CN113154454B - 火焰筒的大弯管及其组装方法、火焰筒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火焰筒的大弯管，包括同轴布设的内安装环和外安装环，以及多个呈弯曲状的弯管片，外安装环设于内安装环的一侧并用于与火焰筒的筒本体的气流输出端连接，多个弯管片沿周向拼装组合形成呈喇叭状的整环结构，内安装环与整环结构的内边缘可拆卸地连接并用于从整环结构的内边缘对整环结构进行径向支撑，外安装环与整环结构的外边缘可拆卸地连接并用于从整环结构的外边缘对整环结构进行径向支撑和进行轴向限位。本发明还涉及一种火焰筒的大弯管的组装方法，本发明还涉及一种火焰筒。本发明的火焰筒的大弯管，在大弯管局部受损时，只需单独更换受损的部分即可对大弯管进行维护，降低了发动机的使用和维护成本。

Description

火焰筒的大弯管及其组装方法、火焰筒

技术领域

本发明涉及涡扇发动机的燃烧室的技术领域，特别地，涉及一种火焰筒的大弯管。本发明还涉及一种火焰筒的大弯管的组装方法以及一种火焰筒。

背景技术

回流燃烧室因轴向长度短，广泛应用于中小型航空发动机及燃气轮机上，其特有的排气弯管结构可以实现燃气在火焰筒中的180°折转，从而尽可能地延长燃气在火焰筒内的滞留时间，提高燃油燃烧效率，保证足够的掺混与淬熄距离，获得较好的燃烧室综合性能。

排气弯管包括大弯管和小弯管，在工作过程中，大弯管和小弯管需承受火焰筒头部及主燃区燃烧产生的高温燃气冲刷，这些高温燃气由旋流火焰产生，并在湍流流动以及多组不同排列形式的掺混孔射流作用下，形成不均匀的温度分布，对大弯管和小弯管的不同区域进行不同程度的加热。

在目前显著减少的冷却气量以及相对较差的冷却气品质情况下，由于弯管受热不均匀，很容易出现局部壁温过高、壁温梯度过大等问题，造成局部应力过大。局部壁温过高时，弯管壁面会出现局部烧蚀或者局部裂纹，壁温梯度过大时，弯管会产生变形、整条裂纹等现象，影响燃烧室的正常工作，造成弯管和火焰筒的使用寿命缩短。另一方面，当发动机在工作过程中出现吞沙、吞冰、吞鸟或者上游出现异物、局部熔渣、焊料脱落等情况时，火焰筒及排气弯管上很容易粘结异物。这些异物会影响火焰筒正常使用，往往需要整体更换或者到加工方返修，综合成本较高。

排气弯管中的大弯管与小弯管相比，更接近圆盘式结构，其尺寸大、内外径差别较大、受热面积也大，因此在使用维护过程中更容易出现受热烧蚀、裂纹、变形等零件失效的问题。由于其尺寸较大，更换操作难度也相对更大，成本更高。当大弯管在工作过程中受到高温燃气直接冲刷出现局部烧蚀或裂纹时，裂纹容易周向扩展，发生烧蚀加剧或者整个大弯管变形、裂纹等现象，使得大弯管失效，更换成本高。

专利US6986201B2提出，当火焰筒某个部位出现破坏时，更换全环的火焰筒外环、内环或者大弯管和小弯管，火焰筒维护成本高。

发明内容

本发明提供的火焰筒的大弯管，以解决现有的中小型航空发动机回流燃烧室的火焰筒的大弯管使用过程中，由于局部应力过大产生局部裂纹或烧蚀等问题造成损坏，损坏后需整体更换导致维护导致成本高的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种火焰筒的大弯管，火焰筒的大弯管设于火焰筒的筒本体的气流输出端并用于与火焰筒的小弯管配合形成带排气通道的排气弯管，进而将火焰筒的筒本体内的高温燃气引导至涡轮导向器，以使高温燃气通过涡轮导向器对处于对涡轮导向器下游的涡轮叶片做功带动涡轮叶片转动。火焰筒的大弯管包括同轴布设的内安装环和外安装环，以及多个呈弯曲状的弯管片，外安装环设于内安装环的一侧并用于与火焰筒的筒本体的气流输入端连接，多个弯管片沿周向拼装组合形成呈喇叭状的整环结构，内安装环与整环结构的内边缘可拆卸地连接并用于从整环结构的内边缘对整环结构进行径向支撑，外安装环与整环结构的外边缘可拆卸地连接并用于从整环结构的外边缘对整环结构进行径向支撑和进行轴向限位。

进一步地，相邻两个弯管片沿整环结构的周向卡合搭接，弯管片包括呈弯曲状的片本体以及分别设于片本体周向两侧的第一卡固部和第二卡固部，片本体的内边缘和外边缘均弯曲呈圆弧状，片本体的片宽度沿片本体的内边缘朝向外边缘的方向逐渐增大，第一卡固部和第二卡固部均设于片本体的外壁面上，通过第一卡固部和相邻的片本体上的第二卡固部搭接配合以从片本体的外侧使相邻两个片本体拼接，并使两个片本体的侧壁面沿周向相互贴合，多个片本体沿周向拼装组合形成呈喇叭状的整环结构，且多个片本体的内边缘沿周向组合形成用于与内安装环配合的内圆环，且多个片本体的外边缘沿周向组合形成用于与外安装环配合的外圆环。

进一步地，第一卡固部采用沿片本体的片宽方向向外弯折的卡壁，卡壁设于片本体的外壁面上，卡壁靠近片本体的周向第一侧的边缘设置，第二卡固部采用U型卡槽结构，U型卡槽结构的开口朝向相邻的片本体的方向布设，U型卡槽结构设于片本体的外壁面上，U型卡槽结构靠近片本体的周向第二侧的边缘设置，通过使其中一个片本体上的卡壁从片本体的外侧卡入相邻的另一个片本体的U型卡槽结构内，进而对相邻两个片本体进行周向定位并进行轴向限位，并实现周向的密封连接。

进一步地，U型卡槽结构包括相对间隔设置的第一槽壁和第二槽壁，第一槽壁沿片本体的宽度方向向外延并突出于第二槽壁边缘设置，第一槽壁靠近片本体的外边缘的位置处设有第一卡合单元，第二槽壁靠近片本体的内边缘的位置处设有第二卡合单元，卡壁上靠近片本体的外边缘的位置处设有与第一卡合单元对应布设的第一卡合模块，卡壁上靠近片本体的内边缘的位置处设有与第二卡合单元对应的第二卡合模块，通过第一卡合模块与第一卡合单元搭接配合，第二卡合模块与第二卡合单元搭接配合，以使相邻的两个弯管片卡扣连接，进而对相邻两个弯管片进行周向定位和进行轴向限位。

进一步地，第一卡合单元为扣帽，第二卡合单元为凸起，第一卡合模块为与扣帽搭接配合的扣脚，第二卡合模块为与凸起搭接配合的卡口，或者，第一卡合单元为凸起，第二卡合单元为扣帽，第一卡合模块为与凸起搭接配合的卡口，第二卡合模块为与扣帽搭接配合的扣脚，或者，第一卡合单元为卡口，第二卡合单元为扣脚，第一卡合模块为与卡口搭接配合的凸起，第二卡合模块为与扣脚搭接配合的扣帽，或者，第一卡合单元为扣脚，第二卡合单元为卡口，第一卡合模块为与扣脚搭接配合的扣帽，第二卡合模块为与卡口搭接配合的凸起。

进一步地，弯管片还包括设于片本体的内边缘的用于与内安装环卡合连接的第三卡固部。

进一步地，第三卡固部采用U型卡口结构，U型卡口结构的开口朝向内安装环布设，内安装环上设有与U型卡口结构对应的卡环，通过卡环与U型卡口结构搭接配合以使内安装环从片本体的内边缘对片本体进行径向支撑。

进一步地，外安装环的内边缘设有U型卡固结构，U型卡固结构的开口朝向片本体的方向布设，通过片本体的外边缘与U型卡固结构搭接配合以使外安装环从片本体的外边缘对片本体进行径向支撑和进行轴向限位。

进一步地，U型卡固结构的槽底的转角处设有支撑台阶，片本体的外边缘的转角处设有与支撑台阶对应设置的配合台阶，通过支撑台阶对配合台阶进行支撑以将片本体的外边缘固定在外安装环内。

进一步地，外安装环的侧壁面上设有用于与U型卡槽结构配合以将U型卡槽结构压盖在外安装环的外壁面上的压环。

进一步地，外安装环的外边缘设有沿径向向外延伸的安装凸耳，安装凸耳上设有沿外安装环的轴向贯穿安装凸耳的安装孔。

本发明还提供一种火焰筒的大弯管的组装方法，用于上述的火焰筒的大弯管进行组装，包括如下步骤：将多个弯管片放置在装配台上，具体地：使多个弯管片沿周向间隔设置，使所有的弯管片与的内边缘的圆弧段的圆心重合；将所有的弯管片沿外边缘朝向内边缘的方向同步移动，直至相邻的两个弯管片上的第一卡固部和第二卡固部完全配合从而使多个弯管片组合形成呈喇叭状的整环结构，同时相邻两个弯管片的片本体的圆周侧壁面完全贴合；将外安装环沿轴向移动，使外安装环从整环结构的缩口端朝向扩口端移动并使外安装环的U型卡固结构卡入弯管片的外边缘上；将内安装环沿轴向移动，使内安装环从整环结构的缩口端朝向扩口端的方向移动并使内安装环的卡环卡入弯管片的U型卡口结构内，内安装环、多个弯管片以及外安装环组合形成整体。

本发明还提供一种火焰筒，包括具有气流通道的筒本体、处于筒本体的头部的旋流雾化器，处于筒本体的尾部的排气弯管以及处于排气弯管的下游的涡轮导向器，通过排气弯管将筒本体内的高温燃气导向涡轮导向器，进而使高温燃气流通过涡轮导向器对处于对涡轮导向器下游的涡轮叶片做功带动涡轮叶片转动，筒本体包括火焰筒头部环、火焰筒外环以及火焰筒内环，火焰筒内环设于火焰筒外环的内腔内，火焰筒内环与火焰筒外环之间形成有气流通道，火焰筒头部环设于气流通道的进气侧并支承在火焰筒外环和火焰筒内环之间，旋流雾化器设于火焰筒头部环上，排气弯管包括间隔布设的大弯管结构和小弯管，大弯管和小弯管之间形成有与气流通道连通的排气通道，大弯管的输入侧与火焰筒外环连接，大弯管的输出侧与涡轮导向器的第一侧连接，小弯管的输入侧与火焰筒内环连接，小弯管的输出侧与涡轮导向器的第二侧连接。

进一步地，多个旋流雾化器沿火焰筒头部环的周向间隔布设，大弯管的弯管片与旋流雾化器一一对应布设。

进一步地，弯管片的数量为18个，弯管片的两个圆周壁面之间的夹角为20度。

本发明具有以下有益效果：

本发明的火焰筒的大弯管，包括分体的弯管片、内安装环和外安装环。通过内安装环、弯管片以及外安装环采用可拆卸地连接，在大弯管局部受损时，只需单独更换受损的部分即可对大弯管进行维护，降低了发动机的使用和维护成本。通过设置多个弯管片沿周向拼装形成整环结构，采用周向分体的结构形式，提高了大弯管的形变能力，降低了大弯管在使用过程中，因为周向受热不均匀、应力不均匀导致的结构破坏的问题，同时，避免了局部裂纹的周向扩展，避免大弯管整体受到损坏，提高了发动机使用的经济性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的火焰筒的大弯管的立体结构示意图；

图2是图1中的弯管片的结构示意图；

图3是图1中的两个弯管片搭接配合的结构示意图；

图4是本发明优选实施例的大弯管与筒本体配合的结构示意图；

图5是本发明优选实施例的火焰筒的大弯管的部分结构示意图之一；

图6是本发明优选实施例的火焰筒的大弯管的部分结构示意图之二；

图7是本发明优选实施例的火焰筒的大弯管的部分结构示意图之三；

图8是本发明优选实施例的火焰筒的大弯管的部分结构示意图之四；

图9是火焰筒的大弯管的组装示意图；

图10是本发明优选实施例的火焰筒的立体结构示意图；

图11是是本发明优选实施例的火焰筒的结构示意图。

图例说明：

10、大弯管；11、弯管片；111、片本体；1111、冷却小孔；1112、配合台阶；112、卡壁；113、U型卡槽结构；1131、第一槽壁；1132、第二槽壁；1133、第一卡合单元；1134、第二卡合单元；1135、第一卡合模块；114、U型卡口结构；12、内安装环；121、卡环；13、外安装环；131、U型卡固结构；1311、支撑台阶；132、压环；133、安装凸耳；100、火焰筒；20、筒本体；21、火焰筒头部环；22、火焰筒外环；221、掺混孔；23、火焰筒内环；30、旋流雾化器；40、涡轮导向器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1和图2所示，本实施例的火焰筒的大弯管10，火焰筒的大弯管10设于火焰筒100的筒本体20的气流输出端并用于与火焰筒100的小弯管配合形成带排气通道的排气弯管，进而将火焰筒100的筒本体20内的高温燃气引导至涡轮导向器40，以使高温燃气通过涡轮导向器40对处于对涡轮导向器40下游的涡轮叶片做功带动涡轮叶片转动，火焰筒的大弯管10包括同轴布设的内安装环12和外安装环13，以及多个呈弯曲状的弯管片11，外安装环13设于内安装环12的一侧并用于与火焰筒100的筒本体20的气流输出端连接，多个弯管片11沿周向拼装组合形成呈喇叭状的整环结构，内安装环12与整环结构的内边缘可拆卸地连接并用于从整环结构的内边缘对整环结构进行径向支撑，外安装环13与整环结构的外边缘可拆卸地连接并用于从整环结构的外边缘对整环结构进行径向支撑和进行轴向限位。

本发明的火焰筒的大弯管10，包括分体的弯管片11、内安装环12和外安装环13。通过内安装环12、弯管片11以及外安装环13采用可拆卸地连接，在大弯管10局部受损时，只需单独更换受损的部分即可对大弯管10进行维护，降低了发动机的使用和维护成本。在更换整环结构中受损的弯管片11时，只需将卡设在整环结构上的外安装环13和内安装环12从整环结构上取出，然后将损坏的弯管片11进行单独更换，再次进行装配即可。通过设置多个弯管片11沿周向拼装形成整环结构，采用周向分体的结构形式，提高了大弯管10的形变能力，降低了大弯管10在使用过程中，因为周向受热不均匀、应力不均匀导致的结构破坏的问题，同时，避免了局部裂纹的周向扩展，避免大弯管10整体受到损坏，提高了发动机使用的经济性，避免了现有的在大弯管10部分受损时需要整体更换大弯管10导致位置成本高的技术问题。

可以理解地，大弯管10采用周向分体式全环零件设计，把全环燃烧室及全环火焰筒100中的全环件沿环向/周向分开，降低单瓣弯管片11的重量和成本，并且单瓣弯管片11受热可在周向膨胀，降低应力集中和破坏的可能性，同时提高了零部件的可更换性、维护性，降低研制、使用、维护成本；周向分体式的大弯管10可以实现大弯管10在某一局部位置出现失效后，将失效位置处的单瓣弯管片11快速更换以继续使用，并且可以避免裂纹扩展，防止因局部破坏造成的全环破坏，降低大弯管10的维护成本。周向分体式大弯管10的装配方法，采用周向分散、向内集中的装配方法，可改善单瓣弯管片11在装配过程中的干涉、憋力的情况，通过向内集中逐步装配，可实现多件单瓣弯管片11装配成全环大弯管10。

进一步地，相邻两个弯管片11沿整环结构的周向卡合搭接，弯管片11包括呈弯曲状的片本体111以及分别设于片本体111周向两侧的第一卡固部和第二卡固部，片本体111的内边缘和外边缘均弯曲呈圆弧状，片本体111的片宽度沿片本体111的内边缘朝向外边缘的方向逐渐增大，第一卡固部和第二卡固部均设于片本体111的外壁面上，通过第一卡固部和相邻的片本体111上的第二卡固部搭接配合以从片本体111的外侧使相邻两个片本体111拼接，并使两个片本体111的侧壁面沿周向相互贴合，多个片本体111沿周向拼装组合形成呈喇叭状的整环结构，且多个片本体111的内边缘沿周向组合形成用于与内安装环12配合的内圆环，且多个片本体111的外边缘沿周向组合形成用于与外安装环13配合的外圆环。可以理解地，第一卡固部和第二卡固部可以通过卡扣配合，也可以通过螺纹配合、插接配合等方式进行可拆卸地连接。在本实施例中，第一卡固部和第二卡固部对应布设以使相邻两个弯管片11沿周向拼接。为了保证整环结构的完整性和密封性，采用片本体111的片宽度沿片本体111的内边缘朝向外边缘的方向逐渐增大，同时，采用从片本体111的外侧进行搭接配合使相邻两个片本体111的周向侧壁面沿周向相互贴合。

进一步地，请参考图3，第一卡固部采用沿片本体111的片宽方向向外弯折的卡壁112，卡壁112设于片本体111的外壁面上，卡壁112靠近片本体111的周向第一侧的边缘设置，第二卡固部采用U型卡槽结构113，U型卡槽结构113的开口朝向相邻的片本体111的方向布设，U型卡槽结构113设于片本体111的外壁面上，U型卡槽结构113靠近片本体111的周向第二侧的边缘设置，通过使其中一个片本体111上的卡壁112从片本体111的外侧卡入相邻的另一个片本体111的U型卡槽结构113内，进而对相邻两个片本体111进行周向定位并进行轴向限位，并实现周向的密封连接。可以理解地，在本实施例中，卡壁112等单层的卡入结构可表示为单层鸟嘴，U型卡槽结构113、U型卡口结构114以及U型卡固结构131等带开口的上层卡合结构可表示为双层鸟嘴。具体地，述U型卡槽结构113的开口朝向相邻的片本体111的方向布设，U型卡槽结构113设于片本体111的外壁面上，单瓣弯管片11的U型卡槽结构113外延的环形结构设计，采用大弯管10侧面、外缘安装边向冷侧延伸的方法，可以保证分体式全环大弯管10在燃气面上型面结构与全环大弯管10基本一致，从而不影响燃烧室内部流场结构，具体地，采用双层鸟嘴与单层鸟嘴配合的设计延长了气流在通过单瓣弯管片11配合位置时的流通路径，并且通过双向配合，在结构重量相差不大的情况下，可以实现相对更好的密封效果。

进一步地，请再次参考图2，U型卡槽结构113包括相对间隔设置的第一槽壁1131和第二槽壁1132，第一槽壁1131沿片本体111的宽度方向向外延并突出于第二槽壁1132边缘设置，第一槽壁1131靠近片本体111的外边缘的位置处设有第一卡合单元1133，第二槽壁1132靠近片本体111的内边缘的位置处设有第二卡合单元1134，卡壁112上靠近片本体111的外边缘的位置处设有与第一卡合单元1133对应布设的第一卡合模块1135，卡壁112上靠近片本体111的内边缘的位置处设有与第二卡合单元1134对应的第二卡合模块，通过第一卡合模块1135与第一卡合单元1133搭接配合，第二卡合模块与第二卡合单元1134搭接配合，以使相邻的两个弯管片11卡扣连接，进而对对相邻两个弯管片11进行周向定位和进行轴向限位。通过第一槽壁1131沿片本体111的宽度方向向外延并突出于第二槽壁1132边缘设置，通过向外延伸的鸟嘴背面，与单瓣弯管片11上的单层鸟嘴相配合，防止在装配过程中出现单瓣弯管片11向轴心方向的滑移，起到二次限位约束单瓣弯管片11的作用。

具体地，为了便于装配和安装相邻的两瓣大弯管10，第一卡合单元1133为扣帽，第二卡合单元1134为凸起，第一卡合模块1135为与扣帽搭接配合的扣脚，第二卡合模块为与凸起搭接配合的卡口，或者，第一卡合单元1133为凸起，第二卡合单元1134为扣帽，第一卡合模块1135为与凸起搭接配合的卡口，第二卡合模块为与扣帽搭接配合的扣脚，或者，第一卡合单元1133为卡口，第二卡合单元1134为扣脚，第一卡合模块1135为与卡口搭接配合的凸起，第二卡合模块为与扣脚搭接配合的扣帽，或者，第一卡合单元1133为扣脚，第二卡合单元1134为卡口，第一卡合模块1135为与扣脚搭接配合的扣帽，第二卡合模块为与卡口搭接配合的凸起。通过采用单层鸟嘴与双层鸟嘴配合处采用卡扣凹腔/凸起配合结构，可以在装配过程中了解相邻单瓣弯管片11的周向配合、间隙情况，同时实现装配过程中的定位，初步定位防止单瓣弯管片11出现掉落、散开等情况。

进一步地，弯管片11还包括设于片本体111的内边缘的用于与内安装环12卡合连接的第三卡固部。可以理解地，在本实施例中，第三卡固部可以是与内安装环12配合的卡合结构，也可以是与内安装环12配合的卡扣结构。具体地，第三卡固部采用U型卡口结构114，U型卡口结构114的开口朝向内安装环12布设，内安装环12上设有与U型卡口结构114对应的卡环121，通过卡环121与U型卡口结构114搭接配合以使内安装环12从片本体111的内边缘对片本体111进行径向支撑和进行轴向限位。具体地，为了提高片本体111与内安装环12的密封性，U型卡口结构114靠近冷气侧的侧壁凸出于U型卡口结构114另一侧的侧壁的边缘设置。

更优地，请再次参考图2，外安装环13的内边缘设有U型卡固结构131，U型卡固结构131的开口朝向片本体111的方向布设，通过片本体111的外边缘与U型卡固结构131搭接配合以使外安装环13从片本体111的外边缘对片本体111进行径向支撑和进行轴向限位。

进一步地，请参考图4、图5、图6、图7以及图8，U型卡固结构131的槽底的转角处设有支撑台阶1311，片本体111的外边缘的转角处设有与支撑台阶1311对应设置的配合台阶1112，通过支撑台阶1311对配合台阶1112进行支撑以将片本体111的外边缘固定在外安装环13内。可以理解地，通过采用带有小台阶的U型卡固结构131，实现装配过程中的快速准确配合，同时延长气流在装配面内的流通过程，改善密封效果。

进一步地，外安装环13的侧壁面上设有用于与U型卡槽结构113配合以将U型卡槽结构113压盖在外安装环13的外壁面上的压环132。通过离散式压环132把单瓣式大弯管10的鸟嘴连接结构与大弯管10本体固定在一起，限制其轴向、径向位移，实现多个单瓣式大弯管10周向连为一体且相互配合，起到二次限位约束单瓣弯管片11的作用。

进一步地，外安装环13的外边缘设有沿径向向外延伸的安装凸耳133，安装凸耳133上设有沿外安装环13的轴向贯穿安装凸耳133的安装孔。

更优地，在本实施例中，整环结构的弯管片11的数量为18瓣。具体地，大弯管10主要由单瓣弯管片11、内安装环12、外安装环13以及外安装环13上的固定螺栓组成。考虑到旋流火焰在周向通常分布不均匀，且受到掺混气流的影响，单瓣弯管片11的周向角度可根据旋流雾化器30的数量，或者火焰筒外环22上的掺混孔221、火焰筒内环23上的掺混孔221的数量进行设计，本技术发明保持单瓣弯管片11周向角度范围与火焰筒100一个头部的角度范围相同，即20°每个，全环18个。

可以理解地，本发明中的大弯管10，弯管片11包括片本体111、片本体111周向一侧的双层鸟嘴、片本体111周向另一侧的单层鸟嘴、靠近片本体111的出口的U型卡口结构114，双层鸟嘴靠近外边缘和内边缘上设有第一卡合单元1133和第二卡合单元1134，单层鸟嘴靠近外边缘和内边缘上设有对应的第一卡合模块1135和第二卡合模块，可选地，第一卡合单元1133为卡扣凹腔，第一卡合模块1135为卡扣凸起。

可选地，片本体111上开有多排不同偏角的发散冷却小孔1111，发散冷却小孔1111的开孔形式可以是普通圆孔、出口扇形孔孔或其它形式，发散冷却小孔1111可以沿周向偏角组合，形成复合角冷却孔，从而改善冷却气流在片本体111燃气面上的冷却效果。根据径向不同位置旋流火焰对大弯管10加热情况的不同，还可以沿片本体111内的气流流动方向变换冷却孔的周向角度，以实现冷却效果最优。

可选地，全环大弯管10通过外安装环13上的法兰安装边或安装凸耳133、固定螺栓与火焰筒外环22连接固定，根据火焰筒100结构设计需求，此处法兰安装边可以向外延伸，增加安装凸耳133或其它结构用于与机匣固定，螺栓也可替换为螺钉、卡扣等连接结构。外安装环13由靠冷侧的U型卡槽结构113、靠冷侧的压环132以及靠热侧的固定环组成，固定环的法兰安装边通过固定螺钉和固定螺母配合与火焰筒外环22连接，U型卡槽结构113用于与片本体111的外边缘搭接，外环用于将鸟嘴结构扣合压盖，进而提高了全环大弯管10的可装配性，避免单瓣弯管片11上的鸟嘴结构与螺栓结构干涉。压环132的数量与片本体111的数量对应，为18个，压环132主要用于固定单瓣弯管片11，使其在周向形成一个全环整体，还具有鸟嘴密封的效果，可以在径向上起到密封的作用。配合台阶1112的台阶面宽度和高度值均为1mm，用于与片本体111的外边缘配合，台阶的尺寸可根据实际情况调整，配合台阶1112与压环132一起共同约束片本体111避免片本体111产生轴向位移。

可选地，通过内安装环12的鸟嘴与火焰筒内环23连接、密封和固定，鸟嘴在单瓣片本体111加工时通过焊接固定在片本体111的內边缘，片本体111装配成全环大弯管10时，其中一个片本体111周向两侧的鸟嘴刚好与相邻的另一个片本体111的鸟嘴接触配合，防止因鸟嘴内卡扣凹槽/凸起失效而出现单瓣弯管片11滑落的情况。第三卡固部的鸟嘴与内安装边配合后，若出现漏气等情况，则冷气可以从鸟嘴间的配合缝隙、内安装边上的斜面流出，实现内安装边的冷却。内安装边上设计有多个安装孔，用于与扩压器后壁机匣或者燃烧室试验件内机匣上的安装孔或其它结构连接和固定。

可选地，全环大弯管10安装完成后，与火焰筒外环22、火焰筒100头部圆环、火焰筒内环23和小弯管分别连接固定。在火焰筒100头部圆环上开有18个旋流雾化器30的安装孔，燃油和旋流空气从旋流雾化器30流入火焰筒100内，在火焰筒外环22掺混孔221、火焰筒内环23上掺混孔221的作用下，燃烧并形成高温燃气，在火焰筒100上大弯管10和小弯管的引导下向涡轮排出。为了避免高温燃气直接冲刷全环大弯管10周向的鸟嘴连接位置，造成同时两块相邻的单瓣弯管片11破坏，火焰筒外环22末端安装法兰边通常设计与火焰筒100头部圆环上的旋流雾化器30安装孔周向位置相同，而且保证与火焰筒外环22掺混孔221的周向位置基本相同。当火焰筒外环22掺混孔221与旋流雾化器30安装孔周向位置不同时，外环末端法兰安装边与旋流雾化器30安装孔的周向位置保持一致。

请参考图9，本发明还提供一种火焰筒的大弯管10的组装方法，用于对上述的的火焰筒的大弯管10进行组装，包括如下步骤：将多个弯管片11放置在装配台上，具体地：使多个弯管片11沿周向间隔设置，使所有的弯管片11与的内边缘的圆弧段的圆心重合；将所有的弯管片11沿外边缘朝向内边缘的方向同步移动，直至相邻的两个弯管片11上的第一卡固部和第二卡固部完全配合从而使多个弯管片11组合形成呈喇叭状的整环结构，同时相邻两个弯管片11的片本体111的圆周侧壁面完全贴合；将外安装环13沿轴向移动，使外安装环13从整环结构的缩口端朝向扩口端移动并使外安装环13的U型卡固结构131卡入弯管片11的外边缘上；将内安装环12沿轴向移动，使内安装环12从整环结构的缩口端朝向扩口端的方向移动并使内安装环12的卡环121卡入弯管片11的U型卡口结构114内，内安装环12、多个弯管片11以及外安装环13组合形成整体。

本发明提供的方法，将周向分体式大弯管10进行装配，采用周向分散、向内集中的装配方法，可改善单瓣式大弯管10在装配过程中的干涉、憋力的情况，通过向内集中逐步装配，可实现多件单瓣弯管片11装配成全环大弯管10。可以理解地，图10是花瓣形大弯管10装配过程示意图，装配时，首先按照花瓣的布局形式，把18件单瓣弯管片11放置在装配台上，保证不同单瓣弯管片11基本同心，相邻两件单瓣弯管片11之间的间距约为5~10mm，形成全环组件的基本样式。然后把这18件单瓣弯管片11每一件都均匀、逐步地向全环组件的轴心方向移动，每次移动的距离不超过5mm，保证每一件都完好装配，直至两两相邻的单瓣弯管片11相互接触。单瓣弯管片11周向相互接触后，每一件单瓣弯管片11的双层鸟嘴可以与另一件单瓣弯管片11的单层鸟嘴啮合，此时把单瓣弯管片11继续均匀地往轴心方向移动，直至双层鸟嘴内球形卡扣凹腔、凸起与单层鸟嘴内的卡扣凸起/凹腔完全啮合。完全啮合后，每一件单瓣弯管片11在周向、径向上均不能移动，组成了全环大弯管10的开孔件。由于大弯管10在鸟嘴内周向上有一定间隙，当大弯管10工作过程中出现局部受热量过大、应力偏大等问题时，单瓣弯管片11可以在周向上实现应力释放，即花瓣形分体式设计使得每个大弯管10单元在周向上都有一定程度的伸长能力，从而可以降低大弯管10出现应力集中、失效破坏的风险，还可以避免裂纹扩展。另一方面，当两件相邻单瓣弯管片11相互鸟嘴配合时，若出现气流从鸟嘴装配缝隙流出的情况，则气流最终会从单瓣弯管片11的燃气侧表面流出，可以改善相邻大弯管10在该位置的冷却效果

请参考图10，本发明还提供一种火焰筒100，包括具有气流通道的筒本体20、处于筒本体20的头部的旋流雾化器30，处于筒本体20的尾部的排气弯管以及处于排气弯管的下游的涡轮导向器40，通过排气弯管将筒本体20内的高温燃气导向涡轮导向器40，进而使高温燃气流通过涡轮导向器40对处于对涡轮导向器40下游的涡轮叶片做功带动涡轮叶片转动，筒本体20包括火焰筒头部环21、火焰筒外环22以及火焰筒内环23，火焰筒内环23设于火焰筒外环22的内腔内，火焰筒内环23与火焰筒外环22之间形成有气流通道，火焰筒头部环21设于气流通道的进气侧并支承在火焰筒外环22和火焰筒内环23之间，旋流雾化器30设于火焰筒头部环21上，排气弯管包括间隔布设的大弯管10结构和小弯管，大弯管10和小弯管之间形成有与火焰筒外环22、火焰筒内环23之间的气流通道连通的排气通道，大弯管10的输入侧与火焰筒外环22连接，大弯管10的输出侧与涡轮导向器40的第一侧连接，小弯管的输入侧与火焰筒内环23连接，小弯管的输出侧与涡轮导向器的第二侧连接。

进一步地，多个旋流雾化器30沿火焰筒头部环21的周向间隔均匀布设，大弯管10的弯管片11与旋流雾化器30一一对应布设。

进一步地，弯管片11的数量为18个，弯管片11的两个圆周壁面之间的夹角为20度。

请参考图11，本发明提供的火焰筒100大弯管10用于下述的涡扇发动机中，发动机由风扇、压气机、燃烧室、涡轮等结构组成，燃烧室包含带旋流雾化器30的火焰筒100等组件。燃料由喷嘴喷入燃烧室后，在旋流雾化器30的作用下逐渐破碎、雾化和蒸发，并与旋流空气逐步混合，最终在火焰筒100的筒本体20内燃烧产生高温燃气。火焰筒100需包容高温燃气，因此热负荷较大，冷却难度较高，在结构上主要可以分为：火焰筒100头部、火焰筒外环22、火焰筒内环23、小弯管和大弯管10。本发明在常见的回流燃烧室全环火焰筒100构型基础上，重新设计大弯管10，借鉴花瓣的基本构型，把大弯管10在全环周向上分开为多个扇形单元。

本发明的火焰筒100大弯管10具有如下优点和有益效果：

周向分体式大弯管10降低了维护成本。与传统的全环大弯管10相比，周向分体式大弯管10降低了单件大弯管10的加工难度和成本，若大弯管10在工作过程中出现局部破坏、烧蚀或者裂纹等情况，只需更换一件或相邻几件单瓣式大弯管10，不需要更换全环大弯管10，从而降低了维护成本；鸟嘴搭接配合连接使分体的大弯管10提高了维护的便捷性和效率；单瓣分体大弯管10降低了冷却小孔1111的加工难度。传统大弯管10冷却方法需要在全环大弯管10上开不同角度、不同数量、不同孔型的冷却小孔1111以降低壁温，但全环件在打孔过程中容易出现烧穿、余料滴落到内表面粘结等问题，采用分体式大弯管10可以避免烧穿，也不存在余料粘结等问题；单瓣分体式大弯管10尺寸小，可用先进制造工艺加工。全环大弯管10在使用传统切削方法加工时，成本高、工艺难度大，使用增材制造方法加工时又受制于全环大弯管10的大尺寸，成本较高。而单瓣分体式大弯管10尺寸小，采用小尺寸增材制造打印机就可加工完成，且可实现批量加工，降低成本； 花瓣式大弯管10不影响燃烧室内部流场结构。本专利说明的花瓣式大弯管10连接结构靠冷气侧，且由于可以在大弯管10上开各种类型的冷却孔，与复合材料大弯管10相比，不需对燃烧室进行重新设计。另外，与双层壁大弯管10相比，在现有花瓣形全环单层壁大弯管10只需增加弯管外套即可实现相同的功能，且不影响内壁的更换，不影响燃烧室总体的实用性和功能性。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种火焰筒的大弯管，所述火焰筒的大弯管设于火焰筒（100）的筒本体（20）的气流输出端并用于与火焰筒（100）的小弯管配合形成带排气通道的排气弯管，进而将火焰筒（100）的筒本体（20）内的高温燃气引导至涡轮导向器（40）的上游，以使高温燃气通过涡轮导向器（40）对处于对涡轮导向器（40）下游的涡轮叶片做功带动涡轮叶片转动，其特征在于，

所述火焰筒的大弯管包括同轴布设的内安装环（12）和外安装环（13），以及多个呈弯曲状的弯管片（11），所述外安装环（13）设于所述内安装环（12）的一侧并用于与火焰筒（100）的筒本体（20）的气流输出端连接，多个所述弯管片（11）沿周向拼装组合形成呈喇叭状的整环结构，所述内安装环（12）与整环结构的内边缘可拆卸地连接并用于从整环结构的内边缘对整环结构进行径向支撑，所述外安装环（13）与整环结构的外边缘可拆卸地连接并用于从整环结构的外边缘对整环结构进行径向支撑和进行轴向限位。

2.根据权利要求1所述的火焰筒的大弯管，其特征在于，

相邻两个所述弯管片（11）沿整环结构的周向卡合搭接，

所述弯管片（11）包括呈弯曲状的片本体（111）以及分别设于所述片本体（111）周向两侧的第一卡固部和第二卡固部，

所述片本体（111）的内边缘和外边缘均弯曲呈圆弧状，所述片本体（111）的片宽度沿所述片本体（111）的内边缘朝向外边缘的方向逐渐增大，

所述第一卡固部和所述第二卡固部均设于所述片本体（111）的外壁面上，通过所述第一卡固部和相邻的所述片本体（111）上的所述第二卡固部搭接配合以从所述片本体（111）的外侧使相邻两个所述片本体（111）拼接，并使两个所述片本体（111）的侧壁面沿周向相互贴合，

多个所述片本体（111）沿周向拼装组合形成呈喇叭状的整环结构，且多个所述片本体（111）的内边缘沿周向组合形成用于与所述内安装环（12）配合的内圆环，且多个所述片本体（111）的外边缘沿周向组合形成用于与所述外安装环（13）配合的外圆环。

3.根据权利要求2所述的火焰筒的大弯管，其特征在于，

所述第一卡固部采用沿所述片本体（111）的片宽方向向外弯折的卡壁（112），所述卡壁（112）设于所述片本体（111）的外壁面上，所述卡壁（112）靠近所述片本体（111）的周向第一侧的边缘设置，

所述第二卡固部采用U型卡槽结构（113），所述U型卡槽结构（113）的开口朝向相邻的所述片本体（111）的方向布设，所述U型卡槽结构（113）设于所述片本体（111）的外壁面上，所述U型卡槽结构（113）靠近所述片本体（111）的周向第二侧的边缘设置，

通过使其中一个所述片本体（111）上的卡壁（112）从所述片本体（111）的外侧卡入相邻的另一个所述片本体（111）的U型卡槽结构（113）内，进而对相邻两个所述片本体（111）进行周向定位并进行轴向限位，并实现周向的密封连接。

4.根据权利要求3所述的火焰筒的大弯管，其特征在于，

所述U型卡槽结构（113）包括相对间隔设置的第一槽壁（1131）和第二槽壁（1132），所述第一槽壁（1131）沿所述片本体（111）的宽度方向向外延并突出于所述第二槽壁（1132）边缘设置，

所述第一槽壁（1131）靠近所述片本体（111）的外边缘的位置处设有第一卡合单元（1133），所述第二槽壁（1132）靠近所述片本体（111）的内边缘的位置处设有第二卡合单元（1134），所述卡壁（112）上靠近所述片本体（111）的外边缘的位置处设有与所述第一卡合单元（1133）对应布设的第一卡合模块（1135），所述卡壁（112）上靠近所述片本体（111）的内边缘的位置处设有与所述第二卡合单元（1134）对应的第二卡合模块，通过所述第一卡合模块（1135）与所述第一卡合单元（1133）搭接配合，所述第二卡合模块与所述第二卡合单元（1134）搭接配合，以使相邻的两个所述弯管片（11）卡扣连接，进而对相邻两个所述弯管片（11）进行周向定位和进行轴向限位。

5.根据权利要求4所述的火焰筒的大弯管，其特征在于，

所述第一卡合单元（1133）为扣帽，所述第二卡合单元（1134）为凸起，所述第一卡合模块（1135）为与所述扣帽搭接配合的扣脚，所述第二卡合模块为与所述凸起搭接配合的卡口，或者，

所述第一卡合单元（1133）为凸起，所述第二卡合单元（1134）为扣帽，所述第一卡合模块（1135）为与所述凸起搭接配合的卡口，所述第二卡合模块为与所述扣帽搭接配合的扣脚，或者，

所述第一卡合单元（1133）为卡口，所述第二卡合单元（1134）为扣脚，所述第一卡合模块（1135）为与所述卡口搭接配合的凸起，所述第二卡合模块为与所述扣脚搭接配合的扣帽，或者，

所述第一卡合单元（1133）为扣脚，所述第二卡合单元（1134）为卡口，所述第一卡合模块（1135）为与所述扣脚搭接配合的扣帽，所述第二卡合模块为与所述卡口搭接配合的凸起。

6.根据权利要求2所述的火焰筒的大弯管，其特征在于，

所述弯管片（11）还包括设于所述片本体（111）的内边缘的用于与所述内安装环（12）卡合连接的第三卡固部。

7.根据权利要求6所述的火焰筒的大弯管，其特征在于，

所述第三卡固部采用U型卡口结构（114），所述U型卡口结构（114）的开口朝向所述内安装环（12）布设，所述内安装环（12）上设有与所述U型卡口结构（114）对应的卡环（121），通过所述卡环（121）与所述U型卡口结构（114）搭接配合以使所述内安装环（12）从所述片本体（111）的内边缘对所述片本体（111）进行径向支撑。

8.根据权利要求3所述的火焰筒的大弯管，其特征在于，

所述外安装环（13）的内边缘设有U型卡固结构（131），所述U型卡固结构（131）的开口朝向所述片本体（111）的方向布设，通过所述片本体（111）的外边缘与所述U型卡固结构（131）搭接配合以使所述外安装环（13）从所述片本体（111）的外边缘对所述片本体（111）进行径向支撑和进行轴向限位。

9.根据权利要求8所述的火焰筒的大弯管，其特征在于，

所述U型卡固结构（131）的槽底的转角处设有支撑台阶（1311），所述片本体（111）的外边缘的转角处设有与所述支撑台阶（1311）对应设置的配合台阶（1112），通过所述支撑台阶（1311）对所述配合台阶（1112）进行支撑以将所述片本体（111）的外边缘固定在所述外安装环（13）内。

10.根据权利要求8所述的火焰筒的大弯管，其特征在于，

所述外安装环（13）的侧壁面上设有用于与所述U型卡槽结构（113）配合以将所述U型卡槽结构（113）压盖在所述外安装环（13）的外壁面上的压环（132）。

11.根据权利要求8所述的火焰筒的大弯管，其特征在于，

所述外安装环（13）的外边缘设有沿径向向外延伸的安装凸耳（133），所述安装凸耳（133）上设有沿所述外安装环（13）的轴向贯穿所述安装凸耳（133）的安装孔。

12.一种火焰筒的大弯管的组装方法，其特征在于，用于对如权利要求2至11任一项所述的火焰筒的大弯管进行组装，包括如下步骤：

将多个弯管片（11）放置在装配台上，具体地：使多个所述弯管片（11）沿周向间隔设置，使所有的所述弯管片（11）与的内边缘的圆弧段的圆心重合；

将所有的所述弯管片（11）沿外边缘朝向内边缘的方向同步移动，直至相邻的两个弯管片（11）上的第一卡固部和第二卡固部完全配合从而使多个所述弯管片（11）组合形成呈喇叭状的整环结构，同时相邻两个弯管片（11）的片本体（111）的圆周侧壁面完全贴合；

将外安装环（13）沿轴向移动，使外安装环（13）从整环结构的缩口端朝向扩口端移动并使外安装环（13）的U型卡固结构（131）卡入弯管片（11）的外边缘上；将内安装环（12）沿轴向移动，使内安装环（12）从整环结构的缩口端朝向扩口端的方向移动并使内安装环（12）的卡环（121）卡入弯管片（11）的U型卡口结构（114）内，所述内安装环（12）、多个弯管片（11）以及所述外安装环（13）组合形成整体。

13.一种火焰筒，其特征在于，包括权利要求1至11任一项所述的火焰筒的大弯管（10），还包括具有气流通道的筒本体（20）、处于所述筒本体（20）的头部的旋流雾化器（30）、处于筒本体（20）的尾部的排气弯管以及处于排气弯管的下游的涡轮导向器（40），通过所述排气弯管将所述筒本体（20）内的高温燃气导向所述涡轮导向器（40），进而使高温燃气流通过涡轮导向器（40）对处于对涡轮导向器（40）下游的涡轮叶片做功带动涡轮叶片转动，

所述筒本体（20）包括火焰筒头部环（21）、火焰筒外环（22）以及火焰筒内环（23），所述火焰筒内环（23）设于所述火焰筒外环（22）的内腔内，所述火焰筒内环（23）与所述火焰筒外环（22）之间形成有气流通道，所述火焰筒头部环（21）设于气流通道的进气侧并支承在所述火焰筒外环（22）和所述火焰筒内环（23）之间，所述旋流雾化器（30）设于所述火焰筒头部环（21）上，

所述排气弯管包括间隔布设的大弯管（10）结构和小弯管，所述大弯管（10）和所述小弯管之间形成有与火焰筒外环（22）、火焰筒内环（23）之间的气流通道连通的排气通道，所述大弯管（10）的输入侧与所述火焰筒外环（22）连接，所述大弯管（10）的输出侧与所述涡轮导向器（40）的第一侧连接，所述小弯管的输入侧与所述火焰筒内环（23）连接，所述小弯管的输出侧与所述涡轮导向器（40）的第二侧连接。

14.根据权利要求13所述的火焰筒，其特征在于，

多个所述旋流雾化器（30）沿所述火焰筒头部环（21）的周向间隔均匀布设，所述大弯管（10）的弯管片（11）与所述旋流雾化器（30）一一对应布设。

15.根据权利要求14所述的火焰筒，其特征在于，

所述弯管片（11）的数量为18个，所述弯管片（11）的两个圆周壁面之间的夹角为20度。

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