CN115597090A - 一种火焰筒出口连接结构、燃烧室及燃气涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种火焰筒出口连接结构、燃烧室及燃气涡轮发动机。所述火焰筒出口连接结构包括：第一连接部；弹性件；出口段；其中，所述第一连接部的一侧用于与火焰筒的出口抵接，以密封所述火焰筒的出口，所述第一连接部的另一侧与所述弹性件的一端固定连接，所述弹性件的另一端与出口段固定连接。本发明的有益效果在于设置具有弹性件的连接结构，利用弹性件的弹性力防止燃烧室环腔的冷却气向火焰筒内漏气，实现发动机冷热态气量分配可控。相比于现有技术的通过配合间隙来控制气量的搭接结构，本发明的火焰筒出口连接结构更可靠，不必担心温度过高会导致连接结构失效。

Description

一种火焰筒出口连接结构、燃烧室及燃气涡轮发动机

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种火焰筒出口连接结构、燃烧室及燃气涡轮发动机。

背景技术

常规的中小型航空发动机燃烧室火焰筒出口连接结构大多采用搭接的形式，如图1所示，火焰筒100的外侧具有二股通道1001，火焰筒100具有火焰筒出口1000，火焰筒出口1000与出口段400之间设置可相对滑动的搭接结构200，该搭接结构200通过控制配合间隙G来控制冷却气由二股通道1001向火焰筒100内的泄漏量。这种传统的连接结构主要通过减小配合间隙G来控制漏气量，但由于火焰筒100的工作环境长期处于高温状态，火焰筒出口的搭接结构在设计时需要将零件的热态变形量考虑进去。如果配合间隙G设计得太小容易导致火焰筒100发生卡死；如果配合间隙G太大，火焰筒出口1000的漏气量增大，将会影响到燃烧室的性能。配合间隙的大小设计不仅较为困难，加工成本也较高并且加工精度也难以保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种火焰筒出口连接结构。

本发明的另一目的是提供一种燃烧室。

本发明的另一目的是提供一种燃气涡轮发动机。

根据本发明一方面的一种火焰筒出口连接结构，用于火焰筒，所述火焰筒具有出口，所述火焰筒出口连接结构包括：第一连接部；弹性件；出口段；其中，所述第一连接部的一侧用于与火焰筒的出口抵接，以密封所述火焰筒的出口，所述第一连接部的另一侧与所述弹性件的一端固定连接，所述弹性件的另一端与所述出口段固定连接。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个具体实施方式中，所述弹性件为弹簧管，具有前段、中间段、后段，所述前段与所述第一连接部固定连接，所述后段与所述出口段固定连接，所述中间段为波浪形。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个具体实施方式中，所述出口段具有本体以及从本体向外凸伸的安装凸缘，所述安装凸缘、所述本体以及所述第一连接部限定所述弹性件的安装空间，所述安装凸缘与所述弹性件的后段固定连接。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个具体实施方式中，所述第一连接部的径向内端与所述出口段的所述本体的外壁之间非接触地设置，两者具有第一径向间隙。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个具体实施方式中，所述弹性件与所述第一连接部、出口段通过焊接结构固定连接。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个具体实施方式中，所述第一连接部包括挡片，所述挡片具有竖边和翻边，所述翻边垂直于所述竖边，所述竖边的一侧的第一径向区域用于与火焰筒的出口抵接，另一侧固定连接所述弹性件，所述竖边开设冷却孔；其中，所述翻边位于所述第一径向区域的径向外侧，所述翻边能够与所述火焰筒的出口径向外壁具有第二径向间隙；所述冷却孔的分布区域位于所述第一径向区域的径向内侧。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个具体实施方式中，所述弹簧管的厚度为2-4毫米。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个具体实施方式中，所述挡片的厚度为1-3毫米。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个具体实施方式中，所述冷却孔的孔径为0.6-1.2毫米，径向排数为1-3排，周向均匀分布。

根据本发明另一方面的一种燃烧室，具有火焰筒以及如上所述的火焰筒出口连接结构以及燃烧室环腔冷却气，所述燃烧室环腔冷却气通过所述第一连接部的冷却孔进入所述火焰筒内。

根据本发明另一方面的一种燃气涡轮发动机，包括燃烧室、涡轮，以及如上所述的火焰筒出口连接结构，所述燃烧室的火焰筒的出口通过所述火焰筒出口连接结构与所述涡轮连接。

本发明的有益效果在于：

设置具有弹性件的连接结构，利用弹性件的弹性力防止燃烧室环腔的冷却气向火焰筒内漏气，实现发动机冷热态气量分配可控。相比于现有技术的通过配合间隙来控制漏气量的搭接结构，本发明的火焰筒出口连接结构更可靠，不必担心工作环境的温度会对连接结构控制漏气量的有效性造成影响，弹性件在冷装配时处于压缩状态，会对第一连接部产生推力，使第一连接部压紧于火焰筒出口部，发动机工作后，出口段会有远离火焰筒的趋势，但弹性件会受热膨胀继续使第一连接部压紧火焰筒出口部。

附图说明

本发明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方式的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，需要注意的是，这些附图均仅作为示例，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，其中：

图1为现有火焰筒出口搭接结构的示意图；

图2为燃气涡轮发动机部分结构的示意图；

图3为一实施方式的火焰筒出口结构的示意图；

图4为根据图3火焰筒出口结构示意图的A-A剖视图；

图5为一实施方式的火焰筒出口结构的立体示意图。

附图标记：

100-火焰筒，1000-火焰筒出口，1001-二股通道；

200-搭接结构；

400-出口段；

500-燃烧室，5001-燃烧室环腔冷却气；

600-涡轮，6001-高压涡轮第一级导叶；

234-火焰筒出口连接结构；

1-火焰筒，101-火焰筒出口；

2-第一连接部，20-挡片，201-竖边，202-翻边，203-冷却孔，204-第一径向区域；

3-弹性件，30-弹簧管，301-前段，302-中间段，303-后段；

4-出口段，401-本体，402-安装凸缘。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其它实施方案。

在随后的描述中，“径向”、“周向”、“内”、“外”或者其他方位术语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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部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的限制。同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施方式。如“一个实施方式”、“一实施方式”意指与本申请至少一个实施方式相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施方式”或“一个实施方式”或“一可选实施方式”并不一定是指同一实施方式。此外，本申请的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

参考图2所示，燃气涡轮发动机，包括燃烧室500、涡轮600、火焰筒出口连接结构234，燃烧室500可以通过火焰筒出口连接结构234与涡轮600连接，具体的，燃烧室500通过火焰筒出口连接结构234与高压涡轮第一级导叶601连接，或者，火焰筒出口连接结构234作为全环燃烧室的一部分，即全环燃烧室火焰筒出口结构。

继续参考图2所示，燃烧室500，具有火焰筒100以及火焰筒出口连接结构234以及燃烧室环腔冷却气5001，燃烧室环腔冷却气5001通过火焰筒出口连接结构234的冷却孔进入火焰筒100内，实现对火焰筒100筒壁的冷却，减轻火焰筒100的热应力，从而延长火焰筒100的低循环疲劳寿命。

参考图3结合图4所示，在一个实施方式中，火焰筒1具有火焰筒出口101，火焰筒出口连接结构234的具体结构的实例可以是包括第一连接部2、弹性件3、出口段4。其中，第一连接部2的一侧用于与火焰筒出口101抵接，以密封火焰筒出口101，第一连接部2的另一侧与弹性件3的一端固定连接，弹性件3的另一端与出口段4固定连接。设置具有弹性件3的连接结构，利用弹性件3的弹性力防止燃烧室环腔的冷却气向火焰筒1内漏气，实现发动机冷热态气量分配可控。相比于现有技术的通过配合间隙来控制漏气量的搭接结构，本实施方式的火焰筒出口连接结构234更可靠，不必担心工作环境的温度会对连接结构控制漏气量的有效性造成影响。弹性件3在冷装配时处于压缩状态，会对第一连接部2产生推力，使第一连接部2压紧于火焰筒出口部101。发动机工作后，出口段4会有远离火焰筒1的趋势，但弹性件3会受热膨胀继续使第一连接部2压紧火焰筒出口部101。此外，本实施方式的火焰筒出口连接结构234相比于传统的搭接结构，其无需考虑加工配合间隙G，易于加工，且制造成本低。

参考图4所示，在一个实施方式中，弹性件3为弹簧管30，其具体结构的实例可以是，具有前段301、中间段302、后段303，前段301与第一连接部2固定连接，后段303与出口段4固定连接，中间段302为波浪形。如此设置便于连接装配，同时更易实现通过弹性力压紧第一连接部2于火焰筒的出口部101，且压紧效果好。中间段302的形状还可被称为“M”形或“W”形。

继续参考图4所示，在一个实施方式中，出口段4的具体结构的实例可以是，具有本体401以及从本体向外凸伸的安装凸缘402，安装凸缘402、本体401以及第一连接部2限定弹性件3的安装空间，安装凸缘402与弹性件的后段303固定连接。结构简单，易于加工，同时实现中间段302与前段301、后段303基本保持在同一水平面，如此弹性件3更稳定，通过弹性力产生的压紧力效果更好。

参考图3结合图4所示，在一个实施方式中，火焰筒出口连接结构234的具体结构的实例还可以是，第一连接部2的径向内端与出口段的本体401的外壁之间非接触地设置，径向向内为由外围指向中心的方向，径向向外为由中心指向外围的方向，第一连接部2的径向内端与出口段本体401的外壁之间具有第一径向间隙G1，弹性件3与第一连接部2固定连接的径向位置为第一连接部的径向内端附近，即弹性件前段301的径向内端与出口段的本体401的外壁之间也具有第一径向间隙G1。发明人发现，非接触地设置，相比于与出口段本体401接触设置，弹性件3以及第一连接部2的寿命更长，其原因可能在于，减少了从出口段本体401温度较高的上游端向弹性件3及第一连接部2的导热。

参考图3所示，在一个实施方式中，火焰筒出口连接结构234的具体结构的实例还可以是，弹性件3与第一连接部2、出口段4通过焊接结构固定连接，即在图4中，弹性件后段303与出口段4焊接、弹性件前段301与第一连接部2焊接，如此易于加工实现，成本低廉。焊接结构包括但不限于氩弧焊、激光焊及电子束焊。

参考图3结合图4所示，在一个实施方式中，火焰筒出口连接结构234的具体结构的实例还可以是，第一连接部2包括挡片20，挡片20具有竖边201和翻边202，翻边202垂直于竖边201，此处垂直并非严格的垂直，允许存在一定误差。竖边201的一侧的第一径向区域204用于与火焰筒出口101抵接，另一侧固定连接弹性件3，竖边201开设冷却孔203。其中，翻边202位于第一径向区域204的径向外侧，翻边202能够与火焰筒出口101径向外壁具有第二径向间隙G2，保证火焰筒1在热状态下的自由伸缩，防止火焰筒1卡死变形，同时翻边202的设置使装配时第一连接部2与火焰筒1更易于定位，在装配时可以将第一连接部2、弹性件3以及出口段4焊接为第一装配单元，火焰筒1参照翻边202的位置定位与该第一装配单元组装连接。冷却孔203的分布区域位于第一径向区域的径向内侧，通过冷却孔203将燃烧室环腔冷却气导入火焰筒1内，更好的对火焰筒进行冷却，减轻火焰筒的热应力，延长使用寿命。

参考图4所示，在另一实施方式中，弹簧管30的厚度为2-4毫米。此范围内厚度的弹簧管的弹性力可对第一连接部2与火焰筒出口101产生最合适的压紧力。

继续参考图4所示，在另一实施方式中，挡片20的厚度为1-3毫米。此厚度范围内的挡片，结构强度较好，同时与其他部件配合起来最合适。

参考图3结合图5所示，在一个实施方式中，冷却孔的具体结构的实例可以是，冷却孔201的孔径为0.6-1.2毫米，径向排数为1-3排，周向均匀分布。如此布置，将燃烧室环腔冷却气导入火焰筒1内的效果最佳，既可以保证火焰筒1的冷却效果，又可以防止冷却气的气量过多对火焰筒的工作效果产生影响。

综上所述，以上实施方式介绍的火焰筒出口连接结构、燃烧室及燃气涡轮发动机的有益效果包括但不限于以下之一或组合：

1.设置具有弹性件的连接结构，利用弹性件的弹性力防止燃烧室环腔的冷却气向火焰筒内漏气，实现发动机冷热态气量分配可控。相比于现有技术的通过配合间隙来控制漏气量的搭接结构，本发明的火焰筒出口连接结构更可靠，不必担心工作环境的温度会对连接结构控制漏气量的有效性造成影响，弹性件在冷装配时处于压缩状态，会对第一连接部产生推力，使第一连接部压紧于火焰筒出口部，发动机工作后，出口段会有远离火焰筒的趋势，但弹性件会受热膨胀继续使第一连接部压紧火焰筒出口部。

2.出口段以及第一连接部限定所述弹性件的安装空间，使中间段与前端、后段基本保持在同一水平面，如此弹性件更稳定，通过弹性力产生的压紧力效果更好。

3.第一连接部的径向内端、弹性件前段的径向内端与所述出口段的本体的外壁之间具有第一径向间隙，弹性件以及第一连接部的寿命更长，保证整体结构的寿命以及可靠性。

4.弹性件与所述第一连接部、出口段通过焊接结构固定连接，易于加工实现，成本低廉。

5.翻边能够与所述火焰筒的出口径向外壁具有第二径向间隙，保证火焰筒在热状态下的自由伸缩，防止火焰筒卡死变形。

6.翻边的设置使装配时第一连接部与火焰筒更易于定位。

7.冷却孔的设置将燃烧室环腔冷却气导入火焰筒内，更好的对火焰筒进行冷却，减轻火焰筒的热应力，延长使用寿命。

8.冷却孔的孔径为0.6-1.2毫米，径向排数为1-3排，周向均匀分布。如此布置，将燃烧室环腔冷却气导入火焰筒内的效果最佳，既可以保证火焰筒的冷却效果，又可以防止冷却气的气量过多对火焰筒的工作效果产生影响。

本发明虽然以较佳实施方式公开如上，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方式所作的任何修改、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)

1.一种火焰筒出口连接结构，用于火焰筒，所述火焰筒具有出口，其特征在于，包括：

第一连接部；

弹性件；

出口段；

其中，所述第一连接部的一侧用于与火焰筒的出口抵接，以密封所述火焰筒的出口，所述第一连接部的另一侧与所述弹性件的一端固定连接，所述弹性件的另一端与所述出口段固定连接。

2.根据权利要求1所述的火焰筒出口连接结构，其特征在于，所述弹性件为弹簧管，具有前段、中间段、后段，所述前段与所述第一连接部固定连接，所述后段与所述出口段固定连接，所述中间段为波浪形。

3.根据权利要求2所述的火焰筒出口连接结构，其特征在于，所述出口段具有本体以及从本体向外凸伸的安装凸缘，所述安装凸缘、所述本体以及所述第一连接部限定所述弹性件的安装空间，所述安装凸缘与所述弹性件的后段固定连接。

4.根据权利要求3所述的火焰筒出口连接结构，其特征在于，所述第一连接部的径向内端与所述出口段的所述本体的外壁之间非接触地设置，两者具有第一径向间隙。

5.根据权利要求1所述的火焰筒出口连接结构，其特征在于，所述弹性件与所述第一连接部、出口段通过焊接结构固定连接。

6.根据权利要求1所述的火焰筒出口连接结构，其特征在于，所述第一连接部包括挡片，所述挡片具有竖边和翻边，所述翻边垂直于所述竖边，所述竖边的一侧的第一径向区域用于与火焰筒的出口抵接，另一侧固定连接所述弹性件，所述竖边开设冷却孔；其中，所述翻边位于所述第一径向区域的径向外侧，所述翻边能够与所述火焰筒的出口径向外壁具有第二径向间隙；所述冷却孔的分布区域位于所述第一径向区域的径向内侧。

7.根据权利要求2所述的火焰筒出口连接结构，其特征在于，所述弹簧管的厚度为2-4毫米。

8.根据权利要求6所述的火焰筒出口连接结构，其特征在于，所述挡片的厚度为1-3毫米。

9.根据权利要求6所述的火焰筒出口连接结构，其特征在于，所述冷却孔的孔径为0.6-1.2毫米，径向排数为1-3排，周向均匀分布。

10.一种燃烧室，其特征在于，具有火焰筒以及如权利要求1-9任意一项所述的火焰筒出口连接结构以及燃烧室环腔冷却气，所述燃烧室环腔冷却气通过所述第一连接部的冷却孔进入所述火焰筒内。

11.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括燃烧室、涡轮，以及如权利要求1-9任意一项所述的火焰筒出口连接结构，所述燃烧室的火焰筒的出口通过所述火焰筒出口连接结构与所述涡轮连接。

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