[实用新型]一种带导流边的浮动壁式火焰筒大孔结构

说明书

技术领域

本发明专利涉及航空发动机领域，主要涉及主燃烧室浮动壁式火焰筒结构方案。

背景技术

随着发动机推重比不断提高，燃烧室的温升也不断提高，但火焰筒的冷却气量却明显降低，新一代发动机燃烧室的冷却空气量比上代发动机燃烧室大幅下降，而温升却显著提高，同时寿命、可靠性及全寿命周期维护成本控制等要求更加严格。为了进一步降低火焰筒壁温，传统单一的冷却形式已经不能满足使用需求，浮动壁结构由于其采用了将承热与承力件分开的独特思想，有利于采用先进的复合冷却结构，能有效降低了火焰筒壁温，提高火焰筒寿命，在军、民发动机上都获得了广泛应用。美国普惠（P&W）公司于上世纪七十年代开始使用浮动壁冷却结构，浮动壁结构的典型代表机型有V2500、PW4084、PW6000等主燃烧室火焰筒。同时随着发动机性能的不断提升，涡轮部件的工作环境更趋恶劣，对燃烧室出口温度场品质的要求将更为严格和苛刻。

为了要获得好的燃烧性能及出口温度分布，现有火焰筒主要按分区进行设计，分为头部、主燃区、掺混区，为实现主燃区及掺混区的良好混合，火焰筒的主燃孔、掺混孔必需经过精心布局与设计才能改善主燃烧室性能及出口温度分布品质，提高涡轮寿命。传统的大孔设计主要采用带翻边的套管结构形式，该结构能保证射流空气的穿透深度与穿透角度确保燃烧室性能。由于浮动壁结构特点，在实际使用过程中由于瓦片热膨胀引起与承力壁相对滑移，导致配合间隙变化不均致使瓦片局部过热，出现局部氧化、烧蚀及烧穿等现象，这些现象在瓦片大孔边缘出现的概率更高，严重影响浮动瓦片使用寿命。因此充分高效的利用冷却空气，降低配合间隙变化对瓦片温度的影响已经成为火焰筒冷却设计的难点。目前我国的浮动壁技术起步阶段，尚未深入研究，目前也面临上述同样的问题。

为了降低瓦片大孔的温度，最初在浮动壁大孔周边增加扰流柱或者散热肋，随着冷却形式的发展采用在大孔周边增加气膜孔的方式。虽然通过增加大孔周边的换热面积与气膜孔有利于降低大孔边缘温度，但该结构大孔内气流通道长度相对于大孔内径过短，会影响大孔射流空气的穿透深度与射流角度，直接影响到燃烧室性能，特别是出口温度分布，不利于涡轮冷却设计。

为了保证主燃烧室性能的同时还要降低孔边缘的温度，同时需考虑瓦片大孔与火焰筒承力壁的配合问题，保证其受热后能自由浮动，在设计中采用将导流边、搭接密封凸台与瓦片大孔进行一体化设计，在搭接密封凸台周围布置气膜孔，既能保证燃烧室的性能要求，又能有效降低间隙对瓦片温度的影响，并且进一步降低瓦片大孔边缘温度。

发明内容

本发明专利的目的：克服现有浮动壁式火焰筒大孔结构缺陷，提供一种浮动壁大孔结构方案。这种浮动壁大孔结构采用带导流边的搭接凸台结构，并在搭接密封凸台周围布置气膜孔，在装配中通过搭接密封凸台与承力壁进行搭接，既能保证大孔的射流穿透深度又能保证瓦片受热膨胀不影响冷却气的密封性能，可以实现保证燃烧室性能的同时，较大幅度降低大孔边缘温度。

本发明专利的技术方案是：本发明专利浮动壁式火焰筒大孔结构主要由导流边、搭接密封凸台、大孔边缘气膜孔构成，其中导流边和搭接密封凸台与瓦片可以通过铸造、焊接等方式连为一体。通过瓦片搭接密封凸台与承力壁的搭接配合实现冷却气密封，大孔搭接密封凸台有利于保证大孔的刚性，使其工作中不会因为大孔变形引起燃烧室性能变化；导流边与承力壁之间的预留间隙也能保证工作中浮动瓦片由于热膨胀与承力壁产生的相对位移，便于瓦片在热态下膨胀释放热应力，由于该间隙处于燃烧室冷却气一侧，瓦片热膨胀不影响其冷却气密封性，消除了由于瓦片热变形导致间隙不可控产生的冷却漏气。

一种带导流边的浮动壁式火焰筒大孔结构，包括导流边21、搭接密封凸台22、大孔边缘气膜孔23、浮动瓦片24、火焰筒承力壁32，导流边21采用将孔边缘增加倒圆26的方式做成进气斗的形式，导流边21的高度28为搭接密封凸台22的密封面30到导流边21气流入口之间的距离，为了保证热态下瓦片24能自由膨胀，导流边21壁面与承力壁32孔边之间留有间隙38。搭接密封凸台22位于瓦片24与承力壁32之间，搭接密封凸台高度33与瓦片24和承力壁32间的冲击高度相同，为保证热态下的搭接密封性，搭接凸台22的宽度34需满足瓦片24在最大的热态变形时与承力壁32的相对位移量需求。大孔内径35与燃烧室的流量分配有关，大孔29的气流通道高度31由导流边高度28、搭接密封凸台高度33与瓦片厚度36组成；大孔29周围的气膜孔23均布在大孔搭接密封凸台22周围

气膜孔23可以是垂直于板面的直孔也可以是斜孔，孔型不受限制，可以是圆形、椭圆形及菱形。