CN115704562A - 火焰筒及单扇区燃烧室试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火焰筒及单扇区燃烧室试验装置，火焰筒包括火焰筒外环、火焰筒内环、扰流柱和两个侧板组件，火焰筒外环与火焰筒内环相对设置并与两个侧板组件围成扇形燃烧区，侧板组件的夹层内设置有夹缝，夹缝沿火焰筒的长度方向延伸设置，夹缝内设置有扰流柱，夹缝的两端分别设置有与外部连通的入口和出口，扰流柱位于夹缝的入口与出口之间的通路上。该火焰筒的侧板组件的夹层内设置有夹缝，夹缝内设置有扰流柱，冷却气体从夹缝的入口进入从出口流出，当冷却气体流过扰流柱时，被扰流柱扰流，延长了冷却气体在夹缝内流动的路径，增强了冷却气体对侧板组件的冷却效果，提高了侧板组件的使用寿命。

Description

火焰筒及单扇区燃烧室试验装置

技术领域

本发明涉及一种火焰筒及单扇区燃烧室试验装置。

背景技术

目前，在航空发动机的燃烧室部件的研制过程中，通常采用单头部试验方式来对燃烧室部件方案进行验证和优化。由于单头部试验仅仅只能验证燃烧室头部的性能，不能综合考虑扩压器、帽罩对燃烧的影响，也不能够模拟内、外环腔空气流动，因此不能更好地验证燃烧室各方面的性能。

为了综合评估燃烧室的性能，当前通常的试验方法是进行单扇区燃烧室试验。由于在该方法中的试验装置工作在高温高压环境中，导致一次性试验后出现试验件的机匣和内部承受高温高压的零组件开裂的情况，试验件的使用寿命低，严重影响了试验的安全性和试验周期，增加了试验的加工维护成本。

另外，在公开号为CN 110044626 A的专利申请文件中，公开了一种单扇区燃烧室试验装置，该试验装置中的火焰筒包括火焰筒外环、火焰筒内环及侧板组件，在侧板组件的夹层内设置有用于冷却侧板组件的夹缝，由于夹缝设置不合理，导致火焰筒的冷却效果不佳，降低了火焰筒的使用寿命及试验结果的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的侧板组件内的夹缝设置不合理导致火焰筒寿命低的缺陷，提供一种火焰筒及单扇区燃烧室试验装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种火焰筒，其包括火焰筒外环、火焰筒内环、扰流柱和两个侧板组件，所述火焰筒外环与所述火焰筒内环相对设置并与两个所述侧板组件围成扇形燃烧区，所述侧板组件的夹层内设置有夹缝，所述夹缝沿所述火焰筒的长度方向延伸设置，所述夹缝内设置有所述扰流柱，所述夹缝的两端分别设置有与外部连通的入口和出口，所述扰流柱位于所述夹缝的入口与出口之间的通路上。

在本方案中，该火焰筒的侧板组件的夹层内设置有夹缝，夹缝内设置有扰流柱，冷却气体从夹缝的入口进入从出口流出，当冷却气体流过扰流柱时，被扰流柱扰流，延长了冷却气体在夹缝内流动的路径，增强了冷却气体对侧板组件的冷却效果，提高了侧板组件的使用寿命。优选地，扰流柱的数量为多个，多个扰流柱间隔设置在夹缝内，多个扰流柱增加了冷却气体在夹缝内的扰流次数，进一步延长了冷却气体在夹缝内流动的路径，提高了侧板组件的冷却效果。优选地，扰流柱呈圆柱形。

较佳地，所述侧板组件包括侧板和盖设于所述侧板的盖板，所述侧板靠近所述扇形燃烧区并与所述盖板形成所述夹缝，所述盖板的一表面设有若干个与所述夹缝连通的冲击孔，每一所述冲击孔形成所述夹缝的入口，所述夹缝的出口设置于所述侧板与所述盖板之间且靠近所述火焰筒的出口。

在本方案中，侧板和盖板组装形成侧板组件，便于形成夹缝并在夹缝内安装扰流柱，也便于拆装和维护侧板组件。

较佳地，所述扰流柱的一端连接于所述侧板或所述盖板的一表面，所述扰流柱的另一端沿垂直于所述夹缝内气体流动方向的方向延伸设置。

在本方案中，扰流柱的延伸方向垂直于夹缝内气体流动方向，可减小扰流柱在夹缝内占用的空间，以便有更多的冷却气体流入夹缝，相较于其他方向设置的扰流柱，本方案的扰流柱对冷却气体的阻力较小。

较佳地，所述扰流柱的两端分别连接于所述侧板与所述盖板。

在本方案中，采用上述结构形式，提高扰流柱的连接固定效果，也使得流经扰流柱附近的冷却气体均从扰流柱的周侧流过，而不能够从扰流柱的端部流过，提高扰流效果。

一种单扇区燃烧室试验装置，其包括机匣和上述的火焰筒，所述机匣的内部具有燃烧室，所述火焰筒设于所述燃烧室并连接于所述机匣。

在本方案中，火焰筒在燃烧室内进行燃烧试验，机匣用于安装固定火焰筒，并将燃烧室内的高温高压与外部隔绝。优选地，机匣一体成型。

较佳地，所述火焰筒具有出口，所述火焰筒靠近所述出口的一端为连接端，所述火焰筒仅通过所述连接端可拆卸连接于所述机匣的一端面。

在本方案中，火焰筒仅通过连接端固定于机匣的一端面，形成火焰筒后定位后支撑方式，使火焰筒拆装均在尾部敞开的空间进行，相比于传统的前定位或中间定位方式，特别是在试验验证阶段需要多次拆装火焰筒进行检查的情况下，本发明的拆装效率更高。火焰筒后定位后支撑方式还可有效控制火焰筒尾部的变形量，提高了试验结果的准确性。

较佳地，所述单扇区燃烧室试验装置还包括安装盘，所述连接端连接于所述安装盘的中部，所述安装盘的四周边缘可拆卸连接于所述机匣的一端面。

在本方案中，采用上述结构形式，形成火焰筒后定位后支撑方式，便于从机匣上拆装火焰筒。

较佳地，所述安装盘的一表面上设有若干个流量调节孔，所述机匣与所述火焰筒之间形成有环绕所述火焰筒的环腔，所述夹缝的入口与所述环腔连通，所述夹缝的出口与外部连通，所述环腔通过所述流量调节孔与外部连通；

所述单扇区燃烧室试验装置还包括若干个堵头，所述堵头可拆卸连接于所述流量调节孔。

在本方案中，在进行冷态空气流量测试时，可以根据环腔引气流量的实测值与设计值进行对比，根据偏差量进行计算得到火焰筒后安装盘上需要封堵的流量调节孔的面积，并将堵头安装于流量调节孔，可实现测试时空气流量的精准控制，提高试验结果的准确性。

较佳地，所述单扇区燃烧室试验装置还包括密封圈，所述密封圈设于所述安装盘与所述连接端之间且环绕所述火焰筒的出口设置，用于密封所述安装盘与所述连接端的结合部，所述密封圈为C形密封圈。

在本方案中，采用上述结构形式，实现火焰筒尾部与火焰筒后安装盘之间的密封，确保试验过程中精确的控制各个零件组间的流量分配，提高了试验数据的准确性。

较佳地，所述单扇区燃烧室试验装置还包括扩压器，所述扩压器安装于所述机匣的内部，所述火焰筒的入口朝向所述扩压器的出口，所述火焰筒的出口穿过所述安装盘与外部连通。

在本方案中，气体从扩压器进入，通过扩压器的突扩作用，将气流引入机匣并进行扩压，燃烧室头部包括主燃级旋流器，主燃级旋流器能够引入被扩压后的气流，并将气流导入扇形燃烧区。单扇区燃烧室试验装置还包括燃油喷嘴结构，燃油喷嘴用于将燃油喷到火焰筒的扇形燃烧区内并与上述气流掺混后点燃燃烧。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：该火焰筒的侧板组件的夹层内设置有夹缝，夹缝内设置有扰流柱，冷却气体从夹缝的入口进入从出口流出，当冷却气体流过扰流柱时，被扰流柱扰流，延长了冷却气体在夹缝内流动的路径，有效增强了冷却气体对侧板组件的冷却效果，提高了侧板组件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的单扇区燃烧室试验装置的剖面结构示意图。

图2为图1中沿A-A线的剖面图。

图3为本发明一较佳实施例的机匣的结构示意图。

图4为本发明一较佳实施例的机匣的横截面结构示意图。

图5为本发明一较佳实施例的侧板组件的结构示意图。

图6为本发明一较佳实施例的侧板的结构示意图。

图7为本发明一较佳实施例的火焰筒与安装盘的局部结构示意图。

图8为本发明一较佳实施例的安装盘的结构示意图。

附图标记说明：

机匣1

扩压器2

燃烧室头部3

帽罩4

火焰筒内环5

安装盘6

扇形燃烧区7

外环腔8

内环腔9

火焰筒外环10

侧板组件11

出口12

法兰盘13

筒体14

法兰盘与筒体的结合处16

机匣的内腔17

燃烧室的四角处18

机匣的外周面19

侧板20

盖板21

夹缝22

冲击孔23

扰流柱24

流量调节孔27

密封圈28

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-图8所示，本实施例公开了一种火焰筒，该火焰筒包括火焰筒外环10、火焰筒内环5、扰流柱24和两个侧板组件11，火焰筒外环10与火焰筒内环5相对设置并与两个侧板组件11围成扇形燃烧区7。侧板组件11的夹层内设置有夹缝22，夹缝22沿火焰筒的长度方向延伸设置，夹缝22内设置有扰流柱24，夹缝22的两端分别设置有与外部连通的入口和出口，扰流柱24位于夹缝22的入口与出口之间的通路上。

在本实施例中，该火焰筒的侧板组件11的夹层内设置有夹缝22，夹缝22内设置有扰流柱24，冷却气体从夹缝22的入口进入从出口流出，当冷却气体流过扰流柱24时，被扰流柱24扰流，延长了冷却气体在夹缝22内流动的路径，有效增强了冷却气体对侧板组件11的冷却效果，提高了侧板组件11的使用寿命。优选地，扰流柱24的数量为多个，多个扰流柱24间隔设置在夹缝22内，多个扰流柱24增加了冷却气体在夹缝22内的扰流次数，进一步延长了冷却气体在夹缝22内流动的路径，提高了侧板组件11的冷却效果。优选地，扰流柱24呈圆柱形。

如图5所示，侧板组件11包括侧板20和盖设于侧板20的盖板21，侧板20靠近扇形燃烧区7并与盖板21形成夹缝22，盖板21的一表面设有若干个与夹缝22连通的冲击孔23，每一冲击孔23形成夹缝22的入口，夹缝22的出口设置于侧板20与盖板21之间且靠近火焰筒的出口。侧板20和盖板21组装形成侧板组件11，便于形成夹缝22并在夹缝22内安装扰流柱24，也便于拆装和维护侧板组件11。

优选地，扰流柱24的一端连接于侧板20或盖板21的一表面，扰流柱24的另一端沿垂直于夹缝22内气体流动方向的方向延伸设置，可减小扰流柱24在夹缝22内占用的空间，以便有更多的冷却气体流入夹缝22，相较于其他方向设置的扰流柱24，本方案的扰流柱24对冷却气体的阻力较小。

在本实施例中，扰流柱24的两端分别连接于侧板20与盖板21，提高扰流柱24的连接固定效果，也使得流经扰流柱24附近的冷却气体均从扰流柱24的周侧流过，而不能够从扰流柱24的端部流过，提高扰流效果。

如图1所示，本实施例还公开了一种单扇区燃烧室试验装置，该单扇区燃烧室试验装置包括机匣1和上述的火焰筒，机匣1的内部具有燃烧室，火焰筒设于燃烧室并连接于机匣1。火焰筒在燃烧室内进行燃烧试验，机匣1用于安装固定火焰筒，并将燃烧室内的高温高压与外部隔绝。

优选地，火焰筒具有出口12，火焰筒靠近出口12的一端为连接端，火焰筒仅通过连接端可拆卸连接于机匣1的一端面，形成火焰筒后定位后支撑方式，使火焰筒拆装均在尾部敞开的空间进行，相比于传统的前定位或中间定位方式，特别是在试验验证阶段需要多次拆装火焰筒进行检查的情况下，本发明的拆装效率更高。火焰筒后定位后支撑方式还可有效控制火焰筒尾部的变形量，提高了试验结果的准确性。

进一步地，单扇区燃烧室试验装置还包括安装盘6，连接端连接于安装盘6的中部，安装盘6的四周边缘可拆卸连接于机匣1的一端面，便于形成火焰筒后定位后支撑方式，便于从机匣1上拆装火焰筒。连接端通过螺栓连接于安装盘6的中部，安装盘6的四周边缘通过螺栓可拆卸连接于机匣1的一端面。

更进一步地，安装盘6的一表面上设有若干个流量调节孔27，机匣1与火焰筒之间形成有环绕火焰筒的环腔，夹缝22的入口与环腔连通，夹缝22的出口与外部连通，环腔通过流量调节孔27与外部连通。单扇区燃烧室试验装置还包括若干个堵头，堵头可拆卸连接于流量调节孔27。在进行冷态空气流量测试时，可以根据环腔引气流量的实测值与设计值进行对比，根据偏差量进行计算得到火焰筒后安装盘6上需要封堵的流量调节孔27的面积，并将堵头安装于流量调节孔27，可实现测试时气体流量的精准控制，提高试验结果的准确性。环腔包括外环腔8和内环腔9，外环腔8用于冷却火焰筒外环10，内环腔9用于冷却火焰筒内环5。

在本实施例中，流量调节孔27为M3的螺纹孔，堵头为M3的螺栓。

在进行空气流量试验时，通过测量不同压降下的空气流量，流量与压降的方差成近似线性关系，根据试验结果的散点绘制拟合直线，直线的斜率即为开孔有效面积。

单扇区燃烧室试验装置模拟环腔引气，单扇区燃烧室试验装置的环腔引气由火焰筒的出口12两侧的夹缝22和安装盘6上的流量调节孔27流出燃烧室。

在此基础上，单扇区燃烧室试验装置还包括密封圈28，密封圈28设于安装盘6与连接端之间且环绕火焰筒的出口12设置，用于密封安装盘6与连接端的结合部。密封圈28将火焰筒尾部与火焰筒后安装盘6之间的密封，确保试验过程中精确的控制各个零件组间的流量分配，提高了试验数据的准确性。在本实施例中，密封圈28为C形密封圈28，能够随着压力的增加能自动提高密封性能，并且还能够在磨损后在一定程度上能自动补偿。在安装盘6与机匣1之间也设置有C形密封圈28。

由于燃烧室的工作环境为高温高压，经过一次或多次试验后，传统的机匣常出现焊缝处开裂问题，在试验中引起漏气、爆炸等风险，严重危害到工作人员的安全及整个试验的进度。

在本实施例中，机匣1包括筒体14和法兰盘13，法兰盘13的数量为两个，两个法兰盘13设置于筒体14的两端，法兰盘13与机匣1一体成型，提高机匣1的使用寿命。机匣的内腔17为扇形横截面，与火焰筒形成环腔，更加接近真实的环形燃烧室部件。机匣的外周面19为类椭圆形，增加机匣1两侧应力较大位置的基体厚度，提高机匣1的强度，延长机匣1的使用寿命。

为了优化应力集中位置的结构，有利于刚度匹配，在燃烧室的四角处18、法兰盘与筒体的结合处16均设置有过渡圆角，从而分散应力，提高机匣1寿命。

单扇区燃烧室试验装置还包括扩压器2，扩压器2安装于机匣1的内部，火焰筒的入口朝向扩压器2的出口，火焰筒的出口12穿过安装盘6与外部连通。气体从扩压器2进入，通过扩压器2的突扩作用，进入机匣1并被扩压，燃烧室头部3设置有主燃级旋流器，主燃级旋流器能够引入被扩压后的气体，并将气体导入扇形燃烧区7。单扇区燃烧室试验装置还包括燃油喷嘴结构(未示出)，燃油喷嘴用于将燃油喷到火焰筒的扇形燃烧区7内，与上述被扩压后的气体掺混，并在燃烧室内燃烧。

从扩压器2喷出的气体进入燃烧室，其中一部分气体通过帽罩4、燃烧室头部3进入扇形燃烧区7参与燃烧，另外一部分气流进入环腔。进入环腔的气流一部分进入外环腔8，用于冷却火焰筒外环10；另外一部分进入内环腔9，用于冷却火焰筒内环5。其中，内环腔9的气流通过夹缝22的入口进入夹缝22，经扰流柱24，并从夹缝22的出口流出，用于冷却侧板20。机匣1内的气体的流动方向如图2中的箭头标识所示。

在本实施例中，如图2所示，火焰筒外环10、火焰筒内环5等效于从环形火焰筒上沿径向切下来的两个圆弧段，其作用就是用来模拟环形火焰筒。由于扇形燃烧区7等效于完整的环形火焰筒的环形燃烧区的一部分，因此本发明提供的单扇区燃烧室试验装置更加接近真实的环形燃烧室的部件，与单头部圆筒燃烧室相比，单扇区燃烧室试验装置包含了全环燃烧室的绝大部分结构，除了验证燃烧室头部3的性能，还能用于研究和验证扩压器2与燃烧室头部3匹配之后燃烧室的性能，如火焰筒冷却设计的可靠性，流道的合理性等，提高了试验效率。

试验时，分别测量用胶带堵住流量调节孔27和不堵流量调节孔27的空气流量和压降关系，通过拟合曲线计算得到不堵孔时的开孔有效面积A1和堵孔时的开孔有效面积为A2，A1与A2的差值就是试验时的环腔引气有效面积A3，将A3值与设计的理论环腔引气有效面积A4进行对比，如果A4小于A3，则用与流量调节孔27相配合的堵头堵孔，从而使试验时的环腔引气有效面积A3与设计的理论环腔引气有效面积A4数值相当，实现对环腔引气流量的精确控制。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种火焰筒，其特征在于，其包括火焰筒外环、火焰筒内环、扰流柱和两个侧板组件，所述火焰筒外环与所述火焰筒内环相对设置并与两个所述侧板组件围成扇形燃烧区，所述侧板组件的夹层内设置有夹缝，所述夹缝沿所述火焰筒的长度方向延伸设置，所述夹缝内设置有所述扰流柱，所述夹缝的两端分别设置有与外部连通的入口和出口，所述扰流柱位于所述夹缝的入口与出口之间的通路上。

2.如权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述侧板组件包括侧板和盖设于所述侧板的盖板，所述侧板靠近所述扇形燃烧区并与所述盖板形成所述夹缝，所述盖板的一表面设有若干个与所述夹缝连通的冲击孔，每一所述冲击孔形成所述夹缝的入口，所述夹缝的出口设置于所述侧板与所述盖板之间且靠近所述火焰筒的出口。

3.如权利要求2所述的火焰筒，其特征在于，所述扰流柱的一端连接于所述侧板或所述盖板的一表面，所述扰流柱的另一端沿垂直于所述夹缝内气体流动方向的方向延伸设置。

4.如权利要求3所述的火焰筒，其特征在于，所述扰流柱的两端分别连接于所述侧板与所述盖板。

5.一种单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，其包括机匣和如权利要求1-4中任一项所述的火焰筒，所述机匣的内部具有燃烧室，所述火焰筒设于所述燃烧室并连接于所述机匣。

6.如权利要求5所述的单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，所述火焰筒具有出口，所述火焰筒靠近所述出口的一端为连接端，所述火焰筒仅通过所述连接端可拆卸连接于所述机匣的一端面。

7.如权利要求6所述的单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，所述单扇区燃烧室试验装置还包括安装盘，所述连接端连接于所述安装盘的中部，所述安装盘的四周边缘可拆卸连接于所述机匣的一端面。

8.如权利要求7所述的单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，所述安装盘的一表面上设有若干个流量调节孔，所述机匣与所述火焰筒之间形成有环绕所述火焰筒的环腔，所述夹缝的入口与所述环腔连通，所述夹缝的出口与外部连通，所述环腔通过所述流量调节孔与外部连通；

所述单扇区燃烧室试验装置还包括若干个堵头，所述堵头可拆卸连接于所述流量调节孔。

9.如权利要求7所述的单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，所述单扇区燃烧室试验装置还包括密封圈，所述密封圈设于所述安装盘与所述连接端之间且环绕所述火焰筒的出口设置，用于密封所述安装盘与所述连接端的结合部，所述密封圈为C形密封圈。

10.如权利要求7-9中任一项所述的单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，所述单扇区燃烧室试验装置还包括扩压器，所述扩压器安装于所述机匣的内部，所述火焰筒的入口朝向所述扩压器的出口，所述火焰筒的出口穿过所述安装盘与外部连通。

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