[发明专利]一种采用浮动瓦块的燃烧室火焰筒

说明书

本发明提供了一种采用浮动瓦块的燃烧室火焰筒，当冷却气体从火焰筒外壁的冲击孔进入火焰筒后，对浮动瓦块进行冲击冷却，之后冷却气流通过浮动瓦块上的冲击孔进入浮动瓦块内部，对浮动瓦块内的冷却气流通道壁面进行冲击冷却，随后经过冷却气流通道流通至浮动瓦块各个部位，此过程进行了对流换热冷却，并在此过程中，冷却气流通过冷却气流通道的气膜孔进入火焰筒，在浮动瓦块的内壁面形成一层气膜，作为气膜冷却，通过多重冷却方式的组合，在现有的浮动瓦块基础上，能够进一步减少冷却气流量，提高火焰筒冷却结构的冷却效率。

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种采用浮动瓦块的燃烧室火焰筒的高效冷却方式。

背景技术

燃烧室的主燃区燃气温度可高达2400K,是燃气轮机的最高温度区，而目前火焰筒壁金属材料正常工作温度不超过1300K,材料无法承受在远超过其正常工作温度的恶劣环境下长时间工作,因此必须对燃烧室火焰筒进行冷却,以防止火焰筒被烧坏而降低燃烧室寿命,进而降低发动机寿命。为了保证燃烧室有足够长的使用寿命与可靠性，通常采用两种解决方法：其一是提高火焰筒材料的许用工作温度，即选用性能更优的耐高温材料；其二是加强火焰筒的热保护，采用先进的冷却技术和冷却结构，对火焰筒壁面进行有效的热保护。由于开发新耐高温材料的速度远远不能满足需求，使得人们越来越重视先进火焰筒冷却结构形式和冷却技术的研究、发展。因此，未用于燃烧的空气，大约占60％的总空气流量，被逐渐引入火焰筒。这部分空气大约有三分之一用来在稀释区降低燃气的温度，然后再进入涡轮，而其余的空气则用来冷却火焰筒的壁面。目前用于燃气轮机火焰筒的基本冷却方式主要有气膜冷却、发散冷却、冲击发散组合冷却、层板冷却等。随着航空发动机性能的不断提高，火焰筒冷却技术也面临着两大难点：一个难点是，随着航空发动机性能提升，要求直接参与燃烧的空气量逐渐增加；另一个难点是，航空发动机增压比也在逐步提高，压气机出口空气温度，即可用于冷却火焰筒壁面的空气温度也在逐步上升，所以燃烧室进口空气作为冷却剂的冷却能力在逐渐下降。因此，如何在冷却空气温度提高的情况下减少冷却空气的用量，且能够对燃烧室火焰筒进行有效冷却的技术问题成为非常迫切需要解决的关键技术问题。

在燃烧室中采用浮动壁结构就是解决上述问题的先进技术之一。国外的预研和应用经验表明，浮壁式火焰筒结构能够在减少冷却气用量的情况下，降低火焰筒壁面温度梯度和结构热应力水平，延长其使用寿命。因此浮壁式火焰筒是未来燃烧室的主要结构形式，具有良好的发展前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种采用浮动瓦块的燃烧室火焰筒，在现有的浮动瓦块基础上，能够进一步提高火焰筒冷却结构的冷却效率，减少冷却气流量，能够在火焰筒内壁面生成一层流动稳定，压力损失小，与火焰筒内壁面贴附好，分布更加均匀，湍流强度低的冷却气膜，同时还能更好的减小壁面的热应力，防止局部过热，在实际涡轮发动机中具有很高的应用价值。

技术方案

本发明技术方案如下：

所述采用浮动瓦块的燃烧室火焰筒，其特征在于：所述浮动瓦块与火焰筒外壁连接方式为螺栓连接，瓦块通过螺栓杆及螺栓在一定的安装预紧力作用下连接到外套上，浮动瓦块结构中含有冲击孔、气膜孔、冷却气流通道和扰流柱等冷却结构，在冲击孔与气膜孔的排列方式中，采用叉排排列方式(正菱形排列)。

所述采用浮动瓦块的燃烧室火焰筒，其特征在于：所述火焰筒外壁上具有冲击冷却孔，冲击冷却孔整体呈菱形均匀分布，浮动瓦块的内部具有冷却气流通道，冷却气流通道呈菱形分布，在每条冷却气流通道都均匀分布有气膜孔。

所述采用浮动瓦块的燃烧室火焰筒，其特征在于：所述浮动瓦块中的冲击孔、气膜孔、冷却气流通道和扰流柱，冲击孔直径大于气膜孔，且冲击孔轴线垂直于火焰筒壁面，气膜孔轴线与浮动瓦块壁面夹角为30°，扰流柱横截面为流线形，冷却气流通道截面为长方形。

本发明具有以下有益效果：