本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，特別地，涉及一種回流燃燒室內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明還涉及一種包括上述內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)的回流燃燒室及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。

背景技術(shù)：

中小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速非常高，為了避免轉(zhuǎn)子動力學(xué)問題，要求壓氣機(jī)和渦輪必須緊湊布置以縮短軸距，為了在有限的空間內(nèi)組織高效的燃燒，環(huán)形回流燃燒室在中小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中被廣泛采用。

相對于直流燃燒室，回流燃燒室火焰筒出口多出了排氣彎管，構(gòu)成排氣彎管的內(nèi)、外型面分別是小彎管(內(nèi)彎管)和大彎管(外彎管)，因此，可以說小彎管是回流燃燒室上的特有結(jié)構(gòu)。高溫高壓燃?xì)鈴幕鹧嫱渤隹诹魅朐摎饬魍ǖ溃艿酵ǖ佬兔娴挠绊?，燃?xì)饬鲃臃较蛘{(diào)轉(zhuǎn)180°，而后進(jìn)入高壓渦輪膨脹做功。

除了形成排氣彎管內(nèi)流道型面之外，小彎管另外一個(gè)重要作用就是連接火焰筒內(nèi)環(huán)與燃燒室內(nèi)機(jī)匣，使火焰筒內(nèi)環(huán)、小彎管、內(nèi)機(jī)匣三者之間形成合理的進(jìn)氣腔(內(nèi)二股通道)，小彎管在燃燒室上的位置如下圖1所示。參照圖1，回流燃燒室包括小彎管1、大彎管2、外機(jī)匣3、火焰筒外環(huán)4、燃油噴嘴5、火焰筒內(nèi)環(huán)6、燃燒室內(nèi)機(jī)匣7、內(nèi)二股通道8、高壓渦輪9，冷氣11經(jīng)進(jìn)氣道10進(jìn)入二股通道，然后進(jìn)入火焰筒內(nèi)部隨燃油一起加熱、燃燒后變?yōu)楦邷厝細(xì)?2，經(jīng)火焰筒出口、排氣彎管后進(jìn)入高壓渦輪膨脹做功。

現(xiàn)有的國內(nèi)外中小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)中，針對小彎管，人們關(guān)注的是如何更好的形成排氣彎管內(nèi)流道型面，以此保證流道型面的連貫性，所以現(xiàn)有的小彎管基本采用整體構(gòu)造方式，即小彎管在結(jié)構(gòu)上為一個(gè)整體件，不可進(jìn)一步拆分。同時(shí)，由于回流燃燒室火焰筒和內(nèi)機(jī)匣相對位置及裝配關(guān)系的限制，一般小彎管一端固定，另一端采用搭接配合的方式實(shí)現(xiàn)連接。按搭接部位的不同又分為以下兩種情況：一種小彎管一端固定在內(nèi)機(jī)匣尾部，與內(nèi)機(jī)匣形成一個(gè)整體，另一端搭接在火焰筒內(nèi)環(huán)出口的安裝槽(或氣膜槽)內(nèi)；另一種小彎管則是由火焰筒內(nèi)環(huán)向內(nèi)機(jī)匣方向延伸，與火焰筒內(nèi)環(huán)形成一體，小彎管尾端整體懸空或搭接在內(nèi)機(jī)匣上，同時(shí)內(nèi)二股通道中可能輔以其他支撐或連接結(jié)構(gòu)。針對前一種情形，由于冷卻需要采用雙層壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)外壁焊接部位剛好處于小彎管與火焰筒內(nèi)環(huán)搭接配合部位，焊縫勢必影響配合部位的強(qiáng)度，且焊接后的配合面尺寸不易保證，容易出現(xiàn)局部碰磨。另外，小彎管外壁僅在配合部位焊接約束，另一端自由搭靠在內(nèi)壁上，可認(rèn)為是懸臂結(jié)構(gòu)，且懸臂較長，外壁整體剛性和強(qiáng)度不易保證，如內(nèi)外壁之間的冷卻氣流速度較大，則可能造成局部裂紋等強(qiáng)度問題。針對后一種情形，小彎管一端焊接固定在火焰筒內(nèi)環(huán)上，另一端完全懸空，呈典型的長懸臂結(jié)構(gòu)，懸臂結(jié)構(gòu)的突出問題就是懸臂端的剛性和強(qiáng)度很難保證，且小彎管所處部位溫度很高，也會對強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。除此之外，該小彎管中后段沒有形成有效冷卻，分析認(rèn)為該小彎管中后段的熱疲勞強(qiáng)度問題可能較為突出，且端部沒有局部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，容易出現(xiàn)疲勞裂紋問題。

綜上所述，現(xiàn)有的小彎管基本上是從排氣彎管內(nèi)型面的角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，小彎管一般設(shè)計(jì)為整體件以保證排氣彎管流道型面的連貫性。但小彎管同時(shí)也作為連接部件，無法回避強(qiáng)度問題，影響小彎管疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力主要來自以下幾個(gè)方面：首先，為了方便燃燒室裝配與分解，小彎管與火焰筒(或內(nèi)機(jī)匣)配合部位一般設(shè)計(jì)為間隙配合，發(fā)動機(jī)正常工作時(shí)小彎管兩側(cè)存在一定壓差，內(nèi)二股通道中的氣流會通過小彎管配合間隙進(jìn)入排氣彎管內(nèi)，在高狀態(tài)時(shí)氣流速度很大(可超過100m/s)，所以配合部位極易因氣流激振引起高頻振動而產(chǎn)生振動應(yīng)力；其次，小彎管配合面尺寸或圓度加工不到位，或組合加工和裝配時(shí)同軸度控制不好，很容易使小彎管配合面局部擠壓，發(fā)動機(jī)正常工作時(shí)擠壓部位反復(fù)碰磨，從而造成局部應(yīng)力集中；此外，如果小彎管在加工過程中引入較大的材料內(nèi)部應(yīng)力(如沖壓成型、焊接等)，且內(nèi)部應(yīng)力通過熱處理等方式未能完全消除，也會影響材料本身的強(qiáng)度。綜合以上因素，小彎管容易因疲勞強(qiáng)度不夠而出現(xiàn)裂紋、掉塊故障，影響發(fā)動機(jī)的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種回流燃燒室內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)及回流燃燒室、燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，以解決現(xiàn)有的回流燃燒室內(nèi)彎管容易因疲勞強(qiáng)度不夠而出現(xiàn)裂紋、掉塊故障，進(jìn)而影響發(fā)動機(jī)的安全性的技術(shù)問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種回流燃燒室內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)，采用分體式結(jié)構(gòu)，包括用于與火焰筒內(nèi)環(huán)固接的第一連接件及用于與內(nèi)機(jī)匣固接的第二連接件，第一連接件與第二連接件搭接配合，從而形成兩端固定約束的內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，第一連接件包括相對布置的第一端部、第二端部及銜接第一端部與第二端部的第一弧形段，第一端部固接于火焰筒內(nèi)環(huán)出口部位，第二端部與第二連接件搭接配合。

進(jìn)一步地，第二連接件包括固接于內(nèi)機(jī)匣上的第二弧形段，第二弧形段的另一端部設(shè)有用于插接第二端部的u形槽。

進(jìn)一步地，第二端部處設(shè)有用于與u形槽型面匹配的增厚壁。

進(jìn)一步地，第一連接件與第二連接件在內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)中所占比例接近。

進(jìn)一步地，第一連接件與第二連接件配合面的同軸度及圓度匹配，以免配合面發(fā)生摩擦。

進(jìn)一步地，第一連接件和/或第二連接件上設(shè)置用于將內(nèi)二股通道內(nèi)的冷氣導(dǎo)入排氣管道內(nèi)的進(jìn)氣孔。

進(jìn)一步地，第一連接件和/或第二連接件采用鍛件及機(jī)加工方式加工成型。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種回流燃燒室，包括火焰筒及機(jī)匣，火焰筒內(nèi)環(huán)及內(nèi)機(jī)匣之間設(shè)置上述的回流燃燒室內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，包括上述的回流燃燒室。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明回流燃燒室內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)，采用分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且形成兩端固定約束的內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了內(nèi)彎管抗疲勞強(qiáng)度，有效避免了一體成型的小彎管因疲勞強(qiáng)度不夠而出現(xiàn)裂紋、掉塊的故障，且振動應(yīng)力水平低，可靠性高。

本發(fā)明回流燃燒室及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，由于采用上述回流燃燒室內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)，提高了發(fā)動機(jī)的運(yùn)行可靠性。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是現(xiàn)有的回流燃燒室的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例回流燃燒室內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中第一連接件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中第二連接件的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

100、第一連接件；110、第一端部；120、第二端部；130、第一弧形段；140、增厚壁；

200、第二連接件；210、第二弧形段；220、u形槽；

300、火焰筒內(nèi)環(huán)；

400、內(nèi)機(jī)匣；

500、高溫燃?xì)猓?/p>

600、冷氣。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

參照圖2，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種回流燃燒室內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)，采用分體式結(jié)構(gòu)，包括用于與火焰筒內(nèi)環(huán)300固接的第一連接件100及用于與內(nèi)機(jī)匣400固接的第二連接件200，第一連接件100與第二連接件200搭接配合，從而形成兩端固定約束的內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例采用分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且形成兩端固定約束的內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了內(nèi)彎管抗疲勞強(qiáng)度，有效避免了一體成型的小彎管因疲勞強(qiáng)度不夠而出現(xiàn)裂紋、掉塊的故障，且振動應(yīng)力水平低，可靠性高。本實(shí)施例內(nèi)彎管在滿足特定部位要求的功能的前提下，具有疲勞強(qiáng)度高，振動應(yīng)力小，結(jié)構(gòu)簡單，連接可靠，組裝方便等優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)施例中，第一連接件100包括相對布置的第一端部110、第二端部120及銜接第一端部110與第二端部120的第一弧形段130，第一端部110固接于火焰筒內(nèi)環(huán)300出口部位，第二端部120與第二連接件200搭接配合。

本實(shí)施例中，第二連接件200包括固接于內(nèi)機(jī)匣400上的第二弧形段210，第二弧形段210的另一端部設(shè)有用于插接第二端部120的u形槽220。

如圖2及圖3所示，本實(shí)施例中，內(nèi)彎管主要由雙重環(huán)(即第一連接件100)和鳥嘴(即第二連接件200)兩部分組成，兩部分在內(nèi)彎管(又稱小彎管)中所占的比例接近，且兩部分均呈弓形結(jié)構(gòu)。其中，雙重環(huán)焊接在火焰筒內(nèi)環(huán)出口部位，與火焰筒內(nèi)環(huán)組合為一體，鳥嘴焊接在燃燒室內(nèi)機(jī)匣上，與內(nèi)機(jī)匣組合為一體。燃燒室裝配時(shí)，雙重環(huán)插入鳥嘴端部的u型槽內(nèi)形成搭接式配合，使火焰筒內(nèi)環(huán)與內(nèi)機(jī)匣連接在一起，同時(shí)雙重環(huán)與鳥嘴組合構(gòu)成燃燒室小彎管結(jié)構(gòu)。

由于小彎管采取了分體結(jié)構(gòu)，使得小彎管上下兩段(雙重環(huán)和鳥嘴)熱端部位強(qiáng)度和剛性更容易保證。為了進(jìn)一步提高小彎管疲勞強(qiáng)度，優(yōu)選地雙重環(huán)和鳥嘴采用鍛件、機(jī)加工的方式加工成型，材料自身強(qiáng)度高，同時(shí)也避免了加工工藝引入較大的材料內(nèi)部應(yīng)力。更優(yōu)選地，雙重環(huán)配合面端部局部加厚，即第二端部120處設(shè)有用于與u形槽220型面匹配的增厚壁140，使得端部薄弱區(qū)的疲勞強(qiáng)度得到保證。通過對比分體式與整體式小彎管結(jié)構(gòu)可以看出，兩者約束方式也存在一定差異，就整個(gè)小彎管結(jié)構(gòu)而言，整體式小彎管僅在一端固定約束，而分體式小彎管則在兩端均形成固定約束，分體式小彎管連接的牢靠程度更佳。

燃燒室裝配時(shí)，雙重環(huán)加厚端部(即增厚壁140)插入鳥嘴的u型槽內(nèi)形成配合，使用u形槽的目的是為了使配合部位漏氣更少、更合理的形成密封。同時(shí)考慮到該配合部位容易產(chǎn)生振動應(yīng)力和局部應(yīng)力集中，為了盡量減小外界對配合部位施加的應(yīng)力，通過機(jī)械加工的方式，精確控制兩零件配合面處的尺寸，可保證配合部位的間隙處在較小的范圍之內(nèi)，達(dá)到限制u型槽內(nèi)通過的冷氣流量和速度的目的，使得雙重環(huán)加厚端部不受氣流激振產(chǎn)生較大的振動應(yīng)力。另外，雙重環(huán)、鳥嘴分別與火焰筒內(nèi)環(huán)300和燃燒室內(nèi)機(jī)匣400組合加工過程中，通過工裝或夾具在組件中保證配合面處的圓度及同軸度，可使雙重環(huán)和鳥嘴配合面基本不發(fā)生碰磨，避免兩零件因相互擠壓造成局部應(yīng)力集中而出現(xiàn)疲勞裂紋。

優(yōu)選地，第一連接件100和/或第二連接件200上設(shè)置用于將內(nèi)二股通道內(nèi)的冷氣600導(dǎo)入排氣管道內(nèi)的進(jìn)氣孔。因小彎管所處部位高溫燃?xì)?00溫度非常高，為了避免小彎管兩側(cè)(內(nèi)外側(cè))溫差較大引起熱疲勞裂紋，同時(shí)也為了防止小彎管金屬材料的疲勞強(qiáng)度在高溫下發(fā)生退化，在設(shè)計(jì)該分體組合式小彎管之初便考慮了小彎管的壁面冷卻。通過在雙重環(huán)和鳥嘴合適位置分別設(shè)置一定量、一定大小的冷卻進(jìn)氣小孔，使內(nèi)二股通道中的冷氣從小孔進(jìn)入排氣彎管后，能夠在排氣彎管中主流燃?xì)獾膸酉戮o貼小彎管光滑的流道型面流動，降低了金屬壁面的溫度，達(dá)到冷卻保護(hù)小彎管(含雙重環(huán)和鳥嘴兩部分)的目的。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種回流燃燒室，包括火焰筒及機(jī)匣，火焰筒內(nèi)環(huán)300及內(nèi)機(jī)匣400之間設(shè)置上述實(shí)施例的回流燃燒室內(nèi)彎管結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，包括上述實(shí)施例的回流燃燒室。

從以上的描述可以得知，本實(shí)施例的分體組合式小彎管在滿足中小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)回流燃燒室小彎管功能的前提下，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)、小彎管采用分體結(jié)構(gòu)，每段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更易保證；

2)、通過有效措施控制配合部位尺寸、圓度和同軸度，使配合間隙受控，氣流激振應(yīng)力小，且避免了配合面發(fā)生擠壓碰磨，有效防止了配合面局部應(yīng)力集中，大幅度降低了小彎管出現(xiàn)疲勞裂紋和掉塊的概率，小彎管可靠性高；

3)、小彎管兩端約束，連接牢靠。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。