CN103062797B - 一种用于高高空低温低压环境下可靠点火的燃烧室中心旋流补氧结构 - Google Patents

一种用于高高空低温低压环境下可靠点火的燃烧室中心旋流补氧结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于高高空低温低压环境下可靠点火的燃烧室中心旋流补氧结构，该结构主要包括补氧环、气动雾化喷嘴和多级旋流器。气动雾化喷嘴位于第一级旋流器和第二级旋流器之间。补氧环插在第一级旋流器前，补氧环内通道有效面积小于第一级旋流器流通面积，不影响第一级旋流器进气。本发明采用补氧环与多级旋流器相配合共同对燃油进行雾化的结构，在保证富燃区当量比足够大的情况下，增加氧气的补给，不但加强了燃油的雾化，也使得富燃区氧的相对含量增高，增大了点火时的化学反应速率，有利于火焰的传播与稳定。这种结构可以拓宽燃烧室可靠点火的限制边界，即使在非常规的高高空低温低压环境下也可以保证发动机可靠的点火起动。

Description

一种用于高高空低温低压环境下可靠点火的燃烧室中心旋流补氧结构
技术领域
本发明涉及航空燃气轮机高空点火的技术领域，具体涉及一种用于高高空低温低压环境下可靠点火的燃烧室中心旋流补氧结构。
背景技术
在已公布的研究结果中，关于燃烧室高空点火很少。在高空9.1km甚至更高的高空环境下，空气压力、温度、含氧量均很低。当飞行器在高高空（18km以上高空）飞行时，气流的温度、压力、含氧量已经无法再满足点火的要求。因此可以考虑采用燃烧室多级旋流与补氧环相互结合的结构来实现高高空低温低压条件下的可靠点火。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了弥补现有燃气轮机燃烧室无法在高高空低温低压环境下可靠点火的不足，提供一种用于高高空低温低压环境下可靠点火的燃烧室中心旋流补氧结构，采用补氧环与多级旋流器相互配合共同对燃油进行雾化的结构，在保证富燃区当量比足够大的情况下，增加氧气的补给，不但加强了燃油的雾化，也使得富燃区氧的相对含量增高，从而拓宽燃烧室可靠点火的限制边界，即使在非常规的高高空低温低压环境下也可以保证发动机可靠的点火起动。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于高高空低温低压环境下可靠点火的燃烧室中心旋流补氧结构，包括补氧环，气动雾化喷嘴和多级旋流器；燃烧用空气由燃烧室头部进入火焰筒；氧气由补氧环进入第一级旋流器，并经第一级旋流器通道进入火焰筒，但是不能影响燃烧室头部的流场；气动雾化喷嘴与第一级旋流器过盈配合，与第二级旋流器螺纹连接；第二级旋流器与第三级旋流器为一体，并通过旋流器内隔板与第四级旋流器焊接，并与其同心，第四级旋流器通过头部整体端壁与火焰筒帽罩和火焰筒内壁固定；燃油通过气动雾化喷嘴小孔喷出达到初始雾化的效果，再经过第一级旋流器形成的空气和氧气旋流与第二级旋流器形成的空气旋流的作用，形成油雾。
其中，补氧环和第一级旋流器与气动雾化喷嘴过盈配合，补氧环紧接第一级旋流器前端，第一级旋流器形成的空气和氧气旋流与第二级旋流器形成的空气旋流共同对燃油雾化，同时需要保证头部富燃区当量比为1.2-2.0。
其中，第一级旋流器气量分配为2%-10%，旋流数0.8-1.5，第二级旋流器气量分配为3%-15%，旋流数0.8-1.5。
其中，补氧环为高0.5-2mm的环腔，补氧环出口角度10-45°，使氧气平稳流入第一级旋流器。
其中，补氧环内通道内径为10-20mm，其有效流通面积为第一级旋流器进口面积的0.1-0.8倍，不影响第一级旋流器进气。
本发明的原理如下：补氧环与多级旋流器相配合共同对燃油进行雾化，在保证富燃区当量比足够大的情况下，增加氧气的补给，不但加强了燃油的雾化，也使得富燃区氧的相对含量增高，增大了点火时的化学反应速率，有利于火焰的传播与稳定，从而提高高空点火的可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构剖视总图；
图2是本发明的补氧环和第一级旋流器组合剖视图；
图3是本发明的气动雾化喷嘴和第一级、第二级旋流器组合剖视图；
图4是本发明的多级旋流器剖视图；
其中01是补氧环，02是气动雾化喷嘴，03是气动雾化喷嘴小孔，04是头部整体端壁，05是火焰筒帽罩，06是火焰筒内壁，07是旋流器内隔板，08是第一级旋流器，09是第二级旋流器，10是第三级旋流器，11是第四级旋流器，12是多级旋流器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
图1是本发明的结构剖视总图，主要由补氧环01，气动雾化喷嘴02和多级旋流器12组成；氧气由补氧环01进入第一级旋流器08，并经第一级旋流器通道进入火焰筒；气动雾化喷嘴02与第一级旋流器08过盈配合，与第二级旋流器09螺纹连接；第二级旋流器09与第三级旋流器10为一体，并通过旋流器内隔板07与第四级旋流器11焊接，并与其同心，第四级旋流器11通过头部整体端壁04与火焰筒帽罩05和火焰筒内壁06焊接。
图2是本发明的补氧环和第一级旋流器组合剖视图，补氧环01和第一级旋流器08与气动雾化喷嘴02过盈配合，补氧环01紧接第一级旋流器08前端，补氧环01为高0.5-2mm的环腔，补氧环出口角度10-45°，使氧气平稳流入第一级旋流器08。补氧环内通道内径为10-20mm，其有效流通面积为第一级旋流器08进口面积的0.1-0.8倍，不影响第一级旋流器08进气。
图3是本发明的气动雾化喷嘴和第一级、第二级旋流器组合剖视图，气动雾化喷嘴02供应燃烧室所需的全部燃油，位于第一级旋流器08和第二级旋流器09之间，第一级旋流器08在气动雾化喷嘴02内通道内，并与其过盈配合，第二级旋流器09与气动雾化喷嘴02通过螺纹连接。在喷嘴通道内，设计有4-16个内径为0.4-0.8mm的出油小孔，小孔与轴向成15-40°角，使燃油存在一个较大的压力降，达到初始雾化作用。喷油小孔流向与二级轴向旋流器09旋向相反。
图4是本发明的四级旋流器剖视图，由旋流器内隔板07，第一级旋流器08，第二级旋流器09，第三级旋流器10，第四级旋流器11组成。第二级旋流器09与第三级旋流器10为一体，通过旋流器内隔板07与第四级旋流器11焊接。第四级旋流器11通过头部整体端壁04与火焰筒帽罩05焊接。每一级旋流器的轴向长度大致相等，均为10-100mm。第一级旋流器8叶片数为8-16个，叶片倾斜角为30-50°，第二级旋流器9叶片数为8-16个，叶片倾斜角为40-60°，第三级旋流器10叶片数为20-40个，叶片倾斜角为20-40°，第四级旋流器11叶片数为20-50个，叶片倾斜角为30-50°，叶片倾斜角为20-60°。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种用于高高空低温低压环境下可靠点火的燃烧室中心旋流补氧结构，其特征在于：由补氧环(01)，气动雾化喷嘴(02)和多级旋流器(12)组成；燃烧用空气由燃烧室头部进入火焰筒；氧气由补氧环(01)进入第一级旋流器(08)，并经第一级旋流器通道进入火焰筒，但是不能影响燃烧室头部的流场；第一级旋流器(08)在气动雾化喷嘴(02)的通道内，并且气动雾化喷嘴(02)与第一级旋流器(08)过盈配合，第二级旋流器(09)套设在气动雾化喷嘴(02)的外部，气动雾化喷嘴(02)与第二级旋流器(09)螺纹连接；第二级旋流器(09)与第三级旋流器(10)为一体，并第二级旋流器(09)与第三级旋流器(10)通过旋流器内隔板(07)与第四级旋流器(11)焊接，并与其同心，第四级旋流器(11)通过头部整体端壁(04)与火焰筒帽罩(05)和火焰筒内壁(06)固定；燃油通过气动雾化喷嘴小孔(03)喷出达到初始雾化的效果，再经过第一级旋流器(08)形成的空气和氧气旋流与第二级旋流器(09)形成的空气旋流的作用，形成油雾；
其中，补氧环(01)与气动雾化喷嘴(02)过盈配合，补氧环(01)紧接第一级旋流器(08)前端，第一级旋流器(08)形成的空气和氧气旋流与第二级旋流器(09)形成的空气旋流共同对燃油雾化，同时需要保证头部富燃区当量比为1.2-2.0。
2.根据权利要求1所述的一种用于高高空低温低压环境下可靠点火的燃烧室中心旋流补氧结构，其特征在于：第一级旋流器(08)气量分配为2％-10％，旋流数0.8-1.5，第二级旋流器(09)气量分配为3％-15％，旋流数0.8-1.5。
3.根据权利要求1所述的一种用于高高空低温低压环境下可靠点火的燃烧室中心旋流补氧结构，其特征在于：补氧环(01)为高0.5-2mm的环腔，补氧环出口角度10—45°，使氧气平稳流入第一级旋流器(08)。
4.根据权利要求1所述的一种用于高高空低温低压环境下可靠点火的燃烧室中心旋流补氧结构，其特征在于：补氧环内通道内径为10-20mm，其有效流通面积为第一级旋流器(08)进口面积的0.1-0.8倍，不影响第一级旋流器(08)进气。
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