[发明专利]用于回流燃烧室的双层壁小弯管结构及回流燃烧室

说明书

本发明公开了一种用于回流燃烧室的双层壁小弯管结构及回流燃烧室，包括间隔排布的弯管内壁和弯管外壁，弯管外壁设于弯管内壁的外侧并使弯管外壁和弯管内壁之间形成有中间空腔，弯管内壁上开设有第一冲击孔，弯管外壁的第一侧的壁体上开设有贯穿弯管外壁以用于使弯管外壁的外侧与中间空腔连通的气膜孔，流入中间空腔内的一部分冷气流从气膜孔流出并在弯管外壁的导流作用以及弯管外壁外侧的高温燃气流冲击作用的共同作用下贴附于弯管外壁的外壁面流动，以在弯管外壁的外表面形成冷气保护膜；同时，流入中间空腔内的另一部分冷气流沿中间空腔向弯管外壁的第二侧的弯管出口流出。本发明的用于回流燃烧室的双层壁小弯管结构，不易烧蚀。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机技术领域，特别地，涉及一种用于回流燃烧室的双层壁小弯管结构。本发明还涉及一种包括用于回流燃烧室的双层壁小弯管结构的回流燃烧室。

背景技术

中小型燃气涡轮发动机转速非常高，为了避免转子动力学问题，要求压气机和涡轮必须紧凑布置以缩短轴距，为了在有限的空间内组织高效的燃烧，环形回流燃烧室在中小型燃气涡轮发动机中被广泛采用。

小弯管作为回流燃烧室上的特有结构，是回流燃烧室中的一个重要的承温组件，与火焰筒内环及内机匣共同构成燃烧室的内二股通道，与大弯管构成燃烧室出口燃气通道，其主要作用是将火焰筒内的高温燃气折转约180°后平缓引入燃气涡轮导向器。小弯管工作时承受着极高的热应力以及较高的气动力，目前，先进燃烧室出口的燃气平均温度高达1700K，而目前普遍采用的高温合金最高工作温度在1300K左右，回流燃烧室中的温度已远远超过了材料的最高允许工作温度。

目前，小弯管包含单层壁结构形式和双层壁结构形式两种。现有的单层壁小弯管与火焰筒内环为一体的整体式结构，其中，单层壁小弯管自身采用传统气膜冷却，且单层壁小弯管承担着给燃气涡轮导向器提供冷却气以对其导叶上缘板进行冷却的作用。存下如下问题：单层壁小弯管同时承受较高的热应力和机械应力，其结构强度难以保证；现有的单层壁小弯管采用传统气膜冷却，冷却效率较低，容易造成小弯管的烧蚀；同时单层壁结构小弯管主要通过在内侧设计气膜槽的方式，通过气模槽为燃气涡轮导向器提供冷却气以冷却其导叶上缘板，其冷却效率低；现有的双层壁小弯管为与火焰筒内环为一体的整体式结构，双层壁小弯管自身采用冲击冷却，在火焰筒内环末端设计有气膜槽，该气膜槽形成的冷却气膜对双层壁小弯管燃气侧壁面进行冷却，冲击后的冷却气通过双层壁之间的缝隙流出至燃气涡轮导向器，并对燃气涡轮导向器上缘板进行冷却，该小弯管外层壁为悬臂结构。存下如下问题：双层壁小弯管采用冲击冷却的方式，其冷却效率同样较低，容易造成双层壁小弯管的烧蚀；双层壁结构小弯管通过冲击后形成气膜对导叶上缘板进行冷却，由于双层壁小弯管受热后悬臂结构的外层壁容易发生变形，导致冷却气出口通道变大，进而引起上缘板冷却不良；双层壁小弯管在承受高温时易发生两层壁体的相对变形，导致双层壁之间的距离发生变化，造成冲击冷却效果急剧恶化。

因此，如何对小弯管自身进行高效冷却以及对燃气涡轮导向器提供稳定有效的冷却气，同时提高小弯管的抗热变形能力是回流燃烧室设计中需要解决的重要技术问题之一。

发明内容

本发明提供的用于回流燃烧室的双层壁小弯管结构及回流燃烧室，以解决现有的回流燃烧室内的小弯管的冷却效率低、小弯管容易烧蚀的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于回流燃烧室的双层壁小弯管结构，包括间隔排布的弯管内壁和弯管外壁，弯管外壁设于弯管内壁的外侧并使弯管外壁和弯管内壁之间形成有中间空腔，弯管内壁上开设有贯穿弯管内壁以与中间空腔连通的第一冲击孔，以使流入回流燃烧室的内二股通道内的冷气流流入中间空腔内，弯管外壁的第一侧的壁体上开设有贯穿弯管外壁以用于使弯管外壁的外侧与中间空腔连通的气膜孔，流入中间空腔内的一部分冷气流从气膜孔流出并在弯管外壁的导流作用以及弯管外壁外侧的高温燃气流冲击作用的共同作用下贴附于弯管外壁的外壁面流动，以在弯管外壁的外表面形成冷气保护膜；同时，流入中间空腔内的另一部分冷气流沿中间空腔向弯管外壁的第二侧的弯管出口流出。