CN111706879B - 一种驻涡燃烧室值班级稳焰凹腔及油气匹配装置 - Google Patents

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Abstract

本发明专利公开了一种驻涡燃烧室值班级稳焰凹腔及油气匹配装置，具体涉及航空燃气轮机燃烧技术领域。一种驻涡燃烧室值班级稳焰凹腔及油气匹配装置，包括凹腔和位于凹腔前壁面上的导流板，所述凹腔前壁面和导流板之间设有预混腔；所述预混腔上设有第一进气口，所述预混腔上设有供油管和间隔设置在供油管外的溅油板，所述预混腔上还开有与凹腔连通的喷油孔，所述喷油孔远离凹腔底壁。采用本发明技术方案解决了现有的驻涡燃烧室油气混合不理想的问题，可提高低油气比下火焰的稳定性和高油气比下值班级的燃烧效率。

Description

一种驻涡燃烧室值班级稳焰凹腔及油气匹配装置
技术领域
本发明涉及航空燃气轮机燃烧技术领域，特别涉及一种驻涡燃烧室值班级稳焰凹腔及油气匹配装置。
背景技术
驻涡燃烧室(Trapped Vortex Combustor，TVC)是一种利用燃烧室内驻涡腔实现火焰稳定的创新型燃烧组织方案，具有在宽广的工作范围内保持性能稳定、地面/空中点火能量强、燃烧效率高、长度短、结构简单等特点。驻涡燃烧室主要由两部分组成：一个用于稳定火焰的驻涡值班级燃烧区和一个提供动力的主燃烧区。驻涡燃烧组织技术采用径向分级分区的设计思路：其中，双侧凹腔作为其主要的结构特征，承担驻涡区和值班级的作用，实现稳定火焰和小状态的燃烧组织；主流为主燃区和主燃级，和值班级一同承担大状态下的燃烧组织，由此实现燃烧室的分级分区燃烧组织方法。在驻涡区，空气进入凹腔并形成旋涡结构，旋涡结构由于远离主流，因此可以在更大的速度下实现火焰稳定；在主燃区，空气和燃油通过主流通道进入火焰筒，并在联焰板和钝体的辅助下和值班级的高温燃气快速掺混并燃烧。
驻涡燃烧室内凹腔值班级承担着小状态燃烧组织与大状态下火焰稳定的作用，因此，值班级燃烧效率与燃烧稳定性对整个燃烧室性能起到至关重要的作用。在燃烧室燃烧过程中，油气匹配是影响燃烧性能的重要参数。在常规旋流器燃烧室中，进入燃烧区的空气均从具有轴对称特性的旋流孔流入火焰筒，且一级旋流器气流起到了辅助雾化的效果，具有良好的油气匹配特性，可以提高供油系统的雾化质量。但在驻涡燃烧室中缺乏相应的雾化气流，常规供油方式很难实现理想的油气混合。因此，有必要发展新型油气匹配技术，进一步提高驻涡燃烧室性能。
发明内容
本发明意在提供一种驻涡燃烧室值班级稳焰凹腔及油气匹配装置，以解决现有的驻涡燃烧室油气混合不理想的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种驻涡燃烧室值班级稳焰凹腔及油气匹配装置，包括凹腔和位于凹腔前壁面上的导流板，所述凹腔前壁面和导流板之间设有预混腔；所述预混腔上设有第一进气口，所述预混腔上设有供油管和间隔设置在供油管外的溅油板，所述预混腔上还开有与凹腔连通的喷油孔，所述喷油孔远离凹腔底壁。
技术方案的原理及效果：首先燃油通过供油管喷射进入预混腔内，并在其进入预混腔后喷射在溅油板上而在其表面形成油膜，此时油膜在从第一进气口流入的空气作用下雾化、蒸发形成油气混合物，借助油膜提高了油气混合的效果和效率，最后油气混合物通过喷油孔进入凹腔内，借助预混腔实现了油气预混和，节省了凹腔内油气混合所需的时间，增加油气混合物在值班级内有效燃烧时间，提高值班级燃烧效率；并且借助预混腔还避免了部分燃油随空气直接从凹腔后壁面流出的情况，提高了燃烧效率。
进一步的，所述凹腔前壁面的长度大于凹腔后壁面的长度。
进一步的，所述凹腔前壁面和后壁面上均设有第二进气口，两个所述第二进气口成对角设置，凹腔前壁面上的所述第二进气口位于预混腔外且靠近凹腔底壁。
通过上述设置，空气在通过凹腔的顶部开口、第二进气口和喷油孔进入凹腔内部后，在三股气流的相互作用下使凹腔内形成双涡结构，提高了火焰燃烧的稳定性。
进一步的，所述预混腔上位于供油管的侧壁长度大于预混腔上供油管相对一侧的侧壁长度。
通过上述设置，在本装置处于极端的工况下而预混腔出现“溢油”时，可使油气混合物从预混腔上供油管相对一侧的侧壁溢出，并顺着该侧壁的主进气通道流入凹腔中。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
(1)本申请中的预混腔能够实现油气预混和，节省了凹腔内油气混合所需的时间，增加油气混合物在值班级内有效燃烧时间，提高值班级燃烧效率；
(2)本申请中燃油通过预混腔进入凹腔内，避免了部分燃油随空气直接从凹腔后壁面流出的情况，从而增强了凹腔值班级向燃烧室主燃级提供的高温能量；
(3)本申请的喷油孔设置于远离凹腔底壁的凹腔前壁面上，并且其下方还设有靠近凹腔底壁的进气口，避免了火焰与凹腔底壁引起的淬熄，从而改善燃烧室贫油熄火极限。
附图说明
图1是本实施例中燃烧室的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：凹腔1、导流板2、凹腔前壁面3、凹腔后壁面4、第二进气口5、凹腔底壁6、预混腔7、第一进气口8、供油管9、溅油板10、喷油孔11、燃烧室12。
实施例基本如附图1所示：一种驻涡燃烧室12值班级稳焰凹腔1及油气匹配装置，包括顶部开口的凹腔1和位于凹腔1前壁面上导流板2，凹腔1后壁面与燃烧室12侧壁采用一体成型工艺制成，凹腔1前壁面的长度大于凹腔1后壁面的长度，凹腔1的前壁面和后壁面上均开有第二进气口5，两个第二进气口5成对角设置，前壁面上的第二进气口5位于预混腔7的下方且靠近凹腔1底壁。
导流板2与凹腔1采用一体成型工艺制作而成，导流板2与凹腔1前壁面之间围合有预混腔7，预混腔7下侧壁的长度大于预混腔7上侧壁的长度(即导流板2的长度)，使得本装置在极端工况下而预混腔7内出现“溢油”时，可确保从第一进气口8溢出的油气混合物从预混腔7上侧壁的主进气通道进入凹腔1内。预混腔7的左侧开有第一进气口8，预混腔7上设有供油管9和间隔设置在供油管9外的溅油板10，供油管9与预混腔7连通处开有喷孔，喷孔的数量根据油气混合需要可设置为单个或多个，溅油板10的宽度大于喷孔的宽度，溅油板10的前后两端固定在预混腔7内，溅油板10与喷孔一侧的预混腔7内壁相平行；预混腔7上还开有多个与凹腔1连通的喷油孔11，多个喷油孔11等距间隔设置预混腔7上，喷油孔11位于凹腔1的上侧，预混腔7上靠近喷油孔11的一侧壁采用弧形设计，可对凹腔1前壁面的第二进气口5起导流作用。
本实施例的工作原理：本装置在使用时均是两个对称间隔设置在燃烧室12内，且两者之间连接有主燃级钝体，气流通过凹腔1的顶部开口、第一进气口8和第二进气口5进入凹腔1内部，气流进入凹腔1内部后，在三股气流的相互作用下使得凹腔1内形成双涡结构，即主涡回流区和副涡回流区，主涡回流区靠近凹腔1的中下部，其为值班级燃烧提供低速环境；而副涡回流区位于凹腔1后壁面上第二进气口5所对的凹腔1前壁面处，其能将凹腔1顶部开口进入的空气与主涡回流区相隔离，对主涡回流区起到了保护作用。
本装置在工作时，首先借助供油管9将燃油从喷孔处喷射向溅油板10，此时燃油在溅油板10表面形成油膜，当空气经第一进气口8进入预混腔7内后，油膜在空气的作用下雾化，雾化后的燃油在预混腔7内进行与空气混合，最终充分混合形成油气混合物，油气混合物经过多个喷油孔11以相互平行的方向进入凹腔1的主涡回流区内，从而形成稳定的火焰燃烧，提高了凹腔1内的燃烧效率，并且避免了传统的驻涡燃烧室12中燃油随空气一同进入凹腔1中，而部分燃油直接随空气从凹腔1后壁面直接流出的问题。在油气混合物进入凹腔1内后，由于喷油孔11下方还开有位于凹腔1前壁面上的第二进气口5，从此第二进气口5流入的空气可有效的将油气混合物与凹腔1底壁相隔离，避免了火焰与凹腔1底壁互相作用而造成火焰淬熄的情况，改善了低油气比状态下火焰燃烧的稳定性。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (4)

1.一种驻涡燃烧室值班级稳焰凹腔及油气匹配装置，其特征在于：包括凹腔和位于凹腔前壁面上的导流板，所述凹腔前壁面和导流板之间设有预混腔；所述预混腔上设有第一进气口，所述预混腔上设有供油管和间隔设置在供油管外的溅油板，所述预混腔上还开有与凹腔连通的喷油孔，所述喷油孔远离凹腔底壁。
2.根据权利要求1所述的一种驻涡燃烧室值班级稳焰凹腔及油气匹配装置，其特征在于：所述凹腔前壁面的长度大于凹腔后壁面的长度。
3.根据权利要求1所述的一种驻涡燃烧室值班级稳焰凹腔及油气匹配装置，其特征在于：所述凹腔前壁面和后壁面上均设有第二进气口，两个所述第二进气口成对角设置，凹腔前壁面上的所述第二进气口位于预混腔外且靠近凹腔底壁。
4.根据权利要求1所述的一种驻涡燃烧室值班级稳焰凹腔及油气匹配装置，其特征在于：所述预混腔上位于供油管的侧壁长度大于预混腔上供油管相对一侧的侧壁长度。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113405119B (zh) * 2021-05-07 2022-04-08 南京航空航天大学 一种旋流驻涡分区燃烧室
CN113418187A (zh) * 2021-06-24 2021-09-21 江苏科技大学 一种预燃级凹腔值班主燃级贫油直混的燃烧室及工作方法
CN115076723B (zh) * 2022-06-01 2023-04-07 南京航空航天大学 一种凹腔驻涡稳定器及其工作方法
CN115076721B (zh) * 2022-06-01 2023-04-07 南京航空航天大学 一种预蒸发驻涡值班火焰稳定器及其工作方法
CN115076722B (zh) * 2022-06-01 2023-06-06 南京航空航天大学 一种燃油预蒸发式凹腔驻涡火焰稳定器及其工作方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103277811A (zh) * 2013-05-10 2013-09-04 南京航空航天大学 单凹腔驻涡燃烧室
CN103277816A (zh) * 2013-05-10 2013-09-04 南京航空航天大学 贫油预混预蒸发低排放驻涡燃烧室
EP2703720A2 (de) * 2012-08-28 2014-03-05 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Verfahren zum Betrieb eines Magervormischbrenners einer Fluggasturbine sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
CN104847498A (zh) * 2015-05-27 2015-08-19 厦门大学 导流驻涡一体化的级间燃烧室
CN105020744A (zh) * 2015-07-06 2015-11-04 南京航空航天大学 一种斜流驻涡燃烧室
CN105953265A (zh) * 2016-05-27 2016-09-21 南京航空航天大学 一种组合燃烧室
CN107178794A (zh) * 2017-05-26 2017-09-19 哈尔滨工程大学 一种单凹腔驻涡环形燃烧室
CN109915858A (zh) * 2019-03-01 2019-06-21 西北工业大学 一种可预混带驻涡凹腔结构的支板火焰稳定器
CN110762554A (zh) * 2019-10-24 2020-02-07 南京航空航天大学 一种燃气自循环预热的蒸发式凹腔火焰稳定器
CN213272699U (zh) * 2020-06-10 2021-05-25 中国空气动力研究与发展中心 一种驻涡燃烧室值班级油气匹配装置
CN115076723A (zh) * 2022-06-01 2022-09-20 南京航空航天大学 一种凹腔驻涡稳定器及其工作方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103134078B (zh) * 2011-11-25 2015-03-25 中国科学院工程热物理研究所 一种阵列驻涡燃料-空气预混器

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2703720A2 (de) * 2012-08-28 2014-03-05 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Verfahren zum Betrieb eines Magervormischbrenners einer Fluggasturbine sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
CN103277811A (zh) * 2013-05-10 2013-09-04 南京航空航天大学 单凹腔驻涡燃烧室
CN103277816A (zh) * 2013-05-10 2013-09-04 南京航空航天大学 贫油预混预蒸发低排放驻涡燃烧室
CN104847498A (zh) * 2015-05-27 2015-08-19 厦门大学 导流驻涡一体化的级间燃烧室
CN105020744A (zh) * 2015-07-06 2015-11-04 南京航空航天大学 一种斜流驻涡燃烧室
CN105953265A (zh) * 2016-05-27 2016-09-21 南京航空航天大学 一种组合燃烧室
CN107178794A (zh) * 2017-05-26 2017-09-19 哈尔滨工程大学 一种单凹腔驻涡环形燃烧室
CN109915858A (zh) * 2019-03-01 2019-06-21 西北工业大学 一种可预混带驻涡凹腔结构的支板火焰稳定器
CN110762554A (zh) * 2019-10-24 2020-02-07 南京航空航天大学 一种燃气自循环预热的蒸发式凹腔火焰稳定器
CN213272699U (zh) * 2020-06-10 2021-05-25 中国空气动力研究与发展中心 一种驻涡燃烧室值班级油气匹配装置
CN115076723A (zh) * 2022-06-01 2022-09-20 南京航空航天大学 一种凹腔驻涡稳定器及其工作方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
于文博等.一种蒸发式凹腔驻涡值班稳定器的流动与点火性能研究.《推进技术》.2022,第1-3页. *
孔昭健等.采用蒸发管供油的驻涡燃烧室点火及贫油熄火特性.《航空动力学报》.2007,第1-2页. *
张秋峰等.不同旋流器方案下旋流驻涡燃烧室性能研究.《航空动力学报》.2023,第2-3页. *

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