CN111811822A - 火焰筒壁面静压的测量结构、连接装置、燃烧室以及燃烧室试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火焰筒壁面的静压测量结构、燃烧室、燃烧室试验系统以及连接装置。其中，静压测量结构包括火焰筒壁面，包括多个冷却孔以及位于所述多个冷却孔之间的安装孔；静压管；以及连接装置，通过所述安装孔与所述火焰筒壁面可拆卸连接，具有第一通道，所述第一通道的一端与所述静压管连接，另一端为开口，以使火焰筒与所述静压管相连通。

Description

火焰筒壁面静压的测量结构、连接装置、燃烧室以及燃烧室试 验系统

技术领域

本发明涉及火焰筒壁面静压的测量结构、连接装置、燃烧室以及燃烧室试验系统。

背景技术

在燃烧室研制中，燃烧室试验对其尤为重要。燃烧室试验过程中，燃烧室火焰筒壁面静压的测量可以用于近似燃烧室出口总压计算燃烧室总压损失，用于计算燃油喷嘴的流量数监测燃油喷嘴的结焦情况等等，因此燃烧室火焰筒壁面静压的测量对燃烧室试验十分重要。然而燃烧室试验与一般的流动换热试验不同，无法采用相似准则进行低温低压或者中温中压的试验来替代，因此，燃烧室的性能均为高温高压试验，且进口试验参数需尽量与部件设计参数相同或者接近，这对火焰筒壁面静压测量的稳定性提出了较高要求。

现有技术中，通过高温钎焊的方式，将不锈钢静压管或者高温合金静压管焊接在火焰筒壁面开设的静压引线孔上。

然而，本发明的发明人在实践中发现，由于火焰筒上开设了较密的气膜孔，在人工进行高温钎焊时，焊条也较粗，焊料不容易控制，往往会造成至少三个以上的冷却孔8的堵塞，如图3所示，在避开气膜孔的位置处开设了安装孔，静压管6’穿过静压引线孔焊接在火焰筒壁面4上，但焊料堆积的面积往往如区域10所示，甚至更大，可能造成火焰筒局部热点，增大了火焰筒烧蚀的风险，同时，也增大了静压管由于高温引起的失效风险，往往在试验过程中，静压管容易损坏，由于之前是焊接上的，在坏了之后不易更换，更换时需要再次焊接造成火焰筒损伤；由于火焰筒为薄壁件，在进行高温钎焊时，容易造成火焰筒的变形，增大了装配的风险；此外，目前火焰筒壁面静压管的高温钎焊只能在现场由人工实施，需要协调好装配与测试布线的时间，但往往测试布线方需要在现场等待，造成人力成本浪费。

因此，本领域需要一种火焰筒壁面静压测量结构、连接装置、燃烧室以及燃烧室试验系统。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种火焰筒壁面的静压测量结构。

本发明的另一个目的是提供一种燃烧室。

本发明的又一个目的是提供一种燃烧室试验系统。

本发明的再一个目的是提供一种连接装置。

根据本发明另一方面的一种火焰筒壁面的静压测量结构，包括火焰筒壁面，包括多个冷却孔以及位于所述多个冷却孔之间的安装孔；静压管；以及连接装置，通过所述安装孔与所述火焰筒壁面可拆卸连接，具有第一通道，所述第一通道的一端与所述静压管连接，另一端为开口，以使火焰筒与所述静压管相连通。

在所述静压测量结构的实施例中，所述连接体包括柱状连接件，所述柱状连接件与所述安装孔螺纹连接，所述柱状件的侧壁与所述安装孔之间构造出第一气体流路，用于将冷却气体从火焰筒的外部输送至火焰筒的内部。

在所述静压测量结构的实施例中，所述第一气体流路为第一凹槽以及所述安装孔的孔壁所限定，所述第一凹槽的开口位于所述连接体的侧壁，其长度大于安装孔的长度。

在所述静压测量结构的实施例中，所述柱状连接件为螺栓状连接件，所述连接体还包括螺母状连接件，所述螺栓状连接件的螺帽部与所述火焰筒壁的内壁面面接触；所述螺母状连接件连接于所述火焰筒壁的外壁面；所述螺母状连接件具有用于连通外界与所述第一气体流路的第二通道。

在所述静压测量结构的实施例中，所述螺母状连接件还包括第二凹槽，所述第二凹槽的开口位于所述螺母状连接件的底面，所述第二凹槽与所述火焰筒壁的外壁面共同限定集气腔，所述集气腔用于接收来自所述第二通道的气体，输出气体至第一气体流路。

在所述静压测量结构的实施例中，所述螺帽部具有用于连通第一气体流路与火焰筒的内部的第三通道。

根据本发明另一方面的一种燃烧室，包括以上任意一项所述的火焰筒壁面静压的测量结构。

根据本发明又一方面的一种燃烧室试验系统，包括以上任意一项所述的火焰筒壁面静压的测量结构。

根据本发明再一方面的一种连接装置，用于连接静压管到火焰筒壁，火焰筒壁具有安装孔，包括柱状连接件，所述柱状连接件与所述安装孔可拆卸连接，所述柱状件的侧壁构造出第一气体流路，用于将冷却气体从火焰筒的外部输送至火焰筒的内部；所述柱状件还具有第一通道，所述第一通道的一端用于与所述静压管连接，另一端为开口，以使火焰筒与所述静压管相连通。

在所述连接装置的实施例中，所述柱状连接件为螺栓状连接件，所述连接体还包括螺母状连接件，所述螺栓状连接件的螺帽部用于与火焰筒壁的内壁面面接触；所述螺母状连接件用于连接火焰筒壁的外壁面；所述螺母状连接件具有用于连通外界与所述第一气体流路的第二通道，以导引外界的气体进入所述第一气体流路。

本发明的进步效果至少包括：

1.避免在火焰筒上直接实施焊接造成火焰筒变形，规避因火焰筒变形带来的问题；

2.避免火焰筒气膜孔被焊料堵塞，降低因其带来的火焰筒安全性风险；

3.设置第一气体流路用于冷却，使得静压测量装置不易失效，提高了燃烧室静压测量的可靠性；

4.由于采用了分体式设计，连接体直接通过机械方式安装至火焰筒上，易于更换，方便对测量结构进行改进以及维护；

5.进行燃烧室测试的测试布线人员只需在正式装配前直接提供装配好静压管给装配方，后期由装配方将装配至火焰筒即可即可，不需要协调好装配与测试布线的时间，不需要装配与测试布线方的等待，避免人力成本浪费。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是现有技术的燃烧室的剖视示意图。

图2是根据火焰筒壁面的静压测量结构的一实施例的三维结构示意图。

图3是现有技术的火焰筒壁面的静压测量结构的俯视示意图。

图4是根据火焰筒壁面的静压测量结构的一实施例的俯视示意图。

图5是根据图4的火焰筒壁面的静压测量结构的A-A向剖视图。

图6是根据图2以及图5的B处的放大结构示意图。

图7是根据燃烧室试验系统的一实施例的非测量状态的静压测量结构的示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。

另外，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

下述实施例中，火焰筒壁面的静压测量结构应用于燃烧室试验系统中，但本领域技术人员可以理解的，若在燃烧室实际运行中也需要测量火焰筒壁面的静压，那么下述实施例中火焰筒壁面的静压测量结构也可以用于燃气涡轮发动机的燃烧室。

参考图1，在一实施例中，燃烧室由扩压器1、燃油喷嘴2、机匣3、火焰筒构成。经过压气机压缩而输出的气体101从扩压器1进口进入，其中，大部分气体从燃烧室头部进入，经燃烧产生高温高压燃气103，部分气体102从外环腔流动，包括用于外环火焰筒冷却气和外环腔引气，部分气体104从内环腔流动，包括用于内环火焰筒冷却气和内环腔引气。如图5所示，外环火焰筒气膜冷却气105从气体102中流至火焰筒壁面4的气膜冷却孔81,82，在火焰筒表面形成气膜覆盖。

参考图2、图4、图5以及图6，在一实施例中，火焰筒壁面的静压测量结构包括火焰筒壁面4，包括多个气膜冷却孔8以及位于多个气膜冷却孔8之间的安装孔10，静压管6的一端通过连接装置7连接至火焰筒壁面4，另一端通过静压引线座5连接于机匣3，并引出连接至静压测量系统的传感器以及数据采集装置、数据处理装置实现静压测量，静压引线座5包括引线座压帽51和引线座底座52。连接装置7通过安装孔10与火焰筒壁面4可拆卸连接，连接装置7具有第一通道741，第一通道741的一端与静压管6连接，另一端为开口，以使火焰筒与静压管6相连通。相比于如图3所示的采用连接装置7采用焊接与火焰筒壁面4相连的现有技术，采用与火焰筒壁面可拆卸连接以及开设有第一通道的连接装置的有益效果在于，避免火焰筒上直接实施焊接造成火焰筒变形，从而避免因火焰筒变形带来的问题，另外，可以如图4所示，采用可拆卸连接结构，最少只需要取消一个气膜冷却孔9，这与采用焊接结构至少堵塞三个气膜冷却孔相比，降低因其带来的火焰筒安全性风险；同时，采用第一通道741的设计，可以简化静压管6的装配。例如，采用第一通道的设计后，静压管6可以先焊接至静压管接头71，通过静压管压帽72机械地连接至连接体的，使得静压管6易于装配拆卸，以及更换。具体的连接方式可以是采用静压座压帽72通过螺纹连接将静压管接头71和静压管底座74固定在一起，静压管接头71和静压管底座74采用球面密封，在静压管6失效后，无须拆卸静压管底座74和固定螺母73，直接拆卸静压管压帽72和静压管接头71，重新更换焊接好静压管6的静压管接头71即可。对于燃烧室试验而言，也可以测试布线人员只需在正式装配前直接提供焊接好静压管6与静压管接头71的组件给装配方，后期由装配方与连接体装配即可，不需要协调好装配与测试布线的时间，不需要装配与测试布线方的等待，避免人力成本浪费。

参考图5以及图6，在一实施例中，连接体的具体结构可以是，连接体包括柱状连接件70，柱状连接件70与安装孔10螺纹连接，柱状连接件70的侧壁与安装孔10之间构造出第一气体流路701，用于将冷却气体，例如气体102从火焰筒的外部输送至火焰筒的内部。设置第一气体流路701的有益效果在于，可以进行静压测量结构本身以及火焰筒的冷却，补偿安装连接装置而取消的气膜冷却孔的冷却，从而保证静压测量结构的测量准确性以及可靠性，延长静压测量结构的使用寿命。

继续参考图5以及图6，在一实施例中，第一气体流路701的具体结构可以是，第一气体流路701为第一凹槽702以及安装孔10的孔壁所限定，第一凹槽702的开口位于柱状连接件70的侧壁，其长度L大于安装孔的长度。可以理解到，还存在其它形式的第一气体流路。例如在柱状连接件70的侧壁内壁开设孔道构成第一气体流路。采用第一凹槽702以及安装孔10的孔壁所限定的第一气体流路701的有益效果在于，便于将外界的气体导入，对火焰筒壁面以及连接体均有良好的冷却效果。

继续参考图5以及图6，在一实施例中，柱状连接件70的具体结构可以是，柱状连接件70为螺栓状连接件，连接体还包括螺母状连接件73，螺栓状连接件的螺帽部74与火焰筒壁面4的内壁面面接触；螺母状连接件73连接于火焰筒壁面4的外壁面，螺帽部74与螺母状连接件73将柱状连接件70夹设于火焰筒壁面4，并且螺母状连接件73具有用于连通外界与第一气体流路701的第二通道731，设置第二通道731的有益效果在于，利于将气体导送至第一气体流路701，优化对静压测量结构以及火焰筒的冷却效果。

继续参考图5以及图6，螺母状连接件73的具体结构可以是，螺母状连接件73在周向分布有多个第二通道731，且还包括第二凹槽732，第二凹槽732的开口位于螺母状连接件的底面，第二凹槽732与火焰筒壁面的外壁面共同限定集气腔，集气腔用于接收来自多个第二通道731的气体，并输出气体至第一气体流路701，设置多个第二通道731以及集气腔的有益效果在于，可以保证各部分的冷却效果的均一性，不至于因此安装方向问题引起冷却气进气不均匀，进一步优化冷却效果。

继续参考图5以及图6，螺帽部74的具体结构可以是，螺帽部74具有用于连通第一气体流路701与火焰筒的内部的第三通道742，如此设置的有益效果在于，利于将第一气体流路701气体导送至火焰筒内部，易于成形气膜冷却气105’，以优化对火焰筒的冷却效果。

参考图7，在实际的燃烧室试验中，若不需要静压测量，可以直接拆卸静压管压帽72和静压管接头71，并将连接体替换为无第一通道741的螺栓状连接件，其螺帽部75也具有第三通道725。将若实际认为第一通道741对主流无影响，则也可不拆卸替换，以实际试验需要为准。

综上，采用上述实施例的静压测量结构、连接装置、燃烧室以及燃烧室试验系统的有益效果包括但不限于：

1.避免在火焰筒上直接实施焊接造成火焰筒变形，规避因火焰筒变形带来的问题；

2.避免火焰筒气膜孔被焊料堵塞，降低因其带来的火焰筒安全性风险；

3.设置第一气体流路用于冷却，使得静压测量装置不易失效，提高了静压测量的可靠性；

4.由于采用了分体式设计，连接体直接通过机械方式安装至火焰筒上，易于更换，方便对测量结构进行改进以及维护；

5.进行燃烧室测试的测试布线人员只需在正式装配前直接提供装配好静压管给装配方，后期由装配方将装配至火焰筒即可即可，不需要协调好装配与测试布线的时间，不需要装配与测试布线方的等待，避免人力成本浪费。

本发明虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种火焰筒壁面的静压测量结构，其特征在于，包括：

火焰筒壁面，包括多个冷却孔以及位于所述多个冷却孔之间的安装孔；

静压管；以及

连接装置，通过所述安装孔与所述火焰筒壁面可拆卸连接，具有第一通道，所述第一通道的一端与所述静压管连接，另一端为开口，以使火焰筒与所述静压管相连通。

2.如权利要求1所述的测量结构，其特征在于，所述连接体包括柱状连接件，所述柱状连接件与所述安装孔螺纹连接，所述柱状连接件的侧壁与所述安装孔之间构造出第一气体流路，用于将冷却气体从火焰筒的外部输送至火焰筒的内部。

3.如权利要求2所述的测量结构，其特征在于，所述第一气体流路为第一凹槽以及所述安装孔的孔壁所限定，所述第一凹槽的开口位于所述柱状连接件的侧壁，其长度大于安装孔的长度。

4.如权利要求2或3所述的测量结构，其特征在于，所述柱状连接件为螺栓状连接件，所述连接体还包括螺母状连接件，所述螺栓状连接件的螺帽部与所述火焰筒壁的内壁面面接触；所述螺母状连接件连接于所述火焰筒壁的外壁面；所述螺母状连接件具有用于连通外界与所述第一气体流路的第二通道。

5.如权利要求4所述的测量结构，其特征在于，所述螺母状连接件在周向分布有多个第二通道，所述螺母状连接件还包括第二凹槽，所述第二凹槽的开口位于所述螺母状连接件的底面，所述第二凹槽与所述火焰筒壁的外壁面共同限定集气腔，所述集气腔用于接收来自所述第二通道的气体，输出气体至第一气体流路。

6.如权利要求4所述的测量结构，其特征在于，所述螺帽部具有用于连通第一气体流路与火焰筒的内部的第三通道。

7.一种燃烧室，包括如权利要求1-6任意一项所述的火焰筒壁面静压的测量结构。

8.一种燃烧室试验系统，包括如权利要求1-6任意一项所述的火焰筒壁面静压的测量结构。

9.一种连接装置，用于连接静压管到火焰筒壁，火焰筒壁具有安装孔，其特征在于，包括柱状连接件，所述柱状连接件与所述安装孔可拆卸连接，所述柱状件的侧壁构造出第一气体流路，用于将冷却气体从火焰筒的外部输送至火焰筒的内部；所述柱状件还具有第一通道，所述第一通道的一端用于与所述静压管连接，另一端为开口，以使火焰筒与所述静压管相连通。

10.如权利要求9所述的连接装置，其特征在于，所述柱状连接件为螺栓状连接件，所述连接体还包括螺母状连接件，所述螺栓状连接件的螺帽部用于与火焰筒壁的内壁面面接触；所述螺母状连接件用于连接火焰筒壁的外壁面；所述螺母状连接件具有用于连通外界与所述第一气体流路的第二通道，以导引外界的气体进入所述第一气体流路。

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