CN108167864A - 火焰筒与高压涡轮导向器一体化结构 - Google Patents

火焰筒与高压涡轮导向器一体化结构 Download PDF

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蔡文哲
杨凯
李峰
王大磊
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Abstract

本发明涉及一种火焰筒与高压涡轮导向器一体化结构，涉及发动机技术领域。本发明针对微小型涡轮发动机将燃料的化学能高效转化为热能的客观要求，设计环形折流燃烧室型面。采用该种燃烧室型面的火焰筒能够在很小的空间保证雾化后的燃油在火焰筒内能快速蒸发并充分燃烧，保证燃料燃烧的彻底性，降低发动机机的总长度，且将导向器设在火焰筒内部，能够进一步减小火焰筒与导向器的总长度，从而减小发动机的总长度，起到降低发动机重量，提高紧凑性的作用。

Description

火焰筒与高压涡轮导向器一体化结构
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种火焰筒与高压涡轮导向器一体化结构。
背景技术
现有的环形折流燃烧室由机匣、火焰筒、套筒、甩油盘组成，结构如图1所示：火焰筒由外环103和内环104组成；机匣101和外环103组成外环腔，外环腔中的空气通过外环上的孔进入火焰筒；套筒105和内环104组成内环腔，外环腔的空气经过空心的涡轮导向器106进入内环腔，内环腔的空气经过内环上的孔进入火焰筒；甩油盘102将燃油从离散的油孔甩出，进入火焰筒内雾化、并和空气燃烧，放出热量。
微小型涡轮发动机结构紧凑，燃烧室的空间尺寸较小，图1所示的现有的环形折流燃烧室结构不能满足微小型涡轮发动机的紧凑性需求。其火焰筒与高压涡轮导向器之间为搭接或是螺栓连接的方式，导致火焰筒与高压涡轮导向器的总长度较长，从而造成发动机的总长度增大。另一方面，该种火焰筒表面都为平孔，孔的射流深度容易受到火焰筒内部流场干扰，造成孔射流深度较小，从而对火焰筒内燃烧组织造成不利影响。
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：如何设计一种能够满足微小型涡轮发动机的紧凑性需求的火焰筒结构。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种火焰筒与高压涡轮导向器一体化结构，包括：火焰筒头罩衬套1、火焰筒头罩内环2、火焰筒头罩3、火焰筒外环4、高压涡轮导向器5、火焰筒后支撑件6、火焰筒内环7、轴套8、引气管9、火焰筒内环衬套10和甩油盘11；
所述火焰筒头罩衬套1、火焰筒头罩内环2、火焰筒头罩3、火焰筒外环4、火焰筒内环7和火焰筒内环衬套10围成弧线构型，使得进入火焰筒的气流能够在火焰筒头部形成涡系结构，所述火焰筒头罩衬套1与火焰筒头罩内环2、火焰筒头罩内环2与火焰筒头罩3的一端、火焰筒头罩3的另一端与火焰筒外环4的一端依次铆接，且在铆接的过程中，火焰筒头罩衬套1与火焰筒头罩内环2之间，火焰筒头罩3与火焰筒外环4之间均采用垫块进行间距控制，以使得火焰筒头罩衬套1与火焰筒头罩内环2之间，火焰筒头罩3与火焰筒外环4之间形成的间隙之间有气流流通；火焰筒外环4的另一端与高压涡轮导向器5，高压涡轮导向器5与火焰筒内环7的一端通过焊接的方式连接，火焰筒内环7与引气管9、引气管9与火焰筒内环衬套10，火焰筒内环衬套10与甩油盘11依次通过焊接的方式连接，火焰筒后支撑件6与轴套8的一端，轴套8的另一端与火焰筒内环衬套10通过焊接的方式连接；在火焰筒头罩衬套1、火焰筒头罩内环2、火焰筒头罩3、火焰筒外环4及火焰筒内环7上均设有气流孔。
优选地，所述垫块为正方形。
优选地，所述引气管9与火焰筒轴线的夹角为15～20°。
优选地，所述火焰筒头罩衬套1与火焰筒头罩内环2、火焰筒头罩内环2与火焰筒头罩3的一端、火焰筒头罩3的另一端与火焰筒外环4的一端依次通过铆钉连接。
优选地，所述高压涡轮导向器5面向火焰筒外的一侧作为燃烧室出口。
(三)有益效果
本发明提出了一种火焰筒与高压涡轮导向器一体化结构设计方案，针对微小型涡轮发动机将燃料的化学能高效转化为热能的客观要求，设计环形折流燃烧室型面。采用该种燃烧室型面的火焰筒能够在很小的空间保证雾化后的燃油在火焰筒内能快速蒸发并充分燃烧，保证燃料燃烧的彻底性，降低发动机机的总长度，且将导向器设在火焰筒内部，能够进一步减小火焰筒与导向器的总长度，从而减小发动机的总长度，起到降低发动机重量，提高紧凑性的作用，能够满足微小型涡轮发动机的紧凑性需求。
附图说明
图1是现有的火焰筒结构示意图；
图2是本发明的火焰筒结构示意图；
图3是本发明的火焰筒内流结构示意图；
图4是本发明的火焰筒壁面间连接示意图。
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。
如图2所示，本发明提供了一种火焰筒与高压涡轮导向器一体化结构，该火焰筒结构包括：火焰筒头罩衬套1、火焰筒头罩内环2、火焰筒头罩3、火焰筒外环4、高压涡轮导向器5、火焰筒后支撑件6、火焰筒内环7、轴套8、引气管9、火焰筒内环衬套10和甩油盘11；
所述火焰筒头罩衬套1、火焰筒头罩内环2、火焰筒头罩3、火焰筒外环4、火焰筒内环7和火焰筒内环衬套10围成弧线构型，使得进入火焰筒的气流能够在火焰筒头部形成涡系结构，所述火焰筒头罩衬套1与火焰筒头罩内环2、火焰筒头罩内环2与火焰筒头罩3的一端、火焰筒头罩3的另一端与火焰筒外环4的一端依次通过铆钉连接，且在铆接的过程中，火焰筒头罩衬套1与火焰筒头罩内环2之间，火焰筒头罩3与火焰筒外环4之间均采用正方形垫块进行间距控制(如图4所示，其中21、23分别为两个火焰筒壁面(可以为火焰筒头罩衬套1、火焰筒头罩内环2、火焰筒头罩3、火焰筒外环4之一)，22为正方形垫块)，以使得火焰筒头罩衬套1与火焰筒头罩内环2之间，火焰筒头罩3与火焰筒外环4之间形成的间隙之间有气流流通；火焰筒外环4的另一端与高压涡轮导向器5，高压涡轮导向器5与火焰筒内环7的一端通过焊接的方式连接，火焰筒内环7与引气管9、引气管9与火焰筒内环衬套10，火焰筒内环衬套10与甩油盘11依次通过焊接的方式连接，火焰筒后支撑件6与轴套8的一端，轴套8的另一端与火焰筒内环衬套10通过焊接的方式连接；在火焰筒头罩衬套1、火焰筒头罩内环2、火焰筒头罩3、火焰筒外环4及火焰筒内环7上均设有气流孔。
所述引气管9与火焰筒轴线的夹角为15～20°，保障火焰筒外部的气流流入火焰筒内部。引气管9的作用主要是提高射流强度，从而保障射流深度，从而在火焰筒内部与前述其他射流孔配合形成特定的涡系结构，从而混合从甩油盘喷射出的燃油，而后发生燃烧化学反应。
所述高压涡轮导向器5面向火焰筒外的一侧作为燃烧室出口。
火焰筒内的流动结构示意图如图3所示。气流从火焰筒壁面上射流孔、引气管9、壁面与壁面之间缝隙等结构中流入火焰筒内部，形成特定的涡系结构。该涡系结构卷吸从甩油盘11喷射出的燃油，形成一定的油气分布场，进而发生燃烧化学反应，形成高温燃气。高温燃气加热高压涡轮导向器5壁面后，从燃烧室出口流出。
需要指出的是，火焰筒内环7壁面以及引气管9中的气流，都是从高压涡轮导向器5内部流过。该部分气流一方面对高压涡轮导向器5起到了冷却作用，另一方面能够提高自身温度，进而喷射至火焰筒内部，起到提高初始反应温度的作用，有利于燃烧进行。
可以看出，本发明主要有以下设计要点：
1、火焰筒头部型面截面的基本构型设计为弧线，有利于在火焰筒头部形成涡系结构(回流区)，从而保证燃料在火焰筒头部能够形成有效的燃烧。
2、高压涡轮导向器与火焰筒内、外环壁面为焊接的方式连接，且导向器焊接在火焰筒的内部，能够充分减小火焰筒与导向器的总长度，从而减小发动机的总长度，起到降低发动机重量，提高紧凑性的作用。
3、火焰筒的部分壁面与壁面之间采用铆接的方式连接，且在铆接处设置定距垫块，从而起到局部气膜冷却和降低生产成本的效果。
4、火焰筒内环焊接了引气管，该引气管与火焰筒轴线的夹角为15-20°的范围，该引气管能够起到强化射流深度的作用。
通过试验证明，该种火焰筒头部的圆弧形结构结合前述中特殊的内外壁型面以及在各个壁面上开设的射流孔，有利于在火焰筒内部形成多个涡系结构，从而高效掺混甩油盘出口燃油，并以高效率，高释热强度，完成燃油的化学能向热能的转化。本发明还具有结构简单、紧凑的优点，降低了燃烧室的加工和维护成本。
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 (5)

1.一种火焰筒与高压涡轮导向器一体化结构，其特征在于，包括：火焰筒头罩衬套(1)、火焰筒头罩内环(2)、火焰筒头罩(3)、火焰筒外环(4)、高压涡轮导向器(5)、火焰筒后支撑件(6)、火焰筒内环(7)、轴套(8)、引气管(9)、火焰筒内环衬套(10)和甩油盘(11)；
所述火焰筒头罩衬套(1)、火焰筒头罩内环(2)、火焰筒头罩(3)、火焰筒外环(4)、火焰筒内环(7)和火焰筒内环衬套(10)围成弧线构型，使得进入火焰筒的气流能够在火焰筒头部形成涡系结构，所述火焰筒头罩衬套(1)与火焰筒头罩内环(2)、火焰筒头罩内环(2)与火焰筒头罩(3)的一端、火焰筒头罩(3)的另一端与火焰筒外环(4)的一端依次铆接，且在铆接的过程中，火焰筒头罩衬套(1与火焰筒头罩内环(2)之间，火焰筒头罩(3)与火焰筒外环(4)之间均采用垫块进行间距控制，以使得火焰筒头罩衬套(1)与火焰筒头罩内环(2)之间，火焰筒头罩(3)与火焰筒外环(4)之间形成的间隙之间有气流流通；火焰筒外环(4)的另一端与高压涡轮导向器(5)，高压涡轮导向器(5)与火焰筒内环(7)的一端通过焊接的方式连接，火焰筒内环(7)与引气管(9)、引气管(9)与火焰筒内环衬套(10)，火焰筒内环衬套(10)与甩油盘(11)依次通过焊接的方式连接，火焰筒后支撑件(6)与轴套(8)的一端，轴套(8)的另一端与火焰筒内环衬套(10)通过焊接的方式连接；在火焰筒头罩衬套(1)、火焰筒头罩内环(2)、火焰筒头罩(3)、火焰筒外环(4)及火焰筒内环(7)上均设有气流孔。
2.如权利要求1所述的火焰筒与高压涡轮导向器一体化结构，其特征在于，所述垫块为正方形。
3.如权利要求1所述的火焰筒与高压涡轮导向器一体化结构，其特征在于，所述引气管(9)与火焰筒轴线的夹角为15～20°。
4.如权利要求1所述的火焰筒与高压涡轮导向器一体化结构，其特征在于，所述火焰筒头罩衬套(1)与火焰筒头罩内环(2)、火焰筒头罩内环(2)与火焰筒头罩(3)的一端、火焰筒头罩(3)的另一端与火焰筒外环(4)的一端依次通过铆钉连接。
5.如权利要求1至4中任一项所述的火焰筒与高压涡轮导向器一体化结构，其特征在于，所述高压涡轮导向器(5)面向火焰筒外的一侧作为燃烧室出口。
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