[发明专利]一种新型蜗壳式燃烧室火焰筒壁面结构

说明书

本发明提供了一种新型蜗壳式燃烧室火焰筒壁面结构，在火焰筒内外壁面之间布置以蜗壳式冷却通道为一个单元的循环结构。冷却气流通过火焰筒外壁上均匀布置的冲击孔进入火焰筒壁内部，实现对流换热与冲击换热，冷却气流流经时，蜗壳式结构可增大气流的紊流度，增加流动损失从而达到强化换热的目的，且该新型蜗壳式通道为渐扩型通道，可有效降低气流的动能，最后冷却气流从蜗舍处流出并实现气膜冷却。该发明极大地增加了火焰筒壁面的换热面积，并通过增加气流紊流度，增加流动损失的方式强化换热，有效降低气流的动能，减弱射流在主流中的穿透，有利于冷却气流附着在热壁面上，使气膜分布更加均匀，提高火焰筒表面的耐热强度和使用寿命。

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种新型蜗壳式燃烧室火焰筒壁面结构。

背景技术

燃烧室的基本功能是在十分恶劣的环境条件下组织高效燃烧，把燃油的化学能转变为热能，燃烧过程发生在燃烧室的功能单元—火焰筒内部。通常情况下，燃烧室内火焰温度很高，火焰筒壁面承受着高温引起的热应力、热腐蚀，为了防止过热、烧蚀和延长寿命，必须对火焰筒进行有效地冷却，以保证燃烧室在较长的寿命期内安全可靠地工作。

现代航空发动机的发展要求燃烧室具有高温升的特性，未来先进航空发动机会进一步提高涡轮前温度，在油气比固定的情况下，必须增加参与燃烧的用气量，而在燃烧室进气量一定的条件下，燃烧室火焰筒壁面热负荷日趋增加，冷却用气量却愈来愈少，这使得火焰筒壁温问题显得越来越突出，为了保证火焰筒的寿命和可靠性，发展高效的冷却技术刻不容缓。解决该问题的主要途径是通过提高火焰筒材料的许用工作温度、改进火焰筒壁面结构以提高空气冷却效率。而目前使用的高温合金材料的许用温度已很难提高，因此提高火焰筒性能的唯一可靠的方法，是改进火焰筒壁结构，提高空气的冷却效率。

目前，国内外的燃烧室火焰筒已由纯气膜冷却发展为冲击、气膜、层板等多种冷却方式或多种冷却方式相结合的复合冷却方式，冷却结构也由最初的单层壁发展到双层壁、浮动壁等。国内对于火焰筒壁面结构的研究尚无使用新型蜗壳式火焰筒壁面冷却技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种新型蜗壳式燃烧室火焰筒壁面结构，与现有的技术相比，本方案的优点是在传统火焰筒单层壁冷却结构的基础上，在冷壁面和热壁面之间布置多个循环的蜗壳式冷却结构，当冷却气流在一个循环单元中流动时，气流与火焰筒壁内部进行冲击换热与对流换热，同时由于蜗壳式结构的存在，气流的紊流度和流动损失也有所增加，并且随着气流的流动，通道的面积也逐渐增大，即该流动通道为渐扩式结构，通道3处最为明显，该结构有效降低了冷却气流的动能，减弱了射流在主流中的穿透，同时减弱了射流贴近壁面附近的对涡强度，有利于冷却气流附着在热壁面上，使气膜分布更加均匀，也极大增加了冷却气流与火焰筒壁面的换热面积，最大程度利用了冷却气流，提高了火焰筒表面的耐热强度与使用寿命。

技术方案

本发明的目的在于提供一种新型蜗壳式燃烧室火焰筒壁面结构。

本发明技术方案如下：

一种新型蜗壳式燃烧室火焰筒壁面结构，其特征在于：该结构是由多个蜗壳式冷却结构循环排布形成，蜗壳式冷却结构包括等截面通道1、蜗壳式冷却通道2以及渐扩型通道3。

所述的一种新型蜗壳式燃烧室火焰筒壁面结构，其特征在于：火焰筒外壁上气流孔直径的大小范围为3～6mm，其连通火焰筒外壁与火焰筒壁内部蜗壳式冷却结构之间的气流通道，火焰筒外壁上气膜孔与水平方向的夹角范围为0°～60°。

所述的一种新型蜗壳式燃烧室火焰筒壁面结构，其特征在于：通道1为等截面通道，通道1的进出口截面圆孔直径的大小范围为3～6mm。

所述的一种新型蜗壳式燃烧室火焰筒壁面结构，其特征在于：通道2为蜗壳式冷却通道，通道2出口截面圆孔直径的大小范围为5～7mm。