[發明專利]一種火焰筒的筒壁結構

有效

• 申請號: 201110365084.5
• 申請日: 2011-11-17
• 公開（公告）號: CN103115381A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 喬英杰;沈蘇華
• 申請（專利權）人: 中航商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: F23R3/42
• 分類號: F23R3/42
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 樓仙英;徐年康

技術領域

本發明涉及火焰筒，尤其涉及火焰筒的筒壁結構。

背景技術

眾所周知，燃氣輪機既在發電領域中廣泛應用，也廣泛用于驅動噴氣式飛機。在燃氣輪機中，空氣和燃料的混合物在燃燒室中被點燃，而由燃燒產生的熾熱氣流在渦輪機空間內膨脹，在那里熱氣流與包括各導向葉片和渦輪葉片的結構相接觸，并推動配置在軸上的渦輪葉片轉動，因此軸本身轉動。

對于飛機的燃氣輪機而言，燃燒室是將壓氣機出來的高壓空氣與燃料混合并進行燃燒的裝置。在燃燒室里，燃料(如航空煤油)中的化學能經燃燒轉變為熱能，使氣體溫度大大增加。由燃燒室流出的高溫、高壓(基本與壓氣機出口壓強相同)燃氣，具有很高的能量，用以在燃燒室后的渦輪和尾噴管中膨脹作功。火焰筒是飛機的發動機的燃燒室所不可缺少的核心部件，一般由高溫合金材料制成，其作用在于將燃料與壓氣機送來的一部分空氣在火焰筒內進行有效燃燒，為其在燃氣渦輪中膨脹做功準備條件。對于環形燃燒室來說，火焰筒一般由兩個圍繞發動機軸線的同心圓殼體所組成，形成一個環形腔道，內、外殼體分別稱為火焰筒內、外殼。火焰筒外殼被一個環形的外機匣所圍繞，火焰筒內殼里面還裝有一個環形的內機匣，換言之，內外機匣在其間限定了火焰筒。

因為空氣和燃料的混合物的燃燒導致火焰筒經受很高的溫度，而且隨著對低污染要求的不斷提升，用于冷卻的空氣減少，對火焰筒的結構及其冷卻方案提出了新的挑戰。

如圖1所示，其示出了一種現有技術的火焰筒10的結構，該火焰筒10具有機匣1、外火焰筒2、內火焰筒3(內外按距離發動機中軸線的距離而言)以及燃燒室頭部4。外火焰筒2和內火焰筒3形成燃燒室5，其上布置有氣膜孔6和摻混孔7。火焰筒體采用整體結構且與機匣1之間形成擴壓器8。實際運行中，一部分高壓空氣直接進入燃燒室5內，另一部分高壓空氣會流經擴壓器8并經過氣膜孔6和摻混孔7再進入到燃燒室5內從而實現對火焰筒體的冷卻。由于該火焰筒體承受交變熱載荷，在排氣轉接段軸向和周向很可能會出現嚴重的低循環疲勞裂紋，且其可修復性差，不能滿足航空發動機的越來越高的要求。

在冷卻方案的布置方面，比較有代表性的是GE(General?Electric，通用電氣)公司的沖擊加氣膜冷卻和PW(Pratt?&?Whitney，普拉特·惠特尼)公司的逆向平行流翅壁冷卻。然而，上述的這兩種結構共同存在的問題是冷卻結構繁多且加工工藝復雜。

授權公告號為CN?101526228B的中國發明專利公開了一種折返式復合冷卻結構。該冷卻結構主要包括端壁、外側壁、內側壁，在外側壁和內側壁之間設有中間壁，外側壁、中間壁和內側壁組成三層壁結構，并通過端壁將內側壁與外側壁兩端封閉，中間壁后端與后端壁相連；外側壁的后段設有沖擊孔，冷卻空氣在外側壁的后段以沖擊氣流的形式進入該冷卻結構；中間壁的前端與端壁之間設置一定間隔的冷卻空氣槽，中間壁與外側壁間形成一定間隔的上冷卻通道，中間壁與內側壁間形成一定間隔的下冷卻通道；中間壁的外側面上布置有陷窩狀丁胞坑；內側壁為多斜孔孔壁冷卻結構，采用縮擴氣膜孔，冷卻氣體在孔內呈先收縮后擴張的流動方式。這種結構雖然具有很好的冷卻效果，然而，由于其增設了中間壁，所以冷卻氣流動路徑較長導致流動損失較大從而壓力損失較大，并且其結構復雜、重量較大，另外，其加工也比較復雜。

發明內容

一種火焰筒的筒壁結構，其包括：外壁部分，呈環形，其上布置有第一陣列孔；內壁部分，呈環形，與所述外壁部分共同限定環形空腔；所述內壁部分上布置有第二陣列孔且形成有向所述外壁部分延伸的凸臺陣列；其中，所述第一陣列孔逆向于冷卻氣的流動方向傾斜地延伸，所述第二陣列孔與所述第一陣列孔交錯地布置并順向于冷卻氣的流動方向傾斜地延伸，所述第一陣列孔、第二陣列孔和凸臺陣列被布置為當冷卻氣經過所述外壁部分的外表面時，一部分冷卻氣經所述第一陣列孔進入所述環形空腔，并沖擊到所述凸臺陣列的邊緣，再從所述第二陣列孔流出。其中，所述冷卻氣從所述筒壁結構穿過時其運行軌跡大體為S形。

較優地，所述外壁部分是一體的，所述內壁部分是多個單元構成。

較優地，所述外壁部分為一體的，所述內壁部分由多個內壁單元構成，所述外壁部分的內表面和所述內壁單元的外表面上分別相對地設置有卡鉤以將所述內壁單元鉤掛在所述外壁部分上。

較優地，所述內壁單元通過搭接結構連接成所述內壁部分，所述搭接結構之間形成搭接間隙，耐火密封材料附設于所述搭接間隙處。

選擇性地，所述凸臺陣列中的凸臺是菱形的或矩形的。

選擇性地，所述凸臺是精鑄成型或精密銑削形成的。