排气弯管及回流燃烧室的制作方法

本发明涉及航空发动机技术领域，特别地，涉及一种排气弯管及回流燃烧室。

背景技术：

在现代中小型燃气轮机回流燃烧室的结构中，排气弯管是燃气涡轮发动机回流燃烧室的关键部件，其主要功能是将高温燃气的流动方向回转180°，同时辅助调节燃烧室出口的燃气温度。在结构上，排气弯管一般为薄壁零件。在工作环境上，排气弯管在燃气涡轮发动机内长时间工作于高温区域，承受很高的热载荷，长期使用过程下，排气弯管承受较大的热载荷，同时排气弯管内外壁受热变形不均匀，成为影响排气弯管使用寿命的关键。

现有技术：现有的排气弯管一般采用单层或双层形式，单层排气弯管常使用z形环结构，双层排气弯管常用的有冷却加冷却的冷却方式。双层结构的排气弯管则排气弯管内壁与高温燃气接触，通过内壁上的冷却孔冷却，降低排气弯管燃气侧壁温。在结构设计上，排气弯管内壁和排气弯管外壁均为薄壁件，通过排气弯管外环将两者焊接为一体来保证排气弯管内壁和排气弯管外壁之间的相对位置关系。现有双层排气弯管结构形式虽较简单，但加工复杂，排气弯管外壁和内壁的连接是通过外环焊接在一起，长期使用过程中，外环的焊缝为强度薄弱点。高温区域的长期使用下，焊缝容易产生热疲劳而引起失效并出现裂纹，当焊缝裂纹发展到一定程度，将会导致排气弯管的烧蚀、裂纹甚至发展为掉块，可能危害整个燃气轮机的结构完整。此外，焊接工艺容易引起排气弯管变形，加工工序复杂且周期长，增加加工成本。

技术实现要素：

本发明提供了一种排气弯管及回流燃烧室，以解决现有的双层结构的排气弯管采用外环将弯管内壁和弯管外壁焊接连接，由于焊缝容易产生热疲劳而出现裂纹，以及焊接工艺容易导致排气弯管变形的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种排气弯管，用于改变回流燃烧室内火焰筒喷出的高温燃气的流动方向，包括弯管外壁和弯管内壁，弯管外壁上靠近火焰筒的一端和弯管内壁上靠近火焰筒的一端卡接装配，且弯管外壁的内侧壁面与弯管内壁的外侧壁面之间的间隙形成用于冷气流进入的冷却腔。

进一步地，弯管外壁上靠近火焰筒的一端设有舌片，弯管内壁上靠近火焰筒的一端开设有与舌片宽度相匹配的用于舌片卡入的卡槽，多个舌片沿周向均匀间隔排布，舌片与卡槽一一对应。

进一步地，弯管外壁上靠近火焰筒的一端沿径向向内延伸并形成舌片，使弯管外壁上靠近火焰筒的一端呈弯钩状，弯管内壁上靠近火焰筒的一端沿轴向延伸并与火焰筒连接，卡槽开设于弯管内壁的轴向延伸段上，舌片卡入卡槽内并悬挂固定。

进一步地，弯管外壁和弯管内壁均包括用于改变气体流动方向的弯曲段、与弯曲段的第一端连接并沿径向向外延伸形成的第一贴合段、与第一贴合段连接并沿轴向延伸形成的用于卡接装配的插接段以及与弯曲段的第二端连接的第二贴合段，弯管外壁的第一贴合段的内侧壁面与弯管内壁的第一贴合段的外侧壁面相贴合，弯管外壁的第二贴合段的内侧壁面与弯管内壁的第二贴合段的外侧壁面相贴合，从而使弯管外壁的弯曲段和弯管内壁的弯曲段之间形成密封的冷却腔。

进一步地，弯管内壁的第一贴合段与弯管外壁的插接段之间形成装配槽，火焰筒的一端卡接固定于装配槽内。

进一步地，弯管外壁与弯管内壁之间设有用于控制间隙宽度的间隙控制结构，间隙控制结构包括弯管外壁的壁体向内凹陷形成的用于顶抵于弯管内壁的外侧壁面上的凸起。

进一步地，多个凸起沿弯管外壁的周向均匀间隔排布，和/或多个凸起沿弯管外壁的轴向均匀间隔排布，以保证冷却腔间隙的一致性。

进一步地，弯管内壁和弯管外壁的壁厚均为0.5mm-2.5mm。

进一步地，弯管外壁上设有用于冷气流进入冷却腔内的冷却进气孔，弯管内壁上设有用于冷气流流出的冷却出气孔。

根据本发明的另一方面，还提供了一种回流燃烧室，包括上述排气弯管。

本发明具有以下有益效果：

本发明的排气弯管，通过将弯管外壁靠近火焰筒的一端和弯管内壁靠近火焰筒的一端卡接装配，并使弯管外壁的内侧壁面与弯管内壁的外侧壁面之间的间隙形成用于冷气流进入的冷却腔，以通过冷气流降低排气弯管与高温燃气相接触的内侧的壁温，防止排气弯管受热变形，因此，本发明的排气弯管取消了焊缝连接的形式，提高了排气弯管的使用寿命，同时也降低了加工工艺的复杂性，避免了排气弯管在焊接过程中产生变形，缩短了加工周期，降低了加工成本，并且易于装配。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的排气弯管的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的弯管内壁的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的弯管外壁的结构示意图。

图例说明：

10、弯管内壁；11、卡槽；20、弯管外壁；21、凸起；22、舌片；30、火焰筒。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的排气弯管的结构示意图；图2是本发明优选实施例的弯管内壁的结构示意图；图3是本发明优选实施例的弯管外壁的结构示意图。

如图1所示，本实施例的排气弯管，用于改变回流燃烧室内火焰筒30喷出的高温燃气的流动方向，包括弯管外壁20和弯管内壁10，弯管外壁20上靠近火焰筒30的一端和弯管内壁10上靠近火焰筒30的一端卡接装配，且弯管外壁20的内侧壁面与弯管内壁10的外侧壁面之间的间隙形成用于冷气流进入的冷却腔。排气弯管靠近火焰筒30的一端为径向尺寸较大的一端，排气弯管远离火焰筒30的一端为径向尺寸较小的一端。弯管外壁20和弯管内壁10均为一体成型结构。弯管外壁20上设有用于冷气流进入冷却腔内的冷却进气孔，弯管内壁10上设有用于冷气流流出的冷却出气孔。

本发明的排气弯管，通过将弯管外壁20靠近火焰筒30的一端和弯管内壁10靠近火焰筒30的一端卡接装配，并使弯管外壁20的内侧壁面与弯管内壁10的外侧壁面之间的间隙形成用于冷气流进入的冷却腔，以通过冷气流降低排气弯管与高温燃气相接触的内侧的壁温，防止排气弯管受热变形，因此，本发明的排气弯管取消了焊缝连接的形式，提高了排气弯管的使用寿命，同时也降低了加工工艺的复杂性，避免了排气弯管在焊接过程中产生变形，缩短了加工周期，降低了加工成本，并且易于装配。

如图2和图3所示，弯管外壁20上靠近火焰筒30的一端设有舌片22，弯管内壁10上靠近火焰筒30的一端开设有与舌片22宽度相匹配的用于舌片22卡入的卡槽11，多个舌片22沿周向均匀间隔排布，并与卡槽11一一对应。可选地，弯管内壁10上靠近火焰筒30的一端设有舌片22，弯管外壁20上靠近火焰筒30的一端开设有与舌片22宽度相匹配的用于舌片22卡入的卡槽11。通过沿周向排布的多个舌片22与多个卡槽11配合，实现弯管内壁10与弯管外壁20的周向定位。在本实施例中，舌片22的数量为4-10个。卡槽11的数量与舌片22相同。可选地，弯管内壁10向内凹陷，使弯管内壁10的外侧壁面上形成环形凹槽；弯管外壁20向内凹陷，使弯管外壁20的内侧壁面上形成环形凸条，将环形凸条卡入环形凹槽内，从而将弯管外壁20与弯管内壁10卡接装配。可选地，弯管内壁10上靠近火焰筒30的一端开设有与舌片22宽度相匹配的用于舌片22卡入的卡孔。

如图1所示，弯管外壁20上靠近火焰筒30的一端沿径向向内延伸并形成舌片22，使弯管外壁20上靠近火焰筒30的一端呈弯钩状，弯管内壁10上靠近火焰筒30的一端沿轴向延伸与火焰筒30连接并开设卡槽11，舌片22卡入卡槽11内并悬挂固定。可选地，舌片22的端部沿轴向向远离火焰筒30的一端继续延伸，从而使舌片22呈弯钩状。可选地，弯管内壁10上靠近火焰筒30的一端沿径向向外延伸并开设卡槽11，弯管外壁20上靠近火焰筒30的一端的舌片22沿轴向延伸卡入卡槽11内并与火焰筒30连接。可选地，舌片22沿径向向内延伸且宽度逐渐变大，卡槽11的宽度大于舌片22根部的宽度且小于舌片22头部的宽度，以使舌片22卡于卡槽11内，并避免舌片22沿径向偏移。

如图1所示，弯管外壁20和弯管内壁10均包括用于改变气体流动方向的弯曲段、与弯曲段的第一端连接并沿径向向外延伸形成的第一贴合段、与第一贴合段连接并沿轴向延伸形成的用于卡接装配的插接段以及与弯曲段的第二端连接的第二贴合段，弯管外壁20的第一贴合段的内侧壁面与弯管内壁10的第一贴合段的外侧壁面相贴合，弯管外壁20的第二贴合段的内侧壁面与弯管内壁10的第二贴合段的外侧壁面相贴合，从而使弯管外壁20的弯曲段和弯管内壁10的弯曲段之间形成密封的冷却腔。在本实施例中，弯管外壁20的插接段沿轴向延伸后弯折并沿径向向内延伸，进而通过沿周向开设多个通槽，使通槽之间形成舌片22。弯管内壁10的插接段上开设有与舌片22相匹配的卡槽11。

如图1所示，弯管内壁10的第一贴合段与弯管外壁20的插接段之间形成装配槽，火焰筒30的一端卡接固定于装配槽内。在本实施例中，弯管内壁10的第一贴合段与弯管外壁20的舌片22之间形成装配槽，火焰筒30的一端呈阶梯状，阶梯端卡于装配槽内，且阶梯端的两个阶梯面分别与舌片22和弯管内壁10的第一贴合段相贴合。如图1和图3所示，弯管外壁20与弯管内壁10之间设有用于控制间隙宽度的间隙控制结构。保证排气弯管在长时间的热载荷的影响下，弯管外壁20与弯管内壁10之间的间隙宽度保持不变，因此冷却腔的体积不变，从而保证冷却效果。在本实施例中，间隙控制结构包括弯管外壁20的壁体向内凹陷形成的用于顶抵于弯管内壁10的外侧壁面上的凸起21。多个凸起21沿弯管外壁20的周向均匀间隔排布，和/或多个凸起21沿弯管外壁20的轴向均匀间隔排布，以保证冷却腔间隙的一致性。通过多个凸起21的顶抵作用，使弯管外壁20与弯管内壁10之间的间隙宽度保持一致，并且不会影响冷却腔内冷气气流的流通。此外，通过弯管外壁20向内凹陷形成凸起21，易于加工，且仍为一体成型结构，对冷却腔的体积的影响非常小。并且不会对弯管内壁10的内侧的高温燃气的流场造成影响。在本实施例中，弯管外壁20上的凸起21沿轴向分布有2～6圈，每圈分布有15-25个。可选地，弯管内壁10向外凹陷形成凸起21。

本实施例的回流燃烧室，包括上述排气弯管。还包括与排气弯管连接的火焰筒30。当该回流燃烧室在工作状态时，来自压气机的低温冷气流从弯管外壁20上的冷却孔进入冷却腔，从弯管内壁10上的冷却孔流出冷却腔，形成保护弯管内壁10的冷气层，从而降低弯管内壁10和弯管外壁20的温度。装配时，将弯管外壁20上的舌片22直接卡入弯管内壁10上的卡槽11内。维修和更换时，直接将弯管外壁20与弯管内壁10分离拆下进行维修和更换，降低了排气弯管的维护成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。