[发明专利]回流燃烧室内弯管结构及回流燃烧室、燃气涡轮发动机

说明书

本发明公开了一种回流燃烧室内弯管结构及回流燃烧室、燃气涡轮发动机，该回流燃烧室内弯管结构，采用分体式结构，包括用于与火焰筒内环固接的第一连接件及用于与内机匣固接的第二连接件，第一连接件与第二连接件搭接配合，从而形成两端固定约束的内弯管结构。本发明采用分体式结构设计，且形成两端固定约束的内弯管结构，增强了内弯管抗疲劳强度，有效避免了一体成型的小弯管因疲劳强度不够而出现裂纹、掉块的故障，且振动应力水平低，可靠性高。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机领域，特别地，涉及一种回流燃烧室内弯管结构。此外，本发明还涉及一种包括上述内弯管结构的回流燃烧室及燃气涡轮发动机。

背景技术

中小型燃气涡轮发动机转速非常高，为了避免转子动力学问题，要求压气机和涡轮必须紧凑布置以缩短轴距，为了在有限的空间内组织高效的燃烧，环形回流燃烧室在中小型燃气涡轮发动机中被广泛采用。

相对于直流燃烧室，回流燃烧室火焰筒出口多出了排气弯管，构成排气弯管的内、外型面分别是小弯管(内弯管)和大弯管(外弯管)，因此，可以说小弯管是回流燃烧室上的特有结构。高温高压燃气从火焰筒出口流入该气流通道，受到通道型面的影响，燃气流动方向调转180°，而后进入高压涡轮膨胀做功。

除了形成排气弯管内流道型面之外，小弯管另外一个重要作用就是连接火焰筒内环与燃烧室内机匣，使火焰筒内环、小弯管、内机匣三者之间形成合理的进气腔(内二股通道)，小弯管在燃烧室上的位置如下图1所示。参照图1，回流燃烧室包括小弯管1、大弯管2、外机匣3、火焰筒外环4、燃油喷嘴5、火焰筒内环6、燃烧室内机匣7、内二股通道8、高压涡轮9，冷气11经进气道10进入二股通道，然后进入火焰筒内部随燃油一起加热、燃烧后变为高温燃气12，经火焰筒出口、排气弯管后进入高压涡轮膨胀做功。

现有的国内外中小型燃气涡轮发动机结构中，针对小弯管，人们关注的是如何更好的形成排气弯管内流道型面，以此保证流道型面的连贯性，所以现有的小弯管基本采用整体构造方式，即小弯管在结构上为一个整体件，不可进一步拆分。同时，由于回流燃烧室火焰筒和内机匣相对位置及装配关系的限制，一般小弯管一端固定，另一端采用搭接配合的方式实现连接。按搭接部位的不同又分为以下两种情况：一种小弯管一端固定在内机匣尾部，与内机匣形成一个整体，另一端搭接在火焰筒内环出口的安装槽(或气膜槽)内；另一种小弯管则是由火焰筒内环向内机匣方向延伸，与火焰筒内环形成一体，小弯管尾端整体悬空或搭接在内机匣上，同时内二股通道中可能辅以其他支撑或连接结构。针对前一种情形，由于冷却需要采用双层壁结构，内外壁焊接部位刚好处于小弯管与火焰筒内环搭接配合部位，焊缝势必影响配合部位的强度，且焊接后的配合面尺寸不易保证，容易出现局部碰磨。另外，小弯管外壁仅在配合部位焊接约束，另一端自由搭靠在内壁上，可认为是悬臂结构，且悬臂较长，外壁整体刚性和强度不易保证，如内外壁之间的冷却气流速度较大，则可能造成局部裂纹等强度问题。针对后一种情形，小弯管一端焊接固定在火焰筒内环上，另一端完全悬空，呈典型的长悬臂结构，悬臂结构的突出问题就是悬臂端的刚性和强度很难保证，且小弯管所处部位温度很高，也会对强度产生不利影响。除此之外，该小弯管中后段没有形成有效冷却，分析认为该小弯管中后段的热疲劳强度问题可能较为突出，且端部没有局部加强结构，容易出现疲劳裂纹问题。