[发明专利]一种火焰筒的筒壁结构

说明书

技术领域

本发明涉及火焰筒，尤其涉及火焰筒的筒壁结构。

背景技术

众所周知，燃气轮机既在发电领域中广泛应用，也广泛用于驱动喷气式飞机。在燃气轮机中，空气和燃料的混合物在燃烧室中被点燃，而由燃烧产生的炽热气流在涡轮机空间内膨胀，在那里热气流与包括各导向叶片和涡轮叶片的结构相接触，并推动配置在轴上的涡轮叶片转动，因此轴本身转动。

对于飞机的燃气轮机而言，燃烧室是将压气机出来的高压空气与燃料混合并进行燃烧的装置。在燃烧室里，燃料(如航空煤油)中的化学能经燃烧转变为热能，使气体温度大大增加。由燃烧室流出的高温、高压(基本与压气机出口压强相同)燃气，具有很高的能量，用以在燃烧室后的涡轮和尾喷管中膨胀作功。火焰筒是飞机的发动机的燃烧室所不可缺少的核心部件，一般由高温合金材料制成，其作用在于将燃料与压气机送来的一部分空气在火焰筒内进行有效燃烧，为其在燃气涡轮中膨胀做功准备条件。对于环形燃烧室来说，火焰筒一般由两个围绕发动机轴线的同心圆壳体所组成，形成一个环形腔道，内、外壳体分别称为火焰筒内、外壳。火焰筒外壳被一个环形的外机匣所围绕，火焰筒内壳里面还装有一个环形的内机匣，换言之，内外机匣在其间限定了火焰筒。

因为空气和燃料的混合物的燃烧导致火焰筒经受很高的温度，而且随着对低污染要求的不断提升，用于冷却的空气减少，对火焰筒的结构及其冷却方案提出了新的挑战。

如图1所示，其示出了一种现有技术的火焰筒10的结构，该火焰筒10具有机匣1、外火焰筒2、内火焰筒3(内外按距离发动机中轴线的距离而言)以及燃烧室头部4。外火焰筒2和内火焰筒3形成燃烧室5，其上布置有气膜孔6和掺混孔7。火焰筒体采用整体结构且与机匣1之间形成扩压器8。实际运行中，一部分高压空气直接进入燃烧室5内，另一部分高压空气会流经扩压器8并经过气膜孔6和掺混孔7再进入到燃烧室5内从而实现对火焰筒体的冷却。由于该火焰筒体承受交变热载荷，在排气转接段轴向和周向很可能会出现严重的低循环疲劳裂纹，且其可修复性差，不能满足航空发动机的越来越高的要求。

在冷却方案的布置方面，比较有代表性的是GE(General Electric，通用电气)公司的冲击加气膜冷却和PW(Pratt & Whitney，普拉特·惠特尼)公司的逆向平行流翅壁冷却。然而，上述的这两种结构共同存在的问题是冷却结构繁多且加工工艺复杂。

授权公告号为CN 101526228B的中国发明专利公开了一种折返式复合冷却结构。该冷却结构主要包括端壁、外侧壁、内侧壁，在外侧壁和内侧壁之间设有中间壁，外侧壁、中间壁和内侧壁组成三层壁结构，并通过端壁将内侧壁与外侧壁两端封闭，中间壁后端与后端壁相连；外侧壁的后段设有冲击孔，冷却空气在外侧壁的后段以冲击气流的形式进入该冷却结构；中间壁的前端与端壁之间设置一定间隔的冷却空气槽，中间壁与外侧壁间形成一定间隔的上冷却通道，中间壁与内侧壁间形成一定间隔的下冷却通道；中间壁的外侧面上布置有陷窝状丁胞坑；内侧壁为多斜孔孔壁冷却结构，采用缩扩气膜孔，冷却气体在孔内呈先收缩后扩张的流动方式。这种结构虽然具有很好的冷却效果，然而，由于其增设了中间壁，所以冷却气流动路径较长导致流动损失较大从而压力损失较大，并且其结构复杂、重量较大，另外，其加工也比较复杂。

发明内容

一种火焰筒的筒壁结构，其包括：外壁部分，呈环形，其上布置有第一阵列孔；内壁部分，呈环形，与所述外壁部分共同限定环形空腔；所述内壁部分上布置有第二阵列孔且形成有向所述外壁部分延伸的凸台阵列；其中，所述第一阵列孔逆向于冷却气的流动方向倾斜地延伸，所述第二阵列孔与所述第一阵列孔交错地布置并顺向于冷却气的流动方向倾斜地延伸，所述第一阵列孔、第二阵列孔和凸台阵列被布置为当冷却气经过所述外壁部分的外表面时，一部分冷却气经所述第一阵列孔进入所述环形空腔，并冲击到所述凸台阵列的边缘，再从所述第二阵列孔流出。其中，所述冷却气从所述筒壁结构穿过时其运行轨迹大体为S形。

较优地，所述外壁部分是一体的，所述内壁部分是多个单元构成。

较优地，所述外壁部分为一体的，所述内壁部分由多个内壁单元构成，所述外壁部分的内表面和所述内壁单元的外表面上分别相对地设置有卡钩以将所述内壁单元钩挂在所述外壁部分上。

较优地，所述内壁单元通过搭接结构连接成所述内壁部分，所述搭接结构之间形成搭接间隙，耐火密封材料附设于所述搭接间隙处。

选择性地，所述凸台阵列中的凸台是菱形的或矩形的。

选择性地，所述凸台是精铸成型或精密铣削形成的。