CN115031261A - 一种火焰筒头部冷却结构 - Google Patents

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卢铭涛
于小兵
朱诚
冯雯翠
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    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
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    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
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Abstract

本发明提供了一种火焰筒头部冷却结构，包括导流环；所述导流环的前端面通过氩弧焊点焊的方式固定有衬套，衬套的后端面通过氩弧焊的方式固定有隔热屏，隔热屏通过电阻点焊的方式与火焰筒筒体连接。本发明可以满足燃烧室筒体零件壁面冷却的需求，实现火焰筒头部零件的有效冷却，且具有结构可靠、紧凑、易于拆卸等优点，能保证燃烧室的可靠工作，适用于航空发动机和燃气轮机燃烧室的使用。

Description

一种火焰筒头部冷却结构
技术领域
本发明涉及一种火焰筒头部冷却结构，属于航空发动机、内燃机、燃气轮机技术领域。
背景技术
燃烧室头部作为燃烧室的重要组成部分，是组织燃烧的重要场所，对燃烧室性能起决定性作用，其中头部冷却结构不仅要保证涡流器和喷嘴的安装，还需要具有可靠的结构和良好的冷却，其一旦出现严重烧蚀，形成穿透性裂纹或产生较大热变形都会对燃烧室性能造成影响，严重情况下会导致燃烧室不能正常工作，甚至引发危害整机的安全事故，头部冷却设计时主要借鉴火焰筒壁面冷却技术，如单层壁气模冷却结构、双层壁冲击-气模冷却结构和冲击-绕流柱对流冷却结构等，但不同的结构形式在火焰筒头部上的应用并无相关的标准。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种火焰筒头部冷却结构，该火焰筒头部冷却结构可保证火焰筒头部零件壁温在其材料长期许用温度范围同时对头部流场不影响，且结构可靠、紧凑、易于拆卸。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种火焰筒头部冷却结构，包括导流环；所述导流环的前端面通过氩弧焊点焊的方式固定有衬套，衬套的后端面通过氩弧焊的方式固定有隔热屏，隔热屏通过电阻点焊的方式与火焰筒筒体连接。
所述衬套后端面上沿周向设有多个斜孔。
所述导流环上设有与衬套斜孔数量相同、倾斜角度不同、位置相同的斜孔。
所述导流环出口上表面与隔热屏内表面形成冷却缝隙。
所述导流环下表面与涡流器套筒外表面形成冷却间隙。
所述隔热屏外型面为碗形，隔热屏直径小的一端与衬套连接，与火焰筒筒体之间形成均匀的冷却缝隙。
所述隔热屏上沿周向设有多排倾斜的冷却小孔。
所述导流环的前端面设有凸耳，衬套的前端面设有卡槽，凸耳固定在卡槽内。
所述导流环的前端面与衬套的前端面齐平。
所述导流环的下表面为弧面。
本发明的有益效果在于：可以满足燃烧室筒体零件壁面冷却的需求，实现火焰筒头部零件的有效冷却，且具有结构可靠、紧凑、易于拆卸等优点，能保证燃烧室的可靠工作，适用于航空发动机和燃气轮机燃烧室的使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中衬套的结构示意图；
图3是图1中导流环的结构示意图；
图4是图1中隔热屏的结构示意图；
图中：1-衬套，2-导流环，3-隔热屏。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
实施例1
如图1～4所示的一种火焰筒头部冷却结构，包括导流环2；所述导流环2的前端面通过氩弧焊点焊的方式固定有衬套1，衬套1的后端面通过氩弧焊的方式固定有隔热屏3，隔热屏3通过电阻点焊的方式与火焰筒筒体连接。
所述衬套1后端面上沿周向设有多个斜孔。
所述导流环2上设有与衬套1斜孔数量相同、倾斜角度不同、位置相同的斜孔。
所述导流环2出口上表面与隔热屏3内表面形成冷却缝隙。
所述导流环2下表面与涡流器套筒外表面形成冷却间隙。
所述隔热屏3外型面为碗形，隔热屏3直径小的一端与衬套1连接，与火焰筒筒体之间形成均匀的冷却缝隙。
所述隔热屏3上沿周向设有多排倾斜的冷却小孔。
所述导流环2的前端面设有凸耳，衬套1的前端面设有卡槽，凸耳固定在卡槽内。
所述导流环2的前端面与衬套1的前端面齐平。
所述导流环2的下表面为弧面。
优选的，通过衬套和导流环上具有不同倾斜角度的斜孔冷却隔热屏和涡流器，通过控制导流环出口上、下型面，保证对隔热屏冷却的气流的有效冷却面积，同时不对火焰筒头部流场产生影响。
优选的，通过隔热屏碗形的外型面与火焰筒筒体零件形成均匀的冷却缝隙，保证火焰筒筒体零件较小的温度梯度，通过隔热屏上倾斜的冷却小孔，使气流贴近隔热屏内表面形成冷却气膜，对隔热屏进行冷却。
实施例2
采用实施例1的方案，并且：
导流环2前端面通过氩弧焊点焊的方式固定在衬套1上，衬套1后端面通过氩弧焊的方式固定在隔热屏3上，隔热屏3通过电阻点焊的方式与火焰筒筒体零件连接，衬套后端沿周向有多个斜孔，在各个斜孔相应角度上导流环也有相同数量的斜孔，导流环出口上表面与隔热屏内表面形成冷却缝隙，导流环下表面与涡流器套筒外表面形成冷却间隙，由于隔热屏外型面为碗形，可以保证隔热屏与火焰筒相邻零件之间的冷却缝隙沿周向更加均匀。所述的隔热屏上还有多排冷却小孔。
实施例3
采用实施例1的方案，并且：
通过氩弧焊点焊的方式将导流环前端上、下两处凸耳固定在衬套的卡槽内，导流环前端与衬套端面齐平，保证涡流器的安装，衬套后端沿周向均布30个φ2.8mm的孔，孔中心轴线与水平方向呈60°夹角，导流环相应角度上均有1个φ1.5mm的小孔，其中心轴线与水平方向呈45°夹角，该夹角与涡流器套筒角度接近，可以使气流沿涡流器套筒外型面穿透更深，由于衬套上的小孔孔径及角度大于导流环上相应角度孔的孔径和角度，因此经衬套上φ2.8mm孔的冷却气流一部分通过导流环上的孔对涡流器套筒进行冷却，一部分可沿导流环上表面经导流环与隔热屏之间的间隙，对隔热屏进行冷却，导流环出口上表面与隔热屏内表面最小距离为0.7mm，由此可以保证冷却气流足够的有效冷却面积，导流环下表面呈弧面，可以保证气流平稳贴壁流动而不影响涡流器出口流场。
所述的隔热屏通过氩弧焊的方式前端与衬套连接，后端与火焰筒筒体连接，隔热屏外型面为碗形，可以与火焰筒筒体之间形成均匀的冷却缝隙，保证火焰筒筒体较低的温度梯度，从而降低火焰筒筒体的热应力，隔热屏上沿周向还有多排倾斜的冷却小孔，冷却气流可沿隔热屏内表面形成冷却气膜，对隔热屏进行冷却。
综上所述，冷却气流通过衬套上的斜孔进入导流环和衬套之间形成的环腔内，随后一部分气流沿导流环外型面冷却隔热屏内表面，另一部分气流通过导流环上的小孔进入导流环与涡流器套筒之间的环形通道，通过控制导流环套与隔热屏之间的间隙以及导流环套与涡流器套筒之间的间隙，保证气流的有效冷却长度，此外，隔热屏上还设计有多排冷却小孔可以使冷却气流沿隔热屏内表面流动，从而对其进行冷却。

Claims (10)

1.一种火焰筒头部冷却结构，包括导流环(2)，其特征在于：所述导流环(2)的前端面通过氩弧焊点焊的方式固定有衬套(1)，衬套(1)的后端面通过氩弧焊的方式固定有隔热屏(3)，隔热屏(3)通过电阻点焊的方式与火焰筒筒体连接。
2.如权利要求1所述的火焰筒头部冷却结构，其特征在于：所述衬套(1)后端面上沿周向设有多个斜孔。
3.如权利要求1所述的火焰筒头部冷却结构，其特征在于：所述导流环(2)上设有与衬套(1)斜孔数量相同、倾斜角度不同、位置相同的斜孔。
4.如权利要求1所述的火焰筒头部冷却结构，其特征在于：所述导流环(2)出口上表面与隔热屏(3)内表面形成冷却缝隙。
5.如权利要求1所述的火焰筒头部冷却结构，其特征在于：所述导流环(2)下表面与涡流器套筒外表面形成冷却间隙。
6.如权利要求1所述的火焰筒头部冷却结构，其特征在于：所述隔热屏(3)外型面为碗形，隔热屏(3)直径小的一端与衬套(1)连接，与火焰筒筒体之间形成均匀的冷却缝隙。
7.如权利要求1所述的火焰筒头部冷却结构，其特征在于：所述隔热屏(3)上沿周向设有多排倾斜的冷却小孔。
8.如权利要求1所述的火焰筒头部冷却结构，其特征在于：所述导流环(2)的前端面设有凸耳，衬套(1)的前端面设有卡槽，凸耳固定在卡槽内。
9.如权利要求1所述的火焰筒头部冷却结构，其特征在于：所述导流环(2)的前端面与衬套(1)的前端面齐平。
10.如权利要求1所述的火焰筒头部冷却结构，其特征在于：所述导流环(2)的下表面为弧面。
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