CN106678869A - 一种用于一体化加力燃烧室的双级整流支板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于一体化加力燃烧室的双级整流支板，可以有效地扩大回流区的范围，加强回流区的旋流强度，提高燃油雾化混合效果，从而提高燃烧效率和燃烧稳定性。采用反旋向组合的双级整流支板火焰稳定器，一方面，使流经两级整流支板的燃气旋向相反，对油膜产生剪切作用，加快燃油的破碎和雾化；另一方面，在其下游形成稳定、具有一定燃气回流量和尺寸合适的回流区，促进已燃的高温空气和外涵空气的混合，有利于稳定燃烧。本发明的优势在于在一体化加力燃烧室原有的基础上对整流支板火焰稳定器采用双级反旋向组合的结构设计，能有效地增强燃油和空气的混合程度，提高在富油和高空情况下的点火能力，保证良好的燃烧稳定性和燃烧效率。
Description
技术领域
本发明属于燃气涡轮发动机领域，涉及一种用于一体化加力燃烧室的双级整流支板，能较好地适用于燃气涡轮发动机的加力燃烧室。
背景技术
加力燃烧室一般用于军用航空发动机，位于涡轮和尾喷口之间，通过对主燃烧室产生并经过涡轮做功的燃气进行二次喷油燃烧，从而获得额外的推力。加力燃烧室的发展过程是一个不断提高加力温度、燃烧效率和燃烧稳定性，减少流体损失，减轻重量，提高可靠性和适用性的过程。对于燃烧效率和燃烧稳定性来说，由于加力燃烧室进口总压较低，气流速度高，流速高达350～450m/s，燃油停留时间短，导致着火条件变坏，难以稳定火焰，燃烧效率显著下降。
近年来，国内外开展了加力燃烧室的相关工作，提出了一种一体化加力燃烧室方案。该方案的主要特征是将涡轮排气框架的整流支板和加力燃烧室的火焰稳定器设计，内部安装燃油管路，并用外涵气体进行冷却。这种方案有效缩短加力燃烧室的长度，减轻质量，使结构更加紧凑，提高了推重比。但是仍然没有解决着火条件差、燃烧稳定性和燃烧效率差的问题。
先进高性能的军用燃气涡轮发动机对加力燃烧室的燃烧稳定性和燃烧效率提出了更高要求。为了提高加力燃烧室的燃烧稳定性和经济性，对整流支板和火焰稳定器的结构设计具有很好的前景，有利于提高燃烧室的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种用于一体化加力燃烧室的双级整流支板。与现有技术相比，本发明采用反旋向组合的双级整流支板设计：流经两级整流支板的燃气旋向相反，产生对油膜的剪切作用，促进燃油的破碎和雾化；同时，在其下游形成稳定、具有一定燃气回流量和尺寸合适的回流区，从而实现火焰稳定，提高燃烧效率和燃烧稳定性。双级整流支板结构的设计和加工都很简单，在工程应用中有很大优势。
技术方案
本发明的目的在于提供一种用于一体化加力燃烧室的双级整流支板。
本发明技术方案如下：
一种用于一体化加力燃烧室的双级整流支板，包括：第一级整流支板火焰稳定器结构、第二级整流支板火焰稳定器结构和整环凹槽稳定器结构，设计参数包括整流支板的旋向、角度、数量和几何分布。其特征在于：第一级整流支板的旋向为顺时针，呈10°～40°的角度，并均匀分布在加力内锥上。而第二级整流支板的旋向为逆时针，呈10°～40°的角度。为了减少总压损失，其迎流面采用流线型设计。两级整流支板之间设置一个整环凹槽稳定器，起到支撑整流支板的作用，其厚度为3～5mm。第二级整流支板均匀分布在该整环凹槽稳定器上。两级的整流支板数目均为12～16个。火焰稳定器的壁面厚度为3～5mm，壁面两侧分布有直射式喷嘴小孔。两级整流支板火焰稳定器的径向长度比例为3:1，整流支板的具体尺寸应根据一体化加力燃烧室的整体尺寸进行比例分配，在满足强度要求的前提下，对整流支板火焰稳定器进行尺寸设置。
本发明具有以下有益效果：
在一体化加力燃烧室内采用反旋向组合的双级整流支板，与普通整流支板不同，流经两级整流支板的燃气旋向相反，产生对油膜的剪切作用，促进燃油的破碎和雾化，新鲜的油气混合气与已燃的高温气体相互混合点燃；从而提高了燃烧效率。另外，为了减少总压损失，其整流支板迎流面采用流线型设计，反旋向的燃气流在整流支板火焰稳定器的下游形成较为稳定的回流区。双级整流支板火焰稳定器结构的设计扩大了回流区的范围，并加强了回流区的旋流强度，使油气混合更加均匀，提高在富油和高空情况下的点火能力，较大程度地提高了燃烧稳定性和燃烧效率。结构设计简单，可行性高，有广阔的应用前景。
附图说明
图1：带有双级整流支板的一体化加力燃烧室示意图
图2：一体化加力燃烧室双级整流支板局部结构示意图
图3：双级整流支板火焰稳定器安装分布示意图
图1中1-机匣 2-可变截面后引射器 3-第一级整流支板火焰稳定器 4-整环凹槽稳定器 5-第二级整流支板火焰稳定器 6-加力内锥
图2中1-第一级整流支板火焰稳定器 2-整环凹槽稳定器 3-第二级整流支板火焰稳定器 4-加力内锥
图3中1-第一级整流支板火焰稳定器 2-整环凹槽稳定器 3-第二级整流支板火焰稳定器
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述：
结合图1、图2和图3，本发明提供了一种可以有效加强回流区的旋流强度和促进燃油雾化蒸发的用于一体化加力燃烧室的反旋向组合的双级整流支板。图1为带有双级整流支板的一体化加力燃烧室示意图，图2为一体化加力燃烧室双级整流支板局部结构示意图，图3为双级整流支板火焰稳定器安装分布示意图，主要用来确定双级整流支板的旋向、角度、数量和几何分布。
双级整流支板包括第一级整流支板火焰稳定器结构、第二级整流支板火焰稳定器结构和整环凹槽稳定器结构。图2所示其局部结构示意图。已燃的高温燃气分别经过第一、二级整流支板(1)(2)，由于其采用的是反旋向组合，两股燃气流互成一定的角度，对喷入的燃油油膜产生剪切作用，致使油滴更加容易破碎和雾化。另外，反旋向的燃气流在整流支板火焰稳定器的下游，形成较大范围的回流区，并加强了回流区的旋流强度，使油气混合更加均匀，燃油停留时间更长。外涵空气经过图1中的可变截面引射器(2)进入，与第二级燃气流混合，一并进入加力燃烧室，补充回流区的旋涡流动能量。由于燃油蒸发和雾化的很充分，能进行更好的燃烧，从而提高了燃烧效率和燃烧稳定性，对燃烧室性能有很大提高，发动机性能也能够进一步提高。
Claims (5)
1.一种用于一体化加力燃烧室的双级整流支板，包括：第一级整流支板火焰稳定器结构、第二级整流支板火焰稳定器结构和整环凹槽稳定器结构，设计参数包括整流支板的旋向、角度、数量和几何分布。其特征在于：第一、二级整流支板均匀分布在加力内锥和整环凹槽稳定器上。
2.根据权利要求1所述的用于一体化加力燃烧室的双级整流支板，其特征在于：第一级整流支板的旋向为顺时针，呈10°～40°的角度，并均匀分布在加力内锥上。其迎流面采用流线型设计，在满足强度要求的前提下，对整流支板火焰稳定器进行合适的尺寸设置。
3.根据权利要求1所述的用于一体化加力燃烧室的双级整流支板，其特征在于：第二级整流支板的旋向为逆时针，呈10°～40°的角度，其迎流面采用流线型设计。两级整流支板之间设置一个整环凹槽稳定器，其厚度为3～5mm，第二级整流支板均匀分布在该整环凹槽稳定器上。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于一体化加力燃烧室的双级整流支板，其特征在于：两级的整流支板数目均为12～16个，火焰稳定器的壁面厚度为3～5mm，壁面两侧分布有直射式喷嘴小孔。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的用于一体化加力燃烧室的双级整流支板，其特征在于：两级整流支板火焰稳定器的径向长度比例为3:1，在满足强度要求的前提下，整流支板的具体尺寸应根据一体化加力燃烧室的整体尺寸进行比例分配。
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