一种基于弹性连接结构的非金属复合材料燃烧室火焰筒制造技术

本发明专利技术属于燃烧室火焰筒结构技术领域，特别涉及一种基于弹性连接结构的非金属复合材料燃烧室火焰筒，通过在非金属复合材料的火焰筒内外环和金属材料的火焰筒头部环之间采用多种弹性连接结构，将热匹配变形为弹性匹配，具有良好热膨胀匹配性能，密封性和装配性好，可以在热态下保持很好的密封性能，有效减小由于热膨胀量不匹配造成的火焰筒漏气问题

【技术实现步骤摘要】
一种基于弹性连接结构的非金属复合材料燃烧室火焰筒


[0001]本专利技术属于燃烧室火焰筒结构
，特别涉及一种基于弹性连接结构的非金属复合材料燃烧室火焰筒
。

技术介绍

[0002]燃烧室是航空发动机的三大核心部件之一
。
在燃气涡轮发动机的热力循环中，燃烧室完成加热过程，将燃烧的化学能转化为热能，推动涡轮做功，可谓是发动机的“心脏”。
而火焰筒为燃烧室内组织燃烧部件，在高温高压环境下工作容易发生蠕变变形
。
先进军用的航空发动机燃烧室，为了提高推重比和涡轮前燃气温度，朝着更高温升发展，要求不少于
70
％的空气参与燃烧，则用于火焰筒壁面冷却的空气，将大大减少，对火焰筒寿命和耐久性将带来极大的考验，因此需要使用更耐高温的材料来保证燃烧室的高性能稳定工作
。
非金属复合材料，如陶瓷基复合材料，具有较金属材料更高的耐温能力，更小的密度
。
对于采用非金属复合材料的火焰筒，则需要考虑与金属材料结构
(
固定销
、
涡轮机匣
、
涡轮导叶等
)
的连接形式，两种材料的线膨胀系数差别大，热态下造成膨胀量差异大，易造成漏气或者挤压受力破损等情况，在工程上难以实现应用
。
[0003]现有非金属复合材料火焰筒与金属结构
(
固定销
、
电嘴
)
常采用直接搭接或者间隙配合结构，火焰筒内外环出口位置与涡轮机匣
、
涡轮导叶等结构采用常规鸟嘴结构或者是鸟嘴搭接结构
。
其中间隙配合结构在发动机工作时振动较大，且现有技术无法避免非金属复合材料的火焰筒与固定销接触，局部受力较大，易出现应力集中，造成非金属复合材料火焰筒外环裂纹
、
破损等问题
。
而采用鸟嘴结构与涡轮机匣
、
涡轮导叶等金属结构连接，在初始装配时，容易造成非金属材料的磕碰破损，出口位置温度高，耐温能力下降，易出现烧蚀情况从而影响发动机私用寿命的问题；同样采用鸟嘴搭接结构，由于非金属复合材料与金属复合材料的线膨胀系数差异大，两种材料零件膨胀量不匹配，容易造成热态漏气或者挤压破损情况，影响发动机性能
。

技术实现思路

[0004]为了解决或部分解决现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种基于弹性连接结构的非金属复合材料燃烧室火焰筒，主要解决燃烧室火焰筒非金属复合材料与金属材料热膨胀匹配不一致而导致的火焰筒漏气
、
挤压破损等技术难题
。
[0005]本专利技术提出了一种基于弹性连接结构的非金属复合材料燃烧室火焰筒，包括非金属复合材料的火焰筒内环和火焰筒外环，以及金属材料的火焰筒头部环；所述火焰筒内环和火焰筒外环上布设有柔性连接结构组件用于和火焰筒头部环连接；
[0006]所述火焰筒外环和火焰筒内环与柔性连接结构组件的连接处设置弹性支撑环；
[0007]所述火焰筒外环的出口位置设置外环出口支架和出口弹性支撑环，所述出口弹性支撑环和外环出口支架之间安装弹性密封环；
[0008]所述火焰筒内环的出口位置设置内环出口支架，所述内环出口支架和火焰筒内环
之间设置弹性涨圈
。
[0009]进一步地，所述火焰筒头部环上设置旋流器安装孔和固定销安装座，所述旋流器安装孔用于安装旋流器，所述旋流器安装孔的数量为
10
‑
24
个，孔径范围为
30
～
45mm
；
[0010]所述固定销安装座用于安装固定销，所述固定销安装座的数量为6～
12
个；
[0011]所述火焰筒头部环通过所述固定销与燃烧室外机匣连接
。
[0012]进一步地，所述弹性支撑环包括外侧的冷却孔
、
内侧的安装孔以及中间的第一弯曲弹性结构；
[0013]所述冷却孔成斜切状态，直径为
0.5
～
1.5mm
，数量为
180
～
360
个；
[0014]所述安装孔直径为4～
12mm
，数量为
10
～
36
个；
[0015]所述第一弯曲弹性结构形式包括
W、N、V、Z
结构形式
。
[0016]进一步地，所述弹性支撑环包括设置在火焰筒内环内侧的内环弹性支撑环和设置在火焰筒外环外侧的外环弹性支撑环
。
[0017]进一步地，所述火焰筒外环和火焰筒内环均为环形筒体结构，采用整体编制成型方式，厚度范围为2～
6mm
；
[0018]所述火焰筒外环和火焰筒内环在与火焰筒头部环的连接位置设置多个开孔；所述开孔的数量为
10
～
36
个，孔径范围为
10
～
20mm
，开孔形状包括圆孔和腰型孔
。
[0019]进一步地，所述柔性连接结构组件设置多个，布设在所述火焰筒外环和火焰筒内环上；
[0020]所述柔性连接结构组件包括内嵌于安装孔中的固定螺栓和安装于内外二股通道内的固定螺母，所述固定螺栓与固定螺母配合；
[0021]所述柔性连接结构组件还包括设置在外环弹性支撑环上方的外部支撑弹簧和在外环弹性支撑环下方的内部支撑弹簧以及设置在火焰筒外环和火焰筒内环之间的多向弹性支撑结构
。
[0022]进一步地，所述多向弹性支撑结构采用高温合金材料，包括固定螺栓安装孔
、
下端支撑弹片和四周支撑弹片；
[0023]所述固定螺栓安装孔与固定螺栓匹配设置，孔径范围为4～
10mm
；
[0024]所述四周支撑弹片包括
W、N、L
结构，与火焰筒外环和火焰筒内环接触；
[0025]所述下端支撑弹片包括
V
和
W
形式，与火焰筒外环和火焰筒内环接触
。
[0026]进一步地，所述外环出口支架的上端与火焰筒外环出口的一端连接；
[0027]所述内环出口支架的上端与火焰筒内环出口的一端连接
。
[0028]进一步地，所述出口弹性支撑环包括
N、W
形式，壁厚为
0.5
～
1.0mm
；
[0029]所述出口弹性支撑环包括第二弯曲弹性结构和法兰边安装孔，所述法兰边安装孔用于将出口弹性支撑环安装在火焰筒外环上；
[0030]所述第二弯曲弹性结构包括包括
W、N、V、Z
结构形式；
[0031]所述出口弹性支撑环上还开设有稳压进气孔，所述稳压进气孔的孔径范围为
0.5
～
3.0mm。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于弹性连接结构的非金属复合材料燃烧室火焰筒，其特征在于，包括非金属复合材料的火焰筒内环
(11)
和火焰筒外环
(10)
，以及金属材料的火焰筒头部环
(9)
；所述火焰筒内环
(11)
和火焰筒外环
(10)
上布设有柔性连接结构组件
(6)
用于和火焰筒头部环
(9)
连接；所述火焰筒外环
(10)
和火焰筒内环
(11)
与柔性连接结构组件
(6)
的连接处设置弹性支撑环；所述火焰筒外环
(10)
的出口位置设置外环出口支架
(14)
和出口弹性支撑环
(13)
，所述出口弹性支撑环
(13)
和外环出口支架
(14)
之间安装弹性密封环
(15)
；所述火焰筒内环
(11)
的出口位置设置内环出口支架
(16)
，所述内环出口支架
(16)
和火焰筒内环
(11)
之间设置弹性涨圈
(17)。2.
根据权利要求1所述的基于弹性连接结构的非金属复合材料燃烧室火焰筒，其特征在于，所述火焰筒头部环
(9)
上设置旋流器安装孔和固定销安装座，所述旋流器安装孔用于安装旋流器
(7)
，所述旋流器安装孔的数量为
10
‑
24
个，孔径范围为
30
～
45mm
；所述固定销安装座用于安装固定销
(2)
，所述固定销安装座的数量为6～
12
个；所述火焰筒头部环
(9)
通过所述固定销
(2)
与燃烧室外机匣
(3)
连接
。3.
根据权利要求1所述的基于弹性连接结构的非金属复合材料燃烧室火焰筒，其特征在于，所述弹性支撑环包括外侧的冷却孔
(5
‑
1)、
内侧的安装孔
(5
‑
3)
以及中间的第一弯曲弹性结构
(5
‑
2)
；所述冷却孔
(5
‑
1)
成斜切状态，直径为
0.5
～
1.5mm
，数量为
180
～
360
个；所述安装孔
(5
‑
3)
直径为4～
12mm
，数量为
10
～
36
个；所述第一弯曲弹性结构
(5
‑
2)
形式包括
W、N、V、Z
结构形式
。4.
根据权利要求1或3所述的基于弹性连接结构的非金属复合材料燃烧室火焰筒，其特征在于，所述弹性支撑环包括设置在火焰筒内环
(11)
内侧的内环弹性支撑环
(8)
和设置在火焰筒外环
(10)
外侧的外环弹性支撑环
(5)。5.
根据权利要求1所述的基于弹性连接结构的非金属复合材料燃烧室火焰筒，其特征在于，所述火焰筒外环
(10)
和火焰筒内环
(11)
均为环形筒体结构，采用整体编制成型方式，厚度范围为2～
6mm
；所述火焰筒外环
(10)
和火焰筒内环
(11)
在与火焰筒头部环
(9)
的连接位置设置多个开孔；所述开孔的数量为
10
～
36
个，孔径范围为
10
～
20mm
，开孔形状包括圆孔和腰型孔
。6.
根据权利要求5所述的基于弹性连接结构的非金属复合材料燃烧室火焰筒，其特征在于，所述柔性连接结构组件
(6)
设置多个，布设在所述火焰筒外环
(10)
和火焰筒内环
(11)
上；所述柔性连接结构组件
(6)

【专利技术属性】
技术研发人员：黎超超，汪亮，朱学剑，唐超，胡畅，曾琦，曹俊，万卜铭，王良，汤卓，
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：