CN105114982A - 一种大扩张比扩压器 - Google Patents
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Abstract
一种大扩张比扩压器，涉及航空发动机、燃气轮机燃烧室的扩压器设计领域，大扩张比扩压器由扩压器本体、外壁分流片、内壁分流片组成，外壁分流片设置于扩压器本体的外壁面，内壁分流片设置于扩压器本体的内壁面。外壁分流片与内壁分流片的个数相等且外壁分流片与内壁分流片的前段和后段均为流路扩张的流线型。本发明提供的大扩张比扩压器通过在扩压器本体的外壁设置外分流片，内壁面设置内分流片，使得扩压器本体的扩压面积比大于现有技术中扩压器的扩压面积比，在满足了燃烧室进口马赫数不断增加的设计要求的同时，又避免在扩压器壁面出现气流分离，还减小了扩压器总压损失，装置稳定性高，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机、燃气轮机燃烧室设计领域，主要涉及航空发动机、燃气轮机燃烧室的扩压器设计领域，具体而言，涉及一种大扩张比扩压器。
背景技术
现有技术中的发动机，燃烧室进口空气流速很高，一般在120－200m/s，对于燃烧室来说，如此高的气流速度是无法保证燃烧室在有限长度内实现稳定、完全燃烧的，因此，需要通过扩压器降低空气流速，为在燃烧室内组织燃烧做准备。扩压器的主要作用是将燃烧室进口的高速气流的速度降低，为火焰筒内油气混合物的燃烧提供了一个稳定、均匀的进口流场。随着发动机技术的发展，燃烧室进口空气马赫数不断提高。为保证扩压器出口的气流速度和扩压器长度不变，只能增加扩压器的扩张角。这样带来的结果是：扩压器内、外壁面附近的气流会发生明显的分离。气流分离使得扩压器的总压损失增大，同时扩压器出口的气流发生畸变。扩压器的总压损失增加降低了发动机的性能，扩压器出口的气流发生畸变影响了燃烧室出口温度场质量，这在扩压器的设计上是不能接受的。因此，现在亟需解决的技术问题是如何设计出一种大扩张比扩压器，既能满足燃烧室进口马赫数增加的要求，又不会出现气流分离现象，同时总压损失还要尽可能的小。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种结构简单合理、既能满足燃烧室进口马赫数增加的设计要求，又能不出现气流分离现象的大扩张比扩压器。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种大扩张比扩压器，用于降低航空发动机、燃气轮机的燃烧室进口的气流速度和总压损失，包括扩压器本体、外壁分流片、内壁分流片，其中，外壁分流片设置于扩压器本体的外壁面气流分离的位置，内壁分流片设置于扩压器本体的内壁面气流分离的位置，扩压器本体具有预定的扩压面积比，扩压器本体的扩压面积比根据燃烧室进口的空气马赫数而确定，扩压器本体的扩压面积比根据燃烧室进口的空气流速增大而增大。燃烧室进口马赫数不断提高，要求燃烧室进口空气速度不断提高，燃烧室进口空气量明显增大，在不改变扩压器的长度和扩压器出口的气流速度的前提下，保障燃烧室能够有充分的空气以及适应的空气压强和速度，只能将扩压器本体的扩压面积比设置成大于现有技术中扩压器的扩压面积比。扩压器的扩压面积比的数值是根据燃烧室进口马赫数决定的。
上述方案中优选的是，外壁分流片的前段和后段均为流路扩张的流线型。外壁分流片设计为流路扩张的流线型是减小空气流在扩压器本体内受到的阻力，减少流速损失。
上述任一方案中优选的是，内壁分流片的前段和后段均为流路扩张的流线型。内壁分流片设计为流路扩张的流线型的效果与外壁分流片设计成流路扩张的流线型的的作用是相同的，同样是减小空气在扩压器本体内受到的阻力，减少流速损失。
上述任一方案中优选的是，外壁分流片与所述内壁分流片的个数相同。保障气流衔接的顺畅，避免气流在由扩压器内壁向扩压器外壁流动过程中气流速度不均匀，产生气流畸形的现象对燃烧室的燃料燃烧造成影响。
上述任一方案中优选的是，外壁分流片的个数为燃烧室喷嘴个数的整数倍。
本发明所提供的大扩张比扩压器的有益效果在于，结构简单，制造方便，通过在扩压器本体的外壁设置外分流片，内壁面设置内分流片，使得扩压器本体的扩压面积比大于现有技术中扩压器的扩压面积比，在满足了燃烧室进口马赫数不断增加的设计需求的同时，又不会在扩压器壁面出现气流分离，还减小了扩压器总压损失，装置稳定性高，安全可靠。
附图说明
图1是按照本发明的大扩张比扩压器的一优选实施例的结构示意图；
图2是按照本发明的大扩张比扩压器的图1所示实施例的外壁分流片的结构示意图；
图3是按照本发明的大扩张比扩压器的图1所示实施例的内壁分流片的结构示意图。
附图标记：
1-扩压器本体、2-外壁分流片、3-内壁分流片。
具体实施方式
为了更好地理解按照本发明方案的大扩张比扩压器，下面结合附图对本发明的大扩张比扩压器的一优选实施例作进一步阐述说明。
如图1-图3所示，本发明提供的大扩张比扩压器，用于降低航空发动机、燃气轮机燃烧室进口的气流速度，包括扩压器本体1、外壁分流片2、内壁分流片3，其中，外壁分流片2设置于扩压器本体1的外壁面，内壁分流片3设置于扩压器本体1的内壁面，扩压器本体1的扩压面积比根据燃烧室进口的空气马赫数而确定，扩压器本体1的扩压面积比根据燃烧室进口的空气流速提高而增大，大于现有技术中扩压器的扩压面积比。外壁分流片2的前段和后段均为流路扩张的流线型。内壁分流片3的前段和后段均为流路扩张的流线型。外壁分流片2与所述内壁分流片3的个数相同。外壁分流片2的个数为燃烧室喷嘴个数的整数倍。
在发动机中，燃烧室进口空气流速很高，一般在120－200m/s，对于燃烧室来说，如此高的气流速度是无法保证燃烧室在有限长度内实现稳定、完全燃烧的，因此，需要通过扩压器降低空气流速，为在燃烧室内组织燃烧做准备。扩压器的主要作用是将燃烧室进口的高速气流的速度降低，为火焰筒内油气混合物的燃烧提供了一个稳定、均匀的进口流场。随着发动机技术的发展，燃烧室进口马赫数不断提高。本发明提供的大扩张比扩压器通过在扩压器本体1的外壁设置外分流片2，在扩压器本体1的内壁面设置内分流片3，使得扩压器本体1的扩压面积比大于现有技术中扩压器的扩压面积比，在满足了燃烧室进口马赫数不断增加的设计要求的同时，即保证了扩压器本体1的出口处的气流不发生畸变，又保证了扩压器本体1的内外壁面不会出现气流分离，有效的减小了扩压器总压损失，提高了发动机的性能。其中，扩压器本体1上的内壁分流片3与外壁分流片2的数量相等，且在角向位置是一一对应的。气流经扩压器本体1的前段进行第一次扩压后，再分别经扩压器本体1的后段、内壁分流片3和外壁分流片2进行第二次扩压，进一步降低了燃烧室进口气流的速度。所采用的大扩张比扩压器比现有技术中扩压器多了一次扩压过程，故采用的大扩张比扩压器的扩压面积比要大于现有技术中扩压器的扩压面积比。这样采用大扩压面积比的扩压器本体1将能很好的适应燃烧室进口马赫数不断增加的设计要求，既不会在外壁分流片2之间发生气流分离，也不会在内壁分流片3之间发生气流分离，更不会由于气流马赫数过大使扩压器本体1出口处的气流发生畸变从而降低发动机的性能。
在具体使用本发明提供的一种大扩张比扩压器的过程中，大扩张比扩压器本体1的扩压面积比大于现用的常规扩压器。在某型飞机发动机的设计中,现有的发动机燃烧室进口空气的马赫数一般在0.27-0.29之间，相应的扩压器扩压面积比为约为1.2-1.3，为了提高该型飞机发动机的性能，将燃烧室进口空气马赫数将增大到0.34以上，在不改变扩压器出口的气流速度和扩压器长度以及避免气流畸形的前提下，就须将扩压器的扩压面积比增大到1.6以上，以减少扩压器的总压损失。在大扩张比扩压器的外壁面布置若干个外壁分流片2，位于大扩张比扩压器本体1在外壁面气流分离的位置，使其经过该位置的气流从外壁分流片2之间的空间通过，该部分气流在此空间内速度降低较慢，气流分离减少。外壁分流片2前段的空间逐渐增大，气流在该部分扩压降速，外壁分流片2后段为流路扩张的流线型，在进行扩压的同时还能减少气流尾迹影响。在大扩张比扩压器的内壁面布置若干个内壁分流片3，位于大扩张比扩压器本体1在内壁面气流分离的位置，使其经过该位置的气流从内壁分流片3之间的空间通过，该部分气流在此空间内速度降低较慢，气流分离减少。内壁分流片3前段的空间逐渐增大，气流在该部分扩压降速，内壁分流片3后段为流路扩张的流线型，在进行扩压的同时还能减少气流尾迹影响。
本发明提供的大扩张比扩压器的外壁面和内壁面布置的外壁分流片2和内壁分流片3之间的空间形状与常规扩压器相同。另外，扩压器本体1的外壁分流片2和扩压器本体1的内壁分流片3的个数应相同，且为燃烧室喷嘴个数的整数倍。某型飞机的燃烧室有16个喷嘴，其扩压器本体1上的外壁分流片2和扩压器本体1上的扩压器内壁分流片3的个数为16个。另一型号的飞机的燃烧室有16个喷嘴，其扩压器本体1上的外壁分流片2和扩压器本体1上的扩压器内壁分流片3的个数为32个。除此之外的某型飞机的燃烧室有16个喷嘴，其扩压器本体1上的外壁分流片2和扩压器本体1上的扩压器内壁分流片3的个数为48个。
以上结合本发明的大扩张比扩压器具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改均属于本发明的技术范围，还需要说明的是，按照本发明的大扩张比扩压器技术方案的范畴包括上述各部分之间的任意组合。
Claims (5)
1.一种大扩张比扩压器，用于降低航空发动机、燃气轮机的燃烧室进口的气流速度和总压损失，其特征在于，包括扩压器本体(1)、外壁分流片(2)、内壁分流片(3)，其中，外壁分流片(2)设置于扩压器本体(1)的外壁面气流分离的位置，内壁分流片(3)设置于扩压器本体(1)的内壁面气流分离的位置，扩压器本体(1)具有预定的扩压面积比。
2.如权利要求1所述的大扩张比扩压器，其特征在于：所述外壁分流片(2)的前段和后段均为流路扩张的流线型。
3.如权利要求1所述的大扩张比扩压器，其特征在于：所述内壁分流片(3)的前段和后段均为流路扩张的流线型。
4.如权利要求2或3所述的大扩张比扩压器，其特征在于：所述外壁分流片(2)与所述内壁分流片(3)的个数相同。
5.如权利要求4所述的大扩张比扩压器，其特征在于：所述外壁分流片(2)的个数为燃烧室喷嘴个数的整数倍。
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