CN105371299A - 一种用于回流燃烧室的火焰稳定器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涡轮发动机技术领域，具体涉及一种用于回流燃烧室的火焰稳定器，该稳定器的气动稳定部分截面是半圆弧形管，具有火焰稳定涡系强壮，火焰稳定能力强的特点；稳定器的下半部分采用弧线形截面，有利于减小其他射流孔的阻碍，减小总压损失。火焰稳定器内部设计为空腔，既能够有效冷却火焰稳定器壁面，有能够向燃烧室特定区域补充低速空气，起到稳定火焰的作用。本发明方案通过简单的结构形式，实现燃烧室的高效稳定工作，能够明显扩大贫油熄火边界，提高燃烧效率，同时降低生产成本。试验证明采用该种冷却方式的射流孔能够保证在燃烧室温升超过800K，冷却空气高于500K的条件下，燃烧室的射流孔部分壁面寿命长达300h。

Description

一种用于回流燃烧室的火焰稳定器
技术领域
本发明属于涡轮发动机技术领域，具体涉及一种用于回流燃烧室的火焰稳定器。
背景技术
涡轮发动机主燃烧室由于在进口流速较大，油气比较小的条件下，容易由于燃烧不稳定而导致发动机熄火的故障。该种情况下对燃烧室进行大幅度的改进容易浪费人力、物力资源，同时增大燃烧室的研发费用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何在不改变燃烧室主要结构的前提下，通过对燃烧室局部的头部主燃区进行局部的改进就提高燃烧室在小工况、高进口流速下的火焰稳定性能，同时提高燃烧室在各个状态的燃烧效率，从而降低涡轮发动机耗油率，拓宽涡轮发动机工作包线。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于回流燃烧室的火焰稳定器，该火焰稳定器安装于回流燃烧室的头部区域，12个火焰稳定器1通过焊接的方式将底部连接在火焰筒2上，法兰4焊接在火焰筒2的头部壁面，火焰筒2通过法兰4另一端螺栓连接在燃烧室机匣3的端面；
火焰稳定器1为一体形成的两段体，该两段体分为上、下两段，上段，即L1段中空，截面形状为半圆弧形环体，该种形式主要有利于形成稳定的双涡燃烧结构；下段，即L2段的截面形状以中轴线分界，半侧中空形成半圆弧空腔，半侧实心，中空侧与上段贯通，该种形式主要是有利于减小从稳定器后部向火焰筒头部流动空气的阻力损失；由此，火焰稳定器1上段形成有圆弧面和平面；
所述火焰稳定器1安装在火焰筒2头部内侧，距离火焰筒2头部端面为1-1.5倍的头部高度；火焰稳定器1上段的圆弧面所面向的方向为燃烧室的头部区域，火焰稳定器1上段的平面所面向的区域为燃烧室下游区域；
火焰稳定器的进气孔为火焰稳定器1下段端面的半圆弧形进口，火焰稳定器出气口为火焰稳定器1上段端面的半圆弧形出口；
压缩空气通过火焰筒进口，流动至火焰筒2与燃烧室机匣3之间的环腔中；而后从环腔中自然分配火焰筒2的各类孔中，其中有一部分流体通过火焰稳定器1的进气孔流入，并从其出气口流出，而后进入火焰筒内部；通过火焰筒2中开设孔形成的射流与火焰稳定器1形成的低速射流相互作用，在燃烧室头部形成有利于燃料燃烧的流场结构，在空气与燃料发生化学反应后，形成已燃高温混气，而后向火焰筒下游流去。
(三)有益效果
本发明技术方案所提供的稳定器的气动稳定部分截面是半圆弧形管，具有火焰稳定涡系强壮，火焰稳定能力强的特点；稳定器的下半部分采用弧线形截面，有利于减小其他射流孔的阻碍，减小总压损失。火焰稳定器内部设计为空腔，既能够有效冷却火焰稳定器壁面，有能够向燃烧室特定区域补充低速空气，起到稳定火焰的作用。
本发明方案通过简单的结构形式，实现燃烧室的高效稳定工作，能够明显扩大贫油熄火边界，提高燃烧效率，同时降低了生产成本。试验证明采用该种冷却方式的射流孔能够保证在燃烧室温升超过800K，冷却空气高于500K的条件下，燃烧室的射流孔部分壁面寿命长达300h。
附图说明
图1为本发明燃烧室结构示意图。
图2为本发明火焰稳定器结构示意图。
图3为本发明火焰稳定器上段的截面示意图。
图4为本发明火焰稳定器下段的截面示意图。
图5为火焰稳定器周边流场图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术的问题，本发明提供一种用于回流燃烧室的火焰稳定器，该火焰稳定器安装于回流燃烧室的头部区域，如图所示1，12个火焰稳定器1通过焊接的方式将底部连接在火焰筒2上，法兰4焊接在火焰筒2的头部壁面，火焰筒2通过法兰4另一端螺栓连接在燃烧室机匣3的端面；
火焰稳定器1为一体形成的两段体，该两段体分为上、下两段，上段，即L1段中空，截面形状为半圆弧形环体，如图3所示，该种形式主要有利于形成稳定的双涡燃烧结构；下段，即L2段的截面形状以中轴线分界，半侧中空形成半圆弧空腔，半侧实心，中空侧与上段贯通，如图4所示，该种形式主要是有利于减小从稳定器后部向火焰筒头部流动空气的阻力损失；由此，火焰稳定器1上段形成有圆弧面和平面；
所述火焰稳定器1安装在火焰筒2头部内侧，距离火焰筒2头部端面为1-1.5倍的头部高度；火焰稳定器1上段的圆弧面所面向的方向为燃烧室的头部区域，火焰稳定器1上段的平面所面向的区域为燃烧室下游区域；
火焰稳定器的进气孔为火焰稳定器1下段端面的半圆弧形进口，火焰稳定器出气口为火焰稳定器1上段端面的半圆弧形出口；
压缩空气通过火焰筒进口，流动至火焰筒2与燃烧室机匣3之间的环腔中；而后从环腔中自然分配火焰筒2的各类孔中，其中有一部分流体通过火焰稳定器1的进气孔流入，并从其出气口流出，而后进入火焰筒内部；通过火焰筒2中开设孔形成的射流与火焰稳定器1形成的低速射流相互作用，在燃烧室头部形成有利于燃料燃烧的流场结构，在空气与燃料发生化学反应后，形成已燃高温混气，而后向火焰筒下游流去；
与此同时，在火焰稳定器1周边不同半径上都形成了如图5中所示的流场结构。从中可以看出在火焰稳定器后形成了两个尺度较小的回流区，该回流区从燃烧室理论中可以起到稳定火焰的作用，从而能够克服燃烧室在小油气比工况的燃烧振荡不稳定的现象。
本发明技术方案采用截面为半圆弧形的空心管作为火焰稳定器主体；其气流通过火焰稳定器内部空腔流入火焰筒内部，向燃烧室头部补充低速空气，该低速空气在燃烧室头部与其他射流孔作用能够有效组织燃烧；并且在火焰稳定器底部采用半径不同的圆弧截面，有利于减小流动损失，又能够降低零件复杂程度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于回流燃烧室的火焰稳定器，其特征在于，该火焰稳定器安装于回流燃烧室的头部区域，12个火焰稳定器(1)通过焊接的方式将底部连接在火焰筒(2)上，法兰(4)焊接在火焰筒(2)的头部壁面，火焰筒(2)通过法兰(4)另一端螺栓连接在燃烧室机匣(3)的端面；
火焰稳定器(1)为一体形成的两段体，该两段体分为上、下两段，上段，即L1段中空，截面形状为半圆弧形环体，该种形式主要有利于形成稳定的双涡燃烧结构；下段，即L2段的截面形状以中轴线分界，半侧中空形成半圆弧空腔，半侧实心，中空侧与上段贯通，该种形式主要是有利于减小从稳定器后部向火焰筒头部流动空气的阻力损失；由此，火焰稳定器(1)上段形成有圆弧面和平面；
所述火焰稳定器(1)安装在火焰筒(2)头部内侧，距离火焰筒(2)头部端面为1-1.5倍的头部高度；火焰稳定器(1)上段的圆弧面所面向的方向为燃烧室的头部区域，火焰稳定器(1)上段的平面所面向的区域为燃烧室下游区域；
火焰稳定器的进气孔为火焰稳定器(1)下段端面的半圆弧形进口，火焰稳定器出气口为火焰稳定器(1)上段端面的半圆弧形出口；
压缩空气通过火焰筒进口，流动至火焰筒(2)与燃烧室机匣(3)之间的环腔中；而后从环腔中自然分配火焰筒(2)的各类孔中，其中有一部分流体通过火焰稳定器(1)的进气孔流入，并从其出气口流出，而后进入火焰筒内部；通过火焰筒(2)中开设孔形成的射流与火焰稳定器(1)形成的低速射流相互作用，在燃烧室头部形成有利于燃料燃烧的流场结构，在空气与燃料发生化学反应后，形成已燃高温混气，而后向火焰筒下游流去。
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