[发明专利]一种采用新型凸壁斜孔的燃烧室火焰筒壁面

说明书

本发明提供了一种采用新型凸壁斜孔的燃烧室火焰筒壁面，火焰筒壁面沿周向均匀分布着一种倾斜穿透且凸起于火焰筒壁面的凸壁斜孔通道，沿火焰筒轴向方向，前后相邻的凸壁斜孔通道间呈错位排列，火焰筒内壁有挡流板与凸壁斜孔通道相配合。与现有火焰筒壁面结构相比较，采用本发明优点在于：冷却气流流过凸壁斜孔通道后，能够在火焰筒内壁形成一层均匀、前后连接紧密的冷却气膜，冷却效率高，且冷却气流通道不易堵塞，不易造成局部过热，大大提高燃烧室的工作寿命。且结构简单，易于加工制造，在实际工作中具有重大应用价值。

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种采用新型凸壁斜孔的燃烧室火焰筒壁面高效冷却方式。

背景技术

燃气轮机的最高温度区是燃烧室,燃烧室的主燃区燃气温度可高达2400K,而目前火焰筒壁金属材料正常工作温度不超过1300K,材料无法承受在远超过其正常工作温度的恶劣环境下长时间工作,因此必须对燃烧室火焰筒进行冷却,以防止火焰筒被烧坏而降低燃烧室寿命,进而降低发动机寿命。因此，未用于燃烧的空气，大约占60％的总空气流量，被逐渐引入火焰筒。这部分空气大约有三分之一用来在稀释区降低燃气的温度，然后再进入涡轮，而其余的空气则用来冷却火焰筒的壁面。实现这一点借助于一薄层冷却空气沿火焰筒壁的内表面流动，将火焰筒壁面与热燃气隔开。目前用于燃气轮机火焰筒的基本冷却方式主要有气膜冷却、发散冷却、冲击发散组合冷却、层板冷却等,其基本冷却原理都是温度较低的空气从燃烧室的内外环腔通过各种类型的孔或缝进入火焰筒内,在火焰筒内壁表面形成一层气膜,气膜紧贴火焰筒内壁面流动,气膜起到冷却壁面和隔离燃气冲刷火焰筒壁面的作用。因此，想要获得高的气膜冷却效率，就要形成高品质的冷却气膜。

多斜孔冷却又称全覆盖气膜冷却、致密微孔壁冷却、开孔壁冷却等，其原理是在火焰筒壁上打出大量的倾斜小孔，冷却空气通过数量众多的倾斜小孔在火焰筒壁的热侧形成全覆盖气膜。相对于常规气膜冷却来说，多斜孔冷却的冷却孔密集得多，孔径也小得多，在热侧形成的气膜更均匀，对火焰筒壁面的覆盖更完全，从而明显地提高冷却效果，可节省40％的冷却气量，综合冷却效率可达90％。但是其缺点也非常明显，由于多斜孔冷却结构的气流孔孔径太小，燃烧所生成的生成物颗粒容易堵塞小孔，使得火焰筒局部区域过热，导致火焰筒被烧蚀。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种采用新型凸壁斜孔的燃烧室火焰筒壁面，与现有技术相比，本发明具有的凸壁斜孔冷却结构能够在燃烧室火焰筒壁面形成一层均匀、致密且前后连续的冷却气膜。且相对于其他的冷却结构，该冷却孔结构改善了火焰筒壁面附近气膜厚度不均导致壁面冷却效果不均的问题，且冷却结构简单，冷却效果好，结构的冷却孔不易堵塞。在实际应用中有多方面的优势。

技术方案

本发明技术方案如下：

所述新型凸壁斜孔的燃烧室火焰筒壁面，其特征在于：斜孔通道成一角度α凸起于火焰筒壁面，且沿火焰筒轴向前后相邻的斜孔通道呈错位排列，火焰筒内壁有挡流板与通道相互配合。

所述新型凸壁斜孔的燃烧室火焰筒壁面，其特征在于：圆孔轴线与火焰筒壁面成20-50度的夹角，圆孔的壁厚与火焰筒壁厚相同。火焰筒同轴向位置的相邻两个斜孔通道的间距为孔直径的1.5-4倍。

所述新型凸壁斜孔的火焰筒壁面，其特征在于：从火焰筒壁面的法向方向看，斜孔通道的中心线和火焰筒的中轴线的投影所形成的夹角中的锐角称为掺混角，该掺混角的变化范围为0-90度。在火焰筒轴向同一位置处的斜孔通道具有相同的形状和孔间距，在火焰筒不同轴向位置处的斜孔通道可以有不同的形状和孔间距，在火焰筒轴向相邻的斜孔通道采用错位排列，且相邻的斜孔通道间距为孔直径的15-30倍。

所述凸壁斜孔的火焰筒内壁面的挡流板，其特征在于：挡流板厚度为2-4mm，与火焰筒壁面贴合部位长度约为8-12mm，挡流板倾斜部位角度β与斜孔通道倾斜角α相同，其长度比斜孔通道长度长2-4mm，挡流板尾部与火焰筒壁面平行，其长度为4-8mm。