[发明专利]排气弯管及回流燃烧室

说明书

本发明公开了一种排气弯管及回流燃烧室，用于改变回流燃烧室内火焰筒喷出的高温燃气的流动方向，包括弯管外壁和弯管内壁，弯管外壁上靠近火焰筒的一端和弯管内壁上靠近火焰筒的一端卡接装配，且弯管外壁的内侧壁面与弯管内壁的外侧壁面之间的间隙形成用于冷气流进入的冷却腔。本发明的排气弯管，通过将弯管外壁靠近火焰筒的一端和弯管内壁靠近火焰筒的一端卡接装配，取消了焊缝连接的形式，提高了排气弯管的使用寿命，同时也降低了加工工艺的复杂性，避免了排气弯管在焊接过程中产生变形，缩短了加工周期，降低了加工成本，并且易于装配。

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，特别地，涉及一种排气弯管及回流燃烧室。

背景技术

在现代中小型燃气轮机回流燃烧室的结构中，排气弯管是燃气涡轮发动机回流燃烧室的关键部件，其主要功能是将高温燃气的流动方向回转180°，同时辅助调节燃烧室出口的燃气温度。在结构上，排气弯管一般为薄壁零件。在工作环境上，排气弯管在燃气涡轮发动机内长时间工作于高温区域，承受很高的热载荷，长期使用过程下，排气弯管承受较大的热载荷，同时排气弯管内外壁受热变形不均匀，成为影响排气弯管使用寿命的关键。

现有技术：现有的排气弯管一般采用单层或双层形式，单层排气弯管常使用Z形环结构，双层排气弯管常用的有冷却加冷却的冷却方式。双层结构的排气弯管则排气弯管内壁与高温燃气接触，通过内壁上的冷却孔冷却，降低排气弯管燃气侧壁温。在结构设计上，排气弯管内壁和排气弯管外壁均为薄壁件，通过排气弯管外环将两者焊接为一体来保证排气弯管内壁和排气弯管外壁之间的相对位置关系。现有双层排气弯管结构形式虽较简单，但加工复杂，排气弯管外壁和内壁的连接是通过外环焊接在一起，长期使用过程中，外环的焊缝为强度薄弱点。高温区域的长期使用下，焊缝容易产生热疲劳而引起失效并出现裂纹，当焊缝裂纹发展到一定程度，将会导致排气弯管的烧蚀、裂纹甚至发展为掉块，可能危害整个燃气轮机的结构完整。此外，焊接工艺容易引起排气弯管变形，加工工序复杂且周期长，增加加工成本。

发明内容

本发明提供了一种排气弯管及回流燃烧室，以解决现有的双层结构的排气弯管采用外环将弯管内壁和弯管外壁焊接连接，由于焊缝容易产生热疲劳而出现裂纹，以及焊接工艺容易导致排气弯管变形的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种排气弯管，用于改变回流燃烧室内火焰筒喷出的高温燃气的流动方向，包括弯管外壁和弯管内壁，弯管外壁上靠近火焰筒的一端和弯管内壁上靠近火焰筒的一端卡接装配，且弯管外壁的内侧壁面与弯管内壁的外侧壁面之间的间隙形成用于冷气流进入的冷却腔。

进一步地，弯管外壁上靠近火焰筒的一端设有舌片，弯管内壁上靠近火焰筒的一端开设有与舌片宽度相匹配的用于舌片卡入的卡槽，多个舌片沿周向均匀间隔排布，舌片与卡槽一一对应。

进一步地，弯管外壁上靠近火焰筒的一端沿径向向内延伸并形成舌片，使弯管外壁上靠近火焰筒的一端呈弯钩状，弯管内壁上靠近火焰筒的一端沿轴向延伸并与火焰筒连接，卡槽开设于弯管内壁的轴向延伸段上，舌片卡入卡槽内并悬挂固定。

进一步地，弯管外壁和弯管内壁均包括用于改变气体流动方向的弯曲段、与弯曲段的第一端连接并沿径向向外延伸形成的第一贴合段、与第一贴合段连接并沿轴向延伸形成的用于卡接装配的插接段以及与弯曲段的第二端连接的第二贴合段，弯管外壁的第一贴合段的内侧壁面与弯管内壁的第一贴合段的外侧壁面相贴合，弯管外壁的第二贴合段的内侧壁面与弯管内壁的第二贴合段的外侧壁面相贴合，从而使弯管外壁的弯曲段和弯管内壁的弯曲段之间形成密封的冷却腔。

进一步地，弯管内壁的第一贴合段与弯管外壁的插接段之间形成装配槽，火焰筒的一端卡接固定于装配槽内。

进一步地，弯管外壁与弯管内壁之间设有用于控制间隙宽度的间隙控制结构，间隙控制结构包括弯管外壁的壁体向内凹陷形成的用于顶抵于弯管内壁的外侧壁面上的凸起。

进一步地，多个凸起沿弯管外壁的周向均匀间隔排布，和/或多个凸起沿弯管外壁的轴向均匀间隔排布，以保证冷却腔间隙的一致性。