CN108644809B - 一种双环型蒸发管装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双环型蒸发管装置设计方案，可以有效增加混气在蒸发管内的停留时间，提高燃油雾化蒸发效果。蒸发管采用环型特征结构，分别为靠近火焰筒内壁面的内环蒸发管结构和靠近火焰筒外壁面的外环蒸发管结构。对于外环蒸发管结构采用切向进气，对于内环蒸发管结构采用大角度进气，保证进入蒸发管的结构内的混合气具有一定的速度。内环蒸发管结构和外环蒸发管结构间采用中空的V型槽火焰稳定器联接，并在V型槽两侧壁设有燃油孔。由于进入蒸发管内的燃油与空气的混气具有一定的速度，故换热强烈，提高了燃油的蒸发效果。此外，布置在蒸发管结构间的V型槽火焰稳定器提高了燃油的空间分布均匀度和燃烧的稳定性。

Description

一种双环型蒸发管装置

技术领域

发明属于微型发动机燃烧室领域，具体涉及一种双环型蒸发管装置能有效改善燃烧室内燃油雾化蒸发效果以及燃油的空间分布均匀度，从而提高微型燃烧室内的燃烧稳定性和燃烧效率。

背景技术

微型动力系统在近几年已成为国内外研究热点，其中微型涡轮发动机是最有前途的动力之一，具有体积小、重量轻、输出能量大、密度高等优点。微型燃烧室的设计是微型涡轮发动机中关键环节，也是最重要的部分，与常规尺度燃烧室相比，此种燃烧室具有特征尺寸小和面容比大的特点，致使气流停留时间短、散热损失大，从而导致燃烧不稳定现象的出现。

微型涡喷发动机的工作原理和大型航空用涡轮喷气发动机类似，但是与其相比尺寸要小了许多，为了达到额定的功率，转速也较常用发动机高出了许多。由于微型燃烧室尺寸小对于燃烧组织带来很多问题，如：燃烧驻留时间短，燃油雾化困难，燃料燃烧不充分。对于使用液态燃料的动力装置来说，燃烧反应是以气态进行的，即液态燃料必须变成油蒸汽，而后燃烧。蒸发管因为其在液态燃油雾化蒸发方面的独有优势而被广泛应用于航空燃气轮机燃烧室。但是与此同时，蒸发管的雾化与蒸发效果相对较差，尤其是在启动状态时空气压力低，温度也不高，不能使蒸发管内的燃油良好雾化，导致发动机点火困难，燃烧稳定性差。因此，我们有必要提升微型燃烧室的燃油雾化效果。

微型动力系统在近几年已成为国内外研究热点，其中微型涡轮发动机是最有前途的动力之一，具有体积小、重量轻、输出能量大、密度高等优点。微型燃烧室的设计是微型涡轮发动机中关键环节，也是最重要的部分，与常规尺度燃烧室相比，此种燃烧室具有特征尺寸小和面容比大的特点，致使气流停留时间短、散热损失大，从而导致燃烧不稳定现象的出现。

而对于蒸发管结构方面的设计较少，设计类型主要有“L”型和直筒型。因此，有必要对蒸发管结构进行创新性的设计。提高燃油蒸发效果，增加燃气的滞留时间，是提高微型燃烧室燃烧性能的一个主要方面。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种双环型蒸发管装置，对燃烧室内燃油蒸发和燃烧稳定性有较好的改善和提高效果。与现有技术相比，本发明的优点是相对于其他微型燃烧室蒸发管，本装置采用内外双环型蒸发管结构，进气采用切向进气较大的保留进气速度，增加管内的换热效果，提高了燃油在蒸发管内的蒸发效果。此外，在内外环型蒸发管间采用V型槽火焰稳定器联接，并在火焰稳定器两侧布置燃油孔。改善了燃油的空间分布，提高了燃烧稳定性。

技术方案

本发明的目的在于提供一种双环型蒸发管装置。

本发明技术方案如下：

一种双环型蒸发管装置，包括蒸发管结构、径向V型槽火焰稳定器的布置以及燃油孔的设计。

所述一种双环型蒸发管装置，蒸发管结构设计，采用环型特征结构，分别为外侧蒸发管结构和内侧蒸发管结构，进气管分别为与外侧蒸发管相接的外侧进气管和与内侧蒸发管相接的内侧进气管，呈周向均匀分布，数量为4～8。

所述一种双环型蒸发管装置，径向V型槽火焰稳定器布置在外侧蒸发管和内侧蒸发管之间，采用中空形式与蒸发管互通，并沿轴向呈圆周分布，数量为12～24。

所述一种双环型蒸发管装置，燃油孔布置在V型槽火焰稳定器两侧，所开孔的直径的大小范围为2～4mm，所开圆孔排数为1～5排，其排间距的可选变化范围为最小孔径大小的2～6倍。

本发明具有以下有益效果：

相对于其他微型燃烧室蒸发管，本装置布置于燃烧室的主燃区，从而能够增加蒸发管换热效果。由于蒸发管结构采用内外双环型结构，燃油混气可分别进入内侧和外侧蒸发管进行蒸发，接触面积大，蒸发效果好。此外，布置于蒸发管间的V型槽沿轴向呈圆周分布，蒸发后的燃油混合气从其两侧壁面的燃油孔流入燃烧室参与燃烧，提高了燃油分布的均匀性，并且在V型槽后方形成回流区，提高了燃烧的稳定性和燃烧效率。

附图说明

图1：一种双环型蒸发管装置示意图

图2：一种微型发动机燃烧室示意图

图3：一种微型发动机燃烧室剖视图

图1中1-外侧进气管2-外侧环型蒸发管3-内侧进气管4-内侧环型蒸发管5-V型槽火焰稳定器6-燃油孔

图2中1-外侧进气管2-外侧环型蒸发管3-内侧进气管4-内侧环型蒸发管5-V型槽火焰稳定器6-燃油孔7-外侧火焰筒壁8-内侧火焰筒壁

图3中1-外侧进气管2-外侧环型蒸发管3-内侧进气管4-内侧环型蒸发管5-V型槽火焰稳定器6-燃油孔7-外侧火焰筒壁8-内侧火焰筒壁

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，本发明提供了一种可以有效提高燃油蒸发雾化和燃油分布均匀度的双环型蒸发管装置。图1为一种双环型蒸发管装置示意图，图2为一种微型发动机燃烧室示意图。

如图1所示空气与燃油经1-外侧进气管和3-内侧进气管分别进入2-外侧环形蒸发管和4-内侧环型蒸发管，在2-外侧环型蒸发管和4-内侧环形蒸发管内进行流动与蒸发，蒸发后的燃油与空气的混合气进入5-V型槽火焰稳定器的内通道进行进一步的蒸发，并从5-V型槽火焰稳定器两侧壁的6-燃油孔进入微型燃烧室内。进入燃烧室内的可燃混合气与燃烧室内的空气进行进一步的掺混，并在5-V型槽火焰稳定器后方形成回流区，在燃烧室内能够进行稳定燃烧。由于2-外侧环型蒸发管与4-内侧环型蒸发管布置在主燃区，故换热效果明显，燃油能够得到充分的蒸发。此外，布置在2-外侧环型蒸发管和4-内侧环形蒸发管之间的5-V型槽火焰稳定器绕轴向呈圆周分布，故燃油从6-喷油孔进入燃烧室主燃区后分布均匀，避免了局部富油状态，提高了燃烧效率，改善了燃烧状态和出口温度分布。

Claims (3)

1.一种双环型蒸发管装置，包括蒸发管设计采用环型特征结构，具体分为内、外侧蒸发管结构进行布置，同时内外、侧蒸发管均连有进气管采用切向进气的形式实现进气过程，径向V型槽火焰稳定器布置在内、外侧蒸发管之间并且绕蒸发管周向均匀布置，径向V型槽火焰稳定器内部呈中空结构用以联通内外侧蒸发管，径向V型槽火焰稳定器两个迎风斜面均匀布置有燃油喷孔。

2.根据权利要求1所述的一种双环型蒸发管装置，其特征在于：蒸发管结构设计采用环型特征结构，包括外侧蒸发管结构和内侧蒸发管结构，内外侧蒸发管分别连有内侧进气管与外侧进气管，油气混合物由切向方向安装的进气管进入蒸发管进行流动与蒸发，大角度的切向进气方式实现更好的对流换热，加强油气掺混。

3.根据权利要求1所述的一种双环型蒸发管装置，其特征在于：径向V型槽火焰稳定器布置在内侧蒸发管和外侧蒸发管之间，绕蒸发管圆周均匀分布，径向V型槽火焰稳定器呈中空结构，联通内外侧蒸发管，内外侧蒸发管中的油气混合物可在径向V型槽火焰稳定器自由流动，并与微型燃烧室换热进行进一步的蒸发掺混，径向V型槽火焰稳定器迎风的两个斜面上均匀布置燃油喷孔，充分掺混的油气经掺混孔喷出，主流空气经过径向V型槽火焰稳定器的减速后形成稳定的回流区，掺混油气与主流空气在回流区进一步混合从而在微型燃烧室内实现稳定高效的燃烧。

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