[发明专利]一种新型火焰筒壁面冷却结构

说明书

本发明提供了一种新型火焰筒壁面冷却结构，此结构是在火焰筒壁面打出波纹凹槽区域，凹槽区域呈W状，在每个侧面上打上斜孔，波纹中间区域两侧面上的斜孔之间部分区域互通。当冷却气体从火焰筒外壁进入火焰筒中时，会经过波纹凹槽区域，形成一次冲击冷却，接着从斜孔进入火焰筒，通过斜孔的冷却气在形成气膜前通过壁面内的对流换热使壁面冷却，接着又形成了连续不断覆盖在火焰筒内侧壁面的“气膜毯”，从而隔离高温燃气与火焰筒壁面，其中冷却气在进入波纹中间区域互通的斜孔时也会形成换热，使得冷却效果更好。相比于传统的火焰筒壁面打孔结构，本发明通过采用多次冷却，提高火焰筒冷却结构的冷却效率，有助于提高火焰筒寿命。

技术领域

本发明属于航空发动机燃烧室领域，具体涉及一种新型火焰筒壁面冷却结构。

背景技术

燃烧室的主燃区燃气温度可高达2400K,是燃气轮机的最高温度区,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。为了保证燃烧室有足够长的使用寿命与可靠性,通常采用两种解决方法:其一是提高火焰筒材料的许用工作温度,即选用性能更优的耐高温材料；其二是加强火焰筒的热保护,采用先进的冷却技术和冷却结构,对火焰筒壁面进行有效的热保护。由于开发新耐高温材料的速度远远不能满足需求,使得人们越来越重视先进火焰筒冷却结构形式和冷却技术的研究、发展。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。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。随着航空发动机性能的不断提高,火焰筒冷却技术也面临着两大难点:一个难点是,随着航空发动机性能提升,要求直接参与燃烧的空气量逐渐增加；另一个难点是,航空发动机增压比也在逐步提高,压气机出口空气温度,即可用于冷却火焰筒壁面的空气温度也在逐步上升，所以燃烧室进口空气作为冷却剂的冷却能力在逐渐下降。因此,如何在冷却空气温度提高的情况下减少冷却空气的用量,且能够对燃烧室火焰筒进行有效冷却的技术问题成为非常迫切需要解决的关键技术。

本发明采用一种新型火焰筒壁面冷却结构，冷却气体从火焰筒外壁进入火焰筒中时，会经过波纹凹槽区域，先在凹槽区域形成一次冲击冷却，接着从斜孔进入火焰筒，通过斜孔的冷却气在形成气膜前通过壁面内的对流换热使壁面冷却，接着又形成了连续不断覆盖在火焰筒热侧壁面的“气膜毯”，从而隔离高温燃气与火焰筒壁面，其中冷却气在进入波纹中间区域互通的斜孔时也会形成换热，使得冷却效果更好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种新型火焰筒壁面冷却结构，可以有效提高火焰筒冷却结构的冷却效率，减少冷却气流量，能够在火焰筒热侧壁面的形成一层“气膜毯”，隔离高温燃气与火焰筒壁面，经过多次换热冷却，有助于减小壁面的热应力，防止局部过热，提高火焰筒的使用寿命。

技术方案

本发明的目的在于提供一种新型火焰筒壁面冷却结构。

本发明技术方案如下：

一种新型火焰筒壁面冷却结构，其特征在于：所述的壁面冷却结构是由火焰筒壁面，波纹凹槽区域，冷却斜孔组成，在火焰筒壁面打上4-6组波纹凹槽区域，每组波纹区域形状为4个W状凹槽相连，在每个凹槽的侧面上打上斜孔，数量为10-15个；W型凹槽相连的两个侧面之间的斜孔在壁面内部有相交区域，相隔的两个侧面之间的斜孔出口在火焰筒壁面出口处汇合成一个“倒8”型出口。

本发明具有以下有益效果：