CN111396926A - 一种放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室,由放气式扩压器、燃烧室和放气式扩压器组成，燃烧室内机匣与放气式扩压器内壁和内火焰筒构成燃烧室内环腔，燃烧室外机匣与放气式扩压器外壁和外火焰筒构成燃烧室外环腔。燃油通过供油臂经燃烧室头部进入燃烧室内与旋流空气均匀混合之后燃烧。全环燃烧室由多个燃烧室头部构成，每个燃烧室头部均可以独立工作，在全环燃烧室火焰筒内形成稳定的燃烧区。本发明将放气式扩压器与火焰筒结合在一起，有效地降低了放气式扩压器的总压损失，有利于提高燃烧室燃烧性能。

Description

一种放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机燃烧室领域，涉及一种放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室。

背景技术

目前先进航空发动机燃烧室，无论从燃烧组织方式、燃烧室头部结构、燃油喷射雾化方法以及火焰筒冷却方式等方面都与常规燃烧室有很大差异。对于军用航空发动机来说，随着军用发动机推重比的不断提高和超音速巡航的要求，军用航空发动机燃烧室一定朝着高油气比方向发展。推重比的进一步提高非常不易，但是高推重比的要求是不会改变的。提高推重比的一个主要技术手段就是提高涡轮进口温度，即提高燃烧室总油气比。民用航空发动机燃烧室朝着低污染方向发展。随着人们对于环境污染问题越来越重视，国际民航组织对于民用航空发动机污染排放的要求越来越严格，尤其是对于NOx的排放要求越来越严格，而要降低NOx排放一个重要的手段就是降低主燃区温度。无论是低污染燃烧室还是高油气比燃烧室都需要显著的增大燃烧空气百分数，对于低污染燃烧室来说增大燃烧空气百分数是降低大工况下燃烧区的温度来降低NOx，而对于高油气比燃烧室来说增大燃烧空气百分数是不希望在100％工况下出现富燃和冒烟的状况，是为了控制冒烟。随着燃烧空气百分数的增大，传统短突扩扩压器结构会大大增大燃烧室的总压损失，不利于燃烧室内火焰稳定，新型的燃烧室结构方案在航空发动机运用中越来越重要。

国内近年来也有许多关于航空发动机燃烧室的专利申请。专利201610016396.8涉及一种地面燃机燃烧室结构及其分级燃烧组织方式，值班级燃烧区单独在前部采用末端带有收敛段的小火焰筒，后部主燃区采用带有火焰稳定器的大火焰筒，值班级形成稳定的点火源，主燃级预混合提高燃烧效率；专利201510673156.0、201510674145.4公开了两种低污染燃烧室，其中预燃级采用旋流稳定的扩散燃烧与旋流预混燃烧相结合的方式，可在小状态下稳定燃烧的同时降低污染物；主燃级采用预混预蒸发的燃烧方式，可在大状态下实现均匀燃烧以降低NOx排放。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室，将放气式扩压器与火焰筒有机结合在一起，在保证燃烧室燃烧性能的前提下，通过此方法大大地降低了扩压器的总压损失，有效的缩短了燃烧室长度。

技术方案

一种放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室，其特征在于包括放气式扩压器和与其衔接的燃烧室；所述放气式扩压器包括放气式扩压器外壁1和放气式扩压器内壁2，在放气式扩压器两个壁面上设有若干与轴向方向具有倾角的引气通道9，为燃烧室内外环腔内空气通道；所述燃烧室包括燃烧室头部挡板3、燃烧室头部4、外火焰筒5、燃烧室外机匣6、内火焰筒7和燃烧室内机匣8；放气式扩压器与火焰筒之间设有燃烧室头部挡板3，燃烧室头部4固定于燃烧室头部挡板3上；火焰筒的外火焰筒5和内火焰筒7设有若干发散冷却小孔10和多个掺混孔11，分别用于火焰筒冷却空气和掺混空气的流入；所述的燃烧室内机匣与放气式扩压器内壁和内火焰筒构成燃烧室内环腔12，所述的燃烧室外机匣与放气式扩压器外壁和外火焰筒构成燃烧室外环腔13。

所述放气式扩压器引气通道喷射角度与火焰筒中心线方向夹角为5°～75°。

所述放气式扩压器引气通道喷射角度与火焰筒中心线方向夹角为5°～75°。

所述放气式扩压器长度与整个燃烧室长度的比值为1:5-1:3。

所述放气式扩压器引气通道进气面积是火焰筒上开孔面积的2～20倍。

所述引气通道9的结构形式包括但不限于引气孔或引气槽，倾角的角度保证形成燃烧室内外环腔内空气通道即可。

所述放气式扩压器内外壁与火焰筒轴线所呈扩张角为5°～50°。

有益效果

本发明提出的一种放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室,由放气式扩压器、燃烧室和放气式扩压器组成，燃烧室内机匣与放气式扩压器内壁和内火焰筒构成燃烧室内环腔，燃烧室外机匣与放气式扩压器外壁和外火焰筒构成燃烧室外环腔。放气式扩压器由放气式扩压器外壁和放气式扩压器内壁构成，在放气式扩压器壁面上开有若干与轴向方向呈一定倾角的引气通道，放气式扩压器与燃烧室头部挡板和火焰筒相邻，燃烧室火焰筒由外火焰筒和内火焰筒构成，在火焰筒上布置有大量的发散冷却小孔和少量的掺混孔，分别用于火焰筒冷却空气和掺混空气的流入。从压气机来的来流空气进入放气式扩压器后分成三部分，一部分从燃烧室头部流入燃烧室火焰筒内，一部分从放气式扩压器外壁上的引气孔流入燃烧室外环腔，一部分从放气式扩压器内壁的引气通道流入燃烧室内环腔。从燃烧室头部流入火焰筒内的空气全部参与燃烧，从内外环腔流入的空气一部分从火焰筒上的发散冷却小孔流入燃烧室，主要起到冷却火焰筒壁面的作用，一部分从掺混孔流入，对燃气进行掺混，主要是对燃烧室的出口温度分布进行调控。燃油通过供油臂经燃烧室头部进入燃烧室内与旋流空气均匀混合之后燃烧。全环燃烧室由多个燃烧室头部构成，每个燃烧室头部均可以独立工作，在全环燃烧室火焰筒内形成稳定的燃烧区。本发明将放气式扩压器与火焰筒结合在一起，有效地降低了放气式扩压器的总压损失，有利于提高燃烧室燃烧性能。

本发明与现有技术相比所具有的优点如下：

1)放气式扩压器与火焰筒有机结合在一起，取消了传统燃烧室突扩至环腔的转弯流路，大大减少了扩压器产生的无效总压损失；

2)放气式扩压器与火焰筒和燃烧室头部结合在一起，受到火焰筒和燃烧室头部的堵塞影响，更有利于放气式扩压器内的气流稳定，进一步提高了放气式扩压器性能；

本发明将放气式扩压器与火焰筒有机结合在一起，大大降低了放气式扩压器的总压损失，在不影响总体燃烧室总压损失的前提下，火焰筒的总压损失可适当增大，这样更有利于燃烧室内火焰稳定，使燃烧室点熄火及燃烧效率等性能大大提高。

附图说明

图1本发明实施例全环燃烧室示意图

图2本发明实施例单头部燃烧室示意图

图3本发明实施例全环燃烧室横截面结构示意图

图中：1-放气式扩压器外壁，2-放气式扩压器内壁，3-燃烧室头部挡板，4-燃烧室头部，5-外火焰筒，6-燃烧室外机匣，7-内火焰筒，8-燃烧室内机匣，9-引气通道，10-发散冷却小孔，11-掺混孔，12-燃烧室内环腔，13-燃烧室外环腔。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明采用以下技术方案：一种放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室结构方案，包括放气式扩压器外壁1、放气式扩压器内壁2、燃烧室头部挡板3、燃烧室头部4、外火焰筒5、燃烧室外机匣6、内火焰筒7、燃烧室内机匣8，放气式扩压器由放气式扩压器外壁和放气式扩压器内壁构成，在放气式扩压器壁面上开有若干与轴向方向呈一定倾角的引气通道9，放气式扩压器外壁与内壁上引气通道需保证一定的开孔面积比例以此保证燃烧室内外环腔内空气流速相同，放气式扩压器与燃烧室头部挡板和火焰筒相邻，燃烧室火焰筒由外火焰筒和内火焰筒构成，在火焰筒上布置有大量的发散冷却小孔10和少量的掺混孔11，分别用于火焰筒冷却空气和掺混空气的流入，所述的燃烧室内机匣与放气式扩压器内壁和内火焰筒构成燃烧室内环腔12，所述的燃烧室外机匣与放气式扩压器外壁和外火焰筒构成燃烧室外环腔13。从压气机来的来流空气进入放气式扩压器后分成三部分，一部分从燃烧室头部流入燃烧室火焰筒内，一部分从放气式扩压器外壁上的引气通道流入燃烧室外环腔，一部分从放气式扩压器内壁的引气通道流入燃烧室内环腔。从燃烧室头部流入火焰筒内的空气全部参与燃烧，从内外环腔流入的空气一部分从火焰筒上的发散冷却小孔流入燃烧室，主要起到冷却火焰筒壁面的作用，一部分从掺混孔流入，对燃气进行掺混，主要是对燃烧室的出口温度分布进行调控。燃油通过供油臂经燃烧室头部进入燃烧室内与旋流空气均匀混合之后燃烧。全环燃烧室由多个燃烧室头部构成，每个燃烧室头部均可以独立工作，在全环燃烧室火焰筒内形成稳定的燃烧区。

所述的放气式扩压器引气通道喷射角度与火焰筒中心线方向夹角为5°-75°之间；

所述的放气式扩压器长度l与整个燃烧室长度L的比值为1:5-1:3；

所述的放气式扩压器引气通道进气面积S1是火焰筒上开孔面积s2的2-20倍；

所述的放气式扩压器引气通道可以为引气孔、引气槽等多种结构形式；

所述的放气式扩压器内外壁与火焰筒轴线所呈扩张角为5°-50°；

所述的放气式扩压器流路采用空气动力学流路设计。

如图1所示，本实施例的一种放气式扩压器与火焰筒一体式的全环燃烧室示意图，燃烧室外机匣与放气式扩压器外壁焊接在一起，放气式扩压器外壁与外火焰筒焊接，通过燃烧室头部挡板将放气式扩压器流道与火焰筒内流道分隔开，通过燃烧室头部挡板，放气式扩压器内外壁与火焰筒内外壁相连接，燃烧室头部沿周向均布在头部挡板上。

如图2所示，为本实施例单头部燃烧室结构示意图，放气式扩压器由内外壁构成，在放气式扩压器壁面上开有一定数量的引气通道，其目的是将从压气机进来的空气导入燃烧室内外环腔内，引气通道与燃烧室轴向位置具有夹角，只要具有夹角，就能达到降低放气式扩压器内的气流分离的目的。

如图3所示，为本实施例全环燃烧室横截面结构示意图，从压气机进入的来流空气分成三部分，一部分通过燃烧室头部进入火焰筒参与燃烧，一部分通过扩压器外壁进入外环腔，一部分通过扩压器内壁进入内环腔。

本发明的工作过程如下：

本发明设计了一种放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室方案，将放气式扩压器与火焰筒结合在一起，从压气机出来的空气进入放气式扩压器流道减速扩压后分成三股，一部分从放气式扩压器内壁上的引气通道流入燃烧室内环腔，一部分从放气式扩压器外壁上的引气通道流入燃烧室外环腔，这两部分气流最终经过火焰筒上的发散冷却小孔和掺混孔流入火焰筒内，分别对火焰筒壁进行冷却以及对燃烧室燃气进行掺混；另外一部分空气从燃烧室头部进入火焰筒内参与燃烧。

本发明将放气式扩压器通过燃烧室头部挡板与火焰筒结合在一起，大大地降低了放气式扩压器总压损失，在保证燃烧室总的总压损失的前提下放宽了火焰筒的总压损失，从而更有利于火焰稳定，提高了燃烧室的点熄火及燃烧效率等性能。

Claims (6)

1.一种放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室，其特征在于包括放气式扩压器和与其衔接的燃烧室；所述放气式扩压器包括放气式扩压器外壁(1)和放气式扩压器内壁(2)，在放气式扩压器两个壁面上设有若干与轴向方向具有倾角的引气通道(9)，为燃烧室内外环腔内空气通道；所述燃烧室包括燃烧室头部挡板(3)、燃烧室头部(4)、外火焰筒(5)、燃烧室外机匣(6)、内火焰筒(7)和燃烧室内机匣(8；放气式扩压器与火焰筒之间设有燃烧室头部挡板(3)，燃烧室头部(4)固定于燃烧室头部挡板(3)上；火焰筒的外火焰筒(5)和内火焰筒(7)设有若干发散冷却小孔(10)和多个掺混孔(11)，分别用于火焰筒冷却空气和掺混空气的流入；所述的燃烧室内机匣与放气式扩压器内壁和内火焰筒构成燃烧室内环腔(12)，所述的燃烧室外机匣与放气式扩压器外壁和外火焰筒构成燃烧室外环腔(13)。

2.根据权利要求1所述放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室，其特征在于：所述放气式扩压器引气通道喷射角度与火焰筒中心线方向夹角为5°～75°。

3.根据权利要求1所述放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室，其特征在于：所述放气式扩压器长度与整个燃烧室长度的比值为1:5-1:3。

4.根据权利要求1所述放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室，其特征在于：所述放气式扩压器引气通道进气面积是火焰筒上开孔面积的2～20倍。

5.根据权利要求1所述放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室，其特征在于：所述引气通道(9)的结构形式包括但不限于引气孔或引气槽。

6.根据权利要求1所述放气式扩压器与火焰筒一体式的燃烧室，其特征在于：所述放气式扩压器内外壁与火焰筒轴线所呈扩张角为5°～50°。

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