[发明专利]一种火焰筒头部的高效冷却结构

说明书

本发明涉及一种火焰筒头部的高效冷却结构。该结构能够应用于燃气轮机和航空发动机燃烧室的头部冷却，其中的导流板是一体化结构，包括导流板基板、柱状凸起、冷却气流孔、左右两侧直肋、中心圆形肋和连接件等组成；导流板通过连接件安装在火焰筒头部端板上，从火焰筒进来的冷气体流过柱状凸起之间的间隙、柱状凸起与肋之间的间隙以及柱状凸起与连接件之间的间隙，气流绕过众多柱状凸起并通过这些间隙对导流板和火焰筒头部进行高效冷却，降低其壁面温度；本发明中的导流板结构简单，可采用铸造或者增材制造打印成型，相比于传统火焰筒头部导流板结构，换热面积显著增加，可明显提高火焰筒头部和导流板寿命。

技术领域

本发明属于航空发动机和燃气轮机燃烧室技术领域，特别涉及一种火焰筒头部的高效冷却结构。

背景技术

随着环保条例的愈发严格，民用航空发动机和地面燃气轮机为了实现低排放目标，燃烧室大都采用贫燃模式，也即从火焰筒头部进入燃烧室的进气量显著增加，头部进气量占到燃烧室总气量的40％～60％，相比于传统燃烧室有显著提高；而对于高推重比军用发动机而言，随着油气比的提升，燃烧室头部进气量甚至会达到70～75％。这就意味着用于燃烧室火焰筒冷却的气量将会显著降低。

对于顺流燃烧室而言，火焰筒的冷却包括火焰筒外环、火焰筒内环和火焰筒头部的冷却，对于回流燃烧室而言，火焰筒的冷却还包括排气弯管的冷却，因此用于火焰筒头部冷却的空气量占比很小。另一方面针对火焰筒内环和外环的冷却有多种高效冷却方式，比如气膜冷却、发汗冷却和冲击冷却等。

对于高温升和低排放燃烧室而言，头部一般采用复杂且尺寸较大的分级燃烧方案，给火焰筒头部冷却带来了较大困难。为了提高火焰筒的使用寿命，传统燃烧室火焰筒头部安装导流板，用于燃烧室头部的热防护，导流板如果得不到有效冷却，易被燃烧室内高温气体烧坏烧蚀，进而影响火焰筒头部的冷却，降低火焰筒的使用寿命。

发明内容

本发明解决的技术问题：为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种火焰筒头部的高效冷却结构，这种结构通过设置导流板并利用导流板上数量较多的柱状凸起形成间隙构成冷却通道，显著提高火焰筒头部局部换热面积，从燃烧室头部进来的少量气体，也能改善导流板和火焰筒头部的冷却效果，提高火焰筒头部使用寿命。

本发明为解决其技术问题所采用的解决技术方案为：

一种火焰筒头部的高效冷却结构，包括整体呈环形的火焰筒头部端板，所述火焰筒头部端板沿周向均布有多个安装孔，每一所述安装孔中均设置一浮动环和一导流板，每一所述浮动环至少包括一筒状部件以及设置在所述筒状部件底部的环形法兰安装边，所述筒状部件内设有一燃油雾化喷射装置，其特征在于，

每一所述导流板均包括一整体呈扇形环状的基板以及一设置在所述基板轴向内侧的环形挡板，所述基板的中心处设有一与所述安装孔同轴布置的中心孔，且在所述基板的外侧壁上设有一临近所述中心孔布置的圆形凸起、一与所述中心孔同心布置并与所述圆形凸起具有一定径向间隔的圆形肋，所述基板的外侧壁上还设有位于其周向两侧边并延径向延伸的左右两侧直肋，所述左右两侧直肋与圆形肋之间的所述基板的外侧壁上阵列密布有多个柱状凸起，并且其中，各所述柱状凸起的高度不大于所述圆形肋的高度，所述圆形凸起的高度低于所述圆形肋的高度，且所述圆形肋与圆形凸起之间的高度差不小于所述浮动环的法兰安装边的厚度；所述环形挡板固定设置在所述基板的内侧壁上且二者之间具有一轴向间隔，并与所述基板的中心孔同心布置，并且其中，所述环形挡板的内径不小于所述基板上中心孔的直径、外径不小于所述基板上圆形肋的内径；

各所述导流板通过紧固件固定设置在所述火焰筒头部端板上，且各所述导流板的中心孔与各所述安装孔一一对应布置，且至少所述导流板上的左右两侧直肋、圆形肋顶抵在所述火焰筒头部端板的内侧壁上；所述浮动环底部的法兰安装边夹设在所述导流板上的圆形凸起与所述火焰筒头部端板的内侧壁之间；