專利名稱：具有新型火焰筒冷卻結(jié)構(gòu)的渦軸發(fā)動機回流燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種渦軸發(fā)動機回流燃燒室，尤其是一種具有新型火焰筒冷卻結(jié)構(gòu)的渦軸發(fā)動機回流燃燒室。
背景技術(shù)：
回流燃燒室是渦軸發(fā)動機的重要組成部分。一般而言，回流燃燒室主要由擴壓器、 殼體、火焰筒、燃油噴嘴以及點火器等組成。其主要功能就是通過燃油與空氣的充分混合燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃氣來推動渦輪做功，從而達到產(chǎn)生軸功的目的。在回流燃燒室中，火焰筒作為最重要的構(gòu)件，是組織燃燒的場所，它由火焰筒體和渦流器等部分組成。渦軸發(fā)動機回流燃燒室火焰筒由于主燃區(qū)容積小，熱輻射對火焰筒壁面的影響大，且進口氣流速度和二股通道流速低，對流冷卻效果差，單位軸向長度的溫差很大，容易產(chǎn)生變形和裂紋，特別是在火焰筒的彎曲段，不僅受到高溫氣體的輻射加熱，同時由于氣流對彎曲段壁面強烈地沖刷使得此處燃氣對壁面的對流換熱異常強烈，因此，對于回流燃燒室而言，如何能夠?qū)鹧嫱脖诿嬗行Ю鋮s是一個十分棘手的問題，是制約渦軸發(fā)動機的一項關(guān)鍵技術(shù)。目前，回流燃燒室火焰筒壁面的冷卻結(jié)構(gòu)主要是純氣膜冷卻結(jié)構(gòu)。其有以下不足 (1)由于冷卻效果差使得火焰筒燃燒效率低，燃燒室出口溫度低；(2)冷卻空氣流量大，導致參與燃燒的空氣量少，使得燃燒不充分，燃燒溫度低，污染嚴重；(3)冷卻效果差，導致火焰筒壁面溫度過高，壁面溫度梯度大，容易造成火焰筒斷裂，使用壽命減少。為了進一步提高回流燃燒室火焰筒的壁面冷卻效果，國外的研究人員開發(fā)了多種冷卻方式，并申請了一些專利，其核心思想和采取的措施均是圍繞提高回流燃燒室內(nèi)壁氣膜的均勻性開展的。例如技術(shù)(文獻1)提出了在回流燃燒室火焰筒壁面直管段和彎曲段均采用純發(fā)散冷卻結(jié)構(gòu)，使得在回流燃燒室直管段和彎曲段壁面均能夠形成均勻的氣膜，從而可以有效降低燃燒室壁面溫度。但該技術(shù)的冷卻效果不高，尤其是在彎曲段由于內(nèi)壁面受到高溫氣流的沖刷而使得氣膜不夠穩(wěn)定均勻，造成彎曲段壁面溫度過高。技術(shù)2 (美國專利US7451600B2) 對回流燃燒室火焰筒頭部的冷卻結(jié)構(gòu)進行了改進，優(yōu)化了火焰筒頭部發(fā)散孔的結(jié)構(gòu)及布置方式，從而提高了對火焰筒頭部的冷卻。但該技術(shù)僅是從提高回流燃燒室頭部的冷卻效果而言，并未對火焰筒整體的冷卻結(jié)構(gòu)形式進行改進。技術(shù)3 (美國專利US76M577B2)針對采用全發(fā)散冷卻結(jié)構(gòu)的回流燃燒室火焰筒摻混孔處的發(fā)散孔進行了優(yōu)化，提高了摻混孔附近發(fā)散孔氣流的流量，從而有效降低了摻混孔周圍燃燒室壁面的溫度。但該結(jié)構(gòu)也是僅對于回流燃燒室發(fā)散冷卻結(jié)構(gòu)的局部進行了改進。技術(shù)4 (美國專利US7509809B2)對回流燃燒室主燃區(qū)火焰筒發(fā)散冷卻結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，提高了主燃區(qū)發(fā)散冷卻空氣量，從而有效降低了主燃區(qū)的壁面溫度。但該結(jié)構(gòu)也是僅對發(fā)散冷卻結(jié)構(gòu)的回流燃燒室局部進行了改進。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有新型火焰筒冷卻結(jié)構(gòu)的渦軸發(fā)動機回流燃燒室，其在彎曲段采用沖擊+逆向?qū)α?氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，充分利用冷卻氣流對燃燒室彎曲壁面的沖擊冷卻強化換熱作用，達到對壁面的冷卻；在直管段采用沖擊+發(fā)散冷卻結(jié)構(gòu)，充分利用此冷卻結(jié)構(gòu)壁面溫度梯度小的優(yōu)點，使得燃燒室壁面溫度保持均勻；而在直管段和彎曲段的交匯處，兩種冷卻結(jié)構(gòu)自然過度，使得此區(qū)域的溫度變化不大，溫度分布均勻。因此，本實用新型針對回流燃燒室不同部位流動與換熱特性的特點，對渦軸發(fā)動機回流燃燒室壁面不同部位采用不同的復合冷卻結(jié)構(gòu)，從而獲得回流燃燒室壁面最佳的冷卻效
^ ο為實現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本實用新型將采取以下的技術(shù)方案一種具有新型火焰筒冷卻結(jié)構(gòu)的渦軸發(fā)動機回流燃燒室，包括燃燒室殼體、火焰筒以及噴油嘴，噴油嘴支撐在燃燒室殼體上，且噴油嘴的噴射口通過渦流器與火焰筒連接， 燃燒室殼體與火焰筒之間設置腔體，該腔體設置有用于輸送冷卻空氣的進氣口，所述火焰筒包括火焰筒外壁以及火焰筒內(nèi)壁；該火焰筒外壁包括直管段沖擊壁以及與直管段沖擊壁連接的彎曲段沖擊壁，而火焰筒內(nèi)壁則包括彎曲段火焰筒內(nèi)壁以及與彎曲段火焰筒內(nèi)壁連接的直管段發(fā)散孔內(nèi)壁；所述直管段沖擊壁與直管段發(fā)散孔內(nèi)壁通過聯(lián)結(jié)隔板的連接以形成直管段沖擊腔，而彎曲段沖擊壁則與彎曲段火焰筒內(nèi)壁通過兩個以上的聯(lián)結(jié)隔板的連接以對應地形成一個以上的彎曲段沖擊腔；所述直管段沖擊壁上開設直管段沖擊孔，而直管段發(fā)散孔內(nèi)壁上則開設發(fā)散孔；每一個彎曲段沖擊腔相對應的彎曲段沖擊壁上開設一組彎曲段壁面沖擊孔，而該彎曲段沖擊腔相對應的彎曲段火焰筒內(nèi)壁設置有舌口背向進氣口設置的舌片，每一片舌片均配置一個氣膜孔，所述舌片覆蓋氣膜孔，且舌片與氣膜孔之間存在氣膜狹縫。所述直管段發(fā)散孔呈正菱形分布；所述直管段沖擊孔在直管段火焰筒內(nèi)壁投影的中心恰與由直管段發(fā)散孔組成的正菱形的中心重合。所述氣膜孔靠近連接隔板設置；而舌片則由火焰筒內(nèi)壁與聯(lián)結(jié)隔板的連接端部延伸形成。所述直管段沖擊孔為三排。根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實現(xiàn)以下的有益效果直管段火焰筒壁面承受強烈的發(fā)光火焰輻射加熱以及高溫燃氣對壁面的對流換熱，因此，此區(qū)域壁面所受熱流密度分布極不均勻，壁面承受很大的熱應力。為了解決這個難題，本實用新型在直管段壁面采用沖擊+發(fā)散冷卻結(jié)構(gòu)，充分利用此冷卻結(jié)構(gòu)壁面溫度梯度小的優(yōu)點，使得燃燒室壁面溫度保持均勻。在彎曲段，火焰筒內(nèi)部承受高溫燃氣強烈的沖刷，燃氣與壁面間的對流換熱極為強烈。為此，本實用新型在彎曲段采用沖擊+逆向?qū)α?+氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，充分利用冷卻氣流對燃燒室彎曲壁面的沖擊冷卻強化換熱作用，達到對壁面的冷卻。在直管段和彎曲段的交匯處，兩種冷卻結(jié)構(gòu)自然過度，使得此區(qū)域的溫度變化不大，溫度分布均勻。該回流燃燒室冷卻結(jié)構(gòu)的具體工作過程為對于直管段沖擊+發(fā)散冷卻結(jié)構(gòu)，冷卻氣流首先由位于沖擊孔板上的沖擊孔進入沖擊腔，在火焰筒內(nèi)壁面的冷側(cè)形成沖擊射流，對冷卻壁面進行強化換熱冷卻壁面，然后冷卻空氣進入位于火焰筒內(nèi)壁面上的發(fā)散小孔，并在其內(nèi)部形成對流換熱，隨后由發(fā)散小孔流出，在火焰筒內(nèi)部面燃氣側(cè)形成穩(wěn)定的氣膜層。對于彎曲段沖擊+逆向?qū)α?氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，冷卻空氣首先由沖擊孔進入沖擊腔，并在火焰筒內(nèi)壁面冷側(cè)形成沖擊射流對壁面進行強化對流換熱，然后冷卻氣流逆著高溫燃氣的流動方向在沖擊腔中流動，并與火焰筒內(nèi)壁面冷卻進行對流換熱，隨后由位于
4火焰筒內(nèi)壁面上的氣膜孔流入到氣膜狹縫，在舌片的作用下在火焰筒燃氣側(cè)壁面形成氣膜層。綜上所述，本實用新型根據(jù)回流燃燒室火焰筒內(nèi)部燃氣與壁面間流動與換熱特點，充分利用了沖擊+發(fā)散冷卻結(jié)構(gòu)以及沖擊+逆向?qū)α?氣膜冷卻結(jié)構(gòu)的流動與換熱優(yōu)勢，因而可以有效減低火焰筒內(nèi)壁面的溫度分布以及溫度梯度，對提高火焰筒使用壽命有明顯的效果。該實用新型的優(yōu)點在于(1)火焰筒溫度梯度小，壁面溫度低；(2)冷卻效率高，冷卻空氣量少；(3)結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。

圖1是先進冷卻結(jié)構(gòu)回流燃燒室結(jié)構(gòu)圖。圖2是回流燃燒室直管段沖擊-發(fā)散冷卻結(jié)構(gòu)展開示意圖。圖3是回流燃燒室彎曲段沖擊+逆向?qū)α?氣膜冷卻結(jié)構(gòu)展開示意圖。以上圖中，(1)噴油嘴；(2)渦流器；(3)燃燒室殼體；(4)直管段沖擊壁；(5)火焰筒直管段沖擊孔；(6)火焰筒直管段發(fā)散孔內(nèi)壁；(7)發(fā)散孔；(8)氣膜孔；(9)舌片； (10)彎曲段壁面沖擊孔；(11)彎曲段火焰筒內(nèi)壁；(1 彎曲段沖擊壁；(13)直管段沖擊腔；(14)氣膜狹縫；(15)殼體與火焰筒間的腔體；(16)彎曲段沖擊腔。
具體實施方式
附圖非限制性地公開了本實用新型所涉及優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以下將結(jié)合附圖詳細地說明本實用新型的技術(shù)方案。如圖1至3所示，本實用新型所述的具有新型火焰筒冷卻結(jié)構(gòu)的渦軸發(fā)動機回流燃燒室，包括燃燒室殼體、火焰筒以及噴油嘴，噴油嘴支撐在燃燒室殼體上，且噴油嘴的噴射口通過渦流器與火焰筒連接，燃燒室殼體與火焰筒之間設置腔體，該腔體設置有用于輸送冷卻空氣的進氣口，所述火焰筒包括火焰筒外壁以及火焰筒內(nèi)壁；該火焰筒外壁包括直管段沖擊壁以及與直管段沖擊壁連接的彎曲段沖擊壁，而火焰筒內(nèi)壁則包括彎曲段火焰筒內(nèi)壁以及與彎曲段火焰筒內(nèi)壁連接的直管段發(fā)散孔內(nèi)壁；所述直管段沖擊壁與直管段發(fā)散孔內(nèi)壁通過聯(lián)結(jié)隔板的連接以形成直管段沖擊腔，而彎曲段沖擊壁則與彎曲段火焰筒內(nèi)壁通過兩個以上的聯(lián)結(jié)隔板的連接以對應地形成一個以上的彎曲段沖擊腔；所述直管段沖擊壁上開設直管段沖擊孔，而直管段發(fā)散孔內(nèi)壁上則開設發(fā)散孔；每一個彎曲段沖擊腔相對應的彎曲段沖擊壁上開設一組彎曲段壁面沖擊孔，而該彎曲段沖擊腔相對應的彎曲段火焰筒內(nèi)壁設置有舌口背向進氣口設置的舌片，每一片舌片均配置一個氣膜孔，所述舌片覆蓋氣膜孔，且舌片與氣膜孔之間存在氣膜狹縫。如圖2所示，其公開了本實用新型所述回流燃燒室直管段沖擊-發(fā)散冷卻結(jié)構(gòu)展開示意圖，其中所述直管段發(fā)散孔呈正菱形分布；所述直管段沖擊孔在直管段火焰筒內(nèi)壁投影的中心恰與由直管段發(fā)散孔組成的正菱形的中心重合。即位于火焰筒內(nèi)壁上的發(fā)散孔呈正菱形排布，而位于沖擊壁上的沖擊孔居于六個發(fā)散孔的中間。所述氣膜孔靠近連接隔板設置；而舌片則由火焰筒內(nèi)壁與聯(lián)結(jié)隔板的連接端部延伸形成。附圖1中所示，氣膜孔分別開設在彎曲段火焰筒內(nèi)壁以及彎曲段沖擊壁的尾部，兩種開設位點皆與聯(lián)結(jié)隔板相鄰。舌片包括以下兩種形式直管段火焰筒內(nèi)壁與聯(lián)結(jié)隔板的連接端延伸而成、彎曲段火焰筒內(nèi)壁與聯(lián)結(jié)隔板的連接端延伸而成。 如圖3所示，其公開了本實用新型所述回流燃燒室彎曲段沖擊+逆向?qū)α?氣膜冷卻結(jié)構(gòu)展開示意圖，其中所述直管段沖擊孔為三排，即在彎曲段沖擊壁上布置有3排沖擊孔，位于彎曲段內(nèi)壁上的氣膜孔采用靜壓進氣方式。在火焰筒出口采用純氣膜冷卻方式。
權(quán)利要求1.一種具有新型火焰筒冷卻結(jié)構(gòu)的渦軸發(fā)動機回流燃燒室，包括燃燒室殼體、火焰筒以及噴油嘴，噴油嘴支撐在燃燒室殼體上，且噴油嘴的噴射口通過渦流器與火焰筒連接，燃燒室殼體與火焰筒之間設置腔體，該腔體設置有用于輸送冷卻空氣的進氣口，其特征在于 所述火焰筒包括火焰筒外壁以及火焰筒內(nèi)壁；該火焰筒外壁包括直管段沖擊壁以及與直管段沖擊壁連接的彎曲段沖擊壁，而火焰筒內(nèi)壁則包括彎曲段火焰筒內(nèi)壁以及與彎曲段火焰筒內(nèi)壁連接的直管段發(fā)散孔內(nèi)壁；所述直管段沖擊壁與直管段發(fā)散孔內(nèi)壁通過聯(lián)結(jié)隔板的連接以形成直管段沖擊腔，而彎曲段沖擊壁則與彎曲段火焰筒內(nèi)壁通過兩個以上的聯(lián)結(jié)隔板的連接以對應地形成一個以上的彎曲段沖擊腔；所述直管段沖擊壁上開設直管段沖擊孔，而直管段發(fā)散孔內(nèi)壁上則開設發(fā)散孔；每一個彎曲段沖擊腔相對應的彎曲段沖擊壁上開設一組彎曲段壁面沖擊孔，而該彎曲段沖擊腔相對應的彎曲段火焰筒內(nèi)壁設置有舌口背向進氣口設置的舌片，每一片舌片均配置一個氣膜孔，所述舌片覆蓋氣膜孔，且舌片與氣膜孔之間存在氣膜狹縫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有新型火焰筒冷卻結(jié)構(gòu)的渦軸發(fā)動機回流燃燒室，其特征在于所述直管段發(fā)散孔呈正菱形分布；所述直管段沖擊孔在直管段火焰筒內(nèi)壁投影的中心恰與由直管段發(fā)散孔組成的正菱形的中心重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有新型火焰筒冷卻結(jié)構(gòu)的渦軸發(fā)動機回流燃燒室，其特征在于所述氣膜孔靠近連接隔板設置；而舌片則由火焰筒內(nèi)壁與聯(lián)結(jié)隔板的連接端部延伸形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有新型火焰筒冷卻結(jié)構(gòu)的渦軸發(fā)動機回流燃燒室，其特征在于所述直管段沖擊孔為三排。
專利摘要本實用新型公開了一種具有新型火焰筒冷卻結(jié)構(gòu)的渦軸發(fā)動機回流燃燒室，其在彎曲段采用沖擊+逆向?qū)α?氣膜冷卻結(jié)構(gòu)，充分利用冷卻氣流對燃燒室彎曲壁面的沖擊冷卻強化換熱以及冷卻氣膜對高溫燃氣的阻隔作用，達到對壁面的冷卻；在直管段采用沖擊+發(fā)散冷卻結(jié)構(gòu)，充分利用此冷卻結(jié)構(gòu)壁面溫度梯度小，冷卻效率高的優(yōu)點，使得燃燒室壁面溫度保持均勻；而在直管段和彎曲段的交匯處，兩種冷卻結(jié)構(gòu)自然過度，使得此區(qū)域的溫度變化不大，溫度分布均勻。因此，本實用新型針對回流燃燒室不同部位流動與換熱的特點，對渦軸發(fā)動機回流燃燒室壁面不同部位采用不同的復合冷卻結(jié)構(gòu)，從而獲得回流燃燒室壁面最佳的冷卻效果。
文檔編號F23R3/58GK202209695SQ201120259399
公開日2012年5月2日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者孫德芹, 楊衛(wèi)華, 郝旭生 申請人:南京航空航天大學