阅读说明：本技术 一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁结构 (Fuel preheating wall surface cooling integrated flame cylinder wall structure ) 是由 张群 刘强 胡凡 程祥旺 李小龙 杨福正 曹婷婷 李程镐 于 2020-03-17 设计创作，主要内容包括：本发明提出的一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁结构,包括：火焰筒壁面、冷却小孔、U形燃油通道、喷油孔。火焰筒壁有倾斜穿透火焰筒壁的冷却小孔,在火焰筒壁内部有U形燃油通道,燃油通过通道从火焰筒前部流至火焰筒后部,之后返回到火焰筒前部,从燃油通道末端的喷油孔喷向火焰筒内参与燃烧。通过在火焰筒壁面设置冷却小孔和燃油通道的方式,在保证火焰筒壁面上的冷却小孔能够形成高质量冷却气膜的前提下,通过燃油与火焰筒壁面间的对流换热,进一步增强火焰筒壁面的冷却效率,本方案既能降低火焰筒质量,燃油经过预热还能够提高燃烧效率,降低污染物排放。(The invention provides a fuel preheating wall surface cooling integrated flame cylinder wall structure, which comprises: the flame tube wall, the cooling aperture, the U-shaped fuel oil channel, nozzle opening. The flame tube wall is provided with a small cooling hole which penetrates through the flame tube wall in an inclined mode, a U-shaped fuel oil channel is arranged inside the flame tube wall, fuel oil flows to the rear portion of the flame tube from the front portion of the flame tube through the channel and then returns to the front portion of the flame tube, and the fuel oil is sprayed into the flame tube from an oil spraying hole at the tail end of the fuel oil channel to participate in combustion. Through the mode that sets up cooling hole and fuel oil passageway at the flame tube wall, under the prerequisite that the cooling hole on guaranteeing the flame tube wall can form high-quality cooling air film, through the convection heat transfer between fuel and the flame tube wall, further strengthen the cooling efficiency of flame tube wall, this scheme can reduce the flame tube quality, and the fuel can also improve combustion efficiency through preheating, reduces the pollutant emission.)

一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁结构

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁结构。

背景技术

燃烧室的主燃区燃气温度可高达2400K,是燃气轮机的最高温度区，而目前火焰筒壁金属材料正常工作温度不超过1300K,材料无法承受在远超过其正常工作温度的恶劣环境下长时间工作,因此必须对燃烧室火焰筒进行冷却,以防止火焰筒被烧坏而降低燃烧室寿命,进而降低发动机寿命。因此，未用于燃烧的空气，大约占60％的总空气流量，被逐渐引入火焰筒。这部分空气大约有三分之一用来在稀释区降低燃气的温度，然后再进入涡轮，而其余的空气则用来冷却火焰筒的壁面。实现这一点借助于一薄层冷却空气沿火焰筒壁的内表面流动，将火焰筒壁面与热燃气隔开。

随着涡轮发动机性能的提升，发动机的压比和燃烧室温升也逐渐提高，这就使火焰筒壁面承受更大的热负荷。燃烧用气量增加然而进气量不变，所以冷却用气量只能减少。而火焰筒壁面热负荷也在增加，这就需要采用更先进的冷却方式，用更少的冷气量达到更好的冷却效果。传统的火焰筒壁一般采用发散冷却、气膜冷却、冲击气膜冷却等冷却方式，结构也多为单层壁结构，基本原理都是冷空气从燃烧室的内外环腔通过各种孔缝进入火焰筒，并在其内壁形成气膜，以起到冷却效果。传统的冷却结构总体冷却效率低，已经不能很好适应当今涡轮发动机热负荷增大，冷气量减少的现状。近年来，微小孔冷却技术已经成为先进涡轮发动机热端部件冷却技术的重要发展方向，其中同时采用多种微小孔冷却方式的复合冷却方式经国外试验有压力损失小，冷却效率高等优点，具有极大地应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁结构，与现有技术相比，本方案的优点是通过在火焰筒壁面设置冷却小孔和燃油通道的方式，在保证火焰筒壁面上的冷却小孔能够形成高质量冷却气膜的前提下，通过燃油与火焰筒壁面间的对流换热，进一步增强火焰筒壁面的冷却效率，还起到了降低火焰筒质量的效果。

技术方案

本发明的目的在于提供一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁结构。

本发明技术方案如下：

一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁结构，包括：火焰筒壁面、冷却小孔、U形燃油通道、喷油孔。其特征在于：火焰筒壁有倾斜穿透火焰筒壁的冷却小孔，在火焰筒壁内部有U形燃油通道，燃油通过通道从火焰筒前部流至火焰筒后部，之后返回到火焰筒前部，通过燃油通道末端的喷油孔喷向火焰筒内参与燃烧。

所述一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁结构，其特征为：火焰筒壁面的冷却小孔为倾斜孔，小孔轴线与火焰筒壁面夹角为30°-60°，小孔直径为1-2.5mm，小孔的排列方式即可以选择依次排列，也可以选择差序排列。

所述一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁结构，其特征为：所述U形燃油通道截面呈圆形，其直径为火焰筒厚度的1/3-1/2，U形燃油通道方向与火焰筒进口方向先相同后相反，呈回流状，沿火焰筒周向可设置6-12个U形燃油通道绕火焰筒轴线均匀分布。

所述一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁结构，其特征为：所述喷油孔位于U形燃油通道末端，喷油孔直径与U形燃油通道截面直径相同，一个喷油孔与一个U形燃油通道匹配，喷油孔的喷油方向垂直于火焰筒轴向。

本发明具有以下有益效果：

本发明提出的一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁结构，通过在火焰筒壁面设置冷却小孔和燃油通道的方式，在保证火焰筒壁面上的冷却小孔能够形成高质量冷却气膜的前提下，通过燃油与火焰筒壁面间的对流换热，进一步增强火焰筒壁面的冷却效率，本方案既能降低火焰筒质量，燃油经过预热还能够提高燃烧效率，降低污染物排放。

附图说明

图1：一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁平板结构示意图

图2：一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁平板结构剖视图

图中：1-火焰筒壁，2-U形燃油通道，3-冷却小孔，4-喷油孔

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步描述：

结合图1和图2，本发明提供了一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁结构。图1为一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁平板结构示意图，图2为一种燃油预热壁面冷却一体的火焰筒壁平板结构剖视图。

如图2所示，冷却空气通过冷却小孔(3)进入火焰筒内，在高速气流的作用下在火焰筒内壁面上形成一阵冷却气膜，倾斜的冷却小孔(3)能够使冷却空气更易形成高质量的冷却气膜，燃油进入U形燃油通道(2)后，从火焰筒前段流至后段再返回到火焰筒前段，此过程中通过对流换热作用冷却火焰筒壁面，同时预热燃油，随后燃油从U形燃油通道(2)末端的喷油孔(4)喷入火焰筒内参与燃烧。