CN109539313A - 一种v形槽与旋流器相配合的燃烧室头部 - Google Patents

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张群
杨福正
曹婷婷
刘强
李程镐
张鹏
王鑫
海涵
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • 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
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/58—Cyclone or vortex type combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • 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
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/38—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising rotary fuel injection means

Abstract

本发明提供了一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部。此头部采用分级分区燃烧方案，主要包括值班级和主燃级。中心值班级为两级轴向旋流器(旋向相同)，外侧主燃级为第三级轴向旋流器(旋向与中心值班级反向)，各级旋流器叶片由V形槽连接，形成网状结构。中心值班级采用离心喷嘴进行燃油喷射，外侧主燃级采用多点直射式喷嘴进行燃油喷射。本发明旋流器头部的V形槽能够完成燃烧室进口空气的导流并且在不同工况下完成不同工质的喷射；同时与旋流器叶片配合形成网状结构，形成合理、均匀的燃烧室离心力分布，从而强化油气掺混并提高燃烧效率、降低污染排放。

Description

一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部
技术领域
本发明属于航空发动机燃烧室领域，具体涉及一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部。
背景技术
燃油雾化效果和气量调节是决定燃烧室性能高低的关键，为了实现高效的雾化效果以及良好的气量调节，现阶段高性能燃烧室头部多采用旋流气动雾化装置。该种头部主要由多级旋流器、文氏管、套筒和喷嘴组成，它既能保证燃油充分雾化蒸发和油气掺混完全，同时能在燃烧室头部下游区域形成良好的高温回流区以实现高速气流中火焰的稳定以及燃烧的充分。
由于燃烧过程产生的污染物对人类的健康和生存环境产生不利的影响，因此航空发动机污染物排放已经引起了人们的广泛关注。人们不断地调控涡轮发动机污染排放法规，以减少污染物排放。随着社会的发展，高温升、低污染已经成为军机和民机发展的趋势。燃气轮机燃烧室中广泛采用旋流燃烧技术，旨在建立恰当的流动结构并实现良好的组织燃烧过程和燃烧室性能。当前的高性能燃气轮机燃烧室中广泛采用分级分区燃烧方案，从而实现不同功率下的高性能燃烧与低污染排放。
除了满足燃烧性能以及低污染排放要求，航空发动机燃烧室长期处于高温高压的工作状态，这种恶劣工作环境对燃油喷嘴以及文氏管等结构会产生很大的危害，例如喷嘴过热烧蚀以及文氏管积碳。因此需要一种新型的燃烧室头部，既可以达到所要求的燃烧状态，同时对燃烧室头部的各部分结构有一定的保护作用以及减少污染物的排放。
本发明中的V形槽结构使此头部不同于传统的旋流燃烧头部，与旋流叶片的网状配合不仅可以合理导流空气，还会形成更合理的回流区域，稳定燃烧。同时在不同的工况下喷孔喷射不同的工质，提高了燃烧效率、降低了污染物排放并可以保护头部结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部，可以有效提高燃烧室燃烧效率，并可以保护头部关键结构以及降低污染物排放。本技术采用V形槽与各级旋流器叶片网状配合形式，V形槽在不同的工况下会喷射不同的工质。本发明的优点：适应航空发动机较宽的油气变化范围，V形槽在不同工况下以及不同位置会喷射燃油、水蒸气、空气等不同工质，从而达到相应的燃烧效果。
技术方案
本发明的目的在于提供一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部。
本发明技术方案如下：
一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部，采用了分级分区燃烧方案，其特征在于：分为主燃级与值班级，值班级结构为双级轴向旋流器，在一级出口为文氏管结构，二级出口为套筒结构，外侧主燃级为第三级轴向旋流器；整个结构主要由值班级一级旋流器、值班级二级旋流器、主燃级旋流器、各级旋流器叶片、V形槽、文氏管、套筒、喷嘴等构成。
所述的一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部，其特征在于：主燃级结构为单级轴向旋流器，所述的主燃级叶片，可为直叶片，也可为曲叶片；叶片安装角为30°～60°，叶片个数为12～36片，叶片厚度为0.7～1.5mm，采用强旋设计，旋流强度为0.7～1.5；采用多点直射式喷嘴进行燃油喷射，喷雾锥角为30°～60°。
所述的一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部，其特征在于：值班级结构为双级轴向旋流器，所述的值班级叶片，可为直叶片，也可为曲叶片；叶片安装角为30°～60°，叶片数量在8～20片，叶片厚度为0.7～1.5mm，旋流强度为0.6～0.9；双油路离心喷嘴安装在一级轴向旋流器的中心，喷雾锥角为30°～120°。
所述的一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部，其特征在于：值班级两级旋流器旋向可以相同，也可以相反；文氏管出口收缩角为20°～70°，套筒出口扩张锥角10°～50°。
所述的一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部，其特征在于：V形槽连接各级旋流叶片，与旋流叶片配合形成网状结构，V形槽迎风面周向开有大小相同的喷孔，在不同工况下喷射不同比例的工质；喷孔喷射方向与轴线夹角为30°～45°，方向为气流流动方向，喷孔直径为0.2mm～3mm，轴向数量为10～25个，周向数量为30～60个。
本发明具有以下有益效果：
燃烧室的性能与雾化蒸发效果以及油气配比有极大的关联。旋流叶片与V形槽相配合形成网状结构，相较单一的旋流器头部会形成更好的回流区，有利于燃烧的稳定性以及提升燃烧效率。普通的旋流燃烧室头部的喷嘴分布单一，只能喷射出一定量的燃油，在单一工况下可能效果较好，但是在各种工况的变化中不能很好的去适应。本发明中的V形槽迎风面开有一定数量的喷孔，这些喷孔会在不同的工况下喷射不同的工质，例如水蒸气、航空煤油、空气等，能够保证头部正常安全运行的同时适应工况改变。另一方面，从V形槽喷孔中喷出的水蒸气经高温裂解形成OH离子，与CO氧化反应生成对环境无害的H2O和CO2，大大降低了污染物的排放。
附图说明
图1：燃烧室头部整体示意图；
图2：V形槽气动外形；
图3：燃烧室头部剖面图及V形槽局部放大图；
图4：燃烧室头部后视图。
主要元件符号说明:
1 喷嘴壳体 2 值班级内旋流器叶片
3 文氏管 4 值班级外旋流器叶片
5 值班级套筒 6 主燃级旋流器叶片
7 收缩环 8 V形槽
9 喷孔
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，本发明提供了一种有效提高燃烧效率并减少污染排放的V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部。
具体过程：空气自进口沿着轴向方向流动，经过V形槽与旋流器叶片相配合而成的网格状结构后，形成一股具有多个方向速度的旋转射流，可以促进预燃级喷嘴以及主燃级喷嘴喷射的燃油良好的雾化蒸发，使得液滴尺寸更均匀，燃烧更加充分。在高工况时，与主燃级叶片相配合的V形槽一部分喷射燃油，一部分喷射水蒸气。水蒸气经高温裂解生成OH离子，与CO反应生成是对环境污染较小的CO2以及H2O，这样可以使得发动机在高工况时污染排放减小、燃烧更加充分；喷射燃油的部分使得主燃区域燃烧更加均匀，温升更加高，有利于提高燃烧效率。温升升高，V形槽持续改变喷孔喷射工质比例，提供合适的油气配比。在低工况时，通常需要燃烧室能够可靠工作，V形槽喷孔少部分喷射燃油以保证燃烧所需要的燃油量，使发动机具有良好的地面气动及高空再点火能力。剩余部分喷射适量空气并形成空气内腔，对各级旋流叶片及头部主要结构形成热防护作用，防止燃油喷嘴烧蚀结焦及其它结构受热损坏。
与传统旋流燃烧头部相比，本发明对于燃油的破碎雾化具有提升作用，同时还能适应航空发动机复杂的设计工况，减少污染物排放，提高燃烧效率，保护头部结构。

Claims (6)

1.一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部，采用了分级分区燃烧方案，其特征在于：分为主燃级与值班级，值班级结构为双级轴向旋流器，在一级出口为文氏管结构，二级出口为套筒结构，外侧主燃级为第三级轴向旋流器；整个结构主要由值班级一级旋流器、值班级二级旋流器、主燃级旋流器、各级旋流器叶片、V形槽、文氏管、套筒、喷嘴等构成。
2.根据权利要求1所述的一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部，其特征在于：主燃级结构为单级轴向旋流器，所述的主燃级叶片，可为直叶片，也可为曲叶片；叶片安装角为30°～60°，叶片个数为12～36片，叶片厚度为0.7～1.5mm，采用强旋设计，旋流强度为0.7～1.5；采用多点直射式喷嘴进行燃油喷射，喷雾锥角为30°～60°。
3.根据权利要求1所述的一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部，其特征在于：值班级结构为双级轴向旋流器，所述的值班级叶片，可为直叶片，也可为曲叶片；叶片安装角为30°～60°，叶片数量在8～20片，叶片厚度为0.7～1.5mm，旋流强度为0.6～0.9；双油路离心喷嘴安装在一级轴向旋流器的中心，喷雾锥角为30°～120°。
4.根据权利要求1所述的一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部，其特征在于：值班级两级旋流器旋向可以相同，也可以相反。
5.根据权利要求1所述的一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部，其特征在于：文氏管出口收缩角为20°～70°，套筒出口扩张锥角10°～50°。
6.根据权利要求1所述的一种V形槽与旋流器相配合的燃烧室头部，其特征在于：V形槽连接各级旋流叶片，与旋流叶片配合形成网状结构，V形槽迎风面周向开有大小相同的喷孔，在不同工况下喷射不同比例的工质；喷孔喷射方向与轴线夹角为30°～45°，方向为气流流动方向，喷孔直径为0.2mm～3mm，轴向数量为10～25个，周向数量为30～60个。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110671719A (zh) * 2019-10-10 2020-01-10 西北工业大学 一种增强旋流可冷却的燃烧室头部文氏管结构
CN111174233A (zh) * 2020-01-14 2020-05-19 西北工业大学 一种中心分级贫油预混低污染燃烧室
CN111520755A (zh) * 2020-03-17 2020-08-11 西北工业大学 一种低污染燃烧室头部旋流器结构
CN111520751A (zh) * 2020-04-08 2020-08-11 西北工业大学 一种双级旋流器与离心式喷嘴一体化结构
CN111780160A (zh) * 2020-08-21 2020-10-16 中国科学院工程热物理研究所 一种带有旋流驻涡结构的钝体稳焰器
CN113310071A (zh) * 2021-06-16 2021-08-27 哈尔滨工程大学 一种用于气体燃料燃气轮机低污染燃烧室的同轴分级燃烧器
CN114413284A (zh) * 2021-12-28 2022-04-29 北京动力机械研究所 一种与环形燃烧室头部匹配的异形旋流器
CN114777160A (zh) * 2022-01-10 2022-07-22 南京航空航天大学 一种可替换双级轴向旋流器的燃烧室头部
CN115507389A (zh) * 2022-09-02 2022-12-23 哈尔滨工程大学 一种液体燃料船用低污染塔式同轴分级旋流器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103123122A (zh) * 2012-12-31 2013-05-29 南京航空航天大学 一种主级燃油直接喷射的贫油预混预蒸发低污染燃烧室
CN103939943A (zh) * 2014-03-05 2014-07-23 哈尔滨工程大学 一种用于化学回热循环的双旋流双燃料喷嘴
WO2016093429A1 (ko) * 2014-12-12 2016-06-16 한화테크윈 주식회사 스월러 어셈블리
CN108716695A (zh) * 2018-04-02 2018-10-30 西北工业大学 一种微型发动机燃烧室单环型蒸发管结构设计

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103123122A (zh) * 2012-12-31 2013-05-29 南京航空航天大学 一种主级燃油直接喷射的贫油预混预蒸发低污染燃烧室
CN103939943A (zh) * 2014-03-05 2014-07-23 哈尔滨工程大学 一种用于化学回热循环的双旋流双燃料喷嘴
WO2016093429A1 (ko) * 2014-12-12 2016-06-16 한화테크윈 주식회사 스월러 어셈블리
CN108716695A (zh) * 2018-04-02 2018-10-30 西北工业大学 一种微型发动机燃烧室单环型蒸发管结构设计

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110671719A (zh) * 2019-10-10 2020-01-10 西北工业大学 一种增强旋流可冷却的燃烧室头部文氏管结构
CN111174233A (zh) * 2020-01-14 2020-05-19 西北工业大学 一种中心分级贫油预混低污染燃烧室
CN111174233B (zh) * 2020-01-14 2021-06-15 西北工业大学 一种中心分级贫油预混低污染燃烧室
CN111520755A (zh) * 2020-03-17 2020-08-11 西北工业大学 一种低污染燃烧室头部旋流器结构
CN111520751A (zh) * 2020-04-08 2020-08-11 西北工业大学 一种双级旋流器与离心式喷嘴一体化结构
CN111780160A (zh) * 2020-08-21 2020-10-16 中国科学院工程热物理研究所 一种带有旋流驻涡结构的钝体稳焰器
CN113310071A (zh) * 2021-06-16 2021-08-27 哈尔滨工程大学 一种用于气体燃料燃气轮机低污染燃烧室的同轴分级燃烧器
CN114413284A (zh) * 2021-12-28 2022-04-29 北京动力机械研究所 一种与环形燃烧室头部匹配的异形旋流器
CN114777160A (zh) * 2022-01-10 2022-07-22 南京航空航天大学 一种可替换双级轴向旋流器的燃烧室头部
CN114777160B (zh) * 2022-01-10 2024-03-19 南京航空航天大学 一种可替换双级轴向旋流器的燃烧室头部
CN115507389A (zh) * 2022-09-02 2022-12-23 哈尔滨工程大学 一种液体燃料船用低污染塔式同轴分级旋流器
CN115507389B (zh) * 2022-09-02 2024-03-19 哈尔滨工程大学 一种液体燃料船用低污染塔式同轴分级旋流器

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