CN113124424A - 一种双层壁火焰筒及其电嘴安装座 - Google Patents

Abstract

本发明的一个目的在于提供一种电嘴安装座，其能够起到防止发散壁内壁面涂层因焊接脱落的问题。本发明的另一目的在于提供一种双层壁火焰筒，其具有前述电嘴安装座。为实现前述目的的电嘴安装座包括第一座体、第二座体、浮动座以及连接件。连接件与第一座体为分体成型件，连接件连接在第一座体上并具有轴向上突出于第一座体的连接段，第二座体轴向下侧与连接段焊接连接。

Description

一种双层壁火焰筒及其电嘴安装座

技术领域

本发明涉及一种双层壁火焰筒及其电嘴安装座。

背景技术

航空发动机将由压气机作用后的高压气体与燃油在燃烧室混合后剧烈燃烧并产生高温燃气，而高温燃气又经涡轮膨胀做功后带动压气机旋转。燃烧室是航空发动机组织燃烧产生能量的区域，其主要扩压器、燃油喷嘴、火焰筒、以及点火电嘴等组成。而点火电嘴是在发动机启动后，向燃烧室提供点火能量引燃混合气的装置。

燃烧室在火焰筒内组织燃烧，火焰筒结构需要承受高温燃气的反复作用，高温和冷热变形使火焰筒经受着恶劣的考验，因此对火焰筒的材料工艺要求相当高，同样，它的冷却设计也极其重要。目前，许多发动机采用双层壁火焰筒结构，外层为冲击壁，内层为发散壁，冲击壁上开有冲击冷却孔，对发散壁进行冲击冷却。而发散壁上设置发散孔使其在火焰筒内层壁面形成气膜，达到发散冷却的效果。此外，火焰筒内层壁面往往需要喷涂热障涂层进行保护。双层壁加冲击发散的冷却结构设计以及热障涂层使得大大提升了火焰筒的使用寿命。然而，由于点火电嘴需要穿过火焰筒外环壁伸进火焰筒进行点火，而点火电嘴又固定在相对温度较低的燃烧室机匣上，其两者之前在工作状态存在变形不协调问题，且火焰筒燃烧振动也要求点火电嘴相对火焰筒能够吸收小位移的错动，不至于因火焰筒错位和振动导致磕碰而损坏点火装置。因此，为解决上述问题，在火焰筒上需要布置电嘴浮动套装置进行吸收火焰筒各个方向的变形和振动。火焰筒双层壁均为薄壁结构，浮动套安装座往往通过焊接固定在双层壁上，且需要设计合适的冷却孔进行冷却，避免浮动套和点火电嘴的烧蚀。

如公开号为“US8726631B2”的美国专利申请公开了一种浮动套安装座结构，如图1示出了该专利申请中的结构，其中，其浮动套安装座结构中的座体370与冲击壁304焊接连接，座体360与发散壁302焊接连接，座体370与座体360之间设置有转接件352。浮动套342在座体370中可移动。

然而发明人发现，现有的浮动套结构往往只能够吸收轴向和周向位移，避免火焰筒轴向和周向的错位导致的磕碰，而无法避免对于火焰筒的角度偏转、扭转等变形带来的问题。此外，安装座与冲击壁以及发散壁分别焊接时，为避免影响双层壁安装，发散壁安装座往往不会高出发散壁外壁面太多，因此现有浮动套冲击壁安装座需下探到发散壁处进行焊接以固定连接，这种方式容易因焊接太靠近发散壁内壁面而导致涂层脱落，从而容易引气火焰筒发散壁安装座处的局部超温风险。此外，发散壁安装座需要整圈焊接在发散壁孔上，整圈焊接热影响区域广，能量高，往往导致发散壁局部塌陷，冲击壁安装座伸进发散壁的长度受制于双层壁的间隙，局部塌陷后会导致冲击壁安装座与发散壁安装座的搭接量变小甚至搭接不上，从而无法进行焊接连接双层壁安装座。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种电嘴安装座，其能够起到防止发散壁内壁面涂层因焊接脱落的问题。

本发明的另一目的在于提供一种双层壁火焰筒，其具有前述电嘴安装座。

为实现前述目的的电嘴安装座，安装于火焰筒上，所述火焰筒包括冲击壁以及发散壁，所述电嘴安装座包括第一座体、第二座体以及浮动座，所述第二座体的轴向上侧具有容纳槽，在所述容纳槽中可活动地设置有所述浮动座，其中，所述浮动座中具有用于安装点火电嘴的固定孔，所述第一座体用于与所述发散壁焊接连接，所述第二座体具有被支撑面，所述被支撑面用于与所述冲击壁配合；

所述电嘴安装座还包括连接件，所述连接件与所述第一座体为分体成型件，所述连接件连接在所述第一座体上并具有轴向上突出于所述第一座体的连接段，所述第二座体轴向下侧与所述连接段焊接连接。

在一个或多个实施方式中，所述第一座体中具有卡槽，所述连接件具有凸缘，所述凸缘与所述卡槽卡接连接。

在一个或多个实施方式中，所述第一座体具有第一通孔，所述第二座体具有第二通孔，在装配状态下，所述第一通孔与所述第二通孔连通形成通道，所述第一座体包括本体部以及环绕所述第一通孔设置的凸环部，所述凸环部自所述本体部的顶面向上突伸一段形成；

其中，所述凸环部中的至少一部分自所述顶面突伸一段后，朝向所述第一通孔的径向内侧延伸，以形成弧形扣部，所述弧形扣部与所述顶面之间形成所述卡槽。

在一个或多个实施方式中，所述弧形扣部为设置在所述凸环部上的一对，两所述弧形扣部之间形成缺口，所述缺口允许所述凸缘进入，以使转动所述连接件，可将所述凸缘与所述卡槽卡接。

在一个或多个实施方式中，所述第二座体下部具有凸起的连接环部，所述连接环部与所述连接段焊接连接；

所述连接环部对应所述缺口的位置凸起设置有定位环部，所述定位环部在装配状态下插入所述缺口；

其中，所述连接环部上开设有冷却槽。

在一个或多个实施方式中，所述浮动座具有容纳腔，在所述容纳腔中设置有球状浮动芯，所述固定孔开设于所述球状浮动芯中；

其中，所述容纳腔具有弧形内壁，所述球状浮动芯在所述容纳腔中沿所述弧形内壁可转动，以使固定于其中的所述点火电嘴的轴线与所述安装座的轴线之间可形成一夹角。

在一个或多个实施方式中，所述弧形内壁的末端设置有止动凸台，所述止动凸台限制所述球状浮动芯的转动范围。

在一个或多个实施方式中，所述固定孔的入口为外扩的扩口。

在一个或多个实施方式中，所述连接段上开设有塞焊槽。

在一个或多个实施方式中，所述第一座体、所述连接件以及所述浮动座上分别开设有多个冷却孔，至少一部分所述冷却孔具有各不相同的开设角度。

为实现前述另一目的的双层壁火焰筒，用于燃气轮机的燃烧室中，其特征在于，在所述火焰筒筒壁上设置有如前所述的电嘴安装座；

其中，所述第二座体由所述支撑面支撑于所述火焰筒的所述冲击壁外侧。

本发明的增益效果在于，通过在电嘴安装座中设置连接件，使得在装配时的第二座体与冲击壁无需焊接，而是将第二座体与连接件焊接，而连接件的连接部是设置在第一座体内侧，使得第二座体的焊接点能够远离发散壁。相对于直接将第二座体与冲击壁焊接连接的方式，其能够减少焊接时的高温导致发散壁内侧热障涂层的脱落。

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示出了现有的电嘴安装座的示意图；

图2示出了电嘴安装座一个实施方式下的剖视示意图；

图3示出了第一座体一个实施方式的立体示意图；

图4示出了连接件一个实施方式的立体示意图；

图5示出了第二座体一个实施方式的立体示意图；

图6示出了浮动座一个实施方式下的半剖示意图；

图7示出了电嘴安装座调节时一个实施方式下的示意图；

图8为球状浮动芯一个实施方式的半剖示意图；

图9示出了电嘴安装座调节时另一实施方式下的示意图；

图10示出了电嘴安装座调节时又一实施方式下的示意图。

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，并非是对本申请的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

需要注意的是，在使用到的情况下，如下描述中的上、下、左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。

需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。

文中可能使用各种空间关系词语来描述处于一个状态时附图中示出的一个元件或特征以及一个元件或特征与其他元件或特征的关系，以便于描述。需要理解，这些空间关系词语意图包含元件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。例如，如果翻转附图中的第二座体12，例如沿着图2的逆时针方向翻转180度时，第二座体12的轴向上侧就成为了轴向下侧，而容纳槽120则设置于第二座体12的轴向下侧。因此应相应地解释文中使用的空间关系描述词。

为避免疑义，后文中所示的实施方式中的附图标记与背景技术图1中的标记系统无关。

如图2示出了电嘴安装座一个实施方式下的剖视示意图，可以理解的是，图2中所示的电嘴安装座是为立体产品，图中仅示出了一个剖面，例如电嘴安装座可以是一种回转体结构，图中示出的为该回转体的半剖示意图。

电嘴安装座1是安装于火焰筒2上，用于固定安装点火电嘴3的装置。电嘴安装座具有允许点火电嘴通过的通道10。火焰筒2包括发散壁21以及冲击壁22，电嘴安装座1包括第一座体11以及第二座体12，第一座体11与发散壁21通过焊接连接，焊接连接后的第一座体11与发散壁21平齐。第二座体12具有被支撑面129，并由被支撑面129支撑于冲击壁22的外侧。第二座体12的轴向上侧具有容纳槽120，在容纳槽120中可活动地设置有浮动座13。在浮动座13中开设有固定孔130，点火电嘴3是通过固定孔130安装于电嘴安装座1中。

其中，在电嘴安装座1还包括连接件14，该连接件14与第一座体11为分体成型件。连接件14连接于第一座体11上后，连接件14具有突出于第一座体11的连接段141，第二座体12是支撑于冲击壁22的外侧，其轴向下侧与连接段141通过焊接连接，以将第一座体11与第二座体12通过连接件14连接称为一个整体。

连接件14能够吸收由于第二座体12与连接件14焊接所产生的焊接变形量，以使焊接连接的焊接变形被隔离于第一座体11。

通过在电嘴安装座1中设置连接件14，使得在装配时的第二座体12与冲击壁22无需焊接，而是将第二座体12与连接件14焊接，而连接件14的连接部是设置在第一座体11内侧，使得第二座体12的焊接点能够远离发散壁21。相对于直接将第二座体12与冲击壁22焊接连接的方式，其能够减少焊接时的高温导致发散壁21内侧热障涂层的脱落。

虽然本电嘴安装座的一个实施例如上所述，但是在本电嘴安装座的其他实施例中，电嘴安装座相对于上述实施例在许多方面都可以具有更多的细节，并且这些细节的至少一部分可以具有多样的变化。下面以一些实施例对这细节和些变化中的至少一部分进行说明。

如图3示出了第一座体一个实施方式的立体示意图，图4示出了连接件一个实施方式的立体示意图。第一座体11与连接件14卡接连接。其中，第一座体11中具有卡槽110，连接件14具有凸缘142，连接件14与第一座体11通过将凸缘142卡入至卡槽110中卡接。在其他一些与图示不同的实施方式中，凸缘142可以是设置在第一座体11上，对应地，卡槽是设置在连接件上。可以理解的是，图中所示的第一座体11与连接件14均为圆盘件，然而在其他实施方式中，第一座体11与连接件14可以是不限于圆盘状的其他合适的形状。

请继续参见图2至图4，进一步地，第一座体11上具有第一通孔113，第二座体12上具有第二通孔123，在如图2所示的装配状态下，第一通孔113与第二通孔123连通形成通道10。第一座体11包括本体部11a以及环绕第一通孔113设置的凸环部114，该凸环部114自本体部11a的顶面向上突伸一段形成。其中，凸环部114中的至少一部分自第一座体11的顶面向上突伸一段后，朝向第一通孔113的径向内侧延伸，并形成弧形扣部115。卡槽110是形成于扣部115与本体部11a的顶面之间。

在电嘴安装座的一个实施方式中，弧形扣部115是如图所示、设置在凸环部114上的一对，两弧形扣部115之间形成缺口116，该缺口116允许凸缘142穿过并进入，使得转动连接件14时，即可将凸缘142与卡槽110相卡接。其中，弧形扣部115可以是如图所示、对称设置于凸环部114上，在其他与图示不通电实施方式中，弧形扣部115也可以是非对称设置或是设置在凸环部114上的多个。

图5示出了第二座体一个实施方式的立体示意图，其中，第二座体12的下部具有凸起的连接环部124，通过将连接环部124与连接段141焊接以连接第二座体12与连接件14。在连接环部124上对应第一座体11的缺口116的位置凸起设置有定位环部125，该定位环部125在装配状态下能够插入到缺口116中完成快速定位以及组装。同时，装配后的定位环部125可以限制连接件14在卡槽110中的转动。其中，在连接环部124上还开设有冷却槽126，该冷却槽126能够实现自身冷却及电嘴头部提供冷却气。

图6示出了浮动座一个实施方式下的半剖示意图，可以理解的是，图6中所示的浮动座是为立体产品，图中仅示出了一个剖面，例如浮动座可以是一种回转体结构，图中示出的为该回转体的半剖示意图。其中，浮动座13中具有容纳腔132，在容纳腔中设置有球状浮动芯131，固定孔130是开设于浮动芯131中。其中，该容纳腔132具有弧形内壁132a，球状浮动芯131在容纳腔132中沿弧形内壁132a可转动，以使得固定于固定孔130中的点火电嘴3的轴线与安装座1的轴线之间可形成一夹角。当产生如图7所示、点火电嘴3与安装座之间产生角度错位时，由于球状浮动芯131与浮动座13之间具有可转动的自由度，使得通过球状浮动芯131在容纳腔132中的转动，能够实现针对角度错位进行调节，以确保点火电嘴3的安装质量。

进一步地，在一个实施方式中，弧形内壁132a的末端凸起设置有止动凸台138，其能够在极限位置与球状浮动芯131相抵顶，以用于限制球状浮动芯131的过量旋转。

图8为球状浮动芯一个实施方式的半剖示意图，可以理解的是，图8中所示的球状浮动芯是为立体产品，图中仅示出了一个剖面，例如球状浮动芯可以是一种回转体结构，图中示出的为该回转体的半剖示意图。请结合参加图2以及图8，固定孔130的入口130a设置为如图所示的外扩的扩口状，以便于点火电嘴3的安装。

请继续参见图4，在一个实施方式中，连接件14的连接段141上开设有塞焊槽143，以实现通过塞焊工艺的方式对连接件14以及第二座体12进行焊接连接。

请继续参见图2，在一个实施方式中，第一座体11、浮动座13以及连接件14上分别开设有多个冷却孔100，以实现在焊接的时候的冷却作用，以及对于安装至其中的点火电嘴3的冷却作用。其中，该多个冷却孔100的开设角度各不相同，以保证安装座自身和电嘴头部的冷却效果均匀。

在一个实施方式中，第二底座12包括固定连接的第二本体部127以及压板件128，容纳槽120形成于第二本体部127与压板件128之间，当电嘴安装座1的轴心与点火电嘴3的轴心之间发生如图9所示的错位时，由于浮动座13在容纳槽120可移动，以实现针对该错位进行调节，以确保点火电嘴3的安装质量。在一个实施方式中，第一通孔113以及第二通孔123都具有大于浮动座13容纳腔1外径32的内径，从而实现浮动座13在容纳槽120具有足够的移动空间。

请继续参见图6，在一个实施方式中，浮动座13是由浮动套底托13a以及浮动套压盖13b固定连接而成，从而便于球状浮动芯131的安装。

如前所述的一个或多个实施方式中的电嘴安装座1是用于双层壁火焰筒中，双层壁火焰筒是用于燃气轮机的燃烧室中。其中，电嘴安装座1是设置在火焰筒筒壁上，第二座体12由被支撑面129支撑于冲击壁22的外侧。

如前所述的一个或多个实施方式中的电嘴安装座的装配步骤如下：

首先将第一座体11焊接在发散壁21上，并在第一座体11内表面及发散壁21内壁面喷涂热障涂层。

随后，将冲击壁22套入发散壁21并焊接固定两层壁(未展示焊接结构)，将连接件14的凸缘142经过第一座体11的缺口116后，旋转进卡槽110进行径向定位，此时转接件角向尚可旋转。

随后，将第二座体12沿连接件14套入，并将定位环部125插入第一座体11的缺口116内，此时，第一座体11和连接件14已通过定位环部125角向定位。

随后，装配好后通过塞焊槽143将连接件14上端的连接段141与第二座体12焊接固定，此时已完成双层壁安装座的定位连接。

最后，将由浮动套底托13a、浮动套压盖13b以及球状浮动芯131组成的浮动座13放置在第二座体12的第二本体部127上，再将压板件128安装并焊接在第二本体部127上即完成整个电嘴安装座1的安装。点火电嘴3插入固定孔130后即可实现电嘴在火焰筒上的浮动安装。

安装时，若出现如图10所示的、发散壁21与冲击壁22之间的间距过大的问题，则通过合理地设置连接件14的高度可以实现对应不同间距的电嘴安装座的安装。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，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 (11)

1.一种电嘴安装座，安装于火焰筒上，所述火焰筒包括冲击壁以及发散壁，所述电嘴安装座包括第一座体、第二座体以及浮动座，所述第二座体的轴向上侧具有容纳槽，在所述容纳槽中可活动地设置有所述浮动座，其中，所述浮动座中具有用于安装点火电嘴的固定孔，所述第一座体用于与所述发散壁焊接连接，所述第二座体具有被支撑面，所述被支撑面用于与所述冲击壁配合；

其特征在于，所述电嘴安装座还包括连接件，所述连接件与所述第一座体为分体成型件，所述连接件连接在所述第一座体上并具有轴向上突出于所述第一座体的连接段，所述第二座体轴向下侧与所述连接段焊接连接。

2.如权利要求1所述的电嘴安装座，其特征在于，所述第一座体中具有卡槽，所述连接件具有凸缘，所述凸缘与所述卡槽卡接连接。

3.如权利要求2所述的电嘴安装座，其特征在于，所述第一座体具有第一通孔，所述第二座体具有第二通孔，在装配状态下，所述第一通孔与所述第二通孔连通形成通道，所述第一座体包括本体部以及环绕所述第一通孔设置的凸环部，所述凸环部自所述本体部的顶面向上突伸一段形成；

其中，所述凸环部中的至少一部分自所述顶面突伸一段后，朝向所述第一通孔的径向内侧延伸，以形成弧形扣部，所述弧形扣部与所述顶面之间形成所述卡槽。

4.如权利要求3所述的电嘴安装座，其特征在于，所述弧形扣部为设置在所述凸环部上的一对，两所述弧形扣部之间形成缺口，所述缺口允许所述凸缘进入，以使转动所述连接件，可将所述凸缘与所述卡槽卡接。

5.如权利要求4所述的电嘴安装座，其特征在于，所述第二座体下部具有凸起的连接环部，所述连接环部与所述连接段焊接连接；

所述连接环部对应所述缺口的位置凸起设置有定位环部，所述定位环部在装配状态下插入所述缺口；

其中，所述连接环部上开设有冷却槽。

6.如权利要求1所述的电嘴安装座，其特征在于，所述浮动座具有容纳腔，在所述容纳腔中设置有球状浮动芯，所述固定孔开设于所述球状浮动芯中；

其中，所述容纳腔具有弧形内壁，所述球状浮动芯在所述容纳腔中沿所述弧形内壁可转动，以使固定于其中的所述点火电嘴的轴线与所述安装座的轴线之间可形成一夹角。

7.如权利要求6所述的电嘴安装座，其特征在于，所述弧形内壁的末端设置有止动凸台，所述止动凸台限制所述球状浮动芯的转动范围。

8.如权利要求1所述的电嘴安装座，其特征在于，所述固定孔的入口为外扩的扩口。

9.如权利要求1所述的电嘴安装座，其特征在于，所述连接段上开设有塞焊槽。

10.如权利要求1所述的电嘴安装座，其特征在于，所述第一座体、所述连接件以及所述浮动座上分别开设有多个冷却孔，至少一部分所述冷却孔具有各不相同的开设角度。

11.一种双层壁火焰筒，用于燃气轮机的燃烧室中，其特征在于，在所述火焰筒筒壁上设置有如权利要求1至10中任一项所述的电嘴安装座；

其中，所述第二座体由所述支撑面支撑于所述火焰筒的所述冲击壁外侧。

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