[发明专利]双层壁大弯管

说明书

本发明公开了一种双层壁大弯管，双层壁大弯管包括内外依次设置的内壁组件和外壁组件。内壁组件和外壁组件两者的进口端连接形成支靠结构，以用于沿轴向支靠于扩压器上，进而通过扩压器对双层壁大弯管的进口端沿轴向限位，同时使双层壁大弯管的进口端具有沿径向的自由热膨胀。支靠结构还用于对火焰筒出口进行支撑，以使火焰筒出口与双层壁大弯管密封连接，同时使火焰筒出口具有沿轴向的自由热膨胀。外壁组件和内壁组件两者的出口端连接形成开式搭接结构，以使内壁组件具有沿轴向和径向的自由热膨胀，且外壁组件出口端的外延部分形成固定结构。固定结构还用于对导向器进行支撑，以使导向器具有沿轴向的自由热膨胀。

技术领域

本发明涉及航空发动机回流燃烧室技术领域，特别地，涉及一种双层壁大弯管。

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、外型面分别是大弯管和小弯管，因此，可以说大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排气弯管，受到通道型面的影响，燃气流动方向调转180°，然后进入高压涡轮膨胀做功。

大弯管4连接火焰筒3外环出口和导向器6下缘板，构成排气弯管的外轮廓。大弯管4在燃烧室上的位置如图1所示。从气动设计层面考虑，大弯管需具备流畅的通道型面以及合理的冷却设计，以使燃气以较低的流动损失通过排气弯管，并且高温燃气不会对大弯管金属基体造成烧蚀、裂纹等破坏性影响；从结构设计层面考虑，大弯管需连接火焰筒出口和导向器，三者都属于热端部件，需承受温度、热应力、气动力、发动机振动等载荷影响，连接部位工况复杂，且需保证较高的连接可靠性及密封性，大弯管的连接设计难度较大。

现有实现方案：现有的大弯管设计可从连接和冷却两方面进行分类。

从连接设计方面来说，目前的大弯管主要分为两种类型，一种是大弯管与火焰筒外环形成整体件，不可拆分，大弯管的出口即火焰筒的末端，与导向器设计接口进行连接。这种结构的优势是减少了零件数量，简化发动机装配，同时避免了大弯管与火焰筒搭接部位的连接结构设计问题。另一种大弯管与火焰筒脱开，形成一个单独的组件，大弯管上端与火焰筒出口搭接配合，下端与导向器设计接口连接。这种大弯管的主要优点是大弯管装、拆均比较方便，可以单独对大弯管进行维护，且大弯管脱开后可以观察到火焰筒内部情况，燃烧室维护性较好。

从冷却设计方面来说，目前大弯管主要分为单层壁和双层壁两种方式。单层壁、双层壁大弯管如其名称所述，结构上的不同点主要体现在大弯管金属壁面的层数：单层壁大弯管仅一层壁面，双层壁大弯管由两层壁面构成。单层壁大弯管结构简单，重量轻，零件膨胀应力释放设计比较简单。双层壁大弯管的优势主要是大弯管冷却更优，适用于温升更高的燃烧室，且外壁具有一定的隔热作用，对提升压气机效率有利。

现有技术的缺点如下：

从连接方式来说，随着越来越多的燃烧室采用“喷嘴+旋流杯+隔热屏”的火焰筒头部设计方案，燃烧室的检查、维护性要求也越来越高，一般要求从火焰筒出口能够直接目视检查火焰筒内部的整体情况，而不借助其他窥探工具，隔热屏、涡流器等零件如果发生损坏时也可以直接进行维护、更换。大弯管与火焰筒一体式结构显然不利于检查、维护，尤其是对于采用旋流杯和隔热屏头部的火焰筒的维护性更不友好。除此之外，整体式结构的缺点还体现在：火焰筒(含大弯管)焊缝较多，组合加工难度较大，尺寸变形较大，零件报废成本很高。采用大弯管与火焰筒分体式结构能有效解决上述问题，尤其是火焰筒的维护性方面能够较好的改善，但是随之带来的另外问题是增加了大弯管与火焰筒出口的连接结构，增加了连接、密封的设计难度。