回流燃烧室及其双层壁弯管结构制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

Reflux combustor and its double-wall elbow structure

【技术实现步骤摘要】
回流燃烧室及其双层壁弯管结构
本专利技术涉及回流燃烧室
，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。
技术介绍
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
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：根据本专利技术的一个方面，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。根据本专利技术的一实施方式，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。根据本专利技术的一实施方式，其中每一行中的所述第一发散孔等间距设置。根据本专利技术的一实施方式，其中所述冲击孔的中心轴线沿所在位置处的所述弯管外壁的法线方向延伸。根据本专利技术的一实施方式，其中沿燃气流动方向，所述弯管内壁上段的长度尺寸与所述弯管内壁下段的长度尺寸的比值为0.5-2。根据本专利技术的一实施方式，其中所述第一夹角的范围为20°～45°；以及/或者所述第二夹角的范围为15°～90°。根据本专利技术的一实施方式，其中所述第三夹角与所述第一夹角大小相同。根据本专利技术的另一方面，提供一种回流燃烧室，所述回流燃烧室包括本专利技术提供的双层壁弯管结构。由上述技术方案可知，本专利技术的回流燃烧室及其双层壁弯管结构的优点和积极效果在于：通过将双层壁弯管结构设置为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之间具有第二夹角，在不增加冷却气量的条件下，可以有效降低大弯管起始段(弯管内壁上段)的峰值壁温、消除局部高温热斑。另一方面，在不增加冷却气量的条件下，可以有效降低大弯管的弯管内壁的壁温梯度，从而提高大弯管的强度和使用寿命。附图说明通过结合附图考虑以下对本专利技术的优选实施例的详细说明，本专利技术的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本专利技术的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：图1是根据一示例性实施方式示出的一种双层壁弯管结构的三维结构图。图2是图1中的双层壁弯管结构的纵向截面图。图3是图1中的弯管内壁上段的局部放大图。图4是图3中的第一发散孔的布局图。图5是图4中的第一发散孔的A-A截面图。图6是图4中的第一发散孔的第一夹角与第二夹角示意图。图7是图1中的第二发散孔的布局图。图8是图7中的第二发散孔的B-B的截面图。图9是图1中的弯管外壁的周向展开图及冲击孔的布局图。其中，附图标记说明如下：100、弯管内壁；101、弯管内壁上段；1011、第一发散孔；102、弯管内壁下段；1021、第二发散孔；200、弯管外壁；201、冲击孔；300、中间空腔；α、第一夹角；β、第二夹角；F1、燃气流动方向；F2、周向方向。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。参照图1至图3，根据本专利技术的一个方面，提供了一种双层壁弯管结构，该双层壁弯管结构可以适用于回流燃烧室，以承受高温燃气的直接冲击。双层壁弯管结构可以包括弯管内壁100和弯管外壁200，其中弯管外壁200可以套设于所述弯管内壁100的外侧，所述弯管外壁200和所述弯管内壁100间隔设置，以在所述弯管内壁100和所述弯管外壁200之间形成中间空腔300。继续参照图1至图5，根据本专利技术的一具体实施方式，其中弯管内壁100可以为具有中心空腔的壳体结构，沿燃气流动方向该弯管内壁100的壳体可以分为弯管内壁上段101和弯管内壁下段102，所述弯管内壁上段101可以位于弯管内壁下段102的上游，并且在该弯管内壁上段101上可以设置有第一发散孔1011，所述第一发散孔1011的中心轴线可以与所述弯管内壁上段101的壁面的切线之间具有第一夹角α。所述第一发散孔1011的中心轴线可以与所述燃气流动方向之间具有第二夹角β，该第一夹角α和第二夹角β配合，在靠近弯管内壁上段101区域形成冷却气膜，冷却气膜的分布方向与燃气流动方向具有一定的偏转夹角，沿周向方向的区域也有冷却气膜的覆盖，，可以有效消除弯管内壁上段101的局部高温区，进而降低整个弯管内壁100的壁温梯度，尤其能够避免弯管内壁上段101的局部高温现象。为了更全面的描述第一发散孔的第一夹角α和第二夹角β，结合图6进一步说明。以某一个第一发散孔为例进行说明，图中，X方向为所述发散孔的当地流向，Y方向为所述发散孔的当地展向(周向方向)，Z方向为所述发散孔的当地法向。图6(a)为弯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双层壁弯管结构，其特征在于，包括：弯管内壁，沿燃气流动方向，该弯管内壁分为弯管内壁上段和弯管内壁下段两个区域，两个区域采用不同的冷却开孔方式：所述弯管内壁上段布置多个第一发散孔，所述第一发散孔的中心轴线与所述弯管内壁上段的壁面之间具有第一夹角，所述第一发散孔的中心轴线与燃气流动方向具有第二夹角，所述弯管内壁下段布置多个第二发散孔，所述第二发散孔的中心轴线与所述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；所述中间空腔通过所述第一发散孔和所述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。

【技术特征摘要】
1.一种双层壁弯管结构，其特征在于，包括：弯管内壁，沿燃气流动方向，该弯管内壁分为弯管内壁上段和弯管内壁下段两个区域，两个区域采用不同的冷却开孔方式：所述弯管内壁上段布置多个第一发散孔，所述第一发散孔的中心轴线与所述弯管内壁上段的壁面之间具有第一夹角，所述第一发散孔的中心轴线与燃气流动方向具有第二夹角，所述弯管内壁下段布置多个第二发散孔，所述第二发散孔的中心轴线与所述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；所述中间空腔通过所述第一发散孔和所述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。2.如权利要求1所述的双层壁弯管结构，其特征在于，沿燃气流...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梅娟，石小祥，汪玉明，陈智莹，王启道，冯阳，罗虎，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：湖南,43