CN105042639A - 一种冷却燃烧室火焰筒的方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却燃烧室火焰筒的方法，在火焰筒(1)外部低温环境中增加散热器(2)，当火焰筒(1)工作时，冷却剂在火焰筒(1)壁内部的空腔(3)与散热器(2)之间循环，将火焰筒(1)壁的热量转移至外部低温环境中；还公开了采用该方法的火焰筒冷却结构。本发明的有益效果是：采用冷却剂及换热器实现对火焰筒的冷却，不需要使用压气机出口空气对火焰筒进行冷却，节省下来的空气可用来提高燃烧室的温升或冷却涡轮部件；冷却效果好，使得无须使用成本高昂的新材料，采用现有的高温合金即可。

Description

一种冷却燃烧室火焰筒的方法及结构

技术领域

本发明涉及航空发动机燃烧室设计领域，特别是一种冷却燃烧室火焰筒的方法及结构。

背景技术

现有技术中为使火焰筒能够在高温环境下可靠工作，主要采取提高火焰筒材料的耐温能力并充分利用压气机出口空气对其进行冷却的方法。部分先进耐高温金属材料能够在1200℃以上的高温下工作，而新型的陶瓷基耐高温材料则能够耐受1500℃以上的高温。空气利用率较高的冷却方式则有气膜冷却、发散冷却、冲击冷却等形式。

现代先进燃气涡轮发动机其燃烧室出口温度在不断的提升，而压气机出口空气大部分用于燃烧和对高压涡轮的冷却，能够用于火焰筒冷却的空气比例越来越少，且能够耐受更高温度的材料其研发难度较大，难以满足使用需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种不需要使用压气机出口空气进行冷却且无须使用成本高昂的新材料的冷却燃烧室火焰筒的方法及结构。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种冷却燃烧室火焰筒的方法，在火焰筒外部低温环境中增加散热器，当火焰筒工作时，冷却剂在火焰筒壁内部的空腔与散热器之间循环，将火焰筒壁的热量转移至外部低温环境中，以保护火焰筒不被烧坏。

本发明采用冷却剂及换热器实现对火焰筒的冷却，不需要使用压气机出口空气进行冷却且无须使用成本高昂的新材料，采用现有的高温合金即可满足工况要求。

当火焰筒工作时，低温冷却剂流入火焰筒壁的空腔内，与火焰筒壁发生对流换热吸收热量，换热后的高温冷却剂，进入散热器；在散热器中高温冷却剂将热量释放到外部低温环境中，变为低温冷却剂，再重新进入火焰筒壁的空腔参与换热，形成一个换热循环。

所述的冷却剂为液体或气体。

散热器的低温流体出口通过输入管路连通火焰筒壁的内腔，火焰筒壁的内腔的还通输出管路连通散热器的高温流体入口，在散热器中释放完热量的低温冷却剂由输入管路流入火焰筒壁的空腔内，换热后的高温冷却剂由输出管路流出，进入散热器。当火焰筒工作时，低温冷却剂由输入管路流入火焰筒壁的空腔内，与火焰筒壁发生对流换热吸收热量，换热后的高温冷却剂由输出管路流出，进入散热器；在散热器中高温冷却剂将热量释放到外部低温环境中，变为低温冷却剂，再由输入管路重新进入火焰筒壁的空腔参与换热，形成一个换热循环。

散热器的数量为1个～10个，输入管路的数量为1个～10个，输出管路的数量为1个～10个。

散热器位于发动机内部或位于发动机外部。

在冷却剂流路中设置有驱动装置，通过驱动装置控制冷却剂流速。

在冷却剂流路中设置有温度测量装置，通过驱动装置控制冷却剂温度。

采用所述的一种冷却燃烧室火焰筒的方法的火焰筒冷却结构，包括设置于低温环境中的散热器，火焰筒壁内部设置有空腔，散热器的低温流体出口通过输入管路连通火焰筒壁的内腔，火焰筒壁的内腔的还通输出管路连通散热器的高温流体入口，散热器、输入管路、火焰筒壁的内腔和输出管路内填充有冷却剂。

所述的冷却剂为液体或气体。

所述的输入管路或输出管路上设置有控制冷却剂流速的驱动装置，该驱动装置为流体输送机械。

所述的输出管路上设置有测量输出管路内冷却剂温度的温度测量装置。

所述的散热器的数量为1个～10个，输入管路的数量为1个～10个，输出管路的数量为1个～10个。

本发明具有以下优点：

本发明采用冷却剂及换热器实现对火焰筒的冷却，不需要使用压气机出口空气对火焰筒进行冷却，节省下来的空气可用来提高燃烧室的温升或冷却涡轮部件。

本发明冷却效果好，使得无须使用成本高昂的新材料，采用现有的高温合金即可。

附图说明

图1为本发明的原理示意图

图2为本发明采用的驱动装置、温度测量装置时的原理示意图

图3为本发明的一种实施例的原理示意图

图中，1-火焰筒，2-散热器，3-空腔，4-输入管路，5-输出管路，6-驱动装置，7-温度测量装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

如图1所示，一种冷却燃烧室火焰筒的方法，在火焰筒1外部低温环境中增加散热器2，当火焰筒1工作时，冷却剂在火焰筒1壁内部的空腔3与散热器2之间循环，将火焰筒1壁的热量转移至外部低温环境中，以保护火焰筒1不被烧坏。

本发明采用冷却剂及换热器实现对火焰筒1的冷却，不需要使用压气机出口空气进行冷却且无须使用成本高昂的新材料，采用现有的高温合金即可满足工况要求。

当火焰筒1工作时，低温冷却剂流入火焰筒1壁的空腔3内，与火焰筒1壁发生对流换热吸收热量，换热后的高温冷却剂，进入散热器2；在散热器2中高温冷却剂将热量释放到外部低温环境中，变为低温冷却剂，再重新进入火焰筒1壁的空腔3参与换热，形成一个换热循环。

所述的冷却剂为液体或气体。

散热器2的低温流体出口通过输入管路4连通火焰筒1壁的内腔，火焰筒1壁的内腔的还通输出管路5连通散热器2的高温流体入口，在散热器2中释放完热量的低温冷却剂由输入管路4流入火焰筒1壁的空腔3内，换热后的高温冷却剂由输出管路5流出，进入散热器2。当火焰筒1工作时，低温冷却剂由输入管路4流入火焰筒1壁的空腔3内，与火焰筒1壁发生对流换热吸收热量，换热后的高温冷却剂由输出管路5流出，进入散热器2；在散热器2中高温冷却剂将热量释放到外部低温环境中，变为低温冷却剂，再由输入管路4重新进入火焰筒1壁的空腔3参与换热，形成一个换热循环。

散热器2的数量为1个～10个，输入管路4的数量为1个～10个，输出管路5的数量为1个～10个。

散热器2位于发动机内部或位于发动机外部，如图3所示，本实施例中散热器2位于发动机的外涵道中。

进一步的，如图2、图3所示，可在冷却剂流路中设置有驱动装置6，该驱动装置6为流体输送机械，通过驱动装置6控制冷却剂流速；还可在冷却剂流路中设置有温度测量装置7，通过驱动装置6控制冷却剂温度。

如图2所示，采用所述的一种冷却燃烧室火焰筒的方法的火焰筒冷却结构，包括设置于低温环境中的散热器2，火焰筒1壁内部设置有空腔3，散热器2的低温流体出口通过输入管路4连通火焰筒1壁的内腔，火焰筒1壁的内腔的还通输出管路5连通散热器2的高温流体入口，散热器2、输入管路4、火焰筒1壁的内腔和输出管路5内填充有冷却剂，所述的冷却剂为液体或气体。

如图2、图3所示，散热器2位于发动机内部或位于发动机外部，本实施例中散热器2位于发动机的外涵道中；进一步的，所述的输入管路4或输出管路5上还设置有控制冷却剂流速的驱动装置6，该驱动装置6为流体输送机械；进一步的，所述的输出管路5上设置有测量输出管路5内冷却剂温度的温度测量装置7。

所述的散热器2的数量为1个～10个，输入管路4的数量为1个～10个，输出管路5的数量为1个～10个。

Claims (9)

1.一种冷却燃烧室火焰筒的方法，其特征在于：在火焰筒(1)外部低温环境中增加散热器(2)，当火焰筒(1)工作时，冷却剂在火焰筒(1)壁内部的空腔(3)与散热器(2)之间循环，将火焰筒(1)壁的热量转移至外部低温环境中。

2.根据权利要求1所述的一种冷却燃烧室火焰筒的方法，其特征在于：所述的冷却剂为液体或气体。

3.根据权利要求2所述的一种冷却燃烧室火焰筒的方法，其特征在于：散热器(2)的数量为1个～10个，所述的散热器(2)的低温流体出口通过输入管路(4)连通火焰筒(1)壁的内腔，火焰筒(1)壁的内腔还通过输出管路(5)连通散热器(2)的高温流体入口，在散热器(2)中释放完热量的低温冷却剂由输入管路(4)流入火焰筒(1)壁的空腔(3)内，换热后的高温冷却剂由输出管路(5)流出，进入散热器(2)，输入管路(4)的数量为1个～10个，输出管路(5)的数量为1个～10个。

4.根据权利要求3所述的一种冷却燃烧室火焰筒的方法，其特征在于：在冷却剂流路中设置有驱动装置(6)，通过驱动装置(6)控制冷却剂流速。

5.根据权利要求4所述的一种冷却燃烧室火焰筒的方法，其特征在于：在冷却剂流路中设置有温度测量装置(7)，通过驱动装置(6)控制冷却剂温度。

6.采用如权利要求1所述的一种冷却燃烧室火焰筒的方法的火焰筒冷却结构，其特征在于：包括设置于低温环境中的散热器(2)，火焰筒(1)壁内部设置有空腔(3)，散热器(2)的低温流体出口通过输入管路(4)连通火焰筒(1)壁的内腔，火焰筒(1)壁的内腔还通过输出管路(5)连通散热器(2)的高温流体入口，散热器(2)、输入管路(4)、火焰筒(1)壁的内腔和输出管路(5)内填充有冷却剂。

7.根据权利要求6所述的一种火焰筒冷却结构，其特征在于：所述的输入管路(4)或输出管路(5)上设置有控制冷却剂流速的驱动装置(6)。

8.根据权利要求6所述的一种火焰筒冷却结构，其特征在于：所述的输出管路(5)上设置有测量输出管路(5)内冷却剂温度的温度测量装置(7)。

9.根据权利要求6所述的一种火焰筒冷却结构，其特征在于：所述的散热器(2)的数量为1个～10个，输入管路(4)的数量为1个～10个，输出管路(5)的数量为1个～10个。