一种采用间隙旋流冷却的火焰筒的制作方法

本发明属于航空发动机领域，涉及一种采用间隙旋流冷却的火焰筒。

背景技术：

随着高性能航空燃气涡轮发动机技术的发展，航空发动机总体性能的提升对主燃烧室设计提出了更高要求。主燃烧室是用来将燃气中的化学能转变为热能，将压气机增压后的高压空气加热到涡轮前允许温度，以便进入涡轮做功的装置。火焰筒是燃烧室的主要组成部件，也是发动机最重要的受热部件之一，同时火焰筒是燃烧室中故障最多的部件，也是限制发动机寿命的关键部件。

由于现代火焰筒冷却技术的发展要求，火焰筒的结构变得越来越复杂。火焰筒是开孔薄壁结构，不但筒体的几何尺寸差异大，而且筒壁上还开有很多不同孔径的冷却气膜孔、掺混孔以保证占总气量20％的冷却气量从火焰筒侧壁进入。这样的开孔结构不仅加工复杂，导致火焰筒温度分布上存在着很大的温度梯度，容易出现应力集中现象。

对于未来的高温升燃烧室，其进、出口温度在现有燃烧室的基础上将大幅度攀升，燃烧室温升和热容显著提高，燃烧室稳定工作范围将更宽；而随着燃烧室温升的提高，要求燃油在接近化学恰当比条件下组织燃烧，因此进入燃烧室的大部分空气将用于参加燃烧，使壁面冷却和掺混的空气量显著减少，需要在很少的相对冷却空气量条件下保证火焰筒壁面可靠工作。

技术实现要素：

本发明提供一种采用间隙旋流冷却的火焰筒，能有效降低火焰筒局部高温区的出现，极大的提高火焰筒壁面冷气的冷却效率，从而增加火焰筒的寿命，并且加工简单高效。

为了达到上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：

一种采用间隙旋流冷却的火焰筒，所述火焰筒的主体为杯状或圆柱状；包括：

多个螺旋片体，各所述螺旋片体的头部均固定在同一圆环上，尾部均固定在另一个圆环上，用于形成所述火焰筒的主体；

多组肋片，各所述肋片均连续分布在所述螺旋片体的外边上，用于加强所述螺旋片体与冷却气之间的换热效率；

多组斜片体，各所述斜片体均连续分布在所述螺旋片体的内边上，用于在所述火焰筒的内壁形成冷却气膜；

其中，各所述螺旋片体之间设置有安装间隙。

进一步的，所述螺旋片体的旋转角为所述螺旋片体的数量为45～50。

进一步的，所述安装间隙为0.6～1.2mm。

进一步的，所述肋片与所述螺旋片体的夹角为长度为所述螺旋片体宽度的0.3～0.7倍。

进一步的，所述斜片体包括固定连接的导流片和气膜形成片，所述导流片用于在所述火焰筒的轴向上将冷气导流至气膜形成片；所述气膜形成片用于在所述火焰筒内壁形成冷却气膜。

进一步的，所述导流片所述螺旋片体的夹角为所述气膜形成片平行于所述螺旋片体，与所述螺旋片体的距离为所述肋片的上端部与所述螺旋片体之间最短距离的一半。

进一步的，所述斜片体还包括过渡片，所述过渡片设置在所述导流片与所述气膜形成片之间，形成所述导流片与所述气膜形成片之间的倒角。

进一步的，所述气膜形成片的宽度为所述螺旋体宽度的1/6～1/5。

采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：

本发明采用多个主体为螺旋片体的火焰筒，每个螺旋片体之间设置间隙，每个螺旋片体外侧还设置有可以加强散热和导流的肋片，内侧设置有用于导流形成冷却气模的斜片体，能够在具体工作时达到以下有益效果：

1)本发明中火焰筒外侧的肋片能加强火焰筒壁面和冷却通道冷气的换热，内侧的斜片结构能产生更为均匀有一定旋向的冷却气膜，在极大的提高冷却效率的同时可以促进燃烧室壁面附近温度场的均匀性，有效避免局部高温区的产生，从而增加火焰筒的寿命。

2)分体式螺旋片组装的火焰筒能够对燃烧室的异常振动提供缓冲和削减作用。

3)相比于传统的燃烧室火焰筒，本发明中火焰筒只需单独加工好片体进行组装，可极大的提高生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明火焰筒外环与轴向垂直的截面示意图；

图2为组成火焰筒的单元体的横截面示意图；

图3为本发明实例的安装结构剖视图。

1-螺旋片体；2-肋片；3-斜片体；4-前端环形安装座；5-后端环形安装座；6-扩压器；7-旋流器；8-机匣。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本发明实施例提供一种采用间隙旋流冷却的火焰筒，所述火焰筒的主体为杯状或圆柱状；如图3所示，包括：

多个螺旋片体1，各所述螺旋片体1的头部均固定在同一圆环上，尾部均固定在另一个圆环上，用于形成所述火焰筒的主体；

多组肋片2，各所述肋片2均连续分布在所述螺旋片体1的外边上，用于加强所述螺旋片体1与冷却气之间的换热效率；

多组斜片体3，各所述斜片体3均连续分布在所述螺旋片体1的内边上，用于在所述火焰筒的内壁形成冷却气膜；

其中，各所述螺旋片体1之间设置有安装间隙。

在本实施例中，每个螺旋片体1上均设置有肋片2和斜片体3，肋片2和斜片体3延伸设置在斜片体3的两各边上，肋片2和斜片体3均为螺旋片结构，延伸设置在螺旋片体1上，为了方便加工三者为一体结构，肋片2在冷气一侧，斜片体3设置在火焰筒内壁。

在本实施例中，如图3所示，每个螺旋片体1的头部设置在前端环形安装座4内，尾部设置在后端环形安装座5内，安装完成后，如图1所示，各螺旋片体1的头部组成圆环状，尾部也组成圆环状；同时，前端环形安装座4设置在机匣8的前端，上游为旋流器7，旋流器7上的扩压器6的出口设置在火焰筒内；后端环形安装座5设置在机匣8的后端。

在一个实施例中，所述螺旋片体1的旋转角为所述螺旋片体1的数量为45～50。

在一个实施例中，所述安装间隙为0.6～1.2mm。

在一个实施例中，如图2所示，所述肋片2与所述螺旋片体1的夹角为长度为所述螺旋片体1宽度的0.3～0.7倍。

在一个实施例中，如图2所示，所述斜片体3包括固定连接的导流片和气膜形成片，所述导流片用于在所述火焰筒的轴向上将冷气导流至气膜形成片；所述气膜形成片用于在所述火焰筒内壁形成冷却气膜。

在一个实施例中，如图2所示，所述导流片所述螺旋片体1的夹角为所述气膜形成片平行于所述螺旋片体1，与所述螺旋片体1的距离为所述肋片2的上端部与所述螺旋片体1之间最短距离的一半。

在一个实施例中，如图2所示，所述斜片体3还包括过渡片，所述过渡片设置在所述导流片与所述气膜形成片之间，形成所述导流片与所述气膜形成片之间的倒角。

在一个实施例中，如图2所示，所述气膜形成片的宽度为所述螺旋体宽度的1/6～1/5。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

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