷卻。該火焰筒包括承力壁和多塊承熱壁；相鄰兩塊承熱壁之間具有間隙；各承熱壁的邊緣與承力壁接觸，中部與承力壁之間具有縫隙；其中，承熱壁的邊緣設有冷卻通道，冷卻通道將縫隙和間隙流體連通。上述技術方案，使得到達縫隙中的冷氣一部分經(jīng)由承熱件上的發(fā)散孔到達燃氣處，另一部分經(jīng)由冷卻通道到達間隙處，以此實現(xiàn)對間隙位置的冷卻。
【專利說明】
火焰筒及燃燒室
技術領域
[0001]本實用新型涉及航空發(fā)動機冷卻結(jié)構(gòu)設計與熱防護領域，具體涉及一種火焰筒及燃燒室。
【背景技術】
[0002]隨著發(fā)動機推重比不斷提高，燃燒室的溫升也不斷提高，高溫升、高熱容燃燒室壁面的強化冷卻面臨著非常突出的矛盾:一方面，燃燒室溫升的增加，使得參與燃燒的空氣量隨之增加而導致用于冷卻的空氣量減少；另一方面，壓氣機出口溫度的提高又使得用于冷卻火焰筒壁面的空氣溫度上升而導致冷卻潛力下降，同時壽命、可靠性及全壽命周期維護成本控制等要求更加嚴格。為了進一步降低火焰筒壁溫，傳統(tǒng)單一的冷卻形式己經(jīng)不能滿足使用需求，浮動壁結(jié)構(gòu)采用了將承熱件與承力件分開的獨特思想，有利于采用先進的復合冷卻結(jié)構(gòu)，能有效降低了火焰筒壁溫，提高火焰筒壽命，在軍、民發(fā)動機上都獲得了廣泛應用。美國普惠(P&W)公司于上世紀七十年代開始使用浮動壁冷卻結(jié)構(gòu)，浮動壁結(jié)構(gòu)的典型代表機型有V2500、PW4084、PW6000等主燃燒室火焰筒。
[0003]參見圖1至圖3，進入燃燒室的氣流分為3股，包括外環(huán)腔冷氣1、火焰筒內(nèi)燃氣2以及內(nèi)環(huán)腔冷氣3。浮動壁式火焰筒由外環(huán)承力件5、若干塊外環(huán)承熱件、內(nèi)環(huán)承力件4以及若干塊內(nèi)環(huán)承熱件6等組成。外環(huán)承熱件7、81、82的位置如圖1所示。承熱件與承熱件之間沿火焰筒內(nèi)燃氣2流動方向存在間隙，該間隙具體分為周向間隙和軸向間隙。參見圖2，承熱件81與承熱件82之間存在軸向間隙8，承熱件81邊緣具有翻邊結(jié)構(gòu)91，承熱件82邊緣具有翻邊結(jié)構(gòu)92。
[0004]外環(huán)承力件5與外環(huán)承熱件之間的位置關系、內(nèi)環(huán)承力件4與內(nèi)環(huán)承熱件6之間的位置關系類似，下面以前一種情況加以詳細介紹。參見圖2和圖3，外環(huán)承力件5上布置有用于冷卻的沖擊孔9，外環(huán)承熱件71、72上布置有用于冷卻的發(fā)散孔10，外環(huán)承熱件72邊緣具有翻邊結(jié)構(gòu)12，外環(huán)承熱件71邊緣具有翻邊結(jié)構(gòu)14。外環(huán)承熱件71與外環(huán)承熱件72之間存在周向間隙11，其他相應位置類似。
[0005]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術中至少存在下述問題:由于浮動壁的承熱件溫度較高，熱變形較大，一般采用分塊而非整體的結(jié)構(gòu)，以減小熱應力所帶來的影響。但是，采用分塊結(jié)構(gòu)后導致承熱件的塊與塊之間存在間隙，該間隙所對應的承力壁將會暴露在燃氣中，同時間隙的大小對于該位置的冷卻影響較大?，F(xiàn)有技術中，在該間隙對應的承力壁上設置有冷卻孔，但是冷氣會直接沖過該孔，無法對該位置起到冷卻作用。因此，必須采用一定的技術來解決該位置的冷卻問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的其中一個目的是提出一種火焰筒及燃燒室，用以實現(xiàn)對相鄰兩塊承熱壁之間間隙處的冷卻。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了以下技術方案:
[0008]本實用新型提供了一種火焰筒，其特征在于，包括承力壁和多塊承熱壁;相鄰兩塊所述承熱壁之間具有間隙；各所述承熱壁的邊緣與所述承力壁接觸，中部與所述承力壁之間具有縫隙；其中，所述承熱壁的邊緣設有冷卻通道，所述冷卻通道將所述縫隙和所述間隙流體連通。
[0009]在可選的實施例中，所述承熱壁的邊緣設有翻邊結(jié)構(gòu)，所述冷卻通道開設在所述翻邊結(jié)構(gòu)上。
[0010]在可選的實施例中，所述冷卻通道為連續(xù)縫。
[0011]在可選的實施例中，所述冷卻通道為間斷縫，所述間斷縫的數(shù)量為多條，且各所述間斷縫間隔設置。
[0012]在可選的實施例中，相鄰兩個所述間斷縫之間的距離大于1_。
[0013]在可選的實施例中，所述冷卻通道為孔。
[0014]在可選的實施例中，所述孔的數(shù)量為多個，各所述孔間隔設置。
[0015]在可選的實施例中，所述冷卻通道包括孔和間斷縫，所述孔和所述間斷縫交錯設置。
[0016]在可選的實施例中，所述冷卻通道的橫截面形狀選自下列其中之一:矩形、圓形、橢圓形。
[0017]本實用新型又提供了一種燃燒室，包括本實用新型任一技術方案所提供的火焰筒O
[0018]基于上述技術方案，本實用新型實施例至少可以產(chǎn)生如下技術效果:
[0019]上述技術方案，能對承力壁形成氣膜保護，減少卷吸入間隙的燃氣量，從而降低承力壁間隙處的溫度；同時該氣流能形成對承熱壁間隙處固體的沖擊作用，加強換熱效果，降低承熱壁間隙處的溫度。另外，采用本實用新型的冷卻結(jié)構(gòu)后，氣流從冷卻通道和間隙處流出，在燃燒室主流燃氣的流動帶動下，能增強承熱壁表面的氣膜覆蓋效果，從而降低承熱壁表面的溫度?？梢娚鲜黾夹g方案能降低承熱壁間隙處的溫度，承力壁間隙處的溫度，還能降低承熱壁表面的溫度。
【附圖說明】
[0020]此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0021 ]圖1為現(xiàn)有技術中的火焰筒子午截面視圖；
[0022]圖2為圖1的B局部放大不意圖；
[0023]圖3為圖1的A視角視圖；
[0024]圖4為本實用新型實施例一提供的火焰筒承熱壁間隙處的分解結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為本實用新型實施例二提供的火焰筒承熱壁間隙處的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6為本實用新型實施例三提供的火焰筒承熱壁間隙處的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖7為本實用新型實施例四提供的火焰筒承熱壁間隙處的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]附圖標記:
[0029]1、外環(huán)腔冷氣； 2、火焰筒內(nèi)燃氣；3、內(nèi)環(huán)腔冷氣；
[0030]4、內(nèi)環(huán)承力件；5、外環(huán)承力件；6、內(nèi)環(huán)承熱件；
[0031]7、外環(huán)承熱件；8、軸向間隙；9、沖擊孔；
[0032]10、發(fā)散孔；11、周向間隙；12、翻邊結(jié)構(gòu)；
[0033]14、翻邊結(jié)構(gòu)；71、外環(huán)承熱件；72、外環(huán)承熱件；
[0034]81、外環(huán)承熱件；82、外環(huán)承熱件；100、承熱壁；
[0035]20、承力壁；30、間隙；101、翻邊結(jié)構(gòu)；
[0036]102、冷卻通道；103、發(fā)散孔；104、連續(xù)縫；
[0037]105、間斷縫；106、孔；107、第一承熱壁；
[0038]108、第二承熱壁；109、第一翻邊結(jié)構(gòu)；110、第二翻邊結(jié)構(gòu)；
[0039]111、凸臺；201、沖擊孔；40、縫隙。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合圖4?圖7對本實用新型提供的技術方案進行更為詳細的闡述。
[0041 ]本實用新型下述各實施例現(xiàn)針對浮動壁式火焰筒承熱壁之間的間隙位置處提出一種冷卻結(jié)構(gòu)，以冷卻此位置處承熱壁及承力壁，提高火焰筒的壽命。
[0042]浮動壁:一種雙層壁的結(jié)構(gòu)，采用了將承熱壁與承力壁分開的設計，其中由于承熱壁的熱變形較大，設計為可以浮動的形式。
[0043]實施例一
[0044]參見圖4，本實用新型實施例提供一種火焰筒，包括承力壁20和多塊承熱壁100;相鄰兩塊承熱壁100之間具有間隙30;各承熱壁100的邊緣與承力壁20接觸，中部與承力壁20之間具有縫隙40。其中，承熱壁100的邊緣設有冷卻通道102，冷卻通道102將縫隙40和間隙30流體連通。
[0045]上述技術方案，使得到達縫隙中的冷氣一部分經(jīng)由承熱件100上的發(fā)散孔103到達燃氣處，另一部分經(jīng)由冷卻通道102到達間隙30處，以此實現(xiàn)對間隙30位置的冷卻。
[0046]參見圖4，本實施例中，承熱壁100以兩塊示意，分別為第一承熱壁107、第二承熱壁108，兩者之間具有間隙30。第一承熱壁107具有第一翻邊結(jié)構(gòu)109，第二承熱壁108具有第二翻邊結(jié)構(gòu)110。本文的結(jié)構(gòu)適用于與軸向間隙、周向間隙以及類似的位置處，下文均以第一承熱壁107與第二承熱壁108之間存在周間隙的位置處為例。
[0047]可見上述技術方案，冷氣流能經(jīng)由縫隙40、冷卻通道102到達間隙30處，故能對承力壁20形成氣膜保護，減少卷吸入間隙的燃氣量，從而降低間隙30處的溫度；同時該氣流能形成對間隙30處固體的沖擊作用，加強換熱效果，降低間隙30處的溫度。另外，采用本實用新型的冷卻結(jié)構(gòu)后，氣流從間隙30處流出，在燃燒室主流燃氣的流動帶動下，能增強承熱壁100表面的氣膜覆蓋效果，從而降低承熱壁100表面的溫度?？梢娚鲜黾夹g方案能降低承熱壁100和承力壁20間隙30處的溫度，還能降低承熱壁100表面的溫度。
[0048]本實施例中，冷卻通道102為連續(xù)縫104。
[0049]具體地，連續(xù)縫104的寬度小于承熱壁100的翻邊結(jié)構(gòu)101的寬度。
[0050]冷卻通道102(本實施例中即連續(xù)縫104)的橫截面形狀選自下列其中之一:矩形、圓形、橢圓形。
[0051]兩塊承熱壁100之間間隙位置的對應處的承力壁20上一般均布置有冷卻孔。如圖1和圖4所示，兩塊承熱壁100(第一承熱壁107和第二承熱壁108)之間存在間隙(具體為周向間隙)30，間隙30對應的承力壁20上布置有冷卻孔201。
[0052]參見圖1和圖4，第一承熱壁107、第二承熱壁108與火焰筒內(nèi)燃氣平行的壁面上布置有發(fā)散孔103，同時第一承熱壁107與第二承熱壁108之間形成一定的間隙30。承力壁20上布置有垂直于壁面的沖擊孔201，如圖4所示。第一承熱壁107、第二承熱壁108扣壓承力壁20的第一翻邊結(jié)構(gòu)109、第二翻邊結(jié)構(gòu)110上都布置能流通氣流的連續(xù)縫104，如圖4所示。連續(xù)縫104的形狀不受限制，包括但不局限于矩形、圓孔、橢圓形、跑道型等;連續(xù)縫104的寬度為
0.1mm?2mm，但不要超過沖擊距離，同時兼顧冷卻氣量。
[0053]本實用新型實施例的技術方案，通過在第一承熱壁107、第二承熱壁108的第一翻邊結(jié)構(gòu)109、第二翻邊結(jié)構(gòu)110上布置能流通氣流的連續(xù)縫104，用于沖擊冷卻效果的互相彌補，同時在間隙30對應的承力壁20處形成貼壁效果很好的氣膜，加強此處的冷卻，最終從間隙30處流向火焰筒內(nèi)燃氣，加強第一承熱壁107、第二承熱壁108處的氣膜覆蓋效果，解決間隙30處的第一承熱壁107、第二承熱壁108和承力壁20的冷卻問題，加強了第一承熱壁107、第二承熱壁108與火焰筒內(nèi)燃氣平行表面的冷卻。
[0054]實施例二
[0055]參見圖5，本實施例的技術方案與上述實施例的技術方案具有以下不同:本實施例中，冷卻通道102為間斷縫105，間斷縫105的數(shù)量為多條，且各間斷縫105間隔設置。相鄰兩個間斷縫105之間形成有凸臺111。
[0056]間斷縫105的橫截面形狀選自下列其中之一:矩形、圓形、橢圓形。
[0057]進一步地，相鄰兩個間斷縫105之間的距離大于1mm。
[0058]參見圖5，第一承熱壁107、第二承熱壁108與火焰筒內(nèi)燃氣平行的壁面上布置有發(fā)散孔103，同時第一承熱壁107與第二承熱壁108之間形成一定的周向的間隙30。承力壁20上布置有垂直于壁面的沖擊孔201。第一承熱壁107、第二承熱壁108扣壓承力壁20的第一翻邊結(jié)構(gòu)109、第二翻邊結(jié)構(gòu)110上都布置能流通氣流的間斷縫105。如圖5所示，間斷縫105交叉排布，間斷縫105之間形成凸臺111用于支撐第一承熱壁107、第二承熱壁108與承力壁20，更好地保證第一承熱壁107、第二承熱壁108與承力壁20之間的沖擊距離。間斷縫105的形狀不受限制，包括但不局限于矩形、圓孔、橢圓形、跑道型等。間斷縫105的寬度為0.1mm?2mm，但不要超過沖擊距離，同時兼顧冷卻氣量。間斷縫105對應的凸臺111的長度為大于1mm，同時兼顧冷卻氣量以及強度的影響。
[0059]參見圖5，本實用新型實施例的技術方案，通過在第一承熱壁107、第二承熱壁108的第一翻邊結(jié)構(gòu)109、第二翻邊結(jié)構(gòu)110上布置能流通氣流的間斷縫105。間斷縫105交叉排布，用于沖擊冷卻效果的互相彌補，同時在間隙30對應的承力壁20處形成貼壁效果很好的氣膜，加強此處的冷卻，最終從間隙30處流向火焰筒內(nèi)燃氣，加強第一承熱壁107、第二承熱壁108表面的氣膜覆蓋效果，解決間隙30處的第一承熱壁107、第二承熱壁108和承力壁20的冷卻問題，加強了第一承熱壁107、第二承熱壁108與火焰筒內(nèi)燃氣平行表面的冷卻。
[0060]實施例三
[0061 ]參見圖6，本實施例的技術方案與上述實施例的技術方案具有以下不同:本實施例中，冷卻通道102為孔106。
[0062]具體地，孔106的數(shù)量為多個，各孔106間隔設置。
[0063]參見圖6，第一承熱壁107、第二承熱壁108與火焰筒內(nèi)燃氣平行的壁面上布置有發(fā)散孔103，同時第一承熱壁107與第二承熱壁108之間形成間隙30。承力壁20上布置有垂直于壁面的沖擊孔201。第一承熱壁107、第二承熱壁108扣壓承力壁20的第一翻邊結(jié)構(gòu)109、第二翻邊結(jié)構(gòu)110上都布置能流通氣流的孔106，如圖6所示，孔16交叉排布?？?6的形狀不受限制，包括但不局限于矩形、圓孔、橢圓形、跑道型等;孔16的直徑為0.2mm?3mm，但不過超過沖擊距尚，同時兼顧冷卻氣量。
[0064]本實用新型實施例的技術方案，通過在第一承熱壁107、第二承熱壁108的第一翻邊結(jié)構(gòu)109、第二翻邊結(jié)構(gòu)110上都布置能流通氣流的孔106。多個孔106交叉排布，用于沖擊冷卻效果的互相彌補，同時在間隙30對應的承力壁20處形成貼壁效果很好的氣膜，加強此處的冷卻，最終從周向的間隙30處流向火焰筒內(nèi)燃氣，加強第一承熱壁107、第二承熱壁108表示的氣膜覆蓋效果，解決間隙30處的第一承熱壁107、第二承熱壁108和承力壁20的冷卻問題，加強了第一承熱壁107、第二承熱壁108與火焰筒內(nèi)燃氣平行表面的冷卻。
[0065]實施例四
[0066]參見圖7，本實施例的技術方案與上述實施例的技術方案具有以下不同:本實施例中，冷卻通道102包括孔106和間斷縫105，孔106和間斷縫105交錯設置。
[0067]孔106和間斷縫105的橫截面形狀都選自下列其中之一:矩形、圓形、橢圓形。
[0068]參見圖7，第一承熱壁107、第二承熱壁108與火焰筒內(nèi)燃氣平行的壁面上布置有發(fā)散孔103，同時第一承熱壁107與第二承熱壁108之間形成間隙30。承力壁20上布置有垂直于壁面的沖擊孔201。第一承熱壁107、第二承熱壁108扣壓承力壁20的第一翻邊結(jié)構(gòu)109、第二翻邊結(jié)構(gòu)110上布置能流通氣流的間斷縫105和孔106，如圖7所示，間斷縫105和孔106交叉排布。間斷縫105之間形成凸臺111用于支撐第一承熱壁107、第二承熱壁108與承力壁20，更好地保證第一承熱壁107、第二承熱壁108與承力壁20之間的沖擊距離。間斷縫105或孔106的形狀不受限制，包括但不局限于矩形、圓孔、橢圓形、跑道型等。間斷縫105的寬度為0.1mm?2mm，但不要超過沖擊距離，同時兼顧冷卻氣量。間斷縫15、16間斷縫105對應的凸臺111的長度為大于1mm，同時兼顧冷卻氣量以及強度的影響?？?06的直徑為0.2mm?3mm，但不過超過沖擊距尚，同時兼顧冷卻氣量。
[0069]本實用新型實施例的技術方案，通過在第一承熱壁107、第二承熱壁108的第一翻邊結(jié)構(gòu)109、第二翻邊結(jié)構(gòu)110上都布置能流通氣流的孔106和間斷縫105，兩者交叉排布，用于沖擊冷卻效果的互相彌補，同時在周向的間隙30對應的承力壁20處形成貼壁效果很好的氣膜，加強此處的冷卻，最終從間隙30處流向火焰筒內(nèi)燃氣，加強第一承熱壁107、第二承熱壁108表示的氣膜覆蓋效果，解決間隙30處的第一承熱壁107、第二承熱壁108和承力壁20的冷卻問題，加強了第一承熱壁107、第二承熱壁108與火焰筒內(nèi)燃氣平行表面的冷卻。
[0070]本實用新型另一實施例還提供一種燃燒室，包括本實用新型任一技術方案所提供的火焰筒。
[0071]在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗指所指的裝置或元件必須具有特定的方位、為特定的方位構(gòu)造和操作，因而不能理解為對本實用新型保護內(nèi)容的限制。
[0072]如果本文中使用了“第一”、“第二”等詞語來限定零部件的話，本領域技術人員應該知曉:“第一”、“第二”的使用僅僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，如沒有另外聲明，上述詞語并沒有特殊的含義。
[0073]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換，但這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種火焰筒，其特征在于，包括承力壁(20)和多塊承熱壁(100);相鄰兩塊所述承熱壁(100)之間具有間隙(30);各所述承熱壁(100)的邊緣與所述承力壁(20)接觸，中部與所述承力壁(20)之間具有縫隙(40);其中，所述承熱壁(100)的邊緣設有冷卻通道(102)，所述冷卻通道(102)將所述縫隙(40)和所述間隙(30)流體連通。2.根據(jù)權利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述承熱壁(100)的邊緣設有翻邊結(jié)構(gòu)(101)，所述冷卻通道(102)開設在所述翻邊結(jié)構(gòu)(101)上。3.根據(jù)權利要求1或2所述的火焰筒，其特征在于，所述冷卻通道(102)為連續(xù)縫(104)。4.根據(jù)權利要求1或2所述的火焰筒，其特征在于，所述冷卻通道(102)為間斷縫(105)，所述間斷縫(105)的數(shù)量為多條，且各所述間斷縫(105)間隔設置。5.根據(jù)權利要求4所述的火焰筒，其特征在于，相鄰兩個所述間斷縫(105)之間的距離大于Imm06.根據(jù)權利要求1或2所述的火焰筒，其特征在于，所述冷卻通道(102)為孔(106)。7.根據(jù)權利要求6所述的火焰筒，其特征在于，所述孔(106)的數(shù)量為多個，各所述孔(106)間隔設置。8.根據(jù)權利要求1或2所述的火焰筒，其特征在于，所述冷卻通道(102)包括孔(106)和間斷縫(105)，所述孔(106)和所述間斷縫(105)交錯設置。9.根據(jù)權利要求2所述的火焰筒，其特征在于，所述冷卻通道(102)的橫截面形狀選自下列其中之一:矩形、圓形、橢圓形。10.一種燃燒室，其特征在于，包括權利要求1-9任一所述的火焰筒。
【文檔編號】F23R3/42GK205560842SQ201620012880
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年1月8日
【發(fā)明人】馮曉星, 徐榕, 黨龍飛
【申請人】中航商用航空發(fā)動機有限責任公司