[发明专利]用于火焰筒的浮动壁瓦块及其浮动壁

说明书

技术领域

本发明涉及发动机燃烧室的火焰筒，尤其涉及用于火焰筒的浮动壁瓦块及其浮动壁。

背景技术

随着先进燃气轮机的研制水平以及新材料的工程运用能力不断提升，现已有技术能将一些具有更高温度性能的非金属材料代替金属材料用于轮机的高温部位，如燃烧室中火焰筒的内衬或浮动壁结构。燃烧室是在燃气轮中用于组织燃料发生燃烧反应的部件，而火焰筒是设于燃烧室中用于安排参加燃烧、掺混和冷却空气的组件。陶瓷基复合材料(CMC)是上述低热膨胀非金属材料中的一种。这种材料能在比金属许用温度更高的环境下工作，以此显著地降低冷却需求，这些降低的冷却需求可增加发动机效率和发动机输出。

然而，如何实现陶瓷基复合材料浮动壁在燃气轮机上的运用具有诸多难点。浮动壁一般是由诸多铺设在火焰筒内壁上的浮动壁瓦块来构成。每个浮动壁瓦块贴在火焰筒内壁上并通过紧固装置被紧固于火焰筒内壁上。对于传统的火焰筒浮动壁而言，每个浮动壁瓦块是由金属材料构成的。因此，通常采取一体化铸造的加工方法使浮动壁瓦块本体的背面(即，贴向火焰筒内壁的一面)具有一定数量的螺栓，如图1所示。再通过浮动壁瓦块上的螺栓与火焰筒内壁上的螺栓孔进行成熟可靠的螺栓连接。这些螺栓通过沿火焰筒径向、轴向和周向等方向为浮动壁提供支承。

然而，由于陶瓷基复合材料零件的特殊成型方法，这种设计不适用于陶瓷基复合材料的浮动壁。通常而言，陶瓷基复合材料浮动壁通过采用陶瓷纤维编制的三维骨架，配合特有的陶瓷基复合材料成型工艺的方法加工。因此，将陶瓷纤维三维编制的工艺运用在瓦块与螺栓一体化的结构上时，会为瓦块与螺栓交界处的连接强度带来显著的弱化，同时，该交界面也是这种结构本身最为脆弱的区域。

显然，如果简单地照搬金属浮动壁与火焰筒之间的连接方法，而采用瓦块与螺栓一体化的浮动壁结构，会给浮动壁自身的强度性能带来显著的负面影响。

因此，本领域需要一种用于火焰筒的改善的陶瓷基复合材料浮动壁。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种用于火焰筒的浮动壁瓦块，包括：

瓦块本体，该瓦块本体由陶瓷基复合材料构成，该瓦块本体的相对两侧的边缘分别具有至少一个凸台，该凸台在背向火焰筒内壁的一面上具有凹槽；以及

与每个凸台相对应的挂钩螺栓，该挂钩螺栓包括螺栓部和与该螺栓部呈一定角度的挂钩部，该挂钩部的形状与该凹槽的形状相适应以使得该挂钩部能够至少部分地容纳于该凹槽内。

在一实例中，该凸台及其凹槽是通过陶瓷纤维编织工艺从该瓦块本体的边缘延伸编织而成，而该挂钩螺栓由金属构成。

在一实例中，该凹槽的尺寸大于该挂钩部的尺寸以使得该挂钩部容纳于该凹槽内时留有一定的余地以容许该挂钩部的热膨胀。

在一实例中，该挂钩螺栓包括基座，该螺栓部位于该基座的一面上，该挂钩部由从该基座的与该面垂直的另一面向外延伸的柱状体构成从而与该螺栓部垂直。

在一实例中，该柱状体为圆柱体，以及该凹槽的截面形状相应地为半圆形。

在一实例中，该螺栓部在底部具有异形凸台和圆形凸台，该异形凸台的截面形状与火焰筒内壁上的螺栓孔的形状相匹配。

在一实例中，在该瓦块本体的该凸台的径向靠内一侧具有自该瓦块本体的边缘延伸出并越过凸台的挡溅部。

在一实例中，该瓦块本体在周向两侧的每一侧边缘具有两个凸台，在该瓦块本体周向两侧通过陶瓷纤维编织工艺自该瓦块本体的边缘沿周向延伸编织出该挡溅部。

在一实例中，还包括位于该瓦块本体与火焰筒内壁之间的至少一个弹簧衬垫，该弹簧衬垫包括弹簧片和位于该弹簧片两端的套圈。

在一实例中，该套圈的开口形状与该螺栓部的底部的异形凸台的截面形状相匹配，该套圈套在该螺栓部的底部的异形凸台上。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于火焰筒的浮动壁，包括：

多个浮动壁瓦块，该多个浮动壁瓦块铺设于该火焰筒的内壁上，每个浮动壁瓦块包括瓦块本体和用于将该瓦块本体固定于火焰筒内壁上的挂钩螺栓，其中，

该瓦块本体由陶瓷基复合材料构成，该瓦块本体的相对两侧的边缘分别具有至少一个凸台，该凸台在背向火焰筒内壁的一面上具有凹槽，以及