CN108954383A - 一种提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置 - Google Patents

一种提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置 Download PDF

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丁兆波
潘刚
聂嵩
姬威信
王天泰
赵世红
刘倩
刘鑫鹏
孙纪国
郑孟伟
许晓勇
王娟
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    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel

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Abstract

一种提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，包括排放冷却身部(2)、过渡身部组件(3)；所述排放冷却身部(2)为圆筒状，排放冷却身部(2)的一端内表面设有扰流结构；所述过渡身部组件(3)包括弯头和三通；所述排放冷却身部(2)设有扰流结构的一端与过渡身部组件(3)的弯头连接；所述排放冷却身部(2)和过渡身部组件(3)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，增加了扰流结构、弯头和球形三通结构，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组合扰流装置
技术领域
本发明涉及一种提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，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进入下游的涡轮前来不及充分掺混，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组合扰流装置，通过改进预燃室的燃烧室结构形式，并采用组合扰流的方式，在燃烧室身部圆柱段末端增加扰流环，配合过渡身部组件的结构设计，从而使燃气充分掺混，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组合扰流装置，包括排放冷却身部、过渡身部组件；
所述排放冷却身部为圆筒状，排放冷却身部的一端内表面设有扰流结构；所述过渡身部组件包括弯头和三通；所述排放冷却身部设有扰流结构的一端与过渡身部组件的弯头连接；
所述排放冷却身部和过渡身部组件作为一个整体，呈倒S状。
上述提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，所述扰流结构为扰流环或扰流板。
上述提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，所述扰流环为圆环形或椭圆环形。
上述提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，所述扰流环上设有齿状结构。
上述提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，所述扰流结构包括多个扰流板，所述扰流板沿排放冷却身部的周向均匀分布。
上述提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，所述扰流结构内边缘包围的面积与排放冷却身部圆筒状横截面积之比不小于0.7。
上述提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，所述扰流结构内边缘包围的面积为A
式中，Q为介质流量，Cd为流量系数，N为扰流结构面积系数，N的取值范围为2000～3500。
上述提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，所述过渡身部组件的弯头为90°弯头。
上述提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，所述过渡身部组件的弯头为渐缩形结构，所述过渡身部组件的弯头的入口横截面积与过渡身部组件的弯头的出口横截面积之比为1.8～2.2。
上述提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，所述过渡身部组件的三通为球形三通。
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，增加了扰流结构、弯头和球形三通结构，使燃气得以充分掺混，从而提高出口温度的均匀性；
(2)本发明的扰流结构，一方面用于扰流，提升了燃气温度的均匀性；另一方面最大化避免阻挡燃烧产物向下游的流通；
(3)本发明给出了扰流结构的具体设计尺寸，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，结果表明扰流结构、弯头、球形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为本发明结构的剖视图；
图3为本发明扰流结构第一实施方式的结构示意图；
图4为本发明扰流结构第二实施方式的结构示意图。
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。
一种提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，包括排放冷却身部2、过渡身部组件3。
所述排放冷却身部2为圆筒状，排放冷却身部2的一端内表面设有扰流结构；所述扰流结构内边缘包围的面积与排放冷却身部2圆筒状横截面积之比不小于0.7；所述扰流结构内边缘包围的面积为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。
所述扰流结构为扰流环或扰流板，扰流结构与排放冷却身部2的内表面连接处的倒角不小于R8mm。所述扰流环为圆环形或椭圆环形，所述扰流环上设有齿状结构；所述扰流结构包括多个扰流板，所述扰流板沿排放冷却身部2的周向均匀分布。
所述过渡身部组件3包括弯头和三通，所述过渡身部组件3的弯头为90°弯头，90°弯头可改变燃气流动方向，有利于改善燃气温度均匀性。所述过渡身部组件3的弯头为渐缩形结构，所述过渡身部组件3的弯头的入口横截面积与过渡身部组件3的弯头的出口横截面积之比为1.8～2.2。所述排放冷却身部2设有扰流结构的一端与过渡身部组件3的弯头连接。所述过渡身部组件3的三通为球形三通，球形三通可使燃气在其球形腔中旋转，继续掺混，从而提高燃气温度均匀性。
所述排放冷却身部2和过渡身部组件3作为一个整体，呈倒S状。通过排放冷却身部2的末端增加扰流环结构，配合过渡身部组件3的弯头和球形三通结构，可以使燃气经过扰流环结构扰流，弯头转弯，最后在三通球形腔中充分掺混，提高了燃气的温度均匀性。
实施例1：
一种提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，包括排放冷却身部2、过渡身部组件3，如图1和图2所示。
所述排放冷却身部2为圆筒状，排放冷却身部2的一端内表面设有扰流结构；本实施例中扰流结构内边缘包围的面积与排放冷却身部2圆筒状横截面积之为0.74；所述扰流结构内边缘包围的面积为A
式中，Q为介质流量，Cd为流量系数，N为扰流结构面积系数，N的取值为2400。
所述扰流结构的第一实施方式为扰流环，如图3所示，第二实施法方式为扰流板，如图4所示，上述两种实施方式有利于燃气的流通，降低流通阻力，本实施例中扰流结构与排放冷却身部2的内表面连接处的倒角为R10mm。本实施例中第一实施方式扰流环为圆环形，所述扰流环上设有齿状结构，本实施例中的齿状结构为凸出的矩形板，矩形板沿扰流环的周向均匀分布；扰流结构第二实施法方式为多个扰流板，本实施例中的扰流板为圆弧形板，包括7个，所述扰流板沿排放冷却身部2的周向均匀分布。
所述过渡身部组件3包括弯头和三通，所述过渡身部组件3的弯头为90°弯头，90°弯头可改变燃气流动方向，有利于改善燃气温度均匀性。所述过渡身部组件3的弯头为渐缩形结构，本实施例中过渡身部组件3的弯头的入口(即靠近排放冷却身部2的一端)横截面积与过渡身部组件3的弯头的出口(即远离排放冷却身部2的一端)横截面积之比为1.9，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设有扰流结构的一端与过渡身部组件3的弯头连接。所述过渡身部组件3的三通为球形三通，球形三通可使燃气在其球形腔中旋转，继续掺混，从而提高燃气温度均匀性。
所述排放冷却身部2和过渡身部组件3作为一个整体，呈倒S状。
工作过程中，氧化剂和燃料进入头部1燃烧，燃烧后的产物进入本发明提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，首先进入本发明的排放冷却身部2，经排放冷却身部2的末端扰流结构扰流后，通过过渡身部组件3，进入下游组件。
扰流结构的设计可以使靠近排放冷却身部2内表面的冷却燃气向排放冷却身部2中心区主流燃气方向流动，径向“剪切”主流燃气，有助于燃气的掺混。燃气通过扰流结构后，还需通过过渡身部组件3后才能进入下游组件。这种组合扰流的设计可以保证燃气能够充分的燃烧、掺混，进而保证预燃室(本发明与头部1共同组成预燃室)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组合扰流装置，其特征在于：包括排放冷却身部(2)、过渡身部组件(3)；
所述排放冷却身部(2)为圆筒状，排放冷却身部(2)的一端内表面设有扰流结构；所述过渡身部组件(3)包括弯头和三通；所述排放冷却身部(2)设有扰流结构的一端与过渡身部组件(3)的弯头连接；
所述排放冷却身部(2)和过渡身部组件(3)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组合扰流装置，其特征在于：所述扰流结构为扰流环或扰流板。
3.根据权利要求2所述的一种提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，其特征在于：所述扰流环为圆环形或椭圆环形。
4.根据权利要求2或3所述的一种提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，其特征在于：所述扰流环上设有齿状结构。
5.根据权利要求2所述的一种提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，其特征在于：所述扰流结构包括多个扰流板，所述扰流板沿排放冷却身部(2)的周向均匀分布。
6.根据权利要求2所述的一种提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，其特征在于：所述扰流结构内边缘包围的面积与排放冷却身部(2)圆筒状横截面积之比不小于0.7。
7.根据权利要求6所述的一种提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，其特征在于：所述扰流结构内边缘包围的面积为A
式中，Q为介质流量，Cd为流量系数，N为扰流结构面积系数，N的取值范围为2000～3500。
8.根据权利要求1所述的一种提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，其特征在于：所述过渡身部组件(3)的弯头为90°弯头。
9.根据权利要求1所述的一种提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，其特征在于：所述过渡身部组件(3)的弯头为渐缩形结构，所述过渡身部组件(3)的弯头的入口横截面积与过渡身部组件(3)的弯头的出口横截面积之比为1.8～2.2。
10.根据权利要求1所述的一种提高预燃室温度均匀性的组合扰流装置，其特征在于：所述过渡身部组件(3)的三通为球形三通。
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