火焰筒及燃烧室的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种火焰筒及燃烧室，涉及航空发动机冷却结构设计与热防护领域，用以实现对相邻两块承热壁之间间隙处的冷却。该火焰筒包括承力壁和多块承热壁；相邻两块承热壁之间具有间隙；各承热壁的边缘与承力壁接触，中部与承力壁之间具有缝隙；其中，承热壁的边缘设有冷却通道，冷却通道将缝隙和间隙流体连通。上述技术方案，使得到达缝隙中的冷气一部分经由承热件上的发散孔到达燃气处，另一部分经由冷却通道到达间隙处，以此实现对间隙位置的冷却。
【专利说明】
火焰筒及燃烧室
技术领域
[0001]本实用新型涉及航空发动机冷却结构设计与热防护领域，具体涉及一种火焰筒及燃烧室。
【背景技术】
[0002]随着发动机推重比不断提高，燃烧室的温升也不断提高，高温升、高热容燃烧室壁面的强化冷却面临着非常突出的矛盾:一方面，燃烧室温升的增加，使得参与燃烧的空气量随之增加而导致用于冷却的空气量减少；另一方面，压气机出口温度的提高又使得用于冷却火焰筒壁面的空气温度上升而导致冷却潜力下降，同时寿命、可靠性及全寿命周期维护成本控制等要求更加严格。为了进一步降低火焰筒壁温，传统单一的冷却形式己经不能满足使用需求，浮动壁结构采用了将承热件与承力件分开的独特思想，有利于采用先进的复合冷却结构，能有效降低了火焰筒壁温，提高火焰筒寿命，在军、民发动机上都获得了广泛应用。美国普惠(P&W)公司于上世纪七十年代开始使用浮动壁冷却结构，浮动壁结构的典型代表机型有V2500、PW4084、PW6000等主燃烧室火焰筒。
[0003]参见图1至图3，进入燃烧室的气流分为3股，包括外环腔冷气1、火焰筒内燃气2以及内环腔冷气3。浮动壁式火焰筒由外环承力件5、若干块外环承热件、内环承力件4以及若干块内环承热件6等组成。外环承热件7、81、82的位置如图1所示。承热件与承热件之间沿火焰筒内燃气2流动方向存在间隙，该间隙具体分为周向间隙和轴向间隙。参见图2，承热件81与承热件82之间存在轴向间隙8，承热件81边缘具有翻边结构91，承热件82边缘具有翻边结构92。
[0004]外环承力件5与外环承热件之间的位置关系、内环承力件4与内环承热件6之间的位置关系类似，下面以前一种情况加以详细介绍。参见图2和图3，外环承力件5上布置有用于冷却的冲击孔9，外环承热件71、72上布置有用于冷却的发散孔10，外环承热件72边缘具有翻边结构12，外环承热件71边缘具有翻边结构14。外环承热件71与外环承热件72之间存在周向间隙11，其他相应位置类似。
[0005]发明人发现，现有技术中至少存在下述问题:由于浮动壁的承热件温度较高，热变形较大，一般采用分块而非整体的结构，以减小热应力所带来的影响。但是，采用分块结构后导致承热件的块与块之间存在间隙，该间隙所对应的承力壁将会暴露在燃气中，同时间隙的大小对于该位置的冷却影响较大。现有技术中，在该间隙对应的承力壁上设置有冷却孔，但是冷气会直接冲过该孔，无法对该位置起到冷却作用。因此，必须采用一定的技术来解决该位置的冷却问题。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的其中一个目的是提出一种火焰筒及燃烧室，用以实现对相邻两块承热壁之间间隙处的冷却。
[0007]为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案:
[0008]本实用新型提供了一种火焰筒，其特征在于，包括承力壁和多块承热壁;相邻两块所述承热壁之间具有间隙；各所述承热壁的边缘与所述承力壁接触，中部与所述承力壁之间具有缝隙；其中，所述承热壁的边缘设有冷却通道，所述冷却通道将所述缝隙和所述间隙流体连通。
[0009]在可选的实施例中，所述承热壁的边缘设有翻边结构，所述冷却通道开设在所述翻边结构上。
[0010]在可选的实施例中，所述冷却通道为连续缝。
[0011]在可选的实施例中，所述冷却通道为间断缝，所述间断缝的数量为多条，且各所述间断缝间隔设置。
[0012]在可选的实施例中，相邻两个所述间断缝之间的距离大于1_。
[0013]在可选的实施例中，所述冷却通道为孔。
[0014]在可选的实施例中，所述孔的数量为多个，各所述孔间隔设置。
[0015]在可选的实施例中，所述冷却通道包括孔和间断缝，所述孔和所述间断缝交错设置。
[0016]在可选的实施例中，所述冷却通道的横截面形状选自下列其中之一:矩形、圆形、椭圆形。
[0017]本实用新型又提供了一种燃烧室，包括本实用新型任一技术方案所提供的火焰筒O
[0018]基于上述技术方案，本实用新型实施例至少可以产生如下技术效果:
[0019]上述技术方案，能对承力壁形成气膜保护，减少卷吸入间隙的燃气量，从而降低承力壁间隙处的温度；同时该气流能形成对承热壁间隙处固体的冲击作用，加强换热效果，降低承热壁间隙处的温度。另外，采用本实用新型的冷却结构后，气流从冷却通道和间隙处流出，在燃烧室主流燃气的流动带动下，能增强承热壁表面的气膜覆盖效果，从而降低承热壁表面的温度。可见上述技术方案能降低承热壁间隙处的温度，承力壁间隙处的温度，还能降低承热壁表面的温度。
【附图说明】
[0020]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0021 ]图1为现有技术中的火焰筒子午截面视图；
[0022]图2为图1的B局部放大不意图；
[0023]图3为图1的A视角视图；
[0024]图4为本实用新型实施例一提供的火焰筒承热壁间隙处的分解结构示意图；
[0025]图5为本实用新型实施例二提供的火焰筒承热壁间隙处的部分结构示意图；
[0026]图6为本实用新型实施例三提供的火焰筒承热壁间隙处的部分结构示意图；
[0027]图7为本实用新型实施例四提供的火焰筒承热壁间隙处的结构示意图。
[0028]附图标记:
[0029]1、外环腔冷气； 2、火焰筒内燃气；3、内环腔冷气；
[0030]4、内环承力件；5、外环承力件；6、内环承热件；
[0031]7、外环承热件；8、轴向间隙；9、冲击孔；
[0032]10、发散孔；11、周向间隙；12、翻边结构；
[0033]14、翻边结构；71、外环承热件；72、外环承热件；
[0034]81、外环承热件；82、外环承热件；100、承热壁；
[0035]20、承力壁；30、间隙；101、翻边结构；
[0036]102、冷却通道；103、发散孔；104、连续缝；
[0037]105、间断缝；106、孔；107、第一承热壁；
[0038]108、第二承热壁；109、第一翻边结构；110、第二翻边结构；
[0039]111、凸台；201、冲击孔；40、缝隙。
【具体实施方式】
[0040]下面结合图4?图7对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述。
[0041 ]本实用新型下述各实施例现针对浮动壁式火焰筒承热壁之间的间隙位置处提出一种冷却结构，以冷却此位置处承热壁及承力壁，提高火焰筒的寿命。
[0042]浮动壁:一种双层壁的结构，采用了将承热壁与承力壁分开的设计，其中由于承热壁的热变形较大，设计为可以浮动的形式。
[0043]实施例一
[0044]参见图4，本实用新型实施例提供一种火焰筒，包括承力壁20和多块承热壁100;相邻两块承热壁100之间具有间隙30;各承热壁100的边缘与承力壁20接触，中部与承力壁20之间具有缝隙40。其中，承热壁100的边缘设有冷却通道102，冷却通道102将缝隙40和间隙30流体连通。
[0045]上述技术方案，使得到达缝隙中的冷气一部分经由承热件100上的发散孔103到达燃气处，另一部分经由冷却通道102到达间隙30处，以此实现对间隙30位置的冷却。
[0046]参见图4，本实施例中，承热壁100以两块示意，分别为第一承热壁107、第二承热壁108，两者之间具有间隙30。第一承热壁107具有第一翻边结构109，第二承热壁108具有第二翻边结构110。本文的结构适用于与轴向间隙、周向间隙以及类似的位置处，下文均以第一承热壁107与第二承热壁108之间存在周间隙的位置处为例。
[0047]可见上述技术方案，冷气流能经由缝隙40、冷却通道102到达间隙30处，故能对承力壁20形成气膜保护，减少卷吸入间隙的燃气量，从而降低间隙30处的温度；同时该气流能形成对间隙30处固体的冲击作用，加强换热效果，降低间隙30处的温度。另外，采用本实用新型的冷却结构后，气流从间隙30处流出，在燃烧室主流燃气的流动带动下，能增强承热壁100表面的气膜覆盖效果，从而降低承热壁100表面的温度。可见上述技术方案能降低承热壁100和承力壁20间隙30处的温度，还能降低承热壁100表面的温度。
[0048]本实施例中，冷却通道102为连续缝104。
[0049]具体地，连续缝104的宽度小于承热壁100的翻边结构101的宽度。
[0050]冷却通道102(本实施例中即连续缝104)的横截面形状选自下列其中之一:矩形、圆形、椭圆形。
[0051]两块承热壁100之间间隙位置的对应处的承力壁20上一般均布置有冷却孔。如图1和图4所示，两块承热壁100(第一承热壁107和第二承热壁108)之间存在间隙(具体为周向间隙)30，间隙30对应的承力壁20上布置有冷却孔201。
[0052]参见图1和图4，第一承热壁107、第二承热壁108与火焰筒内燃气平行的壁面上布置有发散孔103，同时第一承热壁107与第二承热壁108之间形成一定的间隙30。承力壁20上布置有垂直于壁面的冲击孔201，如图4所示。第一承热壁107、第二承热壁108扣压承力壁20的第一翻边结构109、第二翻边结构110上都布置能流通气流的连续缝104，如图4所示。连续缝104的形状不受限制，包括但不局限于矩形、圆孔、椭圆形、跑道型等;连续缝104的宽度为
0.1mm?2mm，但不要超过冲击距离，同时兼顾冷却气量。
[0053]本实用新型实施例的技术方案，通过在第一承热壁107、第二承热壁108的第一翻边结构109、第二翻边结构110上布置能流通气流的连续缝104，用于冲击冷却效果的互相弥补，同时在间隙30对应的承力壁20处形成贴壁效果很好的气膜，加强此处的冷却，最终从间隙30处流向火焰筒内燃气，加强第一承热壁107、第二承热壁108处的气膜覆盖效果，解决间隙30处的第一承热壁107、第二承热壁108和承力壁20的冷却问题，加强了第一承热壁107、第二承热壁108与火焰筒内燃气平行表面的冷却。
[0054]实施例二
[0055]参见图5，本实施例的技术方案与上述实施例的技术方案具有以下不同:本实施例中，冷却通道102为间断缝105，间断缝105的数量为多条，且各间断缝105间隔设置。相邻两个间断缝105之间形成有凸台111。
[0056]间断缝105的横截面形状选自下列其中之一:矩形、圆形、椭圆形。
[0057]进一步地，相邻两个间断缝105之间的距离大于1mm。
[0058]参见图5，第一承热壁107、第二承热壁108与火焰筒内燃气平行的壁面上布置有发散孔103，同时第一承热壁107与第二承热壁108之间形成一定的周向的间隙30。承力壁20上布置有垂直于壁面的冲击孔201。第一承热壁107、第二承热壁108扣压承力壁20的第一翻边结构109、第二翻边结构110上都布置能流通气流的间断缝105。如图5所示，间断缝105交叉排布，间断缝105之间形成凸台111用于支撑第一承热壁107、第二承热壁108与承力壁20，更好地保证第一承热壁107、第二承热壁108与承力壁20之间的冲击距离。间断缝105的形状不受限制，包括但不局限于矩形、圆孔、椭圆形、跑道型等。间断缝105的宽度为0.1mm?2mm，但不要超过冲击距离，同时兼顾冷却气量。间断缝105对应的凸台111的长度为大于1mm，同时兼顾冷却气量以及强度的影响。
[0059]参见图5，本实用新型实施例的技术方案，通过在第一承热壁107、第二承热壁108的第一翻边结构109、第二翻边结构110上布置能流通气流的间断缝105。间断缝105交叉排布，用于冲击冷却效果的互相弥补，同时在间隙30对应的承力壁20处形成贴壁效果很好的气膜，加强此处的冷却，最终从间隙30处流向火焰筒内燃气，加强第一承热壁107、第二承热壁108表面的气膜覆盖效果，解决间隙30处的第一承热壁107、第二承热壁108和承力壁20的冷却问题，加强了第一承热壁107、第二承热壁108与火焰筒内燃气平行表面的冷却。
[0060]实施例三
[0061 ]参见图6，本实施例的技术方案与上述实施例的技术方案具有以下不同:本实施例中，冷却通道102为孔106。
[0062]具体地，孔106的数量为多个，各孔106间隔设置。
[0063]参见图6，第一承热壁107、第二承热壁108与火焰筒内燃气平行的壁面上布置有发散孔103，同时第一承热壁107与第二承热壁108之间形成间隙30。承力壁20上布置有垂直于壁面的冲击孔201。第一承热壁107、第二承热壁108扣压承力壁20的第一翻边结构109、第二翻边结构110上都布置能流通气流的孔106，如图6所示，孔16交叉排布。孔16的形状不受限制，包括但不局限于矩形、圆孔、椭圆形、跑道型等;孔16的直径为0.2mm?3mm，但不过超过冲击距尚，同时兼顾冷却气量。
[0064]本实用新型实施例的技术方案，通过在第一承热壁107、第二承热壁108的第一翻边结构109、第二翻边结构110上都布置能流通气流的孔106。多个孔106交叉排布，用于冲击冷却效果的互相弥补，同时在间隙30对应的承力壁20处形成贴壁效果很好的气膜，加强此处的冷却，最终从周向的间隙30处流向火焰筒内燃气，加强第一承热壁107、第二承热壁108表示的气膜覆盖效果，解决间隙30处的第一承热壁107、第二承热壁108和承力壁20的冷却问题，加强了第一承热壁107、第二承热壁108与火焰筒内燃气平行表面的冷却。
[0065]实施例四
[0066]参见图7，本实施例的技术方案与上述实施例的技术方案具有以下不同:本实施例中，冷却通道102包括孔106和间断缝105，孔106和间断缝105交错设置。
[0067]孔106和间断缝105的横截面形状都选自下列其中之一:矩形、圆形、椭圆形。
[0068]参见图7，第一承热壁107、第二承热壁108与火焰筒内燃气平行的壁面上布置有发散孔103，同时第一承热壁107与第二承热壁108之间形成间隙30。承力壁20上布置有垂直于壁面的冲击孔201。第一承热壁107、第二承热壁108扣压承力壁20的第一翻边结构109、第二翻边结构110上布置能流通气流的间断缝105和孔106，如图7所示，间断缝105和孔106交叉排布。间断缝105之间形成凸台111用于支撑第一承热壁107、第二承热壁108与承力壁20，更好地保证第一承热壁107、第二承热壁108与承力壁20之间的冲击距离。间断缝105或孔106的形状不受限制，包括但不局限于矩形、圆孔、椭圆形、跑道型等。间断缝105的宽度为0.1mm?2mm，但不要超过冲击距离，同时兼顾冷却气量。间断缝15、16间断缝105对应的凸台111的长度为大于1mm，同时兼顾冷却气量以及强度的影响。孔106的直径为0.2mm?3mm，但不过超过冲击距尚，同时兼顾冷却气量。
[0069]本实用新型实施例的技术方案，通过在第一承热壁107、第二承热壁108的第一翻边结构109、第二翻边结构110上都布置能流通气流的孔106和间断缝105，两者交叉排布，用于冲击冷却效果的互相弥补，同时在周向的间隙30对应的承力壁20处形成贴壁效果很好的气膜，加强此处的冷却，最终从间隙30处流向火焰筒内燃气，加强第一承热壁107、第二承热壁108表示的气膜覆盖效果，解决间隙30处的第一承热壁107、第二承热壁108和承力壁20的冷却问题，加强了第一承热壁107、第二承热壁108与火焰筒内燃气平行表面的冷却。
[0070]本实用新型另一实施例还提供一种燃烧室，包括本实用新型任一技术方案所提供的火焰筒。
[0071]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本实用新型保护内容的限制。
[0072]如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓:“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。
[0073]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种火焰筒，其特征在于，包括承力壁(20)和多块承热壁(100);相邻两块所述承热壁(100)之间具有间隙(30);各所述承热壁(100)的边缘与所述承力壁(20)接触，中部与所述承力壁(20)之间具有缝隙(40);其中，所述承热壁(100)的边缘设有冷却通道(102)，所述冷却通道(102)将所述缝隙(40)和所述间隙(30)流体连通。2.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述承热壁(100)的边缘设有翻边结构(101)，所述冷却通道(102)开设在所述翻边结构(101)上。3.根据权利要求1或2所述的火焰筒，其特征在于，所述冷却通道(102)为连续缝(104)。4.根据权利要求1或2所述的火焰筒，其特征在于，所述冷却通道(102)为间断缝(105)，所述间断缝(105)的数量为多条，且各所述间断缝(105)间隔设置。5.根据权利要求4所述的火焰筒，其特征在于，相邻两个所述间断缝(105)之间的距离大于Imm06.根据权利要求1或2所述的火焰筒，其特征在于，所述冷却通道(102)为孔(106)。7.根据权利要求6所述的火焰筒，其特征在于，所述孔(106)的数量为多个，各所述孔(106)间隔设置。8.根据权利要求1或2所述的火焰筒，其特征在于，所述冷却通道(102)包括孔(106)和间断缝(105)，所述孔(106)和所述间断缝(105)交错设置。9.根据权利要求2所述的火焰筒，其特征在于，所述冷却通道(102)的横截面形状选自下列其中之一:矩形、圆形、椭圆形。10.一种燃烧室，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的火焰筒。
【文档编号】F23R3/42GK205560842SQ201620012880
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年1月8日
【发明人】冯晓星, 徐榕, 党龙飞
【申请人】中航商用航空发动机有限责任公司