CN115597091A - 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：连接部；摇臂，包括移动端、转动端以及位于两者之间的臂部；出口段；其中，所述连接部的一侧被所述移动端抵靠，所述转动端与所述出口段转动连接，使得所述摇臂的转动带动所述移动端在所述连接部移动，所述连接部的另一侧保持与所述火焰筒出口抵接，以密封所述火焰筒出口。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，设置具有摇臂的连接结构，使连接部始终压紧火焰筒出口防止冷却气向火焰筒内漏气，实现发动机冷热态气量分配可控。

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。同时，传统的搭接结构为整环连接结构，发生损坏时，需对整环零件进行更换维修，增加了维修的成本和时间。

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：连接部；摇臂，包括移动端、转动端以及位于两者之间的臂部；出口段；其中，所述连接部的一侧被所述移动端抵靠，所述转动端与所述出口段转动连接，使得所述摇臂的转动带动所述移动端在所述连接部移动，所述连接部的另一侧保持与所述火焰筒出口抵接，以密封所述火焰筒出口。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个实施方式中，所述出口段具有本体，所述本体外壁具有一凸耳，所述凸耳与所述摇臂的转动端铰接，所述摇臂绕铰接的轴线转动。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个实施方式中，所述连接部抵靠所述移动端的一侧向轴向下游端延伸出一限位板，以限制所述移动端所能达到的径向外侧的极限位置。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个实施方式中，所述限位板向径向内侧延伸出侧板限定一限位空间，所述移动端位于所述限位空间内，其中一侧板开设有限位槽，供所述摇臂的臂部穿过。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个实施方式中，所述连接部上设有滑道，所述滑道与所述摇臂的所述移动端配合，以限制所述移动端的移动路径。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个实施方式中，所述移动端的尺寸大于所述臂部的尺寸。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个实施方式中，所述连接部包括挡片，所述挡片具有竖边和翻边，所述竖边的第一径向区域的一侧用于与火焰筒出口抵接，另一侧具有所述限位板；所述竖边开设冷却孔，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；其中，所述翻边垂直于所述竖边，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出口径向外壁具有第一径向间隙。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个实施方式中，所述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，两者具有第二径向间隙。

在所述的火焰筒出口连接结构的一个或多个实施方式中，所述连接部、所述摇臂、所述出口段为可拆卸连接。

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连接部的冷却孔及所述火焰筒出口连接结构的第二径向间隙进入所述火焰筒内。

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：

设置具有摇臂的连接结构，使连接部始终压紧火焰筒出口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，摇臂在冷态时与火焰筒出口轴线的夹角较大，使连接部压紧于火焰筒出口部，发动机工作后，工作环境变热，出口段会有远离火焰筒的趋势，但摇臂与火焰筒出口轴线的夹角会变小，继续使连接部压紧火焰筒出口部。同时，本实施方式的火焰筒出口连接结构相比于传统的搭接结构，无需考虑加工配合间隙，易于加工。另外，采用该火焰筒出口连接结构的燃烧室或者燃气涡轮发动机具有可靠性好、使用寿命较长的优点。

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连接结构的立体示意图

图4为一实施方式的火焰筒出口连接结构的示意图；

图5为根据图4火焰筒出口连接结构示意图的A-A剖视图。

附图标记为：

100-火焰筒，1000-火焰筒出口，1001-二股通道；

200-搭接结构；

400-出口段；

300-火焰筒出口连接结构；

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；

1-火焰筒，101-火焰筒出口；

2-连接部，20-挡片，201-竖边，2011-第一径向区域，202-翻边，203-冷却孔；

3-摇臂，301-移动端，302-臂部，303-转动端，3031-连接孔；

4-出口段，401-本体，402-本体，403-铰接孔；

5-铰接杆；

6-限位盒，601-限位板，602-限位板，603-限位板，6031-限位槽。

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”、“一可选实施方式”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”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300，燃烧室500可以通过火焰筒出口连接结构300与涡轮600连接，具体的，燃烧室500通过火焰筒出口连接结构300与高压涡轮第一级导叶601连接，或者，火焰筒出口连接结构300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300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300的冷却孔及火焰筒出口连接结构300的第二径向间隙G2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4结合图5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的具体结构的实例可以是，包括连接部2、摇臂3、出口段4，摇臂3包括移动端301、转动端303以及位于两者之间的臂部302。其中，连接部2的一侧被移动端301抵靠，转动端303与出口段4转动连接，使得摇臂3的转动带动移动端301在连接部2移动，连接部2的另一侧保持与火焰筒出口101抵接，以密封火焰筒出口101。设置具有摇臂3的连接结构，使连接部2始终压紧火焰筒出口101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，本实施方式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，摇臂3在冷态时与火焰筒出口101轴线b的夹角R较大，使连接部2压紧于火焰筒出口部101，发动机工作后，工作环境变热，出口段4会有远离火焰筒1的趋势，但摇臂3与火焰筒出口101轴线b的夹角R会变小，继续使连接部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相比于传统的搭接结构，无需考虑加工配合间隙G，易于加工。

继续参考图4结合图5所示，在一个实施方式中，火焰筒出口连接结构的具体结构的实例还可以是，出口段4具有本体401，本体401的外壁具有一凸耳402，凸耳402与摇臂3的转动端303铰接，摇臂3绕铰接的轴线a转动。在图5所示的实例中，凸耳402开设铰接孔，摇臂3的转动端303开设连接孔3031，连接孔3031与铰接孔403配合穿过一铰接杆5，使得摇臂3与凸耳402铰接，结构简单稳定。可以理解到，铰接的结构不限于上述的设置独立的铰接杆5，例如也可以是转动端303直接延伸有铰接凸起伸入铰接孔403形成铰接结构。

参考图3结合图5所示，在一个实施方式中，连接部2的具体结构的实例可以是，连接部2抵靠移动端301的一侧向轴向下游端延伸出一限位板601，以限制移动端301所能达到的径向外侧的极限位置，易于摇臂移动端301的安装定位，使摇臂3对连接部产生合适的压紧力，达到较好的压紧效果。限位板601可与连接部2整体机加工形成，或通过焊接结构与连接部2固定连接，所述焊接结构包括但不限于氩弧焊、激光焊及电子束焊，也可以与连接部2通过螺纹、铆钉等连接。

继续参考图3结合图5所示，在另一实施方式中，连接部2的具体结构的实例还可以是，限位板601向径向内侧延伸出侧板602、603限定一限位空间，移动端301位于所述限位空间内，其中垂直于轴向的侧板603开设有限位槽6031，供摇臂的臂部302穿过，防止摇臂3的移动端301发生周向滑动，使摇臂3对连接部2的压紧效果更好，同时侧板602对移动端301也起到一定的保护作用，延长摇臂3的使用寿命。所述限位空间及与之配合的摇臂3的数量优选6-12个，周向均匀分布，可对连接部2达到较优的压紧效果。

参考图3所示，在一可选实施方式中，限位板601与侧板602、603共同构成一限位盒6，限位板601与侧板602构成的形状可以被理解为倒置的U型，限位盒6一侧的底面为限位板601，另一侧则为开口结构，与上述限位板601与连接部2固定连接类似地，限位盒6可与连接部2整体机加工形成，或通过焊接结构与连接部2固定连接，所述焊接结构包括但不限于氩弧焊、激光焊及电子束焊，也可以与连接部2通过螺纹、铆钉等连接。

在另一个实施方式中，连接部2的具体结构的实例可以是，在连接部2上设置滑道，滑道与摇臂的移动端301配合，以限制移动端的移动路径。如此设置不必额外增加零件，便于加工节约成本，但可能会使连接部的结构强度略有降低。

参考图5所示，在一个实施方式中，摇臂3的具体结构的实例可以是，移动端301的尺寸大于臂部302的尺寸，使得移动端301与臂部302形成的结构的形状类似于“T”形，可以增大移动端301对连接部2压紧力的施力面积，且结构更稳定。

参考图4结合图5所示，在一个实施方式中，连接部2的具体结构的实例可以是，连接部2包括挡片20，挡片20具有竖边201和翻边202，挡片20的厚度优选1-3mm。竖边201的第一径向区域2011的一侧用于与火焰筒出口101抵接，另一侧具有限位板601。竖边201开设冷却孔203，冷却孔203的分布区域位于第一径向区域2011的径向内侧，通过设置冷却孔203，将燃烧室环腔冷却气导入火焰筒1内，对火焰筒进行冷却，减轻火焰筒的热应力，延长使用寿命。冷却孔孔径优选0.6-1.2mm，径向排数优选1-3排，周向均匀分布，可达到较优的冷却效果。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。翻边202位于第一径向区域2011的径向外侧，翻边202能够与火焰筒出口101径向外壁具有第一径向间隙G1，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的设置使装配时连接部2与火焰筒1更易于定位，在装配时可以将连接部2、摇臂3以及出口段4可拆卸连接地组装在一起，作为第一装配单元，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。

参考图4所示，承上所述的，火焰筒出口连接结构的连接部2、摇臂3、出口段4为可拆卸连接，连接部2通过限位盒6与摇臂3的移动端301可拆卸的连接，出口段4通过凸耳402与摇臂3的转动端303设置铰接结构可拆卸的连接，如此可以使得出口连接结构易于维护，维护时将任意故障部件拆下更换即可，无需将整个出口连接结构更换，维护成本低。

参考图5所示，在一个实施方式中，连接部2的具体结构的实例可以是，连接部2的竖边201的径向内端与出口段4的本体401的外壁之间非接触地设置，两者具有第二径向间隙G2，保证了冷却作用，避免由于连接部2与摇臂3的移动端301相对移动，移动端301挡住冷却孔203而导致冷却不足，影响火焰筒1的使用寿命。

图3结合图4、图5所示的火焰筒出口连接结构的实例的工作原理如下，装配时摇臂3的移动端301从限位盒6的底部进入，移动端301靠近限位板601，铰接杆5穿过连接孔3031、铰接孔403，使摇臂3与凸耳402形成铰接结构。当发动机处于工作状态时，火焰筒1与出口段4由分离趋势，摇臂3向出口段本体401方向转动，摇臂3与火焰筒出口101轴线b的夹角R变小，使挡片2与火焰筒1仍处于接触状态，防止燃烧室环腔冷却气大量流入火焰筒1内部。

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.设置具有摇臂的连接结构，使连接部始终压紧火焰筒出口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，本实施方式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，摇臂在冷态时与火焰筒出口轴线的夹角较大，使连接部压紧于火焰筒出口部，发动机工作后，工作环境变热，出口段会有远离火焰筒的趋势，但摇臂与火焰筒出口轴线的夹角会变小，继续使连接部压紧火焰筒出口部。此外，本实施方式的火焰筒出口连接结构相比于传统的搭接结构，无需考虑加工配合间隙，易于加工。

2.设置限位板，用于限制移动端所能达到的径向外侧的极限位置，易于摇臂移动端的安装定位，使摇臂对连接部产生合适的压紧力，达到较好的压紧效果。

3.移动端的尺寸大于臂部的尺寸，可以增大受力面积，且结构更稳定。

4.通过设置冷却孔，将燃烧室环腔冷却气导入火焰筒内，对火焰筒进行冷却，减轻火焰筒的热应力，延长使用寿命。

5.第一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，同时翻边的设置使装配时连接部与火焰筒更易于定位，在装配时可以将连接部、摇臂以及出口段作为第一装配单元，火焰筒参照翻边的位置定位与该第一装配单元组装连接。

6.第二径向间隙保证了冷却作用，避免由于连接部与摇臂的移动端相对移动，移动端挡住冷却孔而导致冷却不足，影响火焰筒的使用寿命。

7.连接部、摇臂、出口段为可拆卸连接，易于维护，维护时将任意故障部件拆下更换即可，无需将整个出口连接结构更换，维护成本低。

8.采用该火焰筒出口连接结构的燃烧室或者燃气涡轮发动机具有可靠性好、使用寿命较长的优点。

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：

连接部；

摇臂，包括移动端、转动端以及位于两者之间的臂部；

出口段；

其中，所述连接部的一侧被所述移动端抵靠，所述转动端与所述出口段转动连接，使得所述摇臂的转动带动所述移动端在所述连接部移动，所述连接部的另一侧保持与所述火焰筒出口抵接，以密封所述火焰筒出口。

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，所述出口段具有本体，所述本体外壁具有一凸耳，所述凸耳与所述摇臂的转动端铰接，所述摇臂绕铰接的轴线转动。

3.根据权利要求1所述的火焰筒出口连接结构，其特征在于，所述连接部抵靠所述移动端的一侧向轴向下游端延伸出一限位板，以限制所述移动端所能达到的径向外侧的极限位置。

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，所述限位板向径向内侧延伸出侧板限定一限位空间，所述移动端位于所述限位空间内，其中一侧板开设有限位槽，供所述摇臂的臂部穿过。

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，所述连接部上设有滑道，所述滑道与所述摇臂的所述移动端配合，以限制所述移动端的移动路径。

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，所述移动端的尺寸大于所述臂部的尺寸。

7.根据权利要求3所述的火焰筒出口连接结构，其特征在于，所述连接部包括挡片，所述挡片具有竖边和翻边，所述竖边的第一径向区域的一侧用于与火焰筒出口抵接，另一侧具有所述限位板；所述竖边开设冷却孔，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；其中，所述翻边垂直于所述竖边，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出口径向外壁具有第一径向间隙。

8.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，两者具有第二径向间隙。

9.根据权利要求1所述的火焰筒出口连接结构，其特征在于，所述连接部、所述摇臂、所述出口段为可拆卸连接。

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连接部的冷却孔及所述火焰筒出口连接结构的第二径向间隙进入所述火焰筒内。

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，所述燃烧室通过所述火焰筒出口连接结构与所述涡轮连接。

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