專利名稱：多斜孔火焰筒壁板、火焰筒及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及燃?xì)廨啓C(jī)エ業(yè)領(lǐng)域，特別涉及一種多斜孔火焰筒壁板和由該多斜孔火焰筒壁板形成的火焰筒以及包括該火焰筒的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)的最高溫度區(qū)是燃燒室，燃燒室的主燃區(qū)燃?xì)鉁囟瓤筛哌_(dá)2400K，而目前火焰筒壁金屬材料正常工作溫度不超過(guò)1300K，材料無(wú)法承受在遠(yuǎn)超過(guò)其正常工作溫度的惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作，因此必須對(duì)燃燒室火焰筒進(jìn)行冷卻，以防止火焰筒被燒壞而降低 燃燒室壽命，進(jìn)而降低發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。目前用于燃燒室火焰筒冷卻的基本冷卻方式有氣膜冷卻、對(duì)流氣膜冷卻、沖擊氣膜冷卻、發(fā)散冷卻和層板冷卻等，其基本冷卻原理都是冷氣從燃燒室內(nèi)外環(huán)腔進(jìn)入火焰筒內(nèi)，在火焰筒內(nèi)壁表面形成ー層氣膜，氣膜緊貼火焰筒內(nèi)壁面流動(dòng)，氣膜起到冷卻壁面和隔離燃?xì)鉀_刷火焰筒壁面的作用。高品質(zhì)的氣膜可以有效地利用冷卻氣，并獲得高的氣膜冷卻效率，其中氣膜接近ニ維流的程度即氣膜的貼壁效果是表征氣月旲品質(zhì)的王要指標(biāo)。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)增壓比和燃燒室進(jìn)出口溫度均大幅提高。先進(jìn)燃燒室的工作壓カ和溫度的不斷増加，這必然導(dǎo)致燃燒室火焰筒所受到的熱負(fù)荷急劇增加。隨著設(shè)計(jì)參數(shù)的提高，壓氣機(jī)出口空氣溫度可高達(dá)800 900K。用這種高溫壓縮空氣作為冷卻氣，其潛在的冷卻能力已經(jīng)下降，因而所需冷卻氣流量増加。為了使燃?xì)廨啓C(jī)獲得更高的效率，通常要盡可能提高燃燒室的出ロ溫度，現(xiàn)今在燃燒室出ロ的燃?xì)鉁囟雀哌_(dá)1300K至1800K。燃燒室的出ロ溫度的提高，使得渦輪葉片冷卻氣的用量増加，這部分冷卻氣直接進(jìn)入渦輪，沒(méi)有通過(guò)火焰筒，因而降低了火焰筒氣膜冷卻的可用空氣流量。目前的高溫升燃燒室的可用冷卻氣量只有總空氣量的20% 30%。先進(jìn)燃燒室火焰筒冷卻所需冷卻氣量的増加與可用冷卻氣量的減少之間存在矛盾，為解決這個(gè)問(wèn)題，除了不斷發(fā)展新材料和新エ藝外，決定性因素之一就是對(duì)火焰筒采用先進(jìn)的高效冷卻技木，實(shí)用新型、應(yīng)用更好的氣膜冷卻幾何結(jié)構(gòu)。通過(guò)幾何結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，在達(dá)到預(yù)期冷卻效果的同時(shí)，有效降低冷卻氣的流量。氣膜冷卻結(jié)構(gòu)應(yīng)力求氣膜分布均勻，湍流強(qiáng)度低，沿火焰筒軸向冷卻效果均勻，減小熱應(yīng)力，以避免在高溫狀態(tài)下火焰筒出現(xiàn)裂紋和彎曲變形。圖I示出了采用傳統(tǒng)氣膜冷卻結(jié)構(gòu)的火焰筒壁板100?；鹧嫱脖诎?00上的氣膜孔200之間的間距保持不變，從氣膜孔200進(jìn)入火焰筒的氣流不斷疊加，引起火焰筒內(nèi)壁面附近的冷卻氣膜不斷疊加變厚，影響火焰筒內(nèi)的燃燒組織，同時(shí)導(dǎo)致沿軸向火焰筒冷卻效果不均。具體來(lái)說(shuō)，存在以下幾方面問(wèn)題I.傳統(tǒng)氣膜冷卻結(jié)構(gòu)的火焰筒壁消耗冷卻氣量相對(duì)較多，沿火焰筒軸向下游冷卻氣浪費(fèi)嚴(yán)重，導(dǎo)致整機(jī)效率降低較大；2.從氣膜孔進(jìn)入火焰筒的氣流不斷疊加，引起火焰筒內(nèi)壁面附近的冷卻氣膜不斷疊加變厚，氣膜厚度沿軸向逐漸增加，占用了燃燒室較多的燃燒容積，使有效燃燒容積變?。籟0007]3.傳統(tǒng)氣膜冷卻結(jié)構(gòu)的火焰筒壁開(kāi)孔數(shù)量較多，導(dǎo)致火焰筒壁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，同時(shí)導(dǎo)致加工成本較高；4.傳統(tǒng)氣膜冷卻結(jié)構(gòu)的火焰筒壁壁溫沿火焰筒軸向迅速下降，導(dǎo)致較高的火焰筒壁溫梯度，產(chǎn)生較高的熱應(yīng)力，過(guò)大的熱應(yīng)カ會(huì)引起壁面的翹曲和裂紋等故障，影響火焰筒使用壽命，降低火焰筒使用的可靠性。總之，為了改進(jìn)火焰筒冷卻效果和延長(zhǎng)火焰筒的使用壽命，還需要開(kāi)發(fā)優(yōu)化的氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，提高氣膜冷卻的效率和冷卻均勻性，改善氣膜的貼壁效果，減小所需冷卻氣流量、降低火焰筒壓カ損失。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供ー種新型火焰筒壁板，其具有優(yōu)化的氣膜冷卻結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型還提供由該火焰筒壁板形成的火焰筒以及包括該火焰筒的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室。·根據(jù)本實(shí)用新型的第一個(gè)方面，提供一種多斜孔火焰筒壁板，所述火焰筒壁板上具有貫穿所述火焰筒壁板的多個(gè)斜孔，所述斜孔的密度沿著所述火焰筒壁板的長(zhǎng)度方向逐漸變小。其中，所述斜孔的軸線與所述火焰筒壁板的夾角在20 90°之間。根據(jù)本實(shí)用新型的第二個(gè)方面，提供一種火焰筒，所述火焰筒由前面所述的火焰筒壁板形成，所述斜孔的密度沿著所述火焰筒內(nèi)氣流的流動(dòng)方向逐漸變小。其中，所述斜孔的軸向和/或周向間距沿著所述火焰筒內(nèi)氣流的流動(dòng)方向逐漸變大。優(yōu)選地，所述斜孔的軸向間距在2 50mm之間。優(yōu)選地，所述斜孔的周向間距在2 30mm之間。根據(jù)本實(shí)用新型的第三個(gè)方面，提供一種火焰筒，包括主燃區(qū)和摻混區(qū)，所述摻混區(qū)包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域鄰近所述主燃區(qū)，所述主燃區(qū)和第一區(qū)域由前面所述的火焰筒壁板形成，所述第二區(qū)域由具有恒定的斜孔密度的火焰筒壁板形成。在根據(jù)本實(shí)用新型的火焰筒的第一個(gè)實(shí)施例中，在所述主燃區(qū)內(nèi)，所述斜孔的周向間距從5. 5mm遞增到IOmm ；在所述第一區(qū)域內(nèi)，所述斜孔的周向間距從12mm遞增到20mm ；在所述第二區(qū)域內(nèi)，所述斜孔的周向間距為22mm。在根據(jù)本實(shí)用新型的火焰筒的第二個(gè)實(shí)施例中，在所述主燃區(qū)內(nèi)，所述斜孔的軸向間距從3. 5mm遞增到IOmm ；在所述第一區(qū)域內(nèi)，所述斜孔的軸向間距從12mm遞增到30mm ；在所述第二區(qū)域內(nèi)，所述斜孔的軸向間距為30mm。在根據(jù)本實(shí)用新型的火焰筒的第三個(gè)實(shí)施例中，在所述主燃區(qū)內(nèi)，所述斜孔的周向間距從5. 5mm遞增到IOmm,所述斜孔的軸向間距從3. 5mm遞增到IOmm ；在所述第一區(qū)域內(nèi)，所述斜孔的周向間距從12mm遞增到20mm，所述斜孔的軸向間距從12mm遞增到30mm ；[0030]在所述第二區(qū)域內(nèi)，所述斜孔的周向間距為22mm，所述斜孔的軸向間距為30mm。根據(jù)本實(shí)用新型的第四個(gè)方面，提供ー種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，所述燃燒室包括前面所述的火焰筒。本實(shí)用新型的技術(shù)效果采用本實(shí)用新型所示方案，可以在多個(gè)方面使火焰筒的應(yīng)用狀況得到改善I.在保證火焰筒壁冷卻效果的前提下，減少了火焰筒內(nèi)的冷卻氣用量，提高了整機(jī)效率。同時(shí)，為今后進(jìn)ー步提高火焰筒內(nèi)燃燒溫度，留出了更多的可用冷卻氣量；2.減小了氣膜厚度沿軸向的逐漸增長(zhǎng)，提高了燃燒室的容積利用率； 3.減少了氣膜孔的數(shù)量，降低了火焰筒的制造成本，增強(qiáng)了火焰筒壁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；4.改善了火焰筒壁面附近氣膜厚度不均導(dǎo)致的壁面冷卻效果不均的問(wèn)題，使火焰筒壁面溫度分布更加均勻，同時(shí)減小了火焰筒壁面的熱應(yīng)力，提高了火焰筒壁面的壽命。

圖I為傳統(tǒng)火焰筒壁板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為典型的燃?xì)鉁u輪燃燒室的示意圖；圖3a為根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的火焰筒壁板的立體圖；圖3b為圖3a中火焰筒壁板的俯視圖；圖3c為圖3b中火焰筒壁板的局部放大示意圖；圖4a為根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的火焰筒壁板的立體圖；圖4b為圖4a中火焰筒壁板的俯視圖；圖4c為圖4b中火焰筒壁板沿A-A的剖視圖；圖5a為根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的火焰筒壁板的立體圖；圖5b為圖5a中火焰筒壁板的俯視圖；圖6為多斜孔火焰筒壁的工作原理不意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，圖中以及下面描述中的軸向是指火焰筒的軸線方向，周向是指火焰筒的圓周方向。圖2為典型的燃?xì)鉁u輪燃燒室的示意圖，示出了典型的燃?xì)鉁u輪燃燒室10。燃燒室10通過(guò)在密閉空間內(nèi)燃燒空氣和燃料來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需的燃?xì)?。在運(yùn)行中，來(lái)自壓縮機(jī)中的壓縮空氣和燃料在火焰筒20中燃燒，燃燒產(chǎn)生的燃?xì)鉁囟却蠹s在1800 2400K。這些高溫燃?xì)馀c來(lái)自火焰筒壁的冷卻氣混合后溫度降至1400 1800K，接著燃?xì)鈴膶?dǎo)向器30以高速流入渦輪并推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)。由于燃燒產(chǎn)生的高溫燃?xì)鉁囟冗h(yuǎn)高于火焰筒壁的正常工作溫度，因此需要對(duì)火焰筒壁面進(jìn)行冷卻。圖3a_3c示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的火焰筒壁板I?；鹧嫱脖诎錓上具有貫穿火焰筒壁板I的多個(gè)斜孔2，斜孔2的軸線與火焰筒壁板I的夾角在20 90°之間。斜孔2的密度沿著火焰筒壁板I的長(zhǎng)度方向逐漸變小，即，當(dāng)形成火焰筒后，斜孔2的密度沿著火焰筒內(nèi)氣流的流動(dòng)方向逐漸變小。在本實(shí)施例中，斜孔2的周向間距沿著火焰筒內(nèi)氣流的流動(dòng)方向(圖中同軸向)逐漸變大，即P2>P1，而軸向間距則保持不變。優(yōu)選地，斜孔的周向間距在2 30mm之間。圖4a_4c示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的火焰筒壁板I。與第一實(shí)施例的不同之處在于，斜孔2的軸向間距沿著火焰筒內(nèi)氣流的流動(dòng)方向逐漸變大，即S3 > S2 >SI，而周向間距則保持不變。優(yōu)選地，斜孔的軸向間距在2 50mm之間。圖5a_5b示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的火焰筒壁板I。斜孔2的周向間距沿著火焰筒內(nèi)氣流的流動(dòng)方向逐漸變大，并且斜孔2的軸向間距沿著火焰筒內(nèi)氣流的流動(dòng)方向逐漸變大。圖6為多斜孔火焰筒壁的工作原理示意圖。由火焰筒壁板I形成的火焰筒的壁兩側(cè)分別為主流和冷卻氣流，冷卻氣流通過(guò)火焰筒壁上的斜孔2進(jìn)入燃?xì)庵髁?。氣流在貼近主流區(qū)域的火焰筒壁附近形成ー層溫度較低的氣膜，使火焰筒壁與燃?xì)獠恢苯咏佑|，降低燃?xì)庵髁鲗?duì)火焰筒壁的對(duì)流換熱效果。本實(shí)用新型還提供一種火焰筒，該火焰筒可由前面所述的火焰筒壁板形成，斜孔的密度沿著火焰筒內(nèi)氣流的流動(dòng)方向逐漸變小。本實(shí)用新型還提供一種火焰筒，包括主燃區(qū)和摻混區(qū)，摻混區(qū)包括鄰近主燃區(qū)的第一區(qū)域和第二區(qū)域，主燃區(qū)和第一區(qū)域可由前面所述的火焰筒壁板形成，第二區(qū)域由具有恒定的斜孔密度的火焰筒壁板形成。實(shí)施例I :在主燃區(qū)內(nèi)，斜孔的周向間距從5. 5mm遞增到IOmm ；在第一區(qū)域內(nèi)，斜孔的周向間距從12mm遞增到20mm ；在第二區(qū)域內(nèi)，斜孔的周向間距為22mm。實(shí)施例2:在主燃區(qū)內(nèi)，斜孔的軸向間距從3. 5mm遞增到IOmm ；在第一區(qū)域內(nèi)，斜孔的軸向間距從12mm遞增到30mm ；在第二區(qū)域內(nèi)，斜孔的軸向間距為30mm。實(shí)施例3 在主燃區(qū)內(nèi)，斜孔的周向間距從5. 5mm遞增到IOmm,以及斜孔的軸向間距從3. 5mm遞增到IOmm ；在第一區(qū)域內(nèi)，斜孔的周向間距從12mm遞增到20臟，以及斜孔的軸向間距從12mm遞增到30mm ；在第二區(qū)域內(nèi)，斜孔的周向間距為22mm，以及斜孔的軸向間距為30mm。本實(shí)用新型主要?jiǎng)?chuàng)新之處是提出了ー種新型的火焰筒壁結(jié)構(gòu)方案，該方案的特點(diǎn)是壁上的氣膜孔沿軸向逐漸變稀疏。傳統(tǒng)火焰筒沿軸向壁面附近的冷卻氣膜不斷疊加變厚，影響了火焰筒內(nèi)的燃燒組織，同時(shí)導(dǎo)致沿軸向冷卻效果不均。針對(duì)這些問(wèn)題，本實(shí)用新型克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)了變氣膜孔間距的孔排結(jié)構(gòu)的多斜孔冷卻壁，達(dá)到了合、理控制燃燒室火焰筒壁面冷卻氣氣膜厚度，優(yōu)化火焰筒壁面冷卻的目的，同時(shí)可以延長(zhǎng)火焰筒壁的壽命。本實(shí)用新型中所述具體實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。即凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都屬于本實(shí)用新型的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種多斜孔火焰筒壁板，其特征在于，所述火焰筒壁板上具有貫穿所述火焰筒壁板的多個(gè)斜孔，所述斜孔的密度沿著所述火焰筒壁板的長(zhǎng)度方向逐漸變小。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多斜孔火焰筒壁板，其特征在于，所述斜孔的軸線與所述火焰筒壁板的夾角在20 90°之間。
3.一種火焰筒，其特征在于，所述火焰筒由權(quán)利要求I或2所述的火焰筒壁板形成，所述斜孔的密度沿著所述火焰筒內(nèi)氣流的流動(dòng)方向逐漸變小。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的火焰筒，其特征在于，所述斜孔的軸向和/或周向間距沿著所述火焰筒內(nèi)氣流的流動(dòng)方向逐漸變大。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的火焰筒，其特征在于，所述斜孔的軸向間距在2 50mm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的火焰筒，其特征在于，所述斜孔的周向間距在2 30mm之間。
7.一種火焰筒，包括主燃區(qū)和摻混區(qū)，所述摻混區(qū)包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域鄰近所述主燃區(qū)，其特征在干， 所述主燃區(qū)和第一區(qū)域由權(quán)利要求I或2所述的火焰筒壁板形成，所述第二區(qū)域由具有恒定的斜孔密度的火焰筒壁板形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的火焰筒，其特征在干， 在所述主燃區(qū)內(nèi)，所述斜孔的周向間距從5. 5mm遞增到IOmm ； 在所述第一區(qū)域內(nèi)，所述斜孔的周向間距從12mm遞增到20mm ； 在所述第二區(qū)域內(nèi)，所述斜孔的周向間距為22_。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的火焰筒，其特征在干， 在所述主燃區(qū)內(nèi)，所述斜孔的軸向間距從3. 5mm遞增到IOmm ； 在所述第一區(qū)域內(nèi)，所述斜孔的軸向間距從12mm遞增到30mm ； 在所述第二區(qū)域內(nèi)，所述斜孔的軸向間距為30mm。
10.ー種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，其特征在于，所述燃燒室包括權(quán)利要求3到9中任一項(xiàng)所述的火焰筒。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種多斜孔火焰筒壁板，所述火焰筒壁板上具有貫穿所述火焰筒壁板的多個(gè)斜孔，所述斜孔的密度沿著所述火焰筒壁板的長(zhǎng)度方向逐漸變小。本實(shí)用新型還提供一種由所述多斜孔火焰筒壁板形成的火焰筒以及包括該火焰筒的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室。本實(shí)用新型改善了火焰筒壁面附近氣膜厚度不均導(dǎo)致的壁面冷卻效果不均的問(wèn)題，使火焰筒壁面溫度分布更加均勻，同時(shí)減小了火焰筒壁面的熱應(yīng)力，提高了火焰筒壁面的壽命。
文檔編號(hào)F23R3/42GK202419700SQ20112055912
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者何躍龍, 張晶, 申珊平, 陳毓卿, 高藍(lán)宇 申請(qǐng)人:中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司