[发明专利]回流燃烧室与涡轮导向器的连接结构及燃气涡轮发动机

说明书

本发明提供一种回流燃烧室与涡轮导向器的连接结构及燃气涡轮发动机，包括衔接火焰筒内壁的弧形件，以及连接弧形件和燃烧室内机匣的连接件。所述弧形件和连接件相对于燃烧室和涡轮导向器分离构造。弧形件在上侧具有局部圆柱面，用于和燃烧室火焰筒内壁配合搭接。连接件后端固定在燃烧室内机匣上，所述连接件下侧与涡轮导向器通过密封圈密封连接。连接件下侧具有局部弧形结构，与弧形件前侧、涡轮导向器共同配合，构成弯管内壁流道型面A。这种连接结构具有合理的流道型面和冷却结构，其固定结构在保证强度的基础上具有足够的轴向和径向自由度，同时与弯管内壁分离构造，易于维护更换。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机领域，特别地，涉及回流燃烧室与涡轮导向器的连接结构。

背景技术

环形回流燃烧室由于其轴向长度短，与离心式压气机配合良好，广泛应用于航空涡轴、涡桨发动机和辅助动力装置中。

目前，典型的环形回流燃烧室构造参照图1，来自离心式压气机的压缩空气通过扩压段1进入燃烧室，然后通过燃烧室外机匣3和火焰筒外壁2构成的通道进入火焰筒头部4，并与燃油喷嘴5喷出的燃油混合燃烧，形成高温燃气。高温燃气经由内壁7和外壁8构成的排气弯管和涡轮导向器9进入涡轮膨胀做功。此外，为了协助燃烧组织、冷却火焰筒壁面、优化出口温度分布，火焰筒上还分布着大小不一的主燃孔、掺混孔和冷却孔。

相较于轴流式燃烧室，回流燃烧室的一个显著特点是拥有排气弯管，用于将高温燃气回转180度后排入涡轮。在结构上，排气弯管连接了火焰筒和涡轮导向器，其中连接结构11最为复杂，排气弯管内壁7连接了火焰筒内壁6和涡轮导向器9，并通过燃烧室内机匣10进行固定。连接结构11的设计需要考虑以下几方面的因素：

1、为了防止气流分离，降低弯管处的总压损失，需要保证连接处和弯管内壁具有合理的流道型面。

2、弯管内壁要考虑如何可靠固定。结合流道型面要求，目前的弯管内壁7一般设计为与火焰筒内壁6或燃烧室内机匣10整体构造焊接连接的形式，采用薄壁件加工，另一端采用搭接的方式实现连接配合，这种结构可以有效保证流道型面连贯，加工简单，但也存在相应的问题，弯管内壁7相对于焊点来说为悬臂结构，结构强度不易保证；弯管内壁7的曲率大，且在内外温差高的环境中工作，其身为薄壁件易产生热疲劳问题；整体构造使得弯管内壁7产生局部裂纹等问题时，无法单独更换修理，必须整体拆装。

3、由于弯管内壁7周边温度环境一般较为恶劣，需设置冷却结构。目前常用的冷却结构为壁面小孔结构和气膜缝槽结构，壁面小孔结构即在弯管内壁7上打出几排小孔，空气通过小孔流出实现冷却，常用于双层薄板结构的内壁组件。这种冷却方式结构简单，但会导致燃烧室出口温度分布在周向出现不均匀。气膜缝槽结构将弯管内壁分为几段，通过薄壁件的弯折结合形成窄缝，替代小孔。这种结构冷却空气均匀，冷却效率高，但结构复杂。

4、由于燃烧室内温度高，各组件在受热时均会产生不同程度的尺寸变化，这种尺寸变化在设计时需予以充分的考虑，给予组件结合点足够的自由度，避免出现挤压应力，影响连接结构11的整体结构强度。目前常见的弯管内壁7一端焊接一端搭接的方式可以给予一定的轴向自由度，但径向自由度无法保证。

5、考虑到受热导致的尺寸变化，连接结构11组件的各连接处常采用间隙配合，这也导致了发动机正常工作时连接处易出现挤压碰磨，这种磨损会降低连接的可靠性，需要视情况更换磨损组件，这也对连接结构11可维护性提出了的需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种回流燃烧室与涡轮导向器的连接结构及燃气涡轮发动机，这种新设计的连接结构具有合理的流道型面和冷却结构，其固定结构在保证强度的基础上具有足够的轴向和径向自由度，同时与弯管内壁分离构造，易于维护更换。