[發明專利]雙層壁大彎管

有效

• 申請號: 202110404808.6
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113175688B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 王啟道;康堯;江立軍;陳江;陳彬
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: F23R3/42
• 分類號: F23R3/42
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 羅紅枚

本發明公開了一種雙層壁大彎管，雙層壁大彎管包括內外依次設置的內壁組件和外壁組件。內壁組件和外壁組件兩者的進口端連接形成支靠結構，以用于沿軸向支靠于擴壓器上，進而通過擴壓器對雙層壁大彎管的進口端沿軸向限位，同時使雙層壁大彎管的進口端具有沿徑向的自由熱膨脹。支靠結構還用于對火焰筒出口進行支撐，以使火焰筒出口與雙層壁大彎管密封連接，同時使火焰筒出口具有沿軸向的自由熱膨脹。外壁組件和內壁組件兩者的出口端連接形成開式搭接結構，以使內壁組件具有沿軸向和徑向的自由熱膨脹，且外壁組件出口端的外延部分形成固定結構。固定結構還用于對導向器進行支撐，以使導向器具有沿軸向的自由熱膨脹。

技術領域

本發明涉及航空發動機回流燃燒室技術領域，特別地，涉及一種雙層壁大彎管。

背景技術

中小型燃氣渦輪發動機轉速非常高，為了避免轉子動力學問題，要求壓氣機和渦輪必須緊湊布置以縮短軸距，為了在有限的空間內組織高效的燃燒，環形回流燃燒室在中小型燃氣渦輪發動機中被廣泛采用。相對于直流燃燒室，回流燃燒室火焰筒出口多出了排氣彎管，構成排氣彎管的內、外型面分別是大彎管和小彎管，因此，可以說大彎管是回流燃燒室上的特有結構。高溫高壓燃氣從火焰筒出口流入排氣彎管，受到通道型面的影響，燃氣流動方向調轉180°，然后進入高壓渦輪膨脹做功。

大彎管4連接火焰筒3外環出口和導向器6下緣板，構成排氣彎管的外輪廓。大彎管4在燃燒室上的位置如圖1所示。從氣動設計層面考慮，大彎管需具備流暢的通道型面以及合理的冷卻設計，以使燃氣以較低的流動損失通過排氣彎管，并且高溫燃氣不會對大彎管金屬基體造成燒蝕、裂紋等破壞性影響；從結構設計層面考慮，大彎管需連接火焰筒出口和導向器，三者都屬于熱端部件，需承受溫度、熱應力、氣動力、發動機振動等載荷影響，連接部位工況復雜，且需保證較高的連接可靠性及密封性，大彎管的連接設計難度較大。

現有實現方案：現有的大彎管設計可從連接和冷卻兩方面進行分類。

從連接設計方面來說，目前的大彎管主要分為兩種類型，一種是大彎管與火焰筒外環形成整體件，不可拆分，大彎管的出口即火焰筒的末端，與導向器設計接口進行連接。這種結構的優勢是減少了零件數量，簡化發動機裝配，同時避免了大彎管與火焰筒搭接部位的連接結構設計問題。另一種大彎管與火焰筒脫開，形成一個單獨的組件，大彎管上端與火焰筒出口搭接配合，下端與導向器設計接口連接。這種大彎管的主要優點是大彎管裝、拆均比較方便，可以單獨對大彎管進行維護，且大彎管脫開后可以觀察到火焰筒內部情況，燃燒室維護性較好。

從冷卻設計方面來說，目前大彎管主要分為單層壁和雙層壁兩種方式。單層壁、雙層壁大彎管如其名稱所述，結構上的不同點主要體現在大彎管金屬壁面的層數：單層壁大彎管僅一層壁面，雙層壁大彎管由兩層壁面構成。單層壁大彎管結構簡單，重量輕，零件膨脹應力釋放設計比較簡單。雙層壁大彎管的優勢主要是大彎管冷卻更優，適用于溫升更高的燃燒室，且外壁具有一定的隔熱作用，對提升壓氣機效率有利。

現有技術的缺點如下：

從連接方式來說，隨著越來越多的燃燒室采用“噴嘴+旋流杯+隔熱屏”的火焰筒頭部設計方案，燃燒室的檢查、維護性要求也越來越高，一般要求從火焰筒出口能夠直接目視檢查火焰筒內部的整體情況，而不借助其他窺探工具，隔熱屏、渦流器等零件如果發生損壞時也可以直接進行維護、更換。大彎管與火焰筒一體式結構顯然不利于檢查、維護，尤其是對于采用旋流杯和隔熱屏頭部的火焰筒的維護性更不友好。除此之外，整體式結構的缺點還體現在：火焰筒(含大彎管)焊縫較多，組合加工難度較大，尺寸變形較大，零件報廢成本很高。采用大彎管與火焰筒分體式結構能有效解決上述問題，尤其是火焰筒的維護性方面能夠較好的改善，但是隨之帶來的另外問題是增加了大彎管與火焰筒出口的連接結構，增加了連接、密封的設計難度。