CN116293823A - 一种大弯管及回流燃烧室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大弯管及回流燃烧室，所述大弯管包括一体连接成弯折管状的大弯管外环和大弯管内环；所述大弯管外环的端部向外延伸设置有旋压结构，所述旋压结构适于旋入开设在机匣上的安装槽内并与安装槽之间具有间隙；所述大弯管外环与火焰筒外环端部抵接并对火焰筒外环进行活动限位；所述大弯管内环与火焰筒内环密封连接，且所述大弯管内环可拆卸定位至机匣上。本发明大弯管不对火焰筒进行轴向限位，火焰筒热态可以轴向自由膨胀，可有效降低火焰筒工作状态下热应力，提升了火焰筒的使用寿命；本发明大弯管外环径向和轴向都未完全约束，能有效防止大弯管受热后无法释放过大热应力而导致的变形和裂纹等问题。
Description
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机技术领域，具体涉及一种大弯管及回流燃烧室。
背景技术
燃气涡轮发动机的回流燃烧室可以与离心压气机实现最佳匹配，具有缩短发动机轴系、温度场出口品质好等突出优点，被现役大多数的主流高性能涡轴涡桨发动机采用。大弯管也称排气弯管，是燃气涡轮发动机回流燃烧室特有结构，主要作用是引导燃气折转180°进入涡轮导向器。大弯管直接与燃气接触，大弯管壁面温度高，热应力大，极易导致零件塑性变形或裂纹，结构设计需进行考虑。
常见的大弯管主要有两种结构形式：
一种结构形式如图1所示，大弯管30通过焊接等方式与火焰筒外环501或整个火焰筒组合为一个整体零件，大弯管内安装边通过螺钉40固定在机匣10上，火焰筒外环通过固定销钉20固定在机匣10上。该种结构形式，大弯管内外均被约束，虽然大弯管能够更好地进行定位，但大弯管受热后中间膨胀而变形无法释放，内部热应力大，极易出现变形和裂纹问题。
另一种结构形式如图2所示，大弯管30与火焰筒外环501分体搭接连接，大弯管内环通过螺钉40固定在机匣上10上，火焰筒外环501通过固定销钉20固定在机匣10上。该种结构形式，热态下火焰筒压紧大弯管，大弯管内环被螺钉约束，外环被火焰筒约束，膨胀变形无法释放，同样容易导致大弯管变形和裂纹，未能根本解决大弯管热应力释放问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的大弯管受热后极易出现变形和裂纹问题的缺陷，从而提供一种大弯管及回流燃烧室。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种大弯管，包括一体连接成弯折管状的大弯管外环和大弯管内环；
所述大弯管外环的端部向外延伸设置有旋压结构，所述旋压结构适于旋入开设在机匣上的安装槽内并与安装槽之间具有间隙；所述大弯管外环与火焰筒外环端部抵接并对火焰筒外环进行活动限位；
所述大弯管内环与火焰筒内环密封连接，且所述大弯管内环可拆卸定位至机匣上。
进一步优化技术方案，所述旋压结构包括：
大弯管延伸板，所述大弯管延伸板向外延伸设置在所述大弯管外环的外侧壁上，所述大弯管延伸板与火焰筒外环端部抵接；
限位凸板，所述限位凸板适于旋入安装槽内，并与安装槽的所有内壁之间均具有间隙。
进一步优化技术方案，所述大弯管延伸板水平延伸设置在所述大弯管外环上，所述大弯管延伸板与所述火焰筒外环水平抵接。
进一步优化技术方案，所述限位凸板与大弯管延伸板相垂直。
进一步优化技术方案，所述限位凸板沿所述大弯管延伸板周向间隔设置有若干个，各所述限位凸板依次旋入安装槽内。
进一步优化技术方案，所述大弯管外环的侧壁上一体设置有连接定位板，所述连接定位板通过可拆卸结构定位至机匣上。
一种回流燃烧室，包括：
机匣，所述机匣上开设有安装槽；
火焰筒，所述火焰筒可拆卸定位设置在所述机匣上并与压气机相连接；所述火焰筒包括一体连接的火焰筒外环和火焰筒内环；
所述的大弯管，所述大弯管与所述火焰筒之间形成燃气通道，所述大弯管与涡轮导向器相连接。
进一步优化技术方案，所述安装槽周向间隔设置有多个。
进一步优化技术方案，所述安装槽是通过机加工而成，且为冷端部件；所述安装槽的槽宽和槽深能够进行控制，从而控制大弯管外环的轴向和径向变形量。
进一步优化技术方案，所述火焰筒外环向外延伸设置有与旋压结构相抵接的火焰筒延伸板。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的一种大弯管，大弯管外环的顶部通过旋压的方式安装定位在安装槽内，火焰筒与旋压结构相抵接，大弯管不对火焰筒进行轴向限位，仅径向方向存在小间隙配合，火焰筒无须对大弯管限位，火焰筒热态可以轴向自由膨胀，可有效降低火焰筒工作状态下热应力，提升了火焰筒的使用寿命；相比传统大弯管结构，本发明大弯管外环径向和轴向都未完全约束，能有效防止大弯管受热后无法释放过大热应力而导致的变形和裂纹等问题。
2.本发明提供的一种大弯管，旋压结构包括大弯管延伸板和限位凸板，限位凸板适于旋入安装槽内，并与安装槽的所有内壁之间均具有间隙。火焰筒受热膨胀时可直接压动大弯管延伸板，而限位凸板活动设置在安装槽内，进而可直接带动大弯管下压，并且火焰筒外环可相对大弯管延伸板沿轴向移动，实现了热应力的释放。
3.本发明提供的一种回流燃烧室，安装槽是通过机加工而成，且为冷端部件，安装槽的槽宽和槽深能够进行控制，从而控制大弯管外环的轴向和径向变形量，旋压结构大弯管轴向膨胀可精准控制，可以防止大弯管型面工作过程偏离设计要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有大弯管典型结构A的示意图；
图2为现有大弯管典型结构B的示意图；
图3为本发明一种大弯管装配时的结构示意图；
图4为本发明一种大弯管旋压安装示意图；
图5为本发明大弯管热膨胀精准控制时的结构示意图。
附图标记：
10、机匣，20、固定销钉，30、大弯管，301、大弯管外环，302、大弯管内环，303、旋压结构，304、大弯管延伸板，305、限位凸板，306、连接定位板，40、螺钉，50、火焰筒，501、火焰筒外环，502、火焰筒延伸板，503、火焰筒内环，60、安装槽。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
如图3至图5所示，本实施例公开了一种大弯管，包括一体连接成弯折管状的大弯管外环301和大弯管内环302。
大弯管外环301的端部向外延伸设置有旋压结构303，旋压结构303适于旋入开设在机匣上的安装槽60内，旋压结构303与安装槽60之间具有间隙。大弯管外环301与火焰筒外环501端部抵接并对火焰筒外环501进行活动限位。
大弯管内环302与火焰筒内环503密封连接，大弯管内环302支靠在机匣内环安装边，且大弯管内环302可拆卸定位至机匣10上。
上述一种大弯管，本实施例中的大弯管与火焰筒外环之间为分体式连接的方式，大弯管外环301的顶部通过旋压的方式安装定位在安装槽60内，火焰筒50与旋压结构303相抵接，大弯管30不对火焰筒50进行轴向限位，仅径向方向存在小间隙配合，火焰筒热态可以轴向自由膨胀，可有效降低火焰筒工作状态下热应力，提升火焰筒的使用寿命；相比传统大弯管结构，本发明大弯管外环径向和轴向都未完全约束，能有效防止大弯管受热后无法释放过大热应力而导致的变形和裂纹等问题。
旋压结构303包括大弯管延伸板304和限位凸板305。大弯管延伸板304向外延伸设置在大弯管外环301的外侧壁上，大弯管延伸板304与火焰筒外环501端部抵接。限位凸板305适于旋入安装槽60内，并与安装槽60的所有内壁之间均具有间隙。本实施例中的火焰筒受热膨胀时可直接压动大弯管延伸板304，而限位凸板活动设置在安装槽60内，进而可直接带动大弯管30下压，并且火焰筒外环501可相对大弯管延伸板304沿轴向移动，实现了热应力的释放。
大弯管延伸板304水平延伸设置在大弯管外环301上，大弯管延伸板304与火焰筒外环501水平抵接。本实施例中的大弯管延伸板304水平压设在大弯管外环301上方，即能够实现两者的有效密封，又能够保证火焰筒与大弯管的轴向无限位，能够将热应力释放至大弯管外环301上。
限位凸板305与大弯管延伸板304相垂直，限位凸板305插装至安装槽60后，大弯管发生形变时，能够保证限位凸板305不易从安装槽60滑脱。
作为一种进一步改进的实施方式，限位凸板305沿大弯管延伸板304周向间隔设置有若干个，机匣10上对应设置有若干安装槽60，各限位凸板305依次旋入安装槽60内。即本实施例采用多个限位凸板305旋入安装槽60的方式，更利于保证大弯管的安装稳定性。
大弯管外环301的侧壁上一体设置有连接定位板306，连接定位板306通过可拆卸结构定位至机匣10上。可拆卸结构包括螺钉40和螺母，机匣10上设置有定位槽，连接定位板306可插装至定位槽内并通过螺钉40和螺母进行定位，进而实现对大弯管整体的定位。
本发明的安装过程如下：大弯管外环301和安装槽60均采用花边设计，通过旋转方式将大弯管外环旋入机匣花边安装槽内(如图4所示)，大弯管外环旋进安装槽后，将大弯管内环与火焰筒内环503进行插装，再通过螺钉40将大弯管内环固定在机匣10上。此时，大弯管延伸板304与火焰筒延伸板502相抵接，火焰筒外环501压设在大弯管30上。
实施例2
本实施例公开了一种回流燃烧室，包括机匣10、火焰筒50和实施例1中的大弯管。
机匣10上开设有安装槽60。安装槽60周向间隔设置有多个。
火焰筒50可拆卸定位设置在机匣10上并与压气机相连接。火焰筒50包括一体连接的火焰筒外环501和火焰筒内环503。火焰筒外环501向外延伸设置有与旋压结构303相抵接的火焰筒延伸板502。
更为具体地，火焰筒50通过固定销钉20限位置在机匣10顶壁上。火焰筒50的火焰筒外环501抵压在大弯管的旋压结构303上，火焰筒热态轴向可以自由膨胀，火焰筒50的火焰筒内环503与大弯管内环302密封连接。大弯管与火焰筒50之间形成燃气通道，大弯管与涡轮导向器相连接。
大弯管旋入安装槽后，大弯管花边与机匣安装槽设计一定间隙(图5中△1、△2和△3)，安装槽是通过机加工而成，且为冷端部件，槽宽和槽深可精准控制，从而可以精准控制大弯管外环轴向和径向变形量，防止大弯管型面在工作时偏离设计要求；大弯管未完全限位，轴向和径向可以部分自由膨胀，能够有效的释放大弯管工作状态下的热应力，从而避免零件出现变形、裂纹等问题。
上述一种回流燃烧室，大弯管外环旋压安装在机匣上，与火焰筒采用分体搭接式连接结构，大弯管轴向和轴向膨胀量可控，可有效释放零件热应力，解决了大弯管内部热应力过大而导致的裂纹、变形等问题，同时也能防止大弯管工作过程偏离设计要求。
本发明经过数值分析和试验验证，结果表明该结构能满足使用要求，能够防止大弯管工作过程偏离设计要求，且能释放大弯管和火焰筒热应力，提升了大弯管和火焰筒的使用寿命。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种大弯管，其特征在于，包括一体连接成弯折管状的大弯管外环(301)和大弯管内环(302)；
所述大弯管外环(301)的端部向外延伸设置有旋压结构(303)，所述旋压结构(303)适于旋入开设在机匣上的安装槽(60)内并与安装槽(60)之间具有间隙；所述大弯管外环(301)与火焰筒外环(501)端部抵接并对火焰筒外环(501)进行活动限位；
所述大弯管内环(302)与火焰筒内环(503)密封连接，且所述大弯管内环(302)可拆卸定位至机匣(10)上。
2.根据权利要求1所述的一种大弯管，其特征在于，所述旋压结构(303)包括：
大弯管延伸板(304)，所述大弯管延伸板(304)向外延伸设置在所述大弯管外环(301)的外侧壁上，所述大弯管延伸板(304)与火焰筒外环(501)端部抵接；
限位凸板(305)，所述限位凸板(305)适于旋入安装槽(60)内，并与安装槽(60)的所有内壁之间均具有间隙。
3.根据权利要求2所述的一种大弯管，其特征在于，所述大弯管延伸板(304)水平延伸设置在所述大弯管外环(301)上，所述大弯管延伸板(304)与所述火焰筒外环(501)水平抵接。
4.根据权利要求2所述的一种大弯管，其特征在于，所述限位凸板(305)与大弯管延伸板(304)相垂直。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的一种大弯管，其特征在于，所述限位凸板(305)沿所述大弯管延伸板(304)周向间隔设置有若干个，各所述限位凸板(305)依次旋入安装槽(60)内。
6.根据权利要求1所述的一种大弯管，其特征在于，所述大弯管外环(301)的侧壁上一体设置有连接定位板(306)，所述连接定位板(306)通过可拆卸结构定位至机匣(10)上。
7.一种回流燃烧室，其特征在于，包括：
机匣(10)，所述机匣(10)上开设有安装槽(60)；
火焰筒(50)，所述火焰筒(50)可拆卸定位设置在所述机匣(10)上并与压气机相连接；所述火焰筒(50)包括一体连接的火焰筒外环(501)和火焰筒内环(503)；
如权利要求1至6任意一项所述的大弯管，所述大弯管与所述火焰筒(50)之间形成燃气通道，所述大弯管与涡轮导向器相连接。
8.根据权利要求7所述的一种回流燃烧室，其特征在于，所述安装槽(60)周向间隔设置有多个。
9.根据权利要求7所述的一种回流燃烧室，其特征在于，所述安装槽(60)是通过机加工而成，且为冷端部件；所述安装槽(60)的槽宽和槽深能够进行控制，从而控制大弯管外环的轴向和径向变形量。
10.根据权利要求7所述的一种回流燃烧室，其特征在于，所述火焰筒外环(501)向外延伸设置有与旋压结构(303)相抵接的火焰筒延伸板(502)。
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