[发明专利]排气弯管和回流燃烧室

说明书

本公开提供一种排气弯管，包括：弯管外壁和弯管内壁，弯管外壁开设有多个冲击孔；弯管外壁与弯管内壁之间形成壁腔，弯管内壁包括间隔排布的多个凸台，相邻的凸台之间形成凹腔，每个凸台包括顶面及相对的第一侧面和第二侧面，且每个凸台的所述第二侧面相对于第一侧面更靠近气体出口，第二侧面设有多个冷却孔；其中，弯管外壁的一侧通过冷气流，弯管内壁的一侧通过热气流，冷气流通过弯管外壁的多个冲击孔进入所述壁腔，并经多个冷却孔与热气流接触。本公开的排气弯管应用于回流燃烧室时具有良好的高温燃气冷却效果，可有效改善壁温分布周向不均匀的问题，提高排气弯管的寿命，具有良好的应用前景。

技术领域

本公开涉及航空发动机领域，具体涉及一种排气弯管及应用该排气弯管的回流燃烧室。

背景技术

当前的小型燃气轮机主要采用回流燃烧室，回流燃烧室的显著特点就是气流经两个180°转弯从燃烧室流入涡轮。因此，排气弯管是回流燃烧室火焰筒所特有的结构。

图1为现有某小型燃气轮机的回流燃烧室的结构示意图，由火焰筒筒体B和排气弯管A组成。由于排气弯管正对着高温燃气，为减少高温燃气热辐射和对流冲刷的影响，在排气弯管上加工了大量的冲击或发散冷却孔，以减低排气弯管的壁面温度。图2为某小型燃气轮机的排气弯管示意图。该排气弯管由弯管内壁3和弯管外壁4组成，其中在弯管内壁3上加工了大量的发散冷却孔301。图3为该型排气弯管的改进型，为进一步提高排气弯管的冷却效果，在排气弯管外壁4上增加了冲击冷却小孔401。冷却气体经冷却孔301流入到排气弯管内，会在弯管内壁的内表面形成一层气膜，气膜主要有两个作用：一是避免高温燃气与弯管壁面直接接触；二是与壁面进行对流换热，降低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排气弯管具有足够的使用寿命。

然而，现有的这种冷却结构一方面会导致壁温周向分布不均匀，容易形成“高温带”，会造成弯管壁温梯度较大，影响弯管使用寿命；另一方面，由于高温燃气与冷却气流换热面积较小，对进一步提升冷却效率有较大困难。

因此，需要设计一种新的回流燃烧室排气弯管复合冷却结构，以解决现有技术出现的上述种种问题。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种排气弯管及应用该排气弯管的回流燃烧室，以解决现有回流燃烧室的排气弯管冷却结构寿命短、冷却效率低等问题。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开提供一种排气弯管，包括：弯管外壁和弯管内壁，弯管外壁开设有多个冲击孔；弯管外壁与弯管内壁之间形成壁腔，弯管内壁包括间隔排布的多个凸台，相邻的凸台之间形成凹腔，每个凸台包括顶面及相对的第一侧面和第二侧面，且每个凸台的第二侧面相对于第一侧面更靠近气体出口，第二侧面设有多个冷却孔；其中，弯管外壁的一侧通过冷气流，弯管内壁的一侧通过热气流，冷气流通过弯管外壁的多个冲击孔进入壁腔，并经多个冷却孔与热气流接触。

根据本公开的一个实施方式，凹腔的个数为5～20个。

根据本公开的一个实施方式，凹腔的深度为0.5mm～2mm，凸台的高度为0.5mm～2mm。

根据本公开的一个实施方式，相邻的凹腔之间的间距为2mm～10mm。

根据本公开的一个实施方式，凸台的顶面分别与两个侧面通过圆弧面过渡连接，圆弧面的半径为0.5mm～2mm。

根据本公开的一个实施方式，凹腔和与其相邻的凸台为垂直连接或圆弧连接。

根据本公开的一个实施方式，冷却孔的孔径为0.4mm～1mm。