[发明专利]一种增压器试验用推力燃烧室火焰筒结构

说明书

技术领域

本发明属于试验用推力燃烧室技术领域，具体涉及一种增压器试验用推力燃烧室火焰筒结构。

背景技术

推力燃烧室是涡轮增压器试验中的重要组成部分，火焰筒设计不合理将直接影响推力燃烧室的动力性能，进而影响燃烧室的使用寿命和试验中数据的可靠性，制约了涡轮增压器的研发和试验验证需求。

目前的试验用推力燃烧室，普遍采用退役的航空发动机燃烧室改装而成，即使是新制作的推力燃烧室，也普遍沿用航空发动机的火焰筒结构加工而成。由于受到加工难度和结构的制约，其火焰筒普遍采用薄壁耐热不锈钢加工而成。火焰筒筒壁采用气膜冷却，冷却通道及函道比沿用了航空发动机的比例结构，在涡轮增压器的常规可靠性试验中包括超温、超速试验，该试验中会形成较大气阻。这种结构的火焰筒极易形成局部超温，造成火焰筒的受热塑性变形，从而造成最终燃烧室的整体报废。

根据国外国内有关资料报道及专利查询，国内外都只有航空发动机燃烧室火焰筒结构的发明和设计，但还未报道过试验用推力燃烧室火焰筒的改进设计和发明。

发明内容

本发明就是为了解决目前试验用推力燃烧室由于结构不合理，导致火焰筒极易形成局部超温，造成火焰筒受热塑性变形，从而造成最终燃烧室的整体报废的问题。本发明的目的是为了提高一种试验用推力燃烧室火焰筒的使用寿命和使用范围，而提出了一种增压器试验用推力燃烧室火焰筒结构。

本发明的技术方案：

一种增压器试验用推力燃烧室火焰筒结构，包括火焰筒外壳、火焰筒内壳两部分，还包括气膜冷却槽结构、喷嘴旋流器和二级扩压器等功能结构；

火焰筒外壳和火焰筒内壳，均以同一中心轴对称，火焰筒外壳各段半径大于火焰筒内壳对应位置各段半径；

火焰筒外壳为表面连续的纺锤形，可以依据形状分为4段：第一段和第三段为圆柱形，第二段和第四段为圆锥形（截面可为等腰三角形，也可为曲线三角形）；第三段半径大于第一段；第二段为扩压器，半径逐渐增大；第四段半径逐渐减小；

火焰筒外壳前端以法兰圆盘密封，喷嘴位于火焰筒外壳第一段侧壁；火焰筒外壳前端后端以法兰圆环密封，内圆环固定火焰筒内壳冷却过渡区Ⅱ的出口；

火焰筒内壳位于也为表面连续的纺锤形，可以依据位置和功能分为5段：第一段扩压器位于火焰筒外壳第二段扩压器的对应位置，也为类似的半径逐渐增大的圆锥形，内设一个旋雾器，一端通过一根部分位于中心轴上、部分垂直弯曲的导管与喷嘴相连通，另一端通过一个更小的圆锥形结构与第二段主燃区相连通，喷嘴旋流器即由喷嘴、旋雾器和连通二者的导管组成；

第二段主燃区、第三段掺混区、第四段冷却过渡区Ⅰ，均位于火焰筒外壳第三段的圆柱形内，其中主燃区与掺混区为半径相同的圆柱形，冷却过渡区Ⅰ为半径逐渐减小的圆锥形；第五段冷却过渡区Ⅱ位于火焰筒外壳第四段的对应位置，也为类似的半径逐渐减小的圆锥形；二级扩压器即由火焰筒外壳第二段扩压器、火焰筒内壳第一段扩压器、连通旋雾器和主燃区的一个更小的圆锥形结构组成；

火焰筒内壳前端密封，仅在中心轴上设一导管与喷嘴相连通；火焰筒内壳后端为冷却过渡区Ⅱ的出口，位于法兰圆环的内圆环；

在火焰筒外壳第三段圆柱形内，与火焰筒内壳第二段主燃区和第三段掺混区之间的夹层，设有若干个法兰圆环固定连接火焰筒外壳与火焰筒内壳，由二者组成一个无相对运动的刚性整体；火焰筒外壳第三段圆柱形外，也设有若干个用于加固及固定刚性整体的法兰圆环；

点火口，位于火焰筒内壳第二段主燃区一侧，连通主燃区与火焰筒外壳、火焰筒内壳的夹层；用于点火的点火器座，位于火焰筒外壳第三段圆柱形与点火口相对应的位置；点火口、点火器座，均位于喷嘴同侧；

火焰筒内壳第二段主燃区、第三段掺混区、第四段冷却过渡区Ⅰ、第五段冷却过渡区Ⅱ两两之间，并不是光滑无缝连接，而是通过一种新型气膜冷却槽结构连接；气膜冷却槽结构，为带导流槽的曲线长方孔结构，其中长方孔进气通道截面积占气膜冷却槽结构截面积比例较大；

火焰筒内壳第二段主燃区、第三段掺混区、第四段冷却过渡区Ⅰ、第五段冷却过渡区Ⅱ的气体流通截面积，占火焰筒外壳相应位置截面积的比例较大；

此外，这种增压器试验用推力燃烧室火焰筒结构，火焰筒外壳和火焰筒内壳均为4.5 mm厚。

本发明的有益效果：

1.通过将传统火焰筒结构优化及薄壁改为厚壁，从而增加火焰筒的结构强度，使火焰筒整体提高其耐受温度；

2.通过改善火焰筒主燃区的进气比例，可使燃烧室在排气阻力较大时避免富油燃烧，减少积碳的产生；