航空发动机火焰筒论文

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1、1 1 燃烧室燃烧室 发动机的燃烧室包括主燃烧室和加力燃烧室。主燃烧室位于压气机和涡轮 之间，是航空燃气涡轮发动机的基本部件，是发动机的心脏。加力燃烧室位于 涡轮和尾喷管之间，用于进一步增大发动机的推力。 1.11.1 燃烧室的功用燃烧室的功用 发动机工作时，燃料从喷嘴喷出碎裂成许多细小的油珠而雾化，并与高速 进入燃烧室的增压空气边向后流动边混合，形成混合气。发动机启动时由电嘴 产生电火花点燃混合气以后，由已然气体的火焰作为点火源点燃新鲜混合气， 使混合气在燃烧室内保持连续不断的燃烧，燃烧后的气体流向涡轮。 1.1.11.1.1 燃烧室的构造燃烧室的构造 1、扩压器 功用：降低从压气机流出的气

2、流速度，增压以便于组织燃烧。 2、燃烧室壳体 燃烧室壳体用来构成二股气流通道。 组成：外壳和壳体 功用：降低气流速度，为点燃混合气并在燃烧室内稳定燃烧创造条件 外壳上有工作喷嘴、起动喷油点火器、滑油箱的安装座并有很多导管安装 孔 3、火焰筒 火焰筒是燃烧室的主要构件，是组织燃烧的场所。 组成：空气进气口、火焰筒头部、五段筒体、燃气导管。 空气进气口的功用是引空气到火焰筒头部，并起二次扩压作用。同时，其 内外两侧的溢流口将空气引入环形通道内，使环形通道内气流速度趋于均匀。 火焰筒的头部采用了 10 个带风斗的进气孔，因而进气量大集中，穿透深度大， 形成强烈的回流区，有利于稳定燃烧，提高燃烧速度和

3、效率，缩短了火焰筒的 长度。位于头部球锥体中心的涡流器，由内环、10 片平面涡流叶片组成内环内 孔是安装燃油喷嘴的定位孔。燃烧段采用 4 道波纹冷却结构，对筒体进行气膜 冷却，并在筒体上开了带有翻边的大尺寸掺混孔；同时还采用了挡气板使进气 均匀，穿透深度大，既可以缩短掺混过程，又可以保证均匀的温度场。 每个火焰筒的两侧各焊有一个联焰管，其中一个是不带安装边的左联焰管， 另一个带安装边的右联焰管。当发动机起动时，将由点火电咀点燃的火焰筒内 的混合燃气，火焰通过联焰管传播到其余各火焰筒中，并起均压作用。 火焰筒采取了前端固定，后端支持的方案。火焰筒的头部呈球形，借定位 环支靠在进气口上，用固定销使

4、火焰筒前端轴向定位。火焰筒后端用螺钉与燃 气导管连接；燃气导管后端的扇形安装边用螺栓连接有内、外扇形板，借此扇 形板与涡轮导向器机匣前安装边配合，使火焰筒组件后部径向和周向定位，但 允许轴向自由膨胀。 4、输油圈 输油圈用于向燃油喷嘴的作用是将燃油雾化（或气化） ，加速混合气形成， 保证稳定燃烧和提高燃烧率。 5、点火装置 功用：在起动时或高空熄火后形成点火源。 1.1.21.1.2 燃烧室的工作特点燃烧室的工作特点 航空燃气涡轮发动机的燃烧室位于压气机和涡轮之间，因而其工作受前、 后部件的影响与制约，具体的工作条件有如下特点： （1）燃烧室进口气流速度很大，燃料要在高速气流中进行燃烧。 为了

5、适应现代空战的需要，高速飞机要求发动机推力大，飞行阻力小，这 就必须增大空气流量和减小燃烧室的横截面积，从而导致燃烧室进口气流速度 达到很大的数值。 （2）燃烧室容积很小，但要在短时间内发出大量的热能，而且随着现代发 动机技术的发展，燃烧室长度还在缩短，体积进一步减小。 （3）燃烧室出口气流温度受到涡轮叶片材料的限制。 由于涡轮是在高温燃气推动下高速旋转的，因此，涡轮叶片不仅承受着极 大的离心力，而且还处在高温条件下工作。金属材料的强度极限是随着温度的 升高而降低的，为了保证涡轮安全可靠的工作，就必须把燃烧室出口燃气温度 限制在一定的范围内。 上述这些条件给在燃烧室内组织稳定高效的燃烧带来了很

6、大的困难。 1.1.31.1.3 燃烧室的设计要求燃烧室的设计要求 1、在地面和空中的各种气象条件和飞行条件下，起动点火迅速可靠。 2、在飞行包线内，在发动机一切正常工作状态下，燃烧室应保证混合气稳 定地燃烧，具有高的完全燃烧系数和低的压力损失系数。 3、保证混合气在尽可能短的范围内完全地燃烧，燃起的火舌要短，特别是 不能有余焰流出燃烧室。 4、出口的燃气温度场沿圆周要均匀，沿叶高应保证按涡轮要求的规律分布 （一般要求涡轮叶片的叶尖和叶根处，温度较低） 5、燃烧室的零组件及其连接处应具有足够的强度和刚性，良好的冷却和可 靠的热补偿，减小热应力。 6、燃烧室的外廓尺寸要小，轴向尺寸要短、重量要轻

7、，具有高的容热强度。 燃烧室的结构要简单，有良好的使用性能，维护检查方便，使用期限长。 7、燃烧产物对大气污染小、还应尽量减少排气污染物的产生。主要排放物 有：CO、UHC、NO、黑烟等。 2 2 燃烧室、火焰筒常见故障及修理方法燃烧室、火焰筒常见故障及修理方法 2.12.1 燃烧室颈部故障的排除与修理燃烧室颈部故障的排除与修理 2.1.12.1.1 燃烧室颈部故障的排除与修理燃烧室颈部故障的排除与修理 燃烧室颈部，位于整个燃烧室的前端，与进气道连接，引导空气进入燃烧 室。空气进入颈部的进口，便分为二股；一股进入火焰筒的进气口；另一股从 火焰筒外壁进入，起冷却和补偿空气的作用。由于进气口空气温

8、度不高，所以 颈部是用铸铝 ZL104 制造的。 （1）颈部安装边圆孔及转接处裂纹 颈部安装边裂纹，在大转安装边和小安装边都有，一般在转接处为多。 小安装边转接处裂纹较多。一般长度在 5-10mm，大部分产生在耳扣下面， 严重的使整个耳扣断裂。小安装边裂纹，发展速度比较慢，但是会使整个耳扣 断裂。因此，故障是属于过渡性、故障。 大安装边裂纹都产生在主体与安装边转接处，裂纹长度多在 20-40mm；最 长也为超过 50mm。大安装边及圆孔向外裂纹，发展到一定程度以后，便不再发 展，一般圆孔裂纹至边缘为止，故属稳定性故障。 上述故障无论大、小安装边和圆孔裂纹，均未发生过事故。 对于上述故障产生的原

9、因，原设计单位认为是安装时连接螺栓拧的过紧引 起的。后来发现部完全是装配问题，设计方面有结构缺陷，也是原因之一。 对于上述故障，一般采用焊接的方法排除，严重的故障件应该报废。 （2）颈部主体裂纹、压坑和打伤 燃烧室颈部主体裂纹，这种裂纹一般出现较少，多数情况与小安装边裂纹 联系在一起，亦及从小安装边转接处开始裂纹，然后渐渐发展到主体裂纹。但 是，也有裂纹从主体开始，然后发展成闭合裂纹，严重时，引起主体掉快。 主体单条裂纹，目前采用焊接方法排除，严重时，焊接也有困难，则必须 更换新件。 颈部打伤和压坑故障，这种故障比较常见，这是由于颈部仍处于进气气流 冲击的范围内，被气流中带进的砂粒打伤的可能性

10、较大。砂粒被压气机吸入时， 由于动量较大，大都在后导气圈进入，颈部正处于后导气圈进口位置。因此， 外表面容易受冲击。 对于压坑和打伤故障，严重者可采用填焊排除；轻微者继续使用。在加强 检查的条件下，一般情况可以继续使用。 （3）颈部管接头安装座螺桩松动 燃烧室颈部管接头，构造上是装漏油管的，漏油管与漏油活门连接，本来 承受的负荷是不大的，一般不应有故障。事实上该处的螺桩却松动、脱出的甚 多。从统计数字看，螺桩的松动故障率，是随使用寿命不断增加的。 要彻底解决上述故障，还是在构造上彻底解决较为恰当。首先，应从防震 着手，漏油管可改为软管式的；或改为有减震装置的钢管。其次，加强漏油活 门座的支板，

11、有可能减小安装座螺桩在震动过程中所承担的应力。 目前排除这种故障，只有更换螺桩；构造上的改进从未进行。 （4）颈部球形垫圈配合面磨损 燃烧室颈部进气口与进气管是相连的，中间装入一个球形垫圈，作为密封 用。该件与球形垫圈配合面，经过 200h 以后，普遍有磨损和硬皮。由于产生硬 皮故障，每次修理时，都要车削排除，车去一定材料；一次，造成颈部高度下 降。高度过低时，则才用填焊增高，再车削成形。目前经过填焊车削的颈部， 在寿命较高的发动机中，是越来越多。 颈部与球形垫圈的配合面磨损的原因，从磨损后产生的硬皮来分析，是属 于脉冲气流下引起振动所产生的磨损。这种现象与导风轮及机轮接触面之间， 所产生的硬

12、皮是一样的。但是，这里有一个特殊现象，就是球形垫圈的材料是 38GrA，而颈部零件是铸铝 ZL-104，相比之下，铸铝要软的多，结果是颈部磨 损，硬皮出现，而垫圈却很少有这种现象。 排除这种故障的方法还是从构造上采取措施较为彻底，对于球形圈与颈部 的配合，不宜用金属的刚性接触，只有采用非金属的减振材料，才有可能从根 本上消除这些故障。对于已使用的颈部件，出现这种故障，仍可用填焊车修方 法排除。但是过多的采用这种方法，对原材料强度有影响，同时也降低了颈部 的使用寿命。 2.1.22.1.2 外套的修理外套的修理 （1）外套爆破 外套爆破是一种危险性故障。据统计，这种故障率较低，但是它一出现， 很

13、容易引起空中失火，从而可能造成严重飞行事故。 要排除和预防这种故障，应该从构造上转移外套联焰管下方附近壁上的共 振频率。简单的改进，就是增加刚度、重量、阻尼或者采用不对称的构造形式， 转移共振，使共振在较大的转速下不会产生，在其余的转速下，虽然有共振， 其应力较小，从而使外套不产生疲劳断裂。 （2）外套裂纹 外套主体裂纹一般比较少，多数产生在圆柱段滚焊缝附近。除封严圈外， 其余部位很少出现。联焰管下方圆锥段虽然产生爆破，但很少有微裂纹。出现 这种现象，主要是裂纹发展速度较快，一出现就不能长久存在，很快就发展为 爆破。 外套圆柱段裂纹一般是比较稳定的，多数裂纹至滚焊缝就停止，但也有可 能发展为超

14、过滚焊缝而裂至圆锥段的，所以这种故障，是属于过度性故障。 对于外套圆柱段裂纹，目前没有办法防止它，也不能采用焊接方法排除， 因为焊接后，会引起材料强度极限和疲劳度下降，也很难防止不再重新出现裂 纹。 目前遇到外套裂纹故障，只好更换外套。发动机在场外使用过程中，应加 强检查，及早发现裂纹，避免其发展成为爆破事故。 2.22.2 火焰筒故障及修理火焰筒故障及修理 2.2.12.2.1 帽罩进气口、帽罩补偿孔裂纹帽罩进气口、帽罩补偿孔裂纹 （1）火焰筒帽罩进气口裂纹 这是从帽罩进气口边缘上产生的裂纹，一经出现发展速度快，而且多数拐 弯，25h 之内可能发展成为闭合裂纹而导致掉快。这种裂纹产生的原因是

15、气体 共振。 通常这种故障采用焊接、补片等方法排除后，很快会出现新的裂纹。在结 构设计采用进气口卷边的方法，能有效防止产生这种故障。 （2）帽罩补偿孔裂纹 该裂纹多数出现在固定销左侧，第一个补偿孔便最多，几乎 70%的帽罩裂 纹都产生在该处。 为了排除帽罩补偿孔边裂纹故障，一般采用焊接、补片等修理方法，但这 只能解决火焰筒短时间使用问题，要彻底消除这种故障，还需要改进火焰筒的 结构设计。 2.2.22.2.2 火焰筒主要故障火焰筒主要故障 1、火焰筒一段的主要故障 火焰筒一段的主要故障有：滚焊缝裂纹、开焊；圆孔边裂纹；联焰管孔旁 裂纹；局部变形、翘曲、烧伤；加强套烧伤、裂纹、掉快等。 对于滚焊

16、缝裂纹、开焊一般采用氩弧焊方法处理；圆孔边裂纹一般采用钻 止裂孔或焊接方法排除，裂纹较长时，采用补片的办法排除；联焰管旁裂纹采 用焊接排除，碎裂纹采用挖补的方法排除效果较好；局部变形、翘曲、烧伤采 用挖补或焊段较为合适；加强套烧伤、裂纹、掉快采用氩弧焊接，故障严重时 采用挖补修理，或采用切除换段的方法，这些方法可以暂时排除故障，使火焰 筒再使用一个翻修寿命，但是不能彻底排除故障，再次使用时，仍可能在原部 位重新出现故障。 2、火焰筒中段故障 中断故障有：中断与结合环搭接滚焊缝裂纹、开焊、烧伤、变形、翘曲、 龟裂，中段主体裂纹，中段结合环裂纹。 排除方法：和一段故障排除方法相同 3、尾部结合环裂纹 排除方法：采用挖补氩弧焊接比较有效；用氩弧接焊接或钻止裂孔排除效 果不好。因为，修理过的部位经常出现裂纹。 心得体会心得体会 。 谢辞谢辞 参考文献参考文献 目录 1 1 燃烧室燃烧室 1 1.1 燃烧室的功用1 1.1.1 燃烧室的构造1 1.1.2 燃烧室的工作特点2 1.1.3 燃烧室的设计要求3 2 2 燃烧室、火焰筒常见故障及修理方法燃烧室、火焰筒常见故障及修理方法 4 2.1 燃