CN110345513B - 一种分级燃烧的旋流雾化装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空发动机主燃烧室设计领域，特别涉及一种分级燃烧的旋流雾化装置。包括：外旋流器、中旋流器、内旋流器、内支板以及喷嘴A。外旋流器的第一壁板的一端与火焰筒E连接；中旋流器包括第二壁板和第二叶片，中旋流器嵌套在外旋流器的内部，第二壁板与第一叶片连接，第二壁板与第一壁板之间形成外气流通道B；内旋流器包括第三壁板和第三叶片，内旋流器嵌套在中旋流器内部，第三壁板与第二叶片连接，第三壁板与第二壁板之间形成中气流通道C；内支板嵌套在内旋流器内部，内支板与第三叶片连接，内支板与第三壁板之间形成内气流通道D；喷嘴A嵌套在内支板内部，与内支板间隙配合，喷嘴A侧壁上开设有主喷口，喷嘴A端部开设有副喷口。

Description

一种分级燃烧的旋流雾化装置

技术领域

本申请属于航空发动机主燃烧室设计领域，特别涉及一种分级燃烧的旋流雾化装置。

背景技术

航空发动机主燃烧室火焰筒头部旋流雾化装置一般采用单级或多级旋流器配合离心式压力雾化喷嘴的结构形式。

现有技术中，主燃烧室火焰筒头部旋流雾化装置由燃油喷嘴、主旋流器和副旋流器组成，喷嘴可以是单油路离心式压力雾化喷嘴或者双油路离心式压力雾化喷嘴。旋流器用于在火焰筒内产生回流区，保证稳定和高效的燃烧，燃油的雾化主要依靠喷嘴喷口处的压差作用和主、副旋流器气流的剪切作用实现。现有技术方案主要缺点如下：发动机处于大工况时，主燃烧室内压力较高，气动力增强，油滴在气流中的阻力增大，使得喷嘴附近燃油较为集中，引起冒烟、积碳、燃烧效率降低等问题；发动机处于小工况时，主燃烧室供油量较低，喷嘴雾化水平较差，燃烧稳定性较差，易发生熄火；无法在全工况下实现良好雾化和油气匹配，排气污染高，不符合日益严格的航空发动机排气污染限制。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种分级燃烧的旋流雾化装置，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种分级燃烧的旋流雾化装置，包括：

外旋流器，所述外旋流器包括第一壁板以及设置在所述第一壁板上的第一叶片，所述第一壁板的一端与火焰筒E连接；

中旋流器，所述中旋流器包括第二壁板以及设置在所述第二壁板上的第二叶片，所述中旋流器嵌套在所述外旋流器的内部，所述第二壁板与所述第一叶片连接，所述第二壁板与所述第一壁板之间形成外气流通道B；

内旋流器，所述内旋流器包括第三壁板以及设置在所述第三壁板上的第三叶片，所述内旋流器嵌套在所述中旋流器的内部，所述第三壁板与所述第二叶片连接，所述第三壁板与所述第二壁板之间形成中气流通道C；

内支板，所述内支板嵌套在所述内旋流器的内部，所述内支板与所述第三叶片连接，所述内支板与所述第三壁板之间形成内气流通道D；

喷嘴A，所述喷嘴A嵌套在所述内支板的内部，且与所述内支板间隙配合，所述喷嘴A的侧壁上开设有主喷口，所述喷嘴A的端部开设有副喷口。

可选地，所述第二壁板与所述第一叶片、所述第三壁板与所述第二叶片、以及所述内支板与所述第三叶片均通过焊接连接。

可选地，所述外旋流器、所述中旋流器、所述内旋流器以及所述内支板一体成型。

可选地，所述内支板的内侧设置有凹槽，所述凹槽用于气体在所述内支板与所述喷嘴A之间流通。

可选地，所述第一叶片与所述第二叶片旋向相反，所述第二叶片与所述第三叶片的旋向相同。

可选地，所述第一叶片、所述第二叶片以及所述第三叶片均为直叶片。

可选地，所述第一叶片、所述第二叶片以及所述第三叶片均为曲叶片。

可选地，所述外气流通道B的出口与所述喷嘴A端部沿轴向的距离L为0～20mm。

可选地，所述主喷口为直射式喷嘴，所述主喷口沿所述喷嘴A的侧壁周向均匀开设4～8个。

可选地，所述副喷口为直射式喷嘴或者离心式喷嘴。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的分级燃烧的旋流雾化装置，提高主燃级燃油雾化质量和油气掺混效果，可有效解决大工况时主燃烧室冒烟、积碳、燃烧效率降低等问题；提高预燃级局部当量比并通过控制局部空气流量和流速，可有效解决小工况时主燃烧室燃烧稳定性差的问题；优化主燃级和预燃级油气分配比例，可有效解决主燃烧室排气污染高的问题。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的分级燃烧的旋流雾化装置截面图；

图2是本申请一个实施方式的分级燃烧的旋流雾化装置示意图；

图3是本申请一个实施方式的分级燃烧的旋流雾化装置后视图；

图4是本申请一个实施方式的分级燃烧的旋流雾化装置的外旋流器示意图；

图5是本申请一个实施方式的分级燃烧的旋流雾化装置的中旋流器示意图；

图6是本申请一个实施方式的分级燃烧的旋流雾化装置的内旋流器示意图；

图7是本申请一个实施方式的分级燃烧的旋流雾化装置的内支板示意图。

其中：

1-外旋流器；2-中旋流器；3-内旋流器；4-内支板；5-主喷口；6-副喷口。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图7对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种分级燃烧的旋流雾化装置，包括：外旋流器1、中旋流器2、内旋流器3、内支板4以及喷嘴A。

具体的，外旋流器1包括第一壁板以及设置在第一壁板上的第一叶片，第一壁板的一端与火焰筒E连接，本实施例中，第一叶片设置在第一壁板的另一端；中旋流器2包括第二壁板以及设置在第二壁板上的第二叶片，中旋流器2嵌套在外旋流器1的内部，第二壁板与第一叶片连接，第二壁板与第一壁板之间形成外气流通道B；内旋流器3包括第三壁板以及设置在第三壁板上的第三叶片，内旋流器3嵌套在中旋流器2的内部，第三壁板与第二叶片连接，第三壁板与第二壁板之间形成中气流通道C；内支板4嵌套在内旋流器3的内部，内支板4与第三叶片连接，内支板4与第三壁板之间形成内气流通道D；喷嘴A嵌套在内支板4的内部，且与内支板4间隙配合，喷嘴A的侧壁上开设有主喷口5，喷嘴A的端部开设有副喷口6。本申请的分级燃烧的旋流雾化装置，外旋流器1与中旋流器2之间形成外气流通道B，中旋流器2与内旋流器3之间形成中气流通道C，内旋流器3与内支板4之间形成内气流通道D，三路气流通道通过的空气均流入火焰筒E。

在本申请的一个实施方式中，第二壁板与第一叶片、第三壁板与第二叶片、以及内支板4与第三叶片可以均通过焊接连接。在本申请的另一个实施方式中，外旋流器1、中旋流器2、内旋流器3以及内支板4可以整体铸造一体成型。

在本申请的一个实施方式中，内支板4与喷嘴A之间为间隙配合，内支板4的内侧设置有凹槽，可允许气体在内支板4与喷嘴A之间流通。

在本申请的分级燃烧的旋流雾化装置中，外旋流器1和中旋流器2的叶片旋向可以同向或者反向，中旋流器2和内旋流器3的叶片旋向可以同向或者反向。本实施例中，第一叶片与第二叶片旋向相反，第二叶片与第三叶片的旋向相同。第一叶片、第二叶片以及第三叶片可以是直叶片或者曲叶片。

在本申请的一个实施方式中，外气流通道B的出口与喷嘴A端部沿轴向的距离L为0～20mm，内气流通道D出口与喷嘴A端部平齐。本实施例中，外气流通道B的出口与喷嘴A端部沿轴向的距离L为4mm。

在本申请的一个实施方式中，主喷口5为直射式喷嘴，主喷口5沿喷嘴A的侧壁周向均匀开设4～8个。副喷口6位于喷嘴A端部中心，副喷口6为直射式喷嘴或者离心式喷嘴。

本申请的分级燃烧的旋流雾化装置，火焰筒E内燃烧区域分为预燃级和主燃级。来流空气分别由外旋流器1、中旋流器2、内旋流器3和内支板4上凹槽流入火焰筒E内部。预燃级回流区主要依靠内气流通道D流出的旋流空气形成，主燃级回流区主要依靠中气流通道C和外气流通道B流出的旋流空气形成。

本申请的分级燃烧的旋流雾化装置，小工况时只有副喷口6喷油，预燃级工作，副喷口6喷出的燃油直接进入预燃级，预燃级采用扩散燃烧形式，局部油气比较高，形成局部富油燃烧区，火焰不容易熄灭，有利于起动和火焰稳定。预燃级未燃烬的油气混合物在下游主燃级空气的掺混下进一步燃烧，从而降低小工况时的污染排放。大工况时主喷口5和副喷口6同时喷油，预燃级和主燃级同时工作，大部分燃油由主喷口5喷入，通过主燃级进行燃烧。大工况时，内气流通道D内燃油与空气进行了一定程度的掺混，提高了燃油的雾化质量和油气混合均匀性，且通道内油气比(燃油流量/空气流量)较高，不易发生自燃、回火和不稳定燃烧等问题，中气流通道C流入空气进入后，进一步增强了油气的掺混效果，外气流通道B流入空气进入后，油气比继续降低，将未燃烬的油气混合物补燃，从而避免出现冒烟、积碳等问题，并保证较高的燃烧效率和较低的污染排放。外气流通道B出口与喷嘴A顶端距离L为0～20mm，该值较小时对应较高的燃烧效率和低的冒烟、积碳，该值较大时则对应更好的起动点火性能和燃烧稳定性。

本申请的分级燃烧的旋流雾化装置，提高主燃级燃油雾化质量和油气掺混效果，可有效解决大工况时主燃烧室冒烟、积碳、燃烧效率降低等问题；提高预燃级局部当量比并通过控制局部空气流量和流速，可有效解决小工况时主燃烧室燃烧稳定性差的问题；优化主燃级和预燃级油气分配比例，可有效解决主燃烧室排气污染高的问题。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种分级燃烧的旋流雾化装置，其特征在于，包括：

外旋流器(1)，所述外旋流器(1)包括第一壁板以及设置在所述第一壁板上的第一叶片，所述第一壁板的一端与火焰筒E连接；

中旋流器(2)，所述中旋流器(2)包括第二壁板以及设置在所述第二壁板上的第二叶片，所述中旋流器(2)嵌套在所述外旋流器(1)的内部，所述第二壁板与所述第一叶片连接，所述第二壁板与所述第一壁板之间形成外气流通道B；

内旋流器(3)，所述内旋流器(3)包括第三壁板以及设置在所述第三壁板上的第三叶片，所述内旋流器(3)嵌套在所述中旋流器(2)的内部，所述第三壁板与所述第二叶片连接，所述第三壁板与所述第二壁板之间形成中气流通道C；

内支板(4)，所述内支板(4)嵌套在所述内旋流器(3)的内部，所述内支板(4)与所述第三叶片连接，所述内支板(4)与所述第三壁板之间形成内气流通道D；

喷嘴A，所述喷嘴A嵌套在所述内支板(4)的内部，且与所述内支板(4)间隙配合，所述喷嘴A的侧壁上开设有主喷口(5)，所述喷嘴A的端部开设有副喷口(6)；

所述内支板(4)的内侧设置有凹槽，所述凹槽用于气体在所述内支板(4)与所述喷嘴A之间流通。

2.根据权利要求1所述的分级燃烧的旋流雾化装置，其特征在于，所述第二壁板与所述第一叶片、所述第三壁板与所述第二叶片、以及所述内支板(4)与所述第三叶片均通过焊接连接。

3.根据权利要求1所述的分级燃烧的旋流雾化装置，其特征在于，所述外旋流器(1)、所述中旋流器(2)、所述内旋流器(3)以及所述内支板(4)一体成型。

4.根据权利要求1所述的分级燃烧的旋流雾化装置，其特征在于，所述第一叶片与所述第二叶片旋向相反，所述第二叶片与所述第三叶片的旋向相同。

5.根据权利要求4所述的分级燃烧的旋流雾化装置，其特征在于，所述第一叶片、所述第二叶片以及所述第三叶片均为直叶片。

6.根据权利要求4所述的分级燃烧的旋流雾化装置，其特征在于，所述第一叶片、所述第二叶片以及所述第三叶片均为曲叶片。

7.根据权利要求1所述的分级燃烧的旋流雾化装置，其特征在于，所述外气流通道B的出口与所述喷嘴A端部沿轴向的距离L为0～20mm。

8.根据权利要求1所述的分级燃烧的旋流雾化装置，其特征在于，所述主喷口(5)为直射式喷嘴，所述主喷口(5)沿所述喷嘴A的侧壁周向均匀开设4～8个。

9.根据权利要求1所述的分级燃烧的旋流雾化装置，其特征在于，所述副喷口(6)为直射式喷嘴或者离心式喷嘴。

Images