[发明专利]火焰筒壁板及其冷却孔的加工方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及燃气轮机工业领域，特别涉及火焰筒壁板结构、由该壁板形成的火焰筒和包括该火焰筒的燃烧室、以及燃气轮机燃烧室火焰筒壁的冷却孔的加工方法。

背景技术

随着航空发动机技术的发展，航空发动机燃烧室的温度不断提高，现今在燃烧室燃气温度高达1900K以上，常规的高温合金远无法满足燃烧室火焰筒壁的温度要求。为此，人们通常通过加强火焰筒壁的冷却来解决这一问题。目前用于燃烧室火焰筒冷却的方式有气膜冷却、对流气膜冷却、冲击气膜冷却、发散冷却和层板冷却等，其基本冷却原理都是冷气从燃烧室内外环腔进入火焰筒内，在火焰筒壁板热侧表面形成一层气膜，气膜紧贴火焰筒壁板热侧面流动，气膜起到冷却壁面和隔离燃气冲刷火焰筒壁面的作用。气膜品质的好坏直接影响了冷却气的冷却效率。

图1a-1c示出了一种采用传统冷却结构的火焰筒壁1’。火焰筒壁1’的壁面冷却孔2’采用简单的均匀分布的形式，其优点是结构较为简单，加工成本低，但也存在不足。主要原因是：在燃烧室内，燃气经旋流器喷出的空气作用后具有一定的周向速度，在这一周向速度的作用下，高温燃气在火焰筒壁板热侧面以一个较大的角度对冷却气进行冲击，容易导致火焰筒壁1’的热侧面上的冷却气膜被撕裂，从而影响了气膜的品质，并导致了局部热点，降低了气膜的冷却效率。

发明内容

因此，提供一种能够在火焰筒壁上形成高效均匀的冷却气膜并保证气膜不被撕裂的火焰筒壁板将是有利的。

为此，根据本发明的一个方面，提供一种火焰筒壁板，其适用于燃气轮机燃烧室，所述火焰筒壁板上具有沿高温燃气气流流线方向均匀分布且贯穿所述火焰筒壁板的多个冷却孔。

优选地，冷却孔可以是斜孔。

进一步优选地，所述斜孔的掺混角在0～5°之间。

进一步优选地，所述斜孔的入射角在15～45°之间。

进一步优选地，所述斜孔沿着在火焰筒周向方向每隔4～15mm确定的两条相邻的所述流线方向均匀分布。

进一步优选地，所述斜孔在所述流线方向上的分布间距为5～20mm。

进一步优选地，所述斜孔的横截面是圆形的，且孔径在0.1～2mm之间。

优选地，冷却孔可以是冲击孔。

进一步优选地，所述冲击孔的掺混角在0～10°之间。

进一步优选地，所述冲击孔的入射角在80～90°之间。

进一步优选地，所述冲击孔沿着在火焰筒周向方向每隔4～20mm确定的两条相邻的所述流线方向均匀分布。

进一步优选地，所述冲击孔在所述流线方向上的分布间距为5～30mm。

进一步优选地，所述冲击孔的横截面是圆形的，且孔径在0.5～4mm之间。

根据本发明的另一个方面，提供一种单层壁火焰筒，其适用于燃气轮机燃烧室，所述火焰筒包括单层如上所述的火焰筒壁板。

优选地，单层壁火焰筒由单层的多斜孔火焰筒壁板或单层的多冲击孔火焰筒壁板形成。

根据本发明的再一个方面，提供一种双层壁火焰筒，其适用于燃气轮机燃烧室，所述火焰筒包括双层如上所述的火焰筒壁板。

优选地，双层壁火焰筒由两层多斜孔火焰筒壁板或两层多冲击孔火焰筒壁板形成，或者，双层壁火焰筒由一层多斜孔火焰筒壁板和一层多冲击火焰筒壁板形成。

进一步优选地，靠近火焰筒内高温燃气的火焰筒壁板为多斜孔火焰筒壁板，而另一火焰筒壁板为多冲击孔火焰筒壁板。

进一步优选地，两层所述火焰筒壁板之间的间隙为1～10mm。

根据本发明的又一个方面，提供一种燃气轮机燃烧室，其中，所述燃烧室内设有如上所述的单层壁火焰筒或双层壁火焰筒。

根据本发明的再又一个方面，提供一种燃气轮机燃烧室火焰筒壁的冷却孔的加工方法，该方法包括如下步骤：1)加工一个火焰筒上无冷却孔的扇形或全环形燃烧室；2)确定大工况下火焰筒壁板热侧壁面附近的大致流场；3)在火焰筒壁板热侧壁面处沿火焰筒周向方向每隔一定距离选取一点，并根据步骤2)中得到的流场确定火焰筒壁面流经这些点的流线；4)沿着流线方向每隔一定距离选取一点来加工冷却孔。

优选地，所述步骤2)中在大工况下火焰筒壁板热侧壁面附近的大致流场是通过PIV示踪方法获得。

优选地，所述步骤2)中在大工况下火焰筒壁板热侧壁面附近的大致流场是通过三维数值模拟的方法，建立所述无冷却孔的扇形或全环形火焰筒计算模型，并通过数值计算得到。