[发明专利]一种防烧蚀的火焰筒大孔射流套筒

说明书

本发明提供一种防烧蚀的火焰筒大孔射流套筒，所述射流套筒设置于燃烧室中的火焰筒壁上，所述射流套筒包括外侧的支撑臂和内侧的流道臂，所述支撑臂和所述流道臂之间设有环形集气腔，所述支撑臂与火焰筒壁固定连接，且所述支撑臂上开设多个进气孔，所述流道臂与火焰筒壁之间设有间隔，形成出气环缝。本发明的大孔射流套筒结构，可对流道臂形成保护气膜，防止主流燃气对流道臂的烧蚀，有效达到了设计目的。

技术领域

本公开涉及航空发动机及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种防烧蚀的火焰筒大孔射流套筒。

背景技术

早期航空发动机及燃气轮机燃烧室火焰筒上的主燃孔、中间孔和掺混孔等大孔均采用简单平孔、镶边孔、(内/外)翻边孔、局部翻边孔和进气斗等结构形式，其目的主要是增大射流穿透深度以及加强进气稳定性。当采用各种结构形式的平孔或镶边孔时，孔的长径比L/D均非常小，这样气流经过L/D小的孔时，气流的流管收缩严重，即孔的流量系数就很小，一般在0.5-0.6之间；且从主燃孔/掺混孔流入的空气很快就会被主流燃气“吹偏”，射流就不会很深，很难达到与主流燃气充分掺混；同时，平孔进气很容易受二股环腔空气流场结构的变化而影响，使得大孔射流变的不稳定，进而引起燃烧性能(出口温度场、点熄火等)的变化。Spey等发动机主燃烧室采用的是进气斗结构形式的主燃孔/掺混孔，L/D增大了很多，这有效增加了大孔的射流穿透深度，但进气斗是沿着径向向火焰筒内伸进去的，如果冷却措施不到位的话，很容易把进气斗烧蚀了；进气斗的应用亦增强了大孔射流穿透的稳定性。随着主燃烧室沿着高温升方向发展，主燃烧室头部进气越来越多，主燃区的设计更显得尤为重要，主燃孔/掺混孔与主流燃气之间的强掺混作用也显得非常重要。常规进气斗在高温升燃烧区中极易被烧蚀，所以非常有必要发展一种既能增强射流穿透和稳定性，又能防止烧蚀的进气射流套筒结构形式。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种防烧蚀的火焰筒大孔射流套筒，该结构中，来自于二股环腔的冷却空气通过支撑臂上的进气孔流入环形集气腔，空气在环形集气腔内减速增压，最后通过流道臂与火焰筒之间的环缝，这样既可以保证环缝气流垂直射入主流燃气，又对流道臂形成了一层保护气膜，防止主流燃气对流道臂的烧蚀，有效达到了设计目的。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种防烧蚀的火焰筒大孔射流套筒，所述射流套筒设置于燃烧室中的火焰筒壁上，所述射流套筒包括外侧的支撑臂和内侧的流道臂，所述支撑臂和所述流道臂之间设有环形集气腔，所述支撑臂与火焰筒壁固定连接，且所述支撑臂上开设多个进气孔，所述流道臂与火焰筒壁之间设有间隔，形成出气环缝。

进一步地，所述射流套筒筒口的所述支撑臂和流道臂的连接处采用倒圆过渡，且倒圆半径不大于所述射流套筒的厚度。

进一步地，所述流道臂的壁厚为0.5-1.5mm，且所述支撑臂的壁厚为所述流道臂壁厚的1.5-2倍。

进一步地，所述流道臂的出口端面可伸出/缩进所述火焰筒壁，且伸出/缩进的距离不大于所述火焰筒壁厚的一半。

进一步地，所述环形集气腔的宽度比所述出气环缝的宽度大至少0.5mm。

进一步地，所述环形集气腔的宽度为2-3.5mm。

进一步地，所述出气环缝的宽度为0.5-1.0mm。

进一步地，所述支撑臂包括迎风面和背风面，所述迎风面上的所述进气孔的直径为2.5-4mm，且为所述背风面上的所述进气孔直径的1.5-2倍。

进一步地，所述支撑臂包括迎风面和背风面，所述迎风面上的所述进气孔的数量大于所述背风面上的所述进气孔的数量，并且，所述支撑臂上的所述进气孔的面积总和大于所述出气环缝的几何面积的至少1.5倍。

进一步地，所述支撑臂的底端嵌入所述火焰筒的侧壁内部，嵌入尺寸为0.5-1.0mm，且通过焊接固定在所述火焰筒壁上。