CN113819490B - 一种火焰筒空气流量调控结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃气涡轮发动机技术领域，特别涉及一种火焰筒空气流量调控结构，所述空气流量调控结构包括进气帽和调控套筒，所述进气帽为回转体结构，通过表面周向设置的多组第一进气槽连通火焰筒和机匣；所述调控套筒转动设置在所述进气帽的顶部，调控套筒通过控制第二进气槽与进气帽上的第一进气槽的相对位置，对进入进气帽的空气流量进行调控，从而控制进入火焰筒的空气流量。采用本发明的火焰筒空气流量调控结构的设计，能够有能根据单个头部的燃油流量，调控对应主燃孔和掺混孔的空气流量，以改善燃烧质量，从而降低污染排放；改善温度场分布，降低出口温度分布系数。

Description

一种火焰筒空气流量调控结构

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机技术领域，特别涉及一种火焰筒空气流量调控结构。

背景技术

燃烧室火焰筒是用来控制燃油和空气燃烧，控制空气流量分配，组织燃烧及冷却空气膜的腔体。航空发动机燃烧室火焰筒一般包括火焰筒外环、火焰筒内环、火焰筒头部及涡流器。冷却空气由气膜孔进到火焰筒，在火焰筒壁面形成空气膜，用以阻隔高温燃气与火焰筒壁面直接接触。

在传统的发动机燃烧室设计方案中，主燃区燃烧空气大部分是由主燃孔射流供给的，燃气的掺混是通过掺混孔射流完成的。当试验件加工完成后，每个头部所对应的主燃孔和掺混孔的流量就已固定，无法实现更改。从而无法根据每个头部的燃油流量进行灵活地调控助燃空气流量，进而无法控制该区域的燃烧情况。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种火焰筒空气流量调控结构，所述流量调控结构设置于火焰筒壁面和机匣壁面之间，用于控制通入火焰筒内部的空气流量，所述空气流量调控结构包括：

进气帽，所述进气帽为回转体结构，通过表面周向设置的多组第一进气槽连通火焰筒和机匣；

调控套筒，转动设置在所述进气帽的顶部，且所述调控套筒的周向对应所述第一进气槽设有第二进气槽，所述流量调控结构通过改变第一进气槽和第二进气槽的交叉面积控制空气流量。

优选的，所述火焰筒上设有火焰筒进气孔，所述进气帽固定安装在所述火焰筒进气孔上。

优选的，所述进气帽包括环形壳体，所述环形壳体为圆柱型结构，且两端设有开口，顶部开口位置固定设置有端部密封板；

所述环形壳体的底部固定安装在火焰筒壁面上，环形壳体的顶部转动连接所述调控套筒；

所述第一进气槽周向设置在所述环形壳体上。

优选的，所述环形壳体的外圆周面上还设有主气孔。

优选的，所述主气孔的开口面积大于所述第一进气槽。

优选的，所述调控套筒包括：

套筒，转动设置在所述进气帽上，所述套筒上设有第二进气槽，对应所述第一进气槽进行设置；

柱体，设置在所述套筒的顶部中心位置，用于连接旋动块；

旋动块，所述旋动块对称设置在所述柱体的顶部两侧，所述调控套筒通过所述旋动块连接控制组件，所述控制组件用于带动调控套筒转动。

优选的，所述空气流量调控结构还包括控制组件，所述控制组件包括：

旋转器，所述旋转器的底部连接调控套筒，用于控制调控套筒进行转动；

安装座，固定安装在所述机匣的壁面开口处，所述旋转器通过所述安装座与机匣壁面相连。

优选的，所述旋转器包括上座体和下座体；

所述上座体和下座体固定连接，所述下座体的外侧通过螺纹连接的方式与所述安装座相连，所述上座体与外部驱动结构相连。

优选的，所述上座体和下座体的连接面位置设有密封端面，所述密封端面通过C形垫片抵触所述安装座。

优选的，所述下座体的底部中心位置对应所述柱体设有圆槽，所述圆槽的边缘对应所述旋动块设有条形槽口，所述圆槽和条形槽口的开口边沿焊接有挡圈，所述旋转器的底部中心通过挡圈限位安装所述旋动块。

本发明采用外部驱动结构通过旋转器带动调控套筒进行同步旋转，此时调控套筒通过控制第二进气槽与进气帽上的第一进气槽的相对位置，对进入进气帽的空气流量进行调控，从而控制进入火焰筒的空气流量。采用本发明的火焰筒空气流量调控结构的设计，能够有能根据单个头部的燃油流量，调控对应主燃孔和掺混孔的空气流量，以改善燃烧质量，从而降低污染排放；改善温度场分布，降低出口温度分布系数。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的空气流量调控结构的组合结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的进气帽的剖视结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例的调控套筒的剖视结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例的调控套筒的俯视结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例的旋转器的剖视结构示意图；

图6示出了根据本发明实施例的安装座的剖视结构示意图；

图7示出了根据本发明实施例的C形垫片的剖视结构示意图。

附图中：100、火焰筒；200、机匣；300、进气帽；31、环形壳体；32、端部密封板；400、调控套筒；41、套筒；42、柱体；43、旋动块；500、旋转器；51、上座体；52、下座体；53、退刀槽；54、外螺纹；600、挡圈；700、安装座；71、安装座本体；72、内螺纹；73、倒角；800、C形垫片；h1、火焰筒进气孔；h2、主气孔；h3、第一进气槽；h4、第二进气槽；T1、圆槽；T2、条形槽口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种火焰筒空气流量调控结构，所述流量调控结构设置于火焰筒100壁面和机匣200壁面之间，所述流量调控结构适用于航空发动机的主燃区的主燃孔和掺混孔，用于控制通入火焰筒100内部的空气流量。能够解决现有技术中试验件加工完成后，每个头部所对应的主燃孔和掺混孔的流量就已固定，无法实现更改的问题。

参考图1所示，所述空气流量调控结构包括进气帽300和调控套筒400，所述进气帽300为回转体结构，通过表面周向设置的多组第一进气槽h3连通火焰筒100和机匣200；所述调控套筒400转动设置在所述进气帽300的顶部，且所述调控套筒400的周向对应所述第一进气槽h3设有第二进气槽h4，所述流量调控结构通过改变第一进气槽h3和第二进气槽h4的交叉面积控制空气流量。其中，所述进气帽300为圆柱型壳体结构，底部设有开口，且底部焊接在所述火焰筒进气孔h1上，所述火焰筒进气孔h1可以为主燃区的主燃孔或掺混孔。进气帽300的圆柱壳体外圆周方向分布有两行第一进气槽h3和主气孔h2。为了保证从机匣200通入火焰筒100内部的空气流量的稳定性，所述主气孔h2的开口面积大于所述第一进气槽h3的开口面积。另外，进气帽300顶部转动设置的调控套筒400的周向对应所述第一进气槽h3设有第二进气槽h4。

在本发明的一个实施例中，稳定状态下，所述第一进气槽h3和第二进气槽h4之间不交叉，交叉面积为0。此时，所述火焰筒100的助燃空气完全靠所述主气孔h2供给。调控状态下，转动所述调控套筒400，使得第一进气槽h3和第二进气槽h4由不交叉状态逐渐转变为相互交叉，直至完全重合。同时，交叉面积由初始状态的0逐渐增大到第一进气槽h3的开口面积。当然，转动过程中，初始状态的火焰筒100助燃空气完全靠主气孔h2供给，此后，由于第一进气槽h3和第二进气槽h4的交叉面积逐渐增大，火焰筒100的助燃空气在主气孔h2的基础上增加了交叉面积大小的开口，向火焰筒100内部补充助燃空气。在不影响主进气量的情况下，对进气量的部分进行调整，改善火焰筒的燃烧情况。

在本发明的另一个实施例中，稳定状态下，所述第一进气槽h3和第二进气槽h4之间完全重合，交叉面积为所述第一进气槽h3或第二进气槽h4的开口面积，所述火焰筒100的助燃空气靠所述主气孔h2和第一进气槽h3供给。调控状态下，转动所述调控套筒400，使得第一进气槽h3和第二进气槽h4由完全重合状态逐渐转变为相互交叉，直至完全不交叉。同时，交叉面积由初始状态的第一进气槽h3对应的开口面积逐渐减小到0。当然，转动过程中，初始状态的火焰筒100的助燃空气靠所述主气孔h2和第一进气槽h3供给。此后，由于第一进气槽h3和第二进气槽h4的交叉面积逐渐缩小，向火焰筒100内部补充助燃空气。在不影响主进气量的情况下，对进气量的部分进行调整，改善火焰筒的燃烧情况。

参考图2所示，所述进气帽300包括环形壳体31，所述环形壳体31为圆柱型结构，且两端设有开口，顶部开口位置固定设置有端部密封板32；所述环形壳体31的底部固定安装在火焰筒100壁面上，环形壳体31的顶部转动连接所述调控套筒400；所述第一进气槽h3周向设置在所述环形壳体31上。其中，为了保证所述环形壳体31底部与火焰筒100的密封性能，所述环形壳体31的底部通过满焊的焊接方式连接所述火焰筒100的壁面。

如图3和图4所示，所述调控套筒400包括套筒41、柱体42和旋动块43，所述套筒41转动设置在所述进气帽300上，所述套筒41上设有第二进气槽h4，对应所述第一进气槽h3进行设置；所述柱体42设置在所述套筒41的顶部中心位置，用于连接旋动块43；所述旋动块43对称设置在所述柱体42的顶部两侧，所述调控套筒400通过所述旋动块43连接控制组件，所述控制组件用于带动调控套筒400转动。其中，所述套筒41为圆柱型壳体结构，且底部设有开口，套筒41通过底部设置的开口套设在所述进气帽300的顶部，与所述进气帽300形成转动连接，所述调控套筒400通过顶部的旋动块43卡接控制组件。

参考图5所示，所述控制组件包括旋转器500和安装座700，所述旋转器500的底部连接调控套筒400，用于控制调控套筒400进行转动；安装座700固定安装在所述机匣200的壁面开口处，所述旋转器500通过所述安装座700与机匣200壁面相连。其中，所述旋转器500包括上座体51和下座体52；上座体51和下座体52固定连接，所述下座体52的外侧通过螺纹连接的方式与所述安装座700相连，所述上座体51与外部驱动结构相连。所述旋转器500为截面呈T字型的圆台结构，且所述上座体51的圆台直径大于所述下座体52的圆台直径，所述安装座700的安装座本体71为封闭的环形结构，且环形结构的截面呈矩形，所述环形结构的内壁面设有内螺纹72，下座体52的外侧圆周对应设有外螺纹54，所述安装座700和旋转器500通过内螺纹72和外螺纹54形成螺纹连接。所述安装座700的顶部开口处设有倒角73，加工过程去除螺纹加工过程产生的飞边毛刺，可以方便安装座700与旋转器500的安装。

进一步的，所述上座体51和下座体52的连接面位置设有密封端面，所述密封端面通过C形垫片800抵触所述安装座700。加工过程中，所述密封端面与下座体52之间形成退刀槽53。在对所述安装座700和旋转器500进行螺纹连接的过程中，退刀槽53上套设有如图7所示的C形垫片800，并通过C形垫片800抵触所述安装座700端面。当外部驱动结构通过转动所述旋转器500控制底部的调整套筒400同步进行转动动作时，所述旋转器500与安装座700的螺纹连接使得所述旋转器500在转动过程会沿着安装座700的开口方向进行移动。一方面，C形垫片800能够对螺纹连接的密封性进行补偿，另外一方面，由于C形垫片800具有一定的弹性补偿能力，可以用于缓解旋转器500周向转动时沿安装座700开口方向的轴向位移，保持连接处的密封性。

进一步的，所述下座体52的直径尺寸在可选范围内选择最大值，从而保证旋转器500在转动相同角度下，轴向位移尺寸最小，进而最大化减小轴向位移对调控套筒400的影响。避免位移尺寸过大，导致第一进气槽h3和第二进气槽h4相互不交叉的情况发生。

参考图5所示，所述下座体52的底部中心位置对应所述柱体42设有圆槽T1，所述圆槽T1的边缘对应所述旋动块43设有条形槽口T2，所述圆槽T1和条形槽口T2的开口边沿焊接有挡圈600，所述旋转器500的底部中心通过挡圈600限位安装所述旋动块43。其中，所述圆槽T1的截面直径对应所述调控套筒400的柱体42进行设置，在对旋转器500和调控套筒400进行安装时，所述调控套筒400的柱体42端部和旋动块43分别对应卡接在下座体52的底部中心位置设置的圆槽T1和条形槽口T2中。并且，在圆槽T1和条形槽口T2的开口位置焊接设置有挡圈600，所述挡圈600套设在柱体42上，用于对所述调控套筒400进行限位。

有必要说明的是，所述圆槽T1和条形槽口T2的深度尺寸大于所述旋动块43的高度尺寸，且所述条形槽口T2的长度尺寸大于所述旋动块43的长度尺寸，从而使得调控套筒400的旋动块43与所述圆槽T1和条形槽口T2的槽底之间设有间隙存在。当火焰筒100燃烧过程中，机匣200与火焰筒100内部的温度不同，使得机匣200与火焰筒100之间的压差变化，导致调控套筒400与旋转器500之间产生相对运动。此时，旋动块43与所述圆槽T1和条形槽口T2的槽底之间存在的间隙可以缓解压差变化导致的旋动块43和槽底之间的相对运动。

在本发明的一个实施例中，所述旋转器500的顶部穿过机匣200的壁面与外部驱动结构相连，实现对所述空气流量调控结构的远程实时控制。当然，外部驱动结构可以根据实际需要选择控制方式，包括自动控制方式或者手动控制方式，本实施例在此不做限制。使用时，外部驱动结构通过旋转器500带动调控套筒400进行同步旋转，此时调控套筒400通过控制第二进气槽h4与进气帽300上的第一进气槽h3的相对位置，对进入进气帽300的空气流量进行调控，从而控制进入火焰筒100的空气流量。采用本发明的火焰筒空气流量调控结构的设计，能够有能根据单个头部的燃油流量，调控对应主燃孔和掺混孔的空气流量，以改善燃烧质量，从而降低污染排放；改善温度场分布，降低出口温度分布系数。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种火焰筒空气流量调控结构，所述流量调控结构设置于火焰筒（100）壁面和机匣（200）壁面之间，用于控制通入火焰筒（100）内部的空气流量，其特征在于，所述空气流量调控结构包括：

进气帽（300），所述进气帽（300）为回转体结构，通过表面周向设置的多组第一进气槽（h3）连通火焰筒（100）和机匣（200）；

调控套筒（400），转动设置在所述进气帽（300）的顶部，且所述调控套筒（400）的周向对应所述第一进气槽（h3）设有第二进气槽（h4），所述流量调控结构通过改变第一进气槽（h3）和第二进气槽（h4）的交叉面积控制空气流量；

所述调控套筒（400）包括：

套筒（41），转动设置在所述进气帽（300）上，所述套筒（41）上设有第二进气槽（h4），对应所述第一进气槽（h3）进行设置；

柱体（42），设置在所述套筒（41）的顶部中心位置，用于连接旋动块（43）；

旋动块（43），所述旋动块（43）对称设置在所述柱体（42）的顶部两侧，所述调控套筒（400）通过所述旋动块（43）连接控制组件，所述控制组件用于带动调控套筒（400）转动;

所述空气流量调控结构还包括控制组件，所述控制组件包括：

旋转器（500），所述旋转器（500）的底部连接调控套筒（400），用于控制调控套筒（400）进行转动；

安装座（700），固定安装在所述机匣（200）的壁面开口处，所述旋转器（500）通过所述安装座（700）与机匣（200）壁面相连；

所述旋转器（500）包括上座体（51）和下座体（52）；

所述上座体（51）和下座体（52）固定连接，所述下座体（52）的外侧通过螺纹连接的方式与所述安装座（700）相连，所述上座体（51）与外部驱动结构相连；

所述下座体（52）的底部中心位置对应所述柱体（42）设有圆槽（T1），所述圆槽（T1）的边缘对应所述旋动块（43）设有条形槽口（T2）；

所述圆槽（T1）和条形槽口（T2）的深度尺寸大于所述旋动块（43）的高度尺寸，且所述条形槽口（T2）的长度尺寸大于所述旋动块（43）的长度尺寸。

2.根据权利要求1所述空气流量调控结构，其特征在于，所述火焰筒（100）上设有火焰筒进气孔（h1），所述进气帽（300）固定安装在所述火焰筒进气孔（h1）上。

3.根据权利要求1所述空气流量调控结构，其特征在于，所述进气帽（300）包括环形壳体（31），所述环形壳体（31）为圆柱型结构，且两端设有开口，顶部开口位置固定设置有端部密封板（32）；

所述环形壳体（31）的底部固定安装在火焰筒（100）壁面上，环形壳体（31）的顶部转动连接所述调控套筒（400）；

所述第一进气槽（h3）周向设置在所述环形壳体（31）上。

4.根据权利要求3所述空气流量调控结构，其特征在于，所述环形壳体（31）的外圆周面上还设有主气孔（h2）。

5.根据权利要求4所述空气流量调控结构，其特征在于，所述主气孔（h2）的开口面积大于所述第一进气槽（h3）。

6.根据权利要求1所述空气流量调控结构，其特征在于，所述上座体（51）和下座体（52）的连接面位置设有密封端面，所述密封端面通过C形垫片（800）抵触所述安装座（700）。

7.根据权利要求1所述空气流量调控结构，其特征在于，所述圆槽（T1）和条形槽口（T2）的开口边沿焊接有挡圈（600），所述旋转器（500）的底部中心通过挡圈（600）限位安装所述旋动块（43）。

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