CN108869002A - 一种提高预燃室温度均匀性的结构及预燃室 - Google Patents

一种提高预燃室温度均匀性的结构及预燃室 Download PDF

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Abstract

一种提高预燃室温度均匀性的结构，包括排放冷却身部(2)、身部弯头(3)、身部三通(4)；所述排放冷却身部(2)为圆筒状，排放冷却身部(2)的一端开口，另一端设有格栅；所述排放冷却身部(2)与身部弯头(3)连接，排放冷却身部(2)的格栅靠近身部弯头(3)；所述身部弯头(3)与身部三通(4)连接；所述排放冷却身部(2)、身部弯头(3)和身部三通(4)作为一个整体，呈倒S状。本装置在以往燃烧室单一的圆柱形结构基础上，增加了格栅、弯头和三通结构，使燃气得以充分掺混，从而提高出口温度的均匀性。

Description

一种提高预燃室温度均匀性的结构及预燃室
技术领域
本发明涉及一种提高预燃室温度均匀性的结构及预燃室，属于发动机动力系统。
背景技术
预燃室是一种能够产生具备一定温度压力的燃烧气体的燃烧器，其产生的燃烧气体用于驱动下游涡轮做功。这种装置被广泛应用于航空航天、点火、燃烧等技术领域。现有的预燃室主要为圆柱形燃烧室结构，液氢液氧经预燃室内的喷嘴喷出后混合燃烧，由于喷嘴之间存在间隔，因此预燃室内存在多个混合燃烧点，加之燃烧产物可能为富氢或富氧状态，所以预燃室内的燃烧产物温度均匀性差；现有技术中圆柱形燃烧室内的燃烧产物直接进入下游的涡轮，这种结构的燃烧气体在进入下游涡轮前未进行掺混处理，致使温度均匀性差的燃气直接进入下游涡轮，造成下游组件工作不稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种提高预燃室温度均匀性的结构及预燃室，通过改进预燃室的燃烧室结构形式，进而提高出口燃气的温度均匀性。为此，在燃烧室身部圆柱段末端增加格栅，并且在圆柱段后增加拐弯结构和三通结构。通过燃烧室结构形式的改进使燃气充分掺混，从而提高燃气温度的均匀性。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种提高预燃室温度均匀性的结构，包括排放冷却身部、身部弯头、身部三通；
所述排放冷却身部为圆筒状，排放冷却身部的一端开口，另一端设有格栅；所述排放冷却身部与身部弯头连接，排放冷却身部的格栅靠近身部弯头；所述身部弯头与身部三通连接；
所述排放冷却身部、身部弯头和身部三通作为一个整体，呈倒S状。
上述提高预燃室温度均匀性的结构，所述格栅的剖面为圆弧形，所述格栅上设有通孔。
上述提高预燃室温度均匀性的结构，所述格栅上设有多个通孔，所述多个通孔的总面积与排放冷却身部圆筒状横截面积之比不小于0.75。
上述提高预燃室温度均匀性的结构，所述格栅上设有多个通孔，所述多个通孔的总面积为A，
式中，Q为介质流量，Cd为流量系数，N为格栅面积系数，N的取值范围为2000～3500。
上述提高预燃室温度均匀性的结构，所述格栅上的通孔按同心圆环分布，每个同心圆上的通孔均匀分布；所述通孔为圆形或椭圆形或多边形，当通孔为多边形时，多边形的内角倒圆角。
上述提高预燃室温度均匀性的结构，所述格栅的剖面弧度小于π。
上述提高预燃室温度均匀性的结构，所述身部弯头为90°弯头。
上述提高预燃室温度均匀性的结构，所述身部弯头为渐缩形结构，所述身部弯头的入口横截面积与身部弯头的出口横截面积之比为1.8～2.2。
一种预燃室，包括头部、排放冷却身部、身部弯头、身部三通；
所述头部为球形腔结构；所述排放冷却身部为圆筒状，排放冷却身部的一端开口，另一端设有格栅；所述排放冷却身部的开口端与头部连接，排放冷却身部的格栅端与身部弯头连接；所述身部弯头与身部三通连接；
所述排放冷却身部、身部弯头和身部三通作为一个整体，呈倒S状。
上述预燃室，所述头部设有液氢接口和液氧接口，头部内设有喷注器，所述液氢接口和喷注器的氢喷嘴连通；所述液氧接口和喷注器的氧喷嘴连通。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明在以往燃烧室单一的圆柱形结构基础上，增加了格栅、弯头和三通结构，使燃气得以充分掺混，从而提高出口温度的均匀性；
(2)本发明的格栅结构，一方面用于扰流，提升了燃气温度的均匀性；另一方面尽可能增大通孔的总面积，避免阻挡燃烧产物向下游的流通；
(3)本发明给出了格栅的具体设计尺寸，能够适用于不同介质流量和流量系数的工况；
(4)本发明的身部弯头为渐缩形结构，能够促进燃烧产物在向下游流动的过程中进一步掺混；
(5)本发明结构经试验验证，结果表明格栅、弯头、三通结构可以获得均匀的燃气温度，能够有效提高预燃室内燃气温度的温度均匀性。
附图说明
图1为本发明结构的组成示意图；
图2为本发明结构的局部剖视图；
图3为本发明格栅结构示意图的俯视图；
图4为本发明格栅结构示意图的主视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
一种预燃室，包括头部1、排放冷却身部2、身部弯头3、身部三通4。
所述头部1为球形腔结构；所述头部1设有液氢接口5和液氧接口6，头部1内设有喷注器，所述液氢接口5和喷注器的氢喷嘴连通；所述液氧接口6和喷注器的氧喷嘴连通。
所述排放冷却身部2为圆筒状，排放冷却身部2的一端开口，另一端设有格栅。格栅的剖面为圆弧形，格栅的剖面的弧度小于π；所述格栅上设有多个通孔。格栅上的通孔按同心圆环分布，每个同心圆上的通孔均匀分布；所述通孔为圆形或椭圆形或多边形，当通孔为多边形时，多边形的内角倒圆角。所述多个通孔的总面积与排放冷却身部2圆筒状横截面积之比不小于0.75；且多个通孔的总面积为A：
式中，Q为介质流量，Cd为流量系数，N为格栅面积系数，N的取值范围为2000～3500。
所述身部弯头3为90°弯头；身部弯头3为渐缩形结构，所述身部弯头3的入口横截面积与身部弯头3的出口横截面积之比为1.8～2.2。
所述排放冷却身部2的开口端与头部1连接，排放冷却身部2的格栅端与身部弯头3连接；所述身部弯头3与身部三通4连接；
所述排放冷却身部2、身部弯头3和身部三通4作为一个整体，呈倒S状。
通过排放冷却身部2的末端增加格栅，并且在排放冷却身部2后增加身部弯头3及身部三通4的结构设计，可以使燃气经过格栅扰流，身部弯头3转弯，最后在身部三通4的腔体中充分掺混，提高燃气温度均匀性。
实施例1：
一种预燃室，包括头部1、排放冷却身部2、身部弯头3、身部三通4，如图1和图2所示。
所述头部1为球形腔结构；所述头部1设有液氢接口5和液氧接口6，头部1内设有喷注器，所述液氢接口5和喷注器的氢喷嘴连通；所述液氧接口6和喷注器的氧喷嘴连通。
所述排放冷却身部2为圆筒状，排放冷却身部2的上端开口，下端设有格栅。格栅的剖面为圆弧形，圆弧形的格栅有利于燃气的流通，降低流通阻力，本实施了中格栅的剖面的弧度为0.9π。所述格栅上设有多个通孔，多个通孔的存在有利于“打散”燃气，使燃气的掺混更为充分，提升温度的均匀性，格栅上的通孔按同心圆环分布，每个同心圆上的通孔均匀分布；本实施例中通孔为圆形，如图3和图4所示，本实施例中多个通孔的总面积与A排放冷却身部2圆筒状横截面积之比为0.85，该比值能够有效保证燃气的通过效率；且多个通孔的总面积为A：
式中，Q为介质流量，Cd为流量系数，N为格栅面积系数，本实施例中N取值为2500。
所述身部弯头3为90°弯头；身部弯头3为渐缩形结构，本实施例中身部弯头3的入口(即靠近排放冷却身部2的一端)横截面积与身部弯头3的出口(即靠近身部三通4的一端)横截面积之比为2.0，身部弯头3的渐缩形结构促进了燃气流通过程中的进一步掺混。
所述排放冷却身部2的开口端与头部1连接，排放冷却身部2的格栅端与身部弯头3连接；所述身部弯头3与身部三通4连接；
所述排放冷却身部2、身部弯头3和身部三通4作为一个整体，呈倒S状。
工作过程中，液氧和液氢进入头部1燃烧，燃烧后的产物进入排放冷却身部2，经排放冷却身部2的末端格栅扰流后，进入身部弯头3，最后通过身部三通4，进入下游组件。格栅的结构设计可以使燃烧室中心区主流燃气产生扰动，“打散”主流燃气，有助于燃气的掺混。燃气通过格栅后，还需通过90°身部弯头3和身部三通4后才能进入下游组件。该设计可以保证燃气能够充分的燃烧、掺混，进而保证预燃室出口燃气温度的均匀性。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种提高预燃室温度均匀性的结构，其特征在于：包括排放冷却身部(2)、身部弯头(3)、身部三通(4)；
所述排放冷却身部(2)为圆筒状，排放冷却身部(2)的一端开口，另一端设有格栅；所述排放冷却身部(2)与身部弯头(3)连接，排放冷却身部(2)的格栅靠近身部弯头(3)；所述身部弯头(3)与身部三通(4)连接；
所述排放冷却身部(2)、身部弯头(3)和身部三通(4)作为一个整体，呈倒S状。
2.根据权利要求1所述的一种提高预燃室温度均匀性的结构，其特征在于：所述格栅的剖面为圆弧形，所述格栅上设有通孔。
3.根据权利要求2所述的一种提高预燃室温度均匀性的结构，其特征在于：所述格栅上设有多个通孔，所述多个通孔的总面积与排放冷却身部(2)圆筒状横截面积之比不小于0.75。
4.根据权利要求2所述的一种提高预燃室温度均匀性的结构，其特征在于：所述格栅上设有多个通孔，所述多个通孔的总面积为A，
式中，Q为介质流量，Cd为流量系数，N为格栅面积系数，N的取值范围为2000～3500。
5.根据权利要求2所述的一种提高预燃室温度均匀性的结构，其特征在于：所述格栅上的通孔按同心圆环分布，每个同心圆上的通孔均匀分布；所述通孔为圆形或椭圆形或多边形，当通孔为多边形时，多边形的内角倒圆角。
6.根据权利要求2所述的一种提高预燃室温度均匀性的结构，其特征在于：所述格栅的剖面的弧度小于π。
7.根据权利要求1～6之一所述的一种提高预燃室温度均匀性的结构，其特征在于：所述身部弯头(3)为90°弯头。
8.根据权利要求1～6之一所述的一种提高预燃室温度均匀性的结构，其特征在于：所述身部弯头(3)为渐缩形结构，所述身部弯头(3)的入口横截面积与身部弯头(3)的出口横截面积之比为1.8～2.2。
9.一种预燃室，其特征在于：包括头部(1)、排放冷却身部(2)、身部弯头(3)、身部三通(4)；
所述头部(1)为球形腔结构；所述排放冷却身部(2)为圆筒状，排放冷却身部(2)的一端开口，另一端设有格栅；所述排放冷却身部(2)的开口端与头部(1)连接，排放冷却身部(2)的格栅端与身部弯头(3)连接；所述身部弯头(3)与身部三通(4)连接；
所述排放冷却身部(2)、身部弯头(3)和身部三通(4)作为一个整体，呈倒S状。
10.根据权利要求9所述的一种预燃室，其特征在于：所述头部(1)设有液氢接口(5)和液氧接口(6)，头部(1)内设有喷注器，所述液氢接口(5)和喷注器的氢喷嘴连通；所述液氧接口(6)和喷注器的氧喷嘴连通。
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