[发明专利]回流燃烧室及其双层壁弯管结构

说明书

本发明公开一种回流燃烧室及其双层壁弯管结构，涉及航空发动机领域。双层壁弯管结构包括弯管内壁和弯管外壁；沿燃气流动方向，弯管内壁分为弯管内壁上段和弯管内壁下段，两段区域的冷却结构不同，弯管内壁上段布置多排发散孔，发散孔除与弯管内壁上段的壁面呈一定的夹角外，与燃气流动方向呈一定的偏转夹角，形成复合角；弯管内壁下段布置多排发散孔，发散孔与弯管内壁下段的壁面呈一定的夹角，不带偏转夹角；弯管外壁套设于弯管内壁的外侧，弯管内壁和弯管外壁之间设置有中间空腔，弯管外壁的壳体上设置有冲击孔。本发明的弯管结构可以有效降低弯管内壁起始段的峰值壁温、降低弯管的壁温梯度，从而提高弯管的强度和使用寿命。

技术领域

本发明涉及回流燃烧室技术领域，具体而言，涉及一种弯管结构，尤其涉及一种适用于回流燃烧室的双层壁弯管结构。

背景技术

大弯管是回流燃烧室特有的结构，其功能是将火焰筒内的高温燃气折转180°，而后进入涡轮膨胀做功。由于大弯管需承受高温燃气的直接冲击，加上流动特性的差异，该部件的冷却有别于火焰筒外环和内环的冷却，在大弯管的基本型面确定后，合理的冷却设计非常重要。特别是针对高温升燃烧室，先进的冷却设计可以高效地利用有限的冷却空气来降低壁温。高温升回流燃烧室的大弯管普遍采用双层壁结构，双层壁结构在提高大弯管强度和刚度的同时，可以采用复合冷却有效降低大弯管的壁温。冲击发散冷却是一种先进的复合冷却方式，具有冷却效率高、压力损失小的优点，在高温升回流燃烧室大弯管冷却设计中获得了广泛应用。

现有实现方案的双层壁大弯管冲击发散冷却结构，主要由发散孔壁和冲击孔壁组成，其中在发散孔壁上布置了大量的发散冷却孔，在冲击孔壁上布置了大量的冲击冷却孔。现有方案的冲击孔通常为垂直壁面的孔，发散孔与壁面呈一定的夹角。冷却气体经冷却孔进入大弯管内部，在发散孔壁的燃气侧表面形成一层气膜，气膜主要有两个作用：一是避免高温燃气与发散孔壁直接接触；二是与壁面进行对流换热，降低大弯管壁面附近燃气温度，减少高温燃气的热辐射。气膜的这两个作用可以保证大弯管具有足够的使用寿命。

由于双层壁大弯管发散孔壁起始段的冷却效果相对较差，而下半段由于冷却气膜的叠加效应冷却效果逐渐增强，壁温分布呈现“前热后冷”的分布趋势，在起始段容易出现局部高温热斑、峰值壁温高的问题，进而使整个大弯管的壁温梯度大，影响大弯管的使用寿命。随着燃烧室温升的日益提高，该问题日趋严重。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种双层壁弯管结构，以降低弯管内壁的壁温梯度，从而提高双层壁弯管结构的使用寿命。

本发明的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种回流燃烧室，以提高使用寿命。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种双层壁弯管结构，包括弯管内壁和弯管外壁；沿燃气流动方向该弯管内壁的壳体分为弯管内壁上段和弯管内壁下段，两个区域采用不同的冷却开孔方式：弯管内壁上段布置多排第一发散孔，第一发散孔的中心轴线与弯管内壁上段的壁面之间具有第一夹角，第一发散孔的中心轴线与燃气流动方向具有第二夹角。弯管内壁下段布置多排第二发散孔，第二发散孔的中心轴线与弯管内壁下段的壁面之间具有第三夹角；弯管外壁套设于所述弯管内壁的外侧，所述弯管外壁和所述弯管内壁间隔设置，以在所述弯管内壁和所述弯管外壁之间设置有中间空腔，所述弯管外壁的壳体上设置有冲击孔；所述中间空腔通过第一发散孔和第二发散孔连通所述弯管内壁的内侧空间；所述中间空腔通过所述冲击孔连通所述弯管外壁外侧空间。

根据本发明的一实施方式，其中沿燃气流动方向所述第一发散孔呈多行设置，相邻行之间的所述第一发散孔错位设置。

根据本发明的一实施方式，其中每一行中的所述第一发散孔等间距设置。