CN202792104U - 火焰筒壁板、火焰筒以及燃气轮机燃烧室 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种火焰筒壁板、火焰筒以及燃气轮机燃烧室，涉及航空发动机技术领域。解决了现有技术存在冷却气体的利用效率比较低的技术问题。该火焰筒壁板包括壁板本体，壁板本体包括前端以及后端，壁板本体上设置有两个以上个通孔，且壁板本体上接近前端的区域上的通孔的内径尺寸大于接近后端的区域上的通孔的内径尺寸。该火焰筒包括本实用新型提供的火焰筒壁板，壁板本体的前端为火焰筒的高温燃气入口端，壁板本体的后端为火焰筒的高温燃气出口端。该燃气轮机燃烧室包括本实用新型提供的火焰筒。本实用新型提高了火焰筒壁板对冷却气体的利用效率，延长了火焰筒的使用寿命。

Description

火焰筒壁板、火焰筒以及燃气轮机燃烧室

技术领域

本实用新型涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种火焰筒壁板、一种设置该火焰筒壁板的火焰筒以及一种设置该火焰筒的燃气轮机燃烧室。

背景技术

在航空燃气涡轮发动机的发展过程中，为提高发动机的热效率和推重比或功重比，压气机的增压比和涡轮进口温度不断被提高。

随着推重比为10的航空燃气涡轮发动机的出现，压气机增压比已达到了30以上，燃烧室进口温度达到了800K以上，涡轮进口温度接近了2000K，航空燃气涡轮发动机之所以能在这样严酷的环境下安全、稳定地工作，一方面是由于它的热端部件采用了新型的耐高温材料和防热涂层；另一方面则得益于高效强化冷却技术的应用。

多斜孔气膜冷却技术在现代航空涡轮发动机热端部件的冷却结构中具有十分重要的作用。直到今天，进一步提高多斜孔气膜冷却的性能仍然是一个富于挑战和创新的研究课题，燃烧室壁面冷却技术的核心问题在于如何利用较少的冷却气体保证燃烧室壁面温度不超过材料的长期许用要求。

现有的多斜孔气膜冷却结构，其冷却方式是在如图1所示火焰筒4的壁面上加工出大量的与壁面有一夹角的如图2和图3所示的多斜孔40，这样，在火焰筒4热侧壁面形成一层保护性气膜，从而对火焰筒4的壁面起到冷却作用。图2中B方向表示火焰筒的轴向方向。现有的火焰筒4上多斜孔40的孔径和孔间距保持不变。现有技术至少存在以下技术问题：

1．现有的如图2和图3所示的多斜孔气膜冷却结构工作过程中会使如图1所示的火焰筒4在高温燃气3温度较高的地方的壁温很高，而在高温燃气3温度较低的下游壁温很低，造成冷却气体2浪费严重，导致冷却气体2的利用效率较低。

2．现有的如图2和图3所示的多斜孔气膜冷却结构导致如图1所示的火焰筒4轴向温度梯度大，从而会产生较高的热应力，过大的热应力会引起壁面的褶皱和变形，从而会影响火焰筒4的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种火焰筒壁板、一种设置该火焰筒壁板的火焰筒以及一种设置该火焰筒的燃气轮机燃烧室，解决了现有技术存在冷却气体的利用效率比较低的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型实施例提供的火焰筒壁板，包括壁板本体，所述壁板本体包括前端以及后端，其中：

所述壁板本体上设置有两个以上个通孔，且所述壁板本体上接近所述前端的区域上的通孔的内径尺寸大于接近所述后端的区域上的通孔的内径尺寸。

在一个实施例中，所述壁板本体为筒状，所述前端以及所述后端分别为所述壁板本体轴向方向上的两端。

在一个实施例中，沿所述壁板本体轴向方向上至少分布有三排所述通孔，其中：

三排所述通孔包括位置接近所述前端的前排孔、位置接近所述后端的后排孔以及位置介于所述前排孔与所述后排孔之间的位于中间排的中排孔；

所述前排孔的内径尺寸大于所述中排孔的内径尺寸；

所述中排孔的内径尺寸大于所述后排孔的内径尺寸。

在一个实施例中，所述前排孔与所述中排孔之间的间距不大于所述中排孔与所述后排孔之间的间距。

在一个实施例中，所述前排孔的数目与所述后排孔的数目相同。

在一个实施例中，所述前排孔的数目与所述后排孔的数目至少其中之一大于或小于所述中排孔的数目。

在一个实施例中，位于同一排的所述通孔在所述壁板本体的周向方向上均匀排列。

在一个实施例中，所述通孔为斜孔，且所述通孔的端口为椭圆形。

在一个实施例中，所述通孔为切削加工而成。

本实用新型实施例提供的火焰筒，包括本实用新型任一技术方案提供的火焰筒壁板，所述壁板本体的前端为所述火焰筒的高温燃气入口端，所述壁板本体的后端为所述火焰筒的高温燃气出口端。

本实用新型实施例提供的燃气轮机燃烧室，包括本实用新型任一技术方案提供的火焰筒。

基于上述技术方案，本实用新型实施例至少可以产生如下技术效果：

由于本实用新型提供的火焰筒壁板中，壁板本体上接近前端的区域上的通孔的内径尺寸大于壁板本体上接近后端的区域上的通孔的内径尺寸，而火焰筒的高温燃气入口端的温度高于火焰筒的高温燃气出口端的温度，所以将壁板本体的前端作为火焰筒的高温燃气入口端，壁板本体的后端作为火焰筒的高温燃气出口端时，从壁板本体上接近前端的区域上的通孔进入的冷却气体的流量会大于从壁板本体上接近后端的区域上的通孔进入的冷却气体的流量，进而会使与火焰筒温度较高的区域进行热交换的冷却气体的量大于与火焰筒温度较低的区域进行热交换的冷却气体的量，由此可以使冷却气体更充分吸收火焰筒上的热量，避免了冷却气体的浪费，所以解决了现有技术存在冷却气体的利用效率比较低的技术问题。

同时，由于火焰筒壁板本体上的通孔进入火焰筒内对火焰筒壁板本体进行冷却的冷却气体的量的大小与火焰筒轴向方向上各区域的温度高低是成正比的，所以可以有效的减小火焰筒上的轴向温度梯度，避免了火焰筒上的轴向温度梯度较大导致火焰筒的壁板本体产生较高的热应力而引起壁面的褶皱和变形的现象发生，进而也提高了火焰筒的使用寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为现有技术提供的燃气轮机燃烧室的结构的示意图；

图2为现有技术提供的火焰筒壁板的结构的示意图；

图3为图2沿A－A线的剖视示意图；

图4为本实用新型实施例提供的火焰筒壁板的结构的示意图；

图5为图4沿C－C线的剖视示意图；

图中标记：1、壁板本体；11、壁板本体的前端；12、壁板本体的后端；13、通孔；2、冷却气体；3、高温燃气；4、火焰筒；40、多斜孔。

具体实施方式

下面通过附图图4～图5以及列举本实用新型的一些可选实施例的方式，对本实用新型的技术方案（包括优选技术方案）做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本实用新型的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案。

本实用新型实施例提供了一种冷却气体的利用率比较高且使用寿命比较长的火焰筒壁板、一种设置该火焰筒壁板的火焰筒以及一种设置该火焰筒的燃气轮机燃烧室。

下面结合图4～图5对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述，将本实用新型提供的任一技术手段进行替换或将本实用新型提供的两个或更多个技术手段互相进行组合而得到的技术方案均应该在本实用新型的保护范围之内。

如图4～图5所示，本实用新型实施例所提供的火焰筒壁板，包括壁板本体1，壁板本体1包括前端11以及后端12，其中：

壁板本体1上设置有两个以上个通孔13，且壁板本体1上接近前端11的区域上的通孔13的内径尺寸大于接近后端12的区域上的通孔13的内径尺寸。

从不同内径尺寸的通孔13流动经过的冷却气体2的流量存在区别，由此可以根据需要的冷却气体2的量来设计通孔13的内径尺寸。

本实施例中壁板本体1为筒状，图4所示的D方向为筒状壁板本体1的轴向方向。壁板本体1的前端11以及后端12分别为壁板本体1轴向方向上的两端。筒状结构的壁板本体1不仅便于制造而且便于燃气的进入与排出。

当然，将壁板本体1制造为其他形状（例如制造为板件，然后拼接为筒状）的技术方案也在本实用新型的保护范围之内。

本实施例中沿壁板本体1轴向方向上至少分布有三排通孔13，其中：三排通孔13包括位置接近前端11的前排孔、位置接近后端12的后排孔以及位置介于前排孔与后排孔之间的位于中间排的中排孔。

前排孔的内径尺寸Φm大于中排孔的内径尺寸Φn。

中排孔的内径尺寸Φn大于后排孔的内径尺寸Φx。

由于火焰筒壁板上的温度是呈一定梯度分布的，所以上述结构的壁板本体1有助于由通孔13进入的冷却气流也呈梯度分布，由此不仅可以充分利用冷却气体2，而且可以减少火焰筒壁板的温度梯度。

本实施例中，前排孔与中排孔之间的间距不大于中排孔与后排孔之间的间距。这种结构可以保证壁板本体1轴向方向上位置接近前端11的区域的通孔13的总面积较大，由此更为有效的保证由通孔13进入的冷却气流也呈梯度分布。

本实施例中，前排孔的数目与后排孔的数目相同。这种结构更便于制造。

本实施例中，前排孔的数目与后排孔的数目至少其中之一大于或小于中排孔的数目。具体可以根据火焰筒壁板需要的冷却气体2的量的多少来决定前排孔的数目与后排孔的数目。

本实施例中位于同一排的通孔13在壁板本体1的周向方向上均匀排列。这种设计可以保证壁板本体1周向方向上各处的降温效果的均一性，避免壁板本体1周向方向上产生较高的热应力。

本实施例中通孔13为斜孔，且通孔13的端口为椭圆形。

斜孔流出的冷却气体2在壁板本体1的表面更容易形成气膜，有利于提高壁板本体1的冷却效果。当通孔13为圆孔时，由于其为斜孔所以通孔13的端口会显示出椭圆形。

当然，通孔13为直孔的技术方案以及通孔13的端口为其他形状的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。

本实施例中通孔13为切削加工而成，优选为采用钻孔的方式制成。切削加工精确度较高。

当然，通孔13采用其他方法（例如冲压工艺）形成或制造的技术方案也在本实用新型的保护范围之内。

如图4～图5所示，图5中：箭头3示意出了高温燃气的前进方向，箭头2示意出了冷却气体的前进方向。

本实用新型实施例提供的火焰筒包括本实用新型任一技术方案提供的火焰筒壁板，壁板本体1的前端11为火焰筒的高温燃气入口端，壁板本体1的后端12为火焰筒的高温燃气出口端。

火焰筒的高温燃气入口端温度高于火焰筒的高温燃气出口端，所以将壁板本体1的前端11作为火焰筒的高温燃气入口端，壁板本体1的后端12作为火焰筒的高温燃气出口端时，从壁板本体1上接近前端11的区域上的通孔13进入的冷却气体2的流量会大于从壁板本体1上接近后端12的区域上的通孔13进入的冷却气体2的流量，进而使与火焰筒温度较高的区域进行热交换的冷却气体2的量大于与火焰筒温度较低的区域进行热交换的冷却气体2的量，由此可以使冷却气体2更充分吸收火焰筒上的热量，避免了冷却气体2的浪费。

同时，由于火焰筒壁板本体1上的通孔13进入火焰筒内对火焰筒壁板本体1进行冷却的冷却气体2的量的大小与火焰筒轴向方向上各区域的温度高低是成正比的，所以可以有效的减小火焰筒轴向温度梯度，避免了火焰筒轴向温度梯度较大导致火焰筒的壁板本体1产生较高的热应力而引起壁面的褶皱和变形的现象发生，进而也提高了火焰筒的使用寿命。

本实用新型实施例提供的燃气轮机燃烧室包括本实用新型任一技术方案提供的火焰筒。

由于本实用新型提供的火焰筒可以产生上述诸多技术效果，所以适宜应用于燃气轮机燃烧室内以提高燃气轮机燃烧室的使用寿命以及可靠性。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值或数值范围，那么公开的数值或数值范围均为优选的的数值数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值或优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种火焰筒壁板，其特征在于，包括壁板本体，所述壁板本体包括前端以及后端，其中：

所述壁板本体上设置有两个以上个通孔，且所述壁板本体上接近所述前端的区域上的通孔的内径尺寸大于接近所述后端的区域上的通孔的内径尺寸。

2.根据权利要求1所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述壁板本体为筒状，所述前端以及所述后端分别为所述壁板本体轴向方向上的两端。

3.根据权利要求2所述的火焰筒壁板，其特征在于，沿所述壁板本体轴向方向上至少分布有三排所述通孔，其中：

三排所述通孔包括位置接近所述前端的前排孔、位置接近所述后端的后排孔以及位置介于所述前排孔与所述后排孔之间的位于中间排的中排孔；

所述前排孔的内径尺寸大于所述中排孔的内径尺寸；

所述中排孔的内径尺寸大于所述后排孔的内径尺寸；

所述前排孔与所述中排孔之间的间距不大于所述中排孔与所述后排孔之间的间距。

4.根据权利要求3所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述前排孔的数目与所述后排孔的数目相同。

5.根据权利要求3所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述前排孔的数目与所述后排孔的数目至少其中之一大于或小于所述中排孔的数目。

6.根据权利要求3所述的火焰筒壁板，其特征在于，位于同一排的所述通孔在所述壁板本体的周向方向上均匀排列。

7.根据权利要求1所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述通孔为斜孔，且所述通孔的端口为椭圆形。

8.根据权利要求1所述的火焰筒壁板，其特征在于，所述通孔为切削加工而成。

9.一种火焰筒，其特征在于，包括权利要求1－8任一所述的火焰筒壁板，所述壁板本体的前端为所述火焰筒的高温燃气入口端，所述壁板本体的后端为所述火焰筒的高温燃气出口端。

10.一种燃气轮机燃烧室，其特征在于，包括权利要求9所述的火焰筒。

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