CN115183277B - 一种火焰筒 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种火焰筒，包括转接段、火焰筒外环组件、火焰筒内环、帽罩、档溅盘和旋流器组件，火焰筒外环组件、火焰筒内环和帽罩通过螺栓连接在转接段上，形成火焰筒主体；火焰筒设有沿周向均匀分布的12‑24个头部，转接段上通过均匀连接有档溅盘和旋流器组件。该火焰筒适用于直流式环形燃烧室，各个主要构件之间采用螺栓连接，不仅在试制中避开大型薄壁件焊接变形难以控制的问题，而且更易拆装、更换维修，使火焰筒全寿命周期成本有效降低。该火焰筒采用内环后支撑形式，在与燃油喷嘴、点火电嘴、涡轮导向器等配合处有浮动结构，使其在工作状态高温热变形时仍然能够有效工作。该火焰筒取消了传统的掺混孔，能够有效提高燃烧室温升水平。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种火焰筒。
背景技术
众所周知，作为航空飞行器的动力装置，航空发动机在研制中不断追求更高推重比、更低耗油率、更低全寿命周期成本、更高可靠性。
航空发动机燃烧室位于压气机和涡轮之间，它的作用是使燃油喷嘴喷出的燃油与压气机来的高压空气混合并燃烧，使燃料的化学能转变为热能，并保证涡轮进口处燃气的给定温度，提高燃气在涡轮和尾喷管内膨胀做功的能力。火焰筒位于燃烧室中，将油气混合物进行组织燃烧，是发动机燃烧室的燃烧区域。
增加涡轮进口温度以提高单位推力，是提高推重比最直接和最有效的方法。对于未来高推重比发动机主燃烧室，其进、出口温度在现有发动机的基础上将大幅度攀升，燃烧室温升和热容显著提高；而随着燃烧室温升的提高，要求燃油在接近化学恰当比条件下组织燃烧，因此进入燃烧室的大部分空气将用于参加头部主燃区燃烧。在接近化学恰当比条件下组织燃烧同时也会提高燃烧效率、降低耗油率。
对于不断增长的发动机与燃烧室需求，火焰筒作为组织燃烧、提供出口温度场的主要载体，在设计与制造中也必然会提出更为严格的要求。比如更大的头部和主燃区进气量以保证更高温升，更严格的火焰筒形位公差要求保证出口温度场，更有效的浮动配合保证高温升下的可靠工作。另外，低成本是所有发动机的共同追求，在满足上述要求的同时，还需要尽量降低生产成本。
目前火焰筒在设计与制造中，各主要构件常常采取焊接的连接形式，比如挡溅盘和瓦块焊接在转接段上，比如火焰筒外环和帽罩焊接在一起等。火焰筒作为大型薄壁件，在焊接时，变形收缩情况较为明显，焊后壁面的轮廓度变化较大，在常规温升燃烧室火焰筒上可以使用。但是在高温升燃烧室火焰筒中，若火焰筒型面和主燃孔等形位公差在焊后控制不当，会造成燃烧室出口温度分布OTDF升高，造成局部高温，从而引起涡轮导向器超温烧蚀甚至熔化，造成发动机故障。同时，采用焊接形式的火焰筒，若局部出现烧蚀等情况，维修时需要更换整个焊接组件，维修使用成本较高。
在火焰筒与燃烧室机匣的固定支撑方式，与燃油喷嘴、点火电嘴和涡轮导向器挂环在热态的浮动量控制等方面若考虑不当，会使火焰筒与上述相配件变形不协调，出现故障。越是高温升、高性能燃烧室，其火焰筒壁温越高，越需要考虑该问题。
传统的火焰筒布局形式中，内、外环均有主燃孔和掺混孔，掺混孔虽然有利于调节出口温度场，但是掺混孔进气温度低，势必会造成燃烧室温升水平的下降。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能进一步克服现有技术的局限和不足的火焰筒，以进一步追求高温升、低油耗率和低成本的目标。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，提供一种火焰筒，所述火焰筒包括转接段、火焰筒外环组件、火焰筒内环、帽罩、挡溅盘和旋流器组件，所述火焰筒外环组件、所述火焰筒内环和所述帽罩通过螺栓连接在所述转接段上，形成火焰筒主体，所述火焰筒设有12-24个头部，每个头部沿周向均匀分布，所述转接段的周向上通过螺栓均匀连接有与头部数量相同的，成对设置的挡溅盘和旋流器组件。
本发明所提供的火焰筒，还具有这样的特征，所述火焰筒外环组件由火焰筒外环承力壁和焊接在所述火焰筒外环承力壁上的电嘴浮动套构成，所述电嘴浮动套包括焊接在所述火焰筒外环承力壁上的电嘴浮动壳，所述电嘴浮动壳与所述火焰筒外环承力壁壁面之间形成空腔，所述空腔内设有可自由浮动的电嘴浮动套环。
本发明所提供的火焰筒，还具有这样的特征，所述电嘴浮动套数量为1-3。
本发明所提供的火焰筒，还具有这样的特征，所述火焰筒外环承力壁的前安装边上设有螺栓孔，所述螺栓孔用于所述火焰筒外环承力壁、所述转接段和所述帽罩之间的螺栓连接；所述火焰筒外环承力壁的后端设有用于将火焰筒与涡轮连接的V型槽和用于与限位销配合控制火焰筒周向变形量的U型槽。
本发明所提供的火焰筒，还具有这样的特征，所述火焰筒外环承力壁上设有多个外环主燃孔，所述外环主燃孔的数量为所述头部数量的2倍。
本发明所提供的火焰筒，还具有这样的特征，所述火焰筒内环上设有与多个内环主燃孔，所述内环主燃孔的数量为所述头部数量的2倍。
本发明所提供的火焰筒，还具有这样的特征，所述帽罩上设有多个凸形孔，所述凸形孔的数量与所述头部数量相同。
本发明所提供的火焰筒，还具有这样的特征，所述转接段上设有与所述头部数量相同的圆形安装孔。
本发明所提供的火焰筒，还具有这样的特征，所述挡溅盘上设有多个螺柱，所述螺柱穿过所述转接段的壁面与所述旋流器组件相连。
本发明所提供的火焰筒，还具有这样的特征，所述旋流器组件包括与所述转接段固定连接的旋流器安装座、在旋流器安装座内沿中心线垂直平面方向浮动的旋流器以及用于将旋流器装配至所述旋流器安装座内的旋流器卡圈，所述旋流器组件还包括用于保证所述旋流器不会周向转动的旋流器浮动方槽和旋流器浮动舌片。
有益效果
本发明提供的火焰筒适用于直流式环形燃烧室，该火焰筒的各个主要构件之间采用螺栓连接，不仅在试制中避开大型薄壁件焊接变形难以控制的问题，而且更易拆装、更换维修，使火焰筒全寿命周期成本有效降低。该火焰筒采用内环后支撑形式，在与燃油喷嘴、点火电嘴、涡轮导向器等配合处有浮动结构，使其在工作状态高温热变形时仍然能够有效工作。该火焰筒取消了传统的掺混孔，能够有效提高燃烧室温升水平。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的火焰筒的平面示意图；
图2为本发明实施例所提供的火焰筒的立体示意图；
图3为本发明实施例所提供的旋流器组件与挡溅盘装配示意图；
图4为本发明实施例所提供的旋流器组件示意图；
其中，1-转接段，11-圆形安装孔，12-螺柱孔；2-火焰筒外环组件，21-火焰筒外环承力壁，22-电嘴浮动壳，23-电嘴浮动套环，24-V型槽，25-U型槽，26-外环主燃孔；3-火焰筒内环，31-内环主燃孔，32-内环安装孔；4-帽罩，41-凸形孔；5-挡溅盘，51-螺柱；6-旋流器组件，61-旋流器安装座，62-旋流器，63-旋流器卡圈，64-旋流器安装孔，65-旋流器浮动方槽，66-旋流器浮动舌片；7-外环连接螺栓；8-内环连接螺栓；9-螺母。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
如图1-4所示，本实施例提供了一种火焰筒，所述火焰筒包括转接段1、火焰筒外环组件2、火焰筒内环3、帽罩4、挡溅盘5和旋流器组件6，所述火焰筒外环组件2、所述火焰筒内环3和所述帽罩4通过螺栓连接在所述转接段1上，形成火焰筒主体；其中螺栓包括外环连接螺栓7和内环连接螺栓8，所述火焰筒设有12-24个头部，每个头部沿周向均匀分布，所述转接段1的周向上通过螺栓均匀连接有与头部数量相同的，成对设置的挡溅盘5和旋流器组件6。
在部分实施例中，所述火焰筒外环组件2由火焰筒外环承力壁21和焊接在所述火焰筒外环承力壁21上的电嘴浮动套构成，
所述电嘴浮动套包括焊接在所述火焰筒外环承力壁21上的电嘴浮动壳22，所述电嘴浮动壳22与所述火焰筒外环承力壁21壁面之间形成空腔，所述空腔内设有可自由浮动的电嘴浮动套环23。电嘴浮动套环23的外径和厚度比电嘴浮动壳22的内径和高度小，可以实现电嘴浮动套环23的自由浮动。在发动机工作状态，火焰筒与燃烧室机匣两者存在热变形量之差，导致发生相对位移。而该浮动结构可以保证电嘴与火焰筒之间有效配合而不发生干涉。
在部分实施例中，所述电嘴浮动套数量为1-3。
在部分实施例中，所述火焰筒外环承力壁21的前安装边上设有螺栓孔，所述螺栓孔用于所述火焰筒外环承力壁21、所述转接段1和所述帽罩4之间的螺栓连接；
所述火焰筒外环承力壁21的后端设有用于将火焰筒与涡轮连接的V型槽24和用于与限位销配合控制火焰筒周向变形量的U型槽25。由于该火焰筒采用内环后支撑式设计，其外环出口处的装配累计偏差可能稍大，同时其与涡轮导向器在装配时由于空间限制，在两者装配时可能不易进行现场调整，而该V形槽24可以起到引导装配的效果，提高一次装配成功率。该U型槽25与燃烧室外机匣上的限位销配合，可以控制火焰筒在热态的最大径向与周向变形量，从而使整个火焰筒处于稳定工作状态，由其是与燃油喷嘴、点火电嘴和涡轮导向器之间的配合处于合理位置。
在部分实施例中，所述火焰筒外环承力壁21上设有多个外环主燃孔26，所述外环主燃孔26的数量为所述头部数量的2倍。无外环掺混孔。取消掺混孔，增加头部主燃区的进气量，能够使油气在化学恰当比附近燃烧，提高燃烧效率，提高燃烧室温升水平。
在部分实施例中，所述火焰筒内环3上设有多个内环主燃孔31和内环安装孔32，所述内环主燃孔31的数量为所述头部数量的2倍。
在部分实施例中，所述帽罩4上设有多个凸形孔41，所述凸形孔41的数量与所述头部数量相同。该孔的大圆孔与小凸孔是为了分别适应燃油喷嘴的头部和杆部形状，能够在有限空间内，实现大头部喷嘴的装配。
如图3所示，在部分实施例中，所述转接段1上设有与所述头部数量相同的圆形安装孔11。用于旋流器组件6与挡溅盘5的端面配合。
在部分实施例中，所述挡溅盘5上设有多个螺柱51，所述螺柱51穿过所述转接段1的壁面与所述旋流器组件6相连。挡溅盘5上的螺柱51穿过转接段1上的螺柱孔12，进入旋流器组件6上的旋流器安装孔64，用螺母9将上述件连接固定。进一步的，螺柱51、螺柱孔12、旋流器安装孔64三者的数量为4个，且周向分布相同，但是沿圆周不均匀分布，以保证其仅能在正确方向上装配。
在部分实施例中，如图4所示，所述旋流器组件6包括与所述转接段1固定连接的旋流器安装座61、在旋流器安装座61内沿中心线垂直平面方向浮动的旋流器62以及用于将旋流器62装配至所述旋流器安装座61内的旋流器卡圈63，所述旋流器组件6还包括用于保证所述旋流器62不会周向转动的旋流器浮动方槽65和旋流器浮动舌片66。旋流器浮动方槽65与旋流器浮动舌片66之间的配合可以保证旋流器不能周向转动。进一步的，旋流器62的外径小于旋流器安装座61的配合处内径，可以保证旋流器62沿垂直于旋流器62中心线的方向浮动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种火焰筒，其特征在于，所述火焰筒包括转接段、火焰筒外环组件、火焰筒内环、帽罩、档溅盘和旋流器组件，
所述火焰筒外环组件、所述火焰筒内环和所述帽罩通过螺栓连接在所述转接段上，形成火焰筒主体，
所述火焰筒设有12-24个头部，每个头部沿周向均匀分布，
所述转接段的周向上通过螺栓均匀连接有与头部数量相同的，成对设置的档溅盘和旋流器组件，
所述火焰筒外环组件由火焰筒外环承力壁和焊接在所述火焰筒外环承力壁上的电嘴浮动套构成，
所述电嘴浮动套包括焊接在所述火焰筒外环承力壁上的电嘴浮动壳，所述电嘴浮动壳与所述火焰筒外环承力壁的壁面之间形成空腔，所述空腔内设有可自由浮动的电嘴浮动套环，
所述火焰筒外环承力壁的前安装边上设有螺栓孔，所述螺栓孔用于所述火焰筒外环承力壁、所述转接段和所述帽罩之间的螺栓连接；
所述火焰筒外环承力壁的后端设有用于将火焰筒与涡轮连接的V型槽和用于与限位销配合控制火焰筒周向变形量的U型槽，
所述旋流器组件包括与所述转接段固定连接的旋流器安装座、在旋流器安装座内沿中心线垂直平面方向浮动的旋流器以及用于将旋流器装配至所述旋流器安装座内的旋流器卡圈，
所述旋流器组件还包括用于保证所述旋流器不会周向转动的旋流器浮动方槽和旋流器浮动舌片，
所述火焰筒外环承力壁上设有多个外环主燃孔，所述外环主燃孔的数量为所述头部数量的2倍。
2.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述电嘴浮动套数量为1-3。
3.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述火焰筒内环上设有与多个内环主燃孔，所述内环主燃孔的数量为所述头部数量的2倍。
4.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述帽罩上设有多个凸形孔，所述凸形孔的数量与所述头部数量相同。
5.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述转接段上设有与所述头部数量相同的圆形安装孔。
6.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述档溅盘上设有多个螺柱，所述螺柱穿过所述转接段的壁面与所述旋流器组件相连。
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