火焰筒和燃烧室的制作方法

1.本实用新型涉及一种火焰筒和燃烧室。


背景技术：

2.航空发动机高温材料高温耐久性试验需要试验器能够提供高速高温的燃气工质，试验对工质的主要要求：航空煤油燃气成分、高温，高马赫数。目前，采用单管燃烧室产生的燃气来实现这种要求。
3.普通单管燃烧室的基本结构在工作时，气体从单管燃烧室内的火焰筒的前端和燃油混合形成回流气流并点燃燃烧，燃气在中间部分和补充空气进一步燃烧，最后经掺混区整流降温后从单管燃烧室的末端喷嘴喷出。
4.在单管燃烧室的整个工作过程中，其内部的火焰筒为主要高温发生区，在工作过程中火焰筒产生的热应力有如下几个方面：第一，火焰筒从冷态到热态温度变化时产生的热应力，这部分热应力对火焰筒结构整体轴向周向有热变形需求；第二，火焰筒工作过程中各区域由于温度场分度不均而产生的内部热应力，这部分热应力对火焰筒各部分有相对位移需求。
5.如以上两种热应力的持续存在，不能及时有效的消除将显著增加火焰筒开裂、变形等失效风险，减少其服役寿命。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中的单管燃烧室工作时火焰筒存在热应力的缺陷，提供一种火焰筒和燃烧室。
7.本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
8.一种火焰筒，所述火焰筒安装于外部壳体内，其特点在于，所述火焰筒包括依次连接的主级部、中级部和次级部；所述主级部与所述中级部通过第一调节结构活动连接，并且所述第一调节结构上设有间隙，使所述主级部与所述中级部可以相对运动；所述中级部与所述次级部分别通过支撑体与所述外部壳体上的卡接槽活动连接。
9.在本方案中，采用上述结构形式，火焰筒通过这种分体式设计以及独特的连接结构，使火焰筒在保证使用功能的前提下，能够使其满足工作时由于温度变化引起的热应力导致的变形与位移需求，有效的消除了热应力对其产生的影响，降低了火焰筒的失效风险，增加了火焰筒的服役寿命。
10.较佳地，所述中级部上朝向所述主级部的一端沿所述中级部的圆周方向设有第一调节槽，所述主级部的端部插入所述第一调节槽以形成所述第一调节结构。
11.较佳地，所述主级部的端部可在所述第一调节槽内进行轴向、周向和径向运动。
12.在本方案中，采用上述结构形式，火焰筒在工作时，主级部与中级部之间的热应力可以通过主级部与中级部之间的相对运动来消除。
13.较佳地，所述中级部的管壁内侧朝向所述主级部的方向延伸出卡接板，且所述卡
接板的板面与所述中级部的管壁内侧具有间隔，以使所述卡接板与所述中级部的管壁内侧之间形成所述第一调节槽。
14.在本方案中，采用上述结构形式，第一调节槽的结构形式简单，降低了第一调节结构的制造难度，同时便于主级部与中级部进行装配，在能够使主级部与中级部保持一定夹持力的同时，也实现了主级部与中级部的周向、轴向和径向热变形自由。
15.较佳地，所述支撑体固定连接于所述中级部和所述次级部的外壁并沿所述火焰筒的径向向外延伸至所述卡接槽内。
16.较佳地，所述支撑体包括第一支撑体和第二支撑体，所述第一支撑体与所述中级部的一端固定连接，所述第二支撑体与所述次级部的一端固定连接，所述第一支撑体与所述第二支撑体相抵靠。
17.较佳地，所述第一支撑体将所述中级部活动连接于所述卡接槽内；
18.所述第二支撑体将所述次级部活动连接于所述卡接槽内；以使所述中级部和所述次级部在外部壳体内进行轴向、周向和径向运动。
19.在本方案中，采用上述结构形式，这样的结构形式在能够使中级部、次级部与外部壳体之间保持一定夹持稳定性的同时，中级部与次级部之间的热应力可以通过中级部与次级部之间的相对运动来消除，实现了中级部与次级部的周向、轴向和径向热变形自由。
20.较佳地，所述火焰筒还包括燃气喷嘴，所述主级部、所述中级部、所述次级部和所述燃气喷嘴沿所述火焰筒的轴线方向依次连接，所述燃气喷嘴的一端伸出所述外部壳体，所述燃气喷嘴的另一端与所述次级部通过第二调节结构活动连接；所述次级部上朝向所述燃气喷嘴的一端沿所述次级部的圆周方向设有第二调节槽，所述燃气喷嘴的端部插入所述第二调节槽以形成所述第二调节结构，以使所述燃气喷嘴与所述次级部可以相对运动。
21.在本方案中，采用上述结构形式，这样的设计使得火焰筒在工作时，燃气喷嘴与次级部之间的热应力可以通过燃气喷嘴与次级部之间的相对运动来消除，同时第二调节槽的结构形式简单，降低了第二调节结构的制造难度，便于燃气喷嘴与次级部进行装配，在能够使燃气喷嘴与次级部保持一定夹持力的同时，也实现了燃气喷嘴与次级部的周向、轴向和径向热变形自由。
22.一种燃烧室，其特点在于，所述燃烧室采用上述的所述火焰筒。
23.在本方案中，采用上述结构形式，燃烧室采用这样具有分体式设计和独特连接结构的火焰筒，使燃烧室在保证使用功能的前提下，能够使其满足工作时由于温度变化引起的热应力导致的变形与位移需求，有效的消除了热应力对其产生的影响，降低了燃烧室的失效风险，增加了燃烧室的服役寿命。
24.较佳地，所述燃烧室的所述外部壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体的一端与所述第二壳体一端沿所述火焰筒的轴向对接形成所述卡接槽。
25.在本方案中，采用上述结构形式，外部壳体这样的分体式设计有效降低了卡接槽的制造难度，有利于保证燃烧室装配后火焰筒与外部壳体之间具有良好的间隙控制和固定效果。
26.较佳地，所述燃烧室还包括燃油喷嘴，所述燃油喷嘴、所述主级部、所述中级部、所述次级部沿所述火焰筒的轴线方向依次连接，所述燃油喷嘴与所述外部壳体固定连接。
27.在本方案中，采用上述结构形式，燃油喷嘴不仅可以为处于工作状态的燃烧室供
给燃油，同时燃油喷嘴也对主级部起到了固定支撑的作用。
28.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。
29.本实用新型的积极进步效果在于：
30.在本实用新型中火焰筒通过这种分体式设计以及独特的连接结构，使火焰筒在保证使用功能的前提下，能够使其满足工作时由于温度变化引起的热应力导致的变形与位移需求，有效的消除了热应力对其产生的影响，降低了火焰筒的失效风险，增加了火焰筒的服役寿命。
附图说明
31.图1为本实用新型实施例的燃烧室的结构示意图。
32.图2为本实用新型实施例的a处第一调节结构的结构示意图。
33.图3为本实用新型实施例的c处第二调节结构的结构示意图。
34.图4为本实用新型实施例的b处第一支撑体与第二支撑体的结构示意图。
35.图5为本实用新型实施例的主级部的结构示意图。
36.图6为本实用新型实施例的中级部的结构示意图。
37.图7为本实用新型实施例的次级部的结构示意图。
38.附图标记说明：
39.燃烧室1
40.火焰筒11
41.主级部111
42.中级部112
43.次级部113
44.燃气喷嘴114
45.第一调节结构115
46.第一调节槽1151
47.卡接板116
48.支撑体117
49.第一支撑体1171
50.第二支撑体1172
51.第二调节结构118
52.第二调节槽1181
53.外部壳体12
54.第一壳体121
55.第二壳体122
56.卡接槽123
57.第一法兰124
58.第二法兰125
59.燃油喷嘴13
具体实施方式
60.下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在的实施例范围之中。
61.本实用新型实施例提供一种火焰筒11，如图1所示，火焰筒11安装于外部壳体12内，火焰筒11包括依次连接的主级部111、中级部112和次级部113；主级部111与中级部112通过第一调节结构115活动连接，并且第一调节结构115上设有间隙，使主级部111与中级部112可以相对运动；中级部112与次级部113分别通过支撑体117与外部壳体12上的卡接槽123活动连接。
62.采用上述结构形式，火焰筒11安装于燃烧室1的外部壳体12内，火焰筒11由依次连接的主级部111、中级部112、次级部113和燃气喷嘴114四个部分组成；其中，主级部111通过第一调节结构115与中级部112活动连接，燃油喷嘴13通过第二调节结构118与次级部113活动连接，由于第一调节结构115和第二调节结构118内有间隙设计，火焰筒11在工作时，主级部111和中级部112在热应力的影响下可以进行相对的周向、轴线和径向伸缩，同理，燃油喷嘴13和次级部113也可以进行相对的周向、轴线和径向伸缩；其中中级部112与次级部113的连接端分别设有支撑体117，在中级部112和次级部113沿火焰筒11的轴线对接时，中级部112上的支撑体117和次级部113上的支撑体117将中级部112和次级部113夹持固定于外部壳体12内壁上的卡接槽123中，火焰筒11工作时，中级部112和次级部113通过这种间隙型夹持结构，使中级部112和次级部113在热应力的影响下可以进行周向、轴线和径向伸缩。
63.在本实用新型中火焰筒11通过这种分体式设计以及独特的连接结构，使火焰筒11在保证使用功能的前提下，能够使其满足工作时由于温度变化引起的热应力导致的变形与位移需求，有效的消除了热应力对其产生的影响，降低了火焰筒11的失效风险，增加了火焰筒11的服役寿命。
64.作为一种较佳的实施方式，如图2、图5、图6所示，中级部112上朝向主级部111的一端沿中级部112的圆周方向设有第一调节槽1151，主级部111的端部插入第一调节槽1151以形成第一调节结构115；主级部111的端部可在第一调节槽1151内进行轴向、周向和径向运动。
65.筒形的主级部111与中级部112沿火焰筒11的轴线相对接，在中级部112上朝向主级部111一侧的端面上设有第一调节槽1151并且第一调节槽1151为环形凹槽，主级部111上朝向中级部112的一端的环形结构插入第一调节槽1151中即形成第一调节结构115，在第一调节结构115中第一调节槽1151与主级部111的端部在保持有一定的夹持力的同时，第一调节槽1151与主级部111的连接处设有间隙，所以火焰筒11在工作时，主级部111的端部可在第一调节槽1151内进行轴向、周向和径向运动，这样的设计使得火焰筒11在工作时，主级部111与中级部112之间的热应力可以通过主级部111与中级部112之间的相对运动来消除。
66.作为一种较佳的实施方式，如图2、图5、图6所示，中级部112的管壁内侧朝向主级部111的方向延伸出卡接板116，且卡接板116的板面与中级部112的管壁内侧具有间隔，以使卡接板116与中级部112的管壁内侧之间形成第一调节槽1151。
67.第一调节槽1151由卡接板116和中级部112的内壁一体成型制造而成，卡接板116倾斜布置于中级部112朝向主级部111的一侧，卡接板116的一端与中级部112的管壁内侧固定连接，卡接板116的另一端延伸出面向主级部111一侧的中级部112，与此同时保持卡接板
116的板面与中级部112的管壁内侧具有间隔，并使得卡接板116与中级部112的管壁内侧形成一定的夹角，这样即形成了第一调节槽1151；在火焰筒11工作时，其中主级部111与中级部112之间的轴向热应力可以通过主级部111插入第一调节槽1151的深度进行不断变化来消除，第一调节槽1151的结构形式简单，降低了第一调节结构115的制造难度，同时便于主级部111与中级部112进行装配，在能够使主级部111与中级部112保持一定夹持力的同时，也实现了主级部111与中级部112的周向、轴向和径向热变形自由。
68.作为一种较佳的实施方式，如图4、图6、图7图所示，支撑体117固定连接于中级部112和次级部113的外壁并沿火焰筒11的径向向外延伸至卡接槽123内。支撑体117包括第一支撑体1171和第二支撑体1172，第一支撑体1171与中级部112的一端固定连接，第二支撑体1172与次级部113的一端固定连接，第一支撑体1171与第二支撑体1172相抵靠。第一支撑体1171将中级部112活动连接于卡接槽123内；第二支撑体1172将次级部113活动连接于卡接槽123内；以使中级部112和次级部113在外部壳体12内进行轴向、周向和径向运动。
69.在火焰筒11中中级部112与次级部113分别通过支撑板与外部壳体12上的卡接槽123进行活动连接，支撑体117固定连接于中级部112和次级部113的外壁，并沿火焰筒11的径向向外延伸至外部壳体12内侧的卡接槽123内；筒状的中级部112与次级部113沿火焰筒11的轴线进行对接，中级部112上朝向次级部113一端设有的第一支撑体1171与次级部113上朝向中级部112一端设有的第二支撑体1172相抵接，并且第一支撑体1171与第二支撑体1172分别沿火焰筒11的径向向外延伸直至活动连接于卡接槽123内，第一支撑体1171与第二支撑体1172使中级部112和次级部113分别与外部壳体12之间形成间隙型夹持结构，并且在火焰筒11工作时，中级部112和次级部113在外部壳体12内可以进行轴向、周向和径向运动。这样的结构形式在能够使中级部112、次级部113与外部壳体12之间保持一定夹持稳定性的同时，中级部112与次级部113之间的热应力可以通过中级部112与次级部113之间的相对运动来消除，实现了中级部112与次级部113的周向、轴向和径向热变形自由。
70.作为一种较佳的实施方式，如图1、图3、图7所示，火焰筒11还包括燃气喷嘴114，主级部111、中级部112、次级部113和燃气喷嘴114沿火焰筒11的轴线方向依次连接，燃气喷嘴114的一端伸出外部壳体12，燃气喷嘴114的另一端与次级部113通过第二调节结构118活动连接；次级部113上朝向燃气喷嘴114的一端沿次级部113的圆周方向设有第二调节槽1181，燃气喷嘴114的端部插入第二调节槽1181以形成第二调节结构118，以使燃气喷嘴114与次级部113可以相对运动。
71.在火焰筒11中主级部111、中级部112、次级部113和燃气喷嘴114沿火焰筒11的轴线方向依次连接，燃气喷嘴114上远离次级部113的一端从外部壳体12尾部的开口伸出外部壳体12，并且燃气喷嘴114的管壁外侧与外部壳体12尾部的开口配合连接，以使得燃气喷嘴114受到一定沿其径向的支撑力；燃气喷嘴114朝向次级部113的一端与次级部113通过第二调节结构118活动连接，在次级部113上朝向燃气喷嘴114的一端设有第二调节槽1181，燃气喷嘴114的端部插入第二调节槽1181，在第二调节结构118中第二调节槽1181与燃气喷嘴114的端部保持有一定的夹持力的同时，燃气喷嘴114与次级部113可以相对运动。
72.这里所提到的第二调节结构118与第二调节槽1181的与上述的第一调节结构115和第一调节槽1151的结构形式相同，此处不再赘述。
73.这样的设计使得火焰筒11在工作时，燃气喷嘴114与次级部113之间的热应力可以
通过燃气喷嘴114与次级部113之间的相对运动来消除，同时第二调节槽1181的结构形式简单，降低了第二调节结构118的制造难度，便于燃气喷嘴114与次级部113进行装配，在能够使燃气喷嘴114与次级部113保持一定夹持力的同时，也实现了燃气喷嘴114与次级部113的周向、轴向和径向热变形自由。
74.本实用新型实施例提供一种燃烧室1，如图1所示，燃烧室1采用上述火焰筒11。
75.火焰筒11安装于燃烧室1的外部壳体12内，火焰筒11由依次连接的主级部111、中级部112、次级部113和燃气喷嘴114四个部分组成；其中，主级部111通过第一调节结构115与中级部112活动连接，燃油喷嘴13通过第二调节结构118与次级部113活动连接；这种设计使得在火焰筒11在工作时，主级部111和中级部112在热应力的影响下可以进行相对轴向、周向和径向伸缩，以及燃油喷嘴13和次级部113也可以进行相对的轴向、周向和径向伸缩。
76.中级部112与次级部113的连接端分别设有支撑体117，中级部112和次级部113沿火焰筒11的轴线对接后，中级部112上的支撑体117和次级部113上的支撑体117将中级部112和次级部113夹持固定于外部壳体12内壁上的卡接槽123中；在火焰筒11工作时中级部112和次级部113通过间隙型夹持结构，使中级部112和次级部113在热应力的影响下进行周向伸缩。
77.燃烧室1采用这样具有分体式设计和独特连接结构的火焰筒11，使燃烧室1在保证使用功能的前提下，能够使其满足工作时由于温度变化引起的热应力导致的变形与位移需求，有效的消除了热应力对其产生的影响，降低了燃烧室1的失效风险，增加了燃烧室1的服役寿命。
78.作为一种较佳的实施方式，如图1所示，燃烧室1的外部壳体12包括第一壳体121和第二壳体122，第一壳体121的一端与第二壳体122一端沿火焰筒11的轴向对接形成卡接槽123。
79.燃烧室1的外部壳体12分为筒状的第一壳体121和第二壳体122，第一壳体121的一端连接有第一法兰124，第二壳体122的一端连接有第二法兰125，并且第二法兰125上朝向第一法兰124的端面内壁沿其径向向外延伸出槽口；第一壳体121与第二壳体122沿火焰筒11的轴向对接时，第二法兰125上的槽口与第一法兰124相抵接形成卡接槽123。外部壳体12这样的分体式设计有效降低了卡接槽123的制造难度，有利于保证燃烧室1装配后火焰筒11与外部壳体12之间具有良好的间隙控制和固定效果。
80.作为一种较佳的实施方式，如图1所示，燃烧室1还包括燃油喷嘴13，燃油喷嘴13、主级部111、中级部112、次级部113沿火焰筒11的轴线方向依次连接，燃油喷嘴13与外部壳体12固定连接。
81.在燃烧室1中燃油喷嘴13、主级部111、中级部112、次级部113、燃气喷嘴114沿火焰筒11的轴线方向依次连接，燃油喷嘴13的一端插入外部壳体12，燃油喷嘴13的管壁与外部壳体12固定连接，燃油喷嘴13的伸入端与主级部111上远离中级部112的一端固定连接，并且燃油喷嘴13将外部壳体12的外部与主级部111相连通，以使得在燃烧室1工作时外部燃油可通过燃油喷嘴13喷入火焰筒11中，燃油喷嘴13不仅可以为处于工作状态的燃烧室1供给燃油，同时燃油喷嘴13也对主级部111起到了固定支撑的作用。
82.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员
在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。