本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C高溫部件渦輪冷卻領(lǐng)域，更具體地說，是采用新型結(jié)構(gòu)，改進(jìn)發(fā)動機熱端二次空氣系統(tǒng)流路形式。通過采用該結(jié)構(gòu)，可以起到明顯改善渦輪冷卻效果，顯著降低渦輪氣動損失的目的，延長渦輪，尤其是燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器使用壽命，從而提高渦輪性能，提升發(fā)動機競爭力。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代燃?xì)廨啓C，為了提高其性能，增大發(fā)動機推力，提高發(fā)動機效率，渦輪前溫度不斷提升。一般認(rèn)為，渦輪前溫度每提高55℃，發(fā)動機推力大約可以增加10％。目前，先進(jìn)的發(fā)動機，其渦輪前溫度甚至可以達(dá)到2000K，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前所有合金的熔點。日益提高的渦輪前溫度使得發(fā)動機中渦輪等高溫部件不得不承受更大的熱負(fù)荷和動力負(fù)荷，導(dǎo)致其工作環(huán)境嚴(yán)重惡化，其后果便是發(fā)動機可靠性降低，壽命變短。據(jù)統(tǒng)計，發(fā)動機的故障，60％以上出現(xiàn)在高溫部件中，且近年來有不斷上升的趨勢。究其原因，一個重要的原因是缺乏對高溫部件進(jìn)行有效的冷卻。

在發(fā)動機高溫部件端，受渦輪前超高溫度影響最大的是燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器。從燃燒室流出的高溫高壓燃?xì)鈱苯記_擊在燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器表面，導(dǎo)致其熱載荷急劇增大，工作環(huán)境極其惡劣；同時，受燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器進(jìn)出口及通道內(nèi)壓力的影響，燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器將會受到較大的軸向載荷，這股推動力需要經(jīng)過燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器安裝邊向發(fā)動機安裝節(jié)傳遞。因此，為了保證發(fā)動機的安全運行，確保燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的可靠工作顯得尤為重要。

在現(xiàn)有的發(fā)動機中，通常的做法是，在燃燒室內(nèi)環(huán)布置周向的冷卻氣膜孔，從而達(dá)到保護導(dǎo)向器安裝邊的目的。但是這種方法，冷卻氣流直接射入主流中并與主流摻混，不僅冷卻效果較差，而且對主流帶來較大的擾動，影響了渦輪的氣動性能；此外，在設(shè)計冷卻氣膜孔時，冷卻氣膜孔太少，冷卻效果不明顯；冷卻氣膜孔過密，雖然可以提高冷卻效果，但是提高了加工難度，同時降低燃燒室內(nèi)環(huán)的強度。為了解決這一問題，改進(jìn)冷卻效果，進(jìn)一步提高發(fā)動機性能，亟需一種更加可靠的冷卻方式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)明旨在提供一種燃?xì)廨啓C熱端冷卻結(jié)構(gòu)及具有其的燃?xì)廨啓C，用于燃?xì)廨啓C高溫部件，尤其是燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器安裝邊的冷卻布局方式，通過采用該新型冷卻結(jié)構(gòu)，優(yōu)化二次空氣系統(tǒng)流路，改進(jìn)冷卻效果，降低氣動損失，從而提高發(fā)動機性能。

為實現(xiàn)該目標(biāo)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種燃?xì)廨啓C熱端冷卻結(jié)構(gòu)，包括燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器、環(huán)形彎管和冷卻蓋板，所述燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器設(shè)置在燃?xì)廨啓C燃燒室的出口處，其特征在于，

所述環(huán)形彎管的外環(huán)側(cè)面設(shè)置有第一臺階部和第二臺階部，所述第一臺階部的外徑大于第二臺階部的外徑，且所述第一臺階部靠近所述環(huán)形彎管的頂部設(shè)置，所述第二臺階部靠近所述環(huán)形彎管的底部設(shè)置，

所述冷卻蓋板整體呈環(huán)形，所述環(huán)形冷卻蓋板固定且密封地套設(shè)在所述環(huán)形彎管的第一臺階部上，其中，所述環(huán)形冷卻蓋板的厚度和所述第一臺階部的厚度基本相當(dāng)，所述環(huán)形冷卻蓋板固定在所述第一臺階部之后，所述環(huán)形冷卻蓋板的外表面和所述環(huán)形彎管的氣動外表面之間光滑平順過渡，

所述環(huán)形冷卻蓋板的背面與所述環(huán)形彎管的第二臺階部之間形成安裝所述燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器安裝邊的卡槽，所述卡槽的寬度與所述燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器安裝邊的厚度基本相當(dāng)，所述燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的安裝邊固定且密封地套設(shè)在所述環(huán)形彎管的第二臺階部上，

所述環(huán)形冷卻蓋板的背面設(shè)置有周向均布的肋板，相鄰肋板之間形成沿周向均布的肋板通道，所述環(huán)形彎管的第二臺階部上沿其周向均勻布置若干個冷卻氣流孔，所述冷卻氣流孔的半徑高度大于所述燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的安裝邊的半徑高度，以確保由所述冷卻氣流孔導(dǎo)入的冷卻氣流不被燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的安裝邊擋住，由所述冷卻氣流孔導(dǎo)入的冷卻氣流射流沖擊在所述環(huán)形冷卻蓋板的背面，對所述環(huán)形冷卻蓋板進(jìn)行快速冷卻，同時降低了所述環(huán)形冷卻蓋板正面附近區(qū)域的燃?xì)鉁囟?，之后冷卻氣流向下游流動，在所述燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的安裝邊的外表面形成一層冷卻氣膜并對其進(jìn)行冷卻，冷卻氣流繼續(xù)向下游流動，對所述燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的外流道表面進(jìn)行冷卻。

本發(fā)明的燃?xì)廨啓C熱端冷卻結(jié)構(gòu)，其工作原理為：

在燃?xì)廨啓C運行過程中，來自燃燒室的高溫燃?xì)饬魅肴細(xì)鉁u輪導(dǎo)向器，導(dǎo)致燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的工作環(huán)境溫度非常高，進(jìn)而產(chǎn)生較大的熱負(fù)荷。本發(fā)明通過在所述環(huán)形彎管的第一臺階部上設(shè)置所述環(huán)形冷卻蓋板，并在所述環(huán)形冷卻蓋板的背面設(shè)置肋板通道，通過來自空氣系統(tǒng)的冷卻氣流通過所述環(huán)形彎管的第二臺階部上的冷卻氣流孔射流沖擊在環(huán)形冷卻蓋板的背面(包括肋板表面與肋板通道表面)，對環(huán)形冷卻蓋板進(jìn)行快速冷卻，確保環(huán)形冷卻蓋板的安全工作，同時也降低了環(huán)形冷卻蓋板正面附近區(qū)域的燃?xì)鉁囟?；然后冷卻氣流向下游流動，對燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的安裝邊進(jìn)行冷卻。由于環(huán)形冷卻蓋板背面的肋板通道產(chǎn)生近似穩(wěn)壓腔的作用，可以使冷卻氣流摻混均勻，在燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器安裝邊的表面上形成一層冷卻氣膜，大大地改善了冷卻效果。冷卻氣流繼續(xù)向下游流動，對燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的外流道表面也形成了保護作用，由于主流燃?xì)庖呀?jīng)經(jīng)過一次冷卻(冷卻蓋板正面的冷卻)，因此燃?xì)鉁囟扔兴档?。此時冷卻氣膜進(jìn)一步形成二次保護，確保燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的外流道的安全工作。

較優(yōu)地，所述環(huán)形冷卻蓋板背面的肋板，其周向數(shù)量不小于3個。

可選擇地，所述肋板為直肋板、傾斜肋板、翼型肋板或者其他形式。

較優(yōu)地，所述環(huán)形冷卻蓋板的正面高半徑處設(shè)計為光滑平面，且該光滑平面與背面的肋板表面應(yīng)滿足一定的平行度要求，以保證冷卻蓋板的裝配。

較優(yōu)地，所述環(huán)形冷卻蓋板的正面較低半徑處設(shè)計為引導(dǎo)斜面，并與所述環(huán)形冷卻蓋板的正面高半徑處的光滑平面光順轉(zhuǎn)接，以避免產(chǎn)生激波或者膨脹波等氣動結(jié)構(gòu)，增加氣動損失。

較優(yōu)地，所述環(huán)形冷卻蓋板的正面，應(yīng)保證表面粗糙度要求，以減小氣流的摩擦熱效應(yīng)。

較優(yōu)地，所述環(huán)形冷卻蓋板通過焊接的方式固定在所述環(huán)形彎管的第一臺階部上。

較優(yōu)地，在選用焊接方式固定時，所述環(huán)形冷卻蓋板的厚度略小于所述環(huán)形彎管的第一臺階部的寬度，且焊接完后應(yīng)對焊接位置進(jìn)行打磨，防止存在局部凸起。

可選擇地，也可采用螺栓連接的方式將所述環(huán)形冷卻蓋板安裝固定在所述環(huán)形彎管的第一臺階部上。

較優(yōu)地，在采用螺栓連接方式時，所述環(huán)形冷卻蓋板的厚度與所述環(huán)形彎管上用于安裝冷卻蓋板的第一臺階部的寬度相等。

較優(yōu)地，采用螺栓連接方式時，應(yīng)將螺栓孔設(shè)計在所述環(huán)形冷卻蓋板的背面，以避免螺栓凸起結(jié)構(gòu)處于主流道內(nèi)，增加氣動損失。

較優(yōu)地，所述卡槽的寬度略大于所述燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器安裝邊的厚度，以確保可以將所述燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器安裝邊固定在所述環(huán)形冷卻蓋板與環(huán)形彎管的第二臺階部組成的卡槽內(nèi)，不會由于過定位對裝配產(chǎn)生干涉。

較優(yōu)地，燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的安裝邊與所述環(huán)形冷卻蓋板的背面、所述環(huán)形彎管的第二臺階部的配合端面之間滿足一定的平面度和平行度要求，以確保本發(fā)明的最佳使用效果。

較優(yōu)地，所述環(huán)形彎管上的冷卻氣流孔數(shù)量不少于3個。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供了一種具有上述熱端冷卻結(jié)構(gòu)的燃?xì)廨啓C。

本發(fā)明的燃?xì)廨啓C熱端冷卻結(jié)構(gòu)及具有其的燃?xì)廨啓C，改進(jìn)了燃?xì)廨啓C中燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的冷卻方式，與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有以下顯著的技術(shù)效果：

1)由于冷卻氣流孔噴入的冷卻氣流不直接射入燃?xì)鉁u輪的高溫主流中，因此可以減少冷卻氣流與高溫主流的氣動摻混損失；

2)冷卻氣流通過環(huán)形彎管上的冷卻氣流孔，對環(huán)形冷卻蓋板的背面進(jìn)行沖擊冷卻，可以大幅度提高換熱效率，同時也降低環(huán)形冷卻蓋板正面外流道附近的主流溫度；

3)冷卻氣流通過環(huán)形冷卻蓋板的肋板通道對燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的安裝邊進(jìn)行冷卻，肋板通道起到類似穩(wěn)壓腔的作用，可以使冷卻氣流更加均勻，大幅度改善冷卻效果；

4)冷卻氣流沿燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器外機匣向下游流動，在外流道壁面附近形成一層冷卻氣膜，對整個燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的外環(huán)起到保護作用；

5)由于冷卻效果大幅度改善，因此可以降低燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器安裝邊乃至外流道的熱應(yīng)力，保證安裝邊有足夠的機械強度，從而提高發(fā)動機的可靠性和安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的燃?xì)廨啓C熱端冷卻結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的冷卻蓋板主視圖；

圖3為本發(fā)明的冷卻蓋板I局部放大圖；

圖4為本發(fā)明的冷卻蓋板B-B剖視圖；

圖5為具有翼型肋板的冷卻蓋板示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，以下實施例是對本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實施例。

如圖1所示，本發(fā)明的燃?xì)廨啓C熱端冷卻結(jié)構(gòu)，包括冷卻蓋板1、環(huán)形彎管2和燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器3，燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器3設(shè)置在燃?xì)廨啓C燃燒室的出口處。環(huán)形彎管2的外環(huán)側(cè)面設(shè)置有第一臺階部201和第二臺階部202，第一臺階部201的外徑大于第二臺階部202的外徑，且第一臺階部201靠近環(huán)形彎管2的頂部設(shè)置，第二臺階部202靠近環(huán)形彎管2的底部設(shè)置。冷卻蓋板1整體呈環(huán)形，環(huán)形冷卻蓋板1固定且密封地套設(shè)在環(huán)形彎管2的第一臺階部201上，其中，環(huán)形冷卻蓋板1的厚度和第一臺階部201的厚度基本相當(dāng)，環(huán)形冷卻蓋板1固定在第一臺階部201之后，環(huán)形冷卻蓋板1的外表面和環(huán)形彎管2的氣動外表面之間光滑平順過渡。環(huán)形冷卻蓋板1的背面與環(huán)形彎管2的第二臺階部202之間形成安裝燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器安裝邊301的卡槽，卡槽的寬度與燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器安裝邊301的厚度基本相當(dāng)，燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器安裝邊301固定且密封地套設(shè)在環(huán)形彎管的第二臺階部202上。環(huán)形冷卻蓋板1的背面設(shè)置有周向均布的肋板101，相鄰肋板101之間形成沿周向均布的肋板通道102，環(huán)形彎管2的第二臺階部202上沿其周向均勻布置若干個冷卻氣流孔203，冷卻氣流孔203的半徑高度大于燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器安裝邊301的半徑高度，以確保由冷卻氣流孔導(dǎo)入的冷卻氣流不被燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的安裝邊301擋住，由冷卻氣流孔導(dǎo)入的冷卻氣流射流沖擊在環(huán)形冷卻蓋板1的背面，對環(huán)形冷卻蓋板1進(jìn)行快速冷卻，同時降低了環(huán)形冷卻蓋板1正面附近區(qū)域的燃?xì)鉁囟龋罄鋮s氣流向下游流動，在燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的安裝邊301的外表面形成一層冷卻氣膜并對其進(jìn)行冷卻，冷卻氣流繼續(xù)向下游流動，對燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器3的外流道表面進(jìn)行冷卻。

優(yōu)選地，通過焊接或者螺栓連接方式將冷卻蓋板1固定到環(huán)形彎管2上。當(dāng)采用焊接方式固定冷卻蓋板1時，冷卻蓋板1的厚度應(yīng)略小于第一臺階部201的寬度，以確保焊接后，通過打磨滿足焊縫高度不會高于環(huán)形彎管2的端面高度。當(dāng)采用螺栓連接方式固定冷卻蓋板1時，冷卻蓋板1的厚度可以與第一臺階部201的寬度相等，但是應(yīng)確保第一臺階部201與冷卻蓋板1之間的封嚴(yán)，防止冷卻氣流從該處泄漏進(jìn)入主流。因此推薦使用焊接方式連接，確保冷卻蓋板1與第一臺階部201之間不存在泄漏。

為避免裝配過定位，燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器3的安裝邊301的寬度應(yīng)略小于第二臺階202的寬度。在環(huán)形彎管2上設(shè)計有周向均布的冷卻氣流孔203，而且為確保流路暢通，冷卻氣流孔203的位置應(yīng)當(dāng)高于燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器安裝邊301的半徑位置。

圖2為冷卻蓋板的主視圖，示出了冷卻蓋板的背面肋板結(jié)構(gòu)；圖3為冷卻蓋板的局部放大圖。在冷卻蓋板背面設(shè)計有周向均布的肋板101。其中肋板可以設(shè)計為直肋板，如圖3所示，也可設(shè)計為傾斜肋板，翼型肋板等任意其他形式，如圖5為具有翼型肋板的冷卻蓋板示意圖。在冷卻蓋板背面，肋板101之間形成沿周向均布的肋板通道102。

圖4為冷卻蓋板的B-B剖視圖。如圖所示，在冷卻蓋板的正面高半徑處設(shè)計有光滑平面103，在低半徑處設(shè)計有引導(dǎo)斜面105，光滑平面103與引導(dǎo)斜面105之間通過倒圓104連接。所有這些措施均為減小氣流的流動損失。

在圖1中，帶箭頭的實線代表燃?xì)廨啓C高溫主流流動路線，帶箭頭的虛線代表冷卻氣流的流動路線。在燃?xì)廨啓C運行過程中，來自燃燒室的高溫燃?xì)饬魅肴細(xì)鉁u輪導(dǎo)向器3，導(dǎo)致燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器3的工作環(huán)境溫度非常高，進(jìn)而產(chǎn)生較大的熱負(fù)荷。此時，來自空氣系統(tǒng)的冷卻氣流通過冷卻氣流孔203射流沖擊在冷卻蓋板1的背面(肋板表面101與肋板通道表面102)，對冷卻蓋板1進(jìn)行快速冷卻，確保冷卻蓋板1的安全工作，同時也降低了冷卻蓋板1正面附近區(qū)域的燃?xì)鉁囟龋蝗缓罄鋮s氣流向下游流動，對燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的安裝邊301進(jìn)行冷卻。由于肋板通道102產(chǎn)生近似穩(wěn)壓腔的作用，可以使冷卻氣流摻混均勻，在燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器的安裝邊301的表面形成一層冷卻氣膜，大大地改善了冷卻效果。冷卻氣流繼續(xù)向下游流動，對燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器3的外流道表面也形成了保護作用，由于主流燃?xì)庖呀?jīng)經(jīng)過一次冷卻(冷卻蓋板正面的冷卻)，因此燃?xì)鉁囟扔兴档汀４藭r冷卻氣膜進(jìn)一步形成二次保護，確保燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器3的外流道的安全工作。

綜上所述，本發(fā)明通過采用新型的冷卻結(jié)構(gòu)，改進(jìn)燃?xì)鉁u輪導(dǎo)向器安裝邊的冷卻方式，可以極大的改善冷卻效果，而且更換方便，僅通過改變冷卻蓋板即可調(diào)節(jié)冷卻效果?？梢栽诂F(xiàn)代燃?xì)廨啓C結(jié)構(gòu)中進(jìn)行推廣，對于發(fā)動機性能的提高具有積極地推動作用。

此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。