[發明專利]一種用于加力燃燒室的雙層壁隔熱屏

有效

• 申請號: 201410223870.5
• 申請日: 2014-05-26
• 公開（公告）號: CN103968418A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 郭濤;魏建生;朱惠人
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F23R3/00
• 分類號: F23R3/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明屬于燃氣渦輪發動機領域，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動機加力燃燒室，也適用于燃氣渦輪發動機主燃燒室。

背景技術

加力燃燒室一般用于軍用航空噴氣發動機，位于渦輪和尾噴管之間，通過對主燃燒室產生并經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。

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，筒體材料的熱應力和熱變形。另外加力燃燒室為一中空筒形結構，振蕩燃燒導致的筒體防震也必須予以考慮。

美國專利(US 005465572A)公開了一種多孔波紋板加力燃燒室隔熱屏。其波紋狀結構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，并導致較大的溫度梯度和熱應力，影響使用壽命和可靠性。

美國專利(US 20140096527A1)介紹了一種帶擾流柱的發散冷卻隔熱屏結構。該發散冷卻隔熱屏結構通過發散孔形成氣膜覆蓋，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。該發散冷卻隔熱屏結構雖然有擾流柱強化冷氣側的換熱，但冷氣的流動性較差，并不能夠充分發揮冷氣的冷卻潛力，其冷卻效率不能滿足減少冷氣量的需求。

燃燒強度較高的先進高性能燃氣渦輪發動機對加力隔熱屏的設計提出了更高要求，由于加力燃燒室的冷卻空氣是從發動機壓氣機抽取的，而這種引氣會降低發動機的熱效率和推力，因此在設計高性能加力燃燒室時，要實現以盡可能少的冷卻空氣量實現盡可能高的冷卻效果。

發明內容

為了避免現有技術的不足之處,本發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內壁表面形成氣膜，減小熱負荷；另一方面，在雙層壁內部通過對流換熱帶走傳入的熱量，有效降低壁溫；雙側壁內部結構同時具有結構強化作用；氣膜孔也可使振蕩燃燒產生的壓力波進入雙層壁內部，經反射后消減，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。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:包括氣膜孔板、沖擊孔板、梯形強化框,氣膜孔板為構成加力燃燒室筒體內壁，內側為加力燃燒室主燃氣涵道，沖擊孔板與外壁面共同構成冷氣涵道，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構，每個單元沖擊孔板壁面環向均布有沖擊孔，氣膜孔板壁面環向均布有氣膜孔，梯形強化框兩側中間部位有節流孔,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。

所述氣膜孔在梯形強化框內為單排或多排結構的任意一種。

所述沖擊孔在沖擊孔板上周向均布為單排或多排結構的任意一種。

有益效果

本發明提出的一種用于加力燃燒室的雙層壁隔熱屏，采用內部對流冷卻和燃氣側氣膜冷卻的形式對加力燃燒室壁面形成冷卻保護。其包括燃氣側氣膜孔板、冷氣側沖擊板、梯形強化框；燃氣側氣膜孔板為加力燃燒室筒體內壁，其內側為加力燃燒室主燃氣涵道，冷氣側沖擊板與外壁面構成冷氣涵道，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成雙層壁隔熱屏；一方面燃氣側內壁為一平壁，使冷卻空氣在隔熱屏的燃氣側內壁表面形成氣膜，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，綜合應用了雙層壁內部對流冷卻和外部氣膜冷卻，形成復合冷卻，在雙層壁內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；雙側壁內部結構同時具有結構強化作用，氣膜孔可使振蕩燃燒產生的壓力波進入雙層壁內部，經反射后消減，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。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本發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。

圖1為本發明加力燃燒室的雙層壁隔熱屏示意圖。