CN111829012B - 火焰筒 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种火焰筒，包括火焰筒外环壁、火焰筒内环壁和火焰筒头部，火焰筒外环壁与火焰筒内环壁形成环形的气流腔体；火焰筒头部，位于气流腔体的进口端，并开设有多个进气孔；其中，火焰筒外环壁上设有外射流斗，火焰筒内环壁上设有内射流斗，外射流斗和内射流斗相对设置，以使通过外射流斗和内射流斗的气流对射进入气流腔体。这种对射式射流斗的设计可在主燃区内形成稳定的低速回流区，有利于燃烧室的点火及火焰稳定；另外，对射的气流能够很好地将高温区截断，保证燃烧主要在主燃区内进行。

Description

火焰筒

技术领域

本公开涉及发动机领域，具体涉及一种火焰筒。

背景技术

燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。其中燃烧室是燃气轮机的主要部件，燃料或推进剂在其中燃烧以生成高温燃气。主燃区是燃烧室内点火、稳定火焰及燃烧的主要区域，在主燃区发生的物理化学反应有：燃油雾化、蒸发、混合及燃烧化学反应。

现有主燃区的典型结构主要由涡流器、火焰筒壁和主燃孔等组成，涡流器与主燃孔的共同作用下形成稳定的低速回流区，保证燃烧室可靠点火并稳定燃烧；主燃孔的射流将高温燃气截断，保证主要燃烧在主燃区内完成。然而，现有主燃区的设计主要存在两方面缺点：一是为了产生回流区，一般要在主燃区的头部区域安装涡流器，涡流器结构复杂且加工精度要求高，成本较高且会使得燃烧室重量较大；二是当燃烧室的喷嘴间距比大时，燃烧室很有可能会存在点火联焰困难。

因此，亟需设计一种新的火焰筒结构，以解决现有技术中存在的缺陷。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种含有对射式射流斗的火焰筒。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开的一个方面提供一种火焰筒，包括：

火焰筒外环壁和火焰筒内环壁，火焰筒外环壁与火焰筒内环壁形成环形的气流腔体；

火焰筒头部，位于气流腔体的进口端，并开设有多个进气孔；

其中，火焰筒外环壁上设有外射流斗，火焰筒内环壁上设有内射流斗，外射流斗和内射流斗相对设置，以使通过外射流斗和内射流斗的气流对射进入气流腔体。

根据本公开的一个实施方式，外射流斗包括第一环形通道和位于第一环形通道一端的第一端面，内射流斗包括第二环形通道和位于第二环形通道一端的第二端面，第一端面连接于火焰筒外环壁，第二端面连接于火焰筒内环壁，气流通过第一环形通道和第二环形通道对射进入气流腔体。

根据本公开的一个实施方式，外射流斗周向倾斜设于火焰筒外环壁上，内射流斗周向倾斜设于火焰筒内环壁上，以使通过外射流斗或内射流斗的气流周向偏转。

根据本公开的一个实施方式，外射流斗的周向倾斜角度为10°～45°，内射流斗的周向倾斜角度为10°～45°。

根据本公开的一个实施方式，外射流斗的周向倾斜角度与内射流斗的周向倾斜角度不同。

根据本公开的一个实施方式，外射流斗的周向倾斜方向与内射流斗的周向倾斜方向相同。

根据本公开的一个实施方式，所述外射流斗和所述内射流斗的周向倾斜方向与燃烧室进口气流的周向偏转方向相同。

根据本公开的一个实施方式，火焰筒外环上沿周向设有多个外射流斗，火焰筒内环上沿周向对应地设有多个内射流斗。

由上述技术方案可知，本公开提出的火焰筒的优点和积极效果在于：

本公开提出的火焰筒在火焰筒外环壁和内环壁设有成对的内、外射流斗，该对射式射流斗与火焰筒头部构成火焰筒的主燃区，可在主燃区内形成稳定的低速回流区，有利于燃烧室的点火及火焰稳定，且对射的气流能够很好地将高温区截断，保证燃烧主要在主燃区内进行。相比于传统的采用涡流器与主燃孔的设计，能够省去火焰筒头部的涡流器，使得燃烧室的结构简化，重量下降，成本降低；另外在应用到超大直径燃烧室时，在满足设计要求前提下能够大量减少燃烧室的头部数量，使得燃烧室重量下降，成本降低。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

为了让本公开实施例能更容易理解，以下配合所附附图作详细说明。应该注意，根据工业上的标准范例，各个部件未必按照比例绘制，且仅用于图示说明的目的。实际上，为了让讨论清晰易懂，各个部件的尺寸可以被任意放大或缩小。

图1示出了现有火焰筒主燃区的典型结构示意图；

图2是根据本公开一示例性实施方式示出的一种火焰筒结构示意图；

图3是图2示出的一种应用示意图；

图4是本公开一示例性实施方式示出的对射倾斜式流斗的流线示意图。

其中，附图标记说明如下：

100：涡流器；

101：火焰筒壁；

102：主燃孔；

200：机匣

301：火焰筒外环壁；

302：火焰筒内环壁；

400：火焰筒头部；

401：进气孔；

500：燃油喷嘴；

600：点火电嘴；

701：外射流斗；

702：内射流斗；

7011：第一端面；

7012：第一环形通道；

7021：第二端面；

7022：第二环形通道。

θ：周向倾斜角度

具体实施方式

体现本公开特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本公开。

在对本公开的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本公开的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本公开的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本公开范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”、“之间”、“之内”等来描述本公开的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本公开的范围内。

图1示出了现有火焰筒主燃区的典型结构示意图。其主要由涡流器100、火焰筒壁101和主燃孔102等组成。该设计主要有以下作用：一是在涡流器与主燃孔的共同作用下形成稳定的低速回流区，保证燃烧室可靠点火，并稳定燃烧；二是在主燃孔射流的作用下将高温燃气截断，保证主要燃烧在主燃区内完成。然而，这种设计主要存在两方面缺点：首先，为了产生回流区，一般要在头部区域安装涡流器，而涡流器结构复杂且加工精度要求高，成本较高且会使得燃烧室重量较大；再者，当燃烧室的喷嘴间距比较大时，燃烧室很有可能会存在点火联焰困难。

为此，本公开提供一种新火焰筒结构。参阅图2，其代表性地示出了本公开提出的一示例性实施方式的火焰筒。本公开提出的火焰筒是以应用于涡轮发动机燃烧室为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将本公开的相关设计应用于其他类型的燃烧室或其他发动机中，而对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本公开提出的火焰筒的原理的范围内。

如图2所示，在本实施方式中，本公开提出的火焰筒主要包括火焰筒外环壁、火焰筒内环壁、火焰筒头部及外射流斗和内射流斗。配合参阅图3至图4所示，图3中代表性地示出了能够体现本公开原理的火焰筒应用的示意图；图4是本公开一示例性实施方式示出的对射倾斜式流斗的流线示意图，需要说明的是，其为垂直火焰筒轴线截面的视图。下面将结合上述附图，对本公开提出的火焰筒的一示例性实施方式的各主要组成部分的结构、连接方式和功能关系进行详细说明。

如图2所示，在本实施方式中，火焰筒位于燃烧室机匣200内，燃烧室还设有燃油喷嘴500和点火电嘴600，用于保证燃烧室的供油及点火等要求。火焰筒包括火焰筒外环壁301、火焰筒内环壁302、火焰筒头部400，火焰筒外环壁301与火焰筒内环壁302形成环形的气流腔体；火焰筒头部400位于气流腔体的进口端，并开设有多个进气孔401；其中，火焰筒外环壁301上设有外射流斗701，火焰筒内环壁302上设有内射流斗702，外射流斗701和内射流斗702相对设置，以使通过外射流斗701和内射流斗702的气流对射进入气流腔体。

具体地，如图3所示，外射流斗701包括第一环形通道7012和位于第一环形通道7012一端的第一端面7011，内射流斗702包括第二环形通道7022和位于第二环形通道7022一端的第二端面7021，第一端面7011连接于火焰筒外环壁301，第二端面7021连接于火焰筒内环壁302，燃烧室工作时，气流通过第一环形通道7012和第二环形通道7022对射进入气流腔体。

通过上面的描述可知，本公开采用对射式射流斗的设计，替代了传统的采用涡流器加主燃孔的方案，其省去涡流器结构，内射流斗取代传统方案的内主燃孔，外射流斗取代传统方案的外主燃孔，由此内外射流斗加上头部区域组成火焰筒的主燃区。当气流流经内外射流斗时，气流的射流强度得到加强并加深了射流深度，进而在主燃区内形成稳定的低速回流区，有利于燃烧室的点火及火焰稳定；另外，对射的气流能够很好地将高温区截断，保证燃烧主要在主燃区内进行。

结合图3和图4所示，在一些实施方式中，本公开的外射流斗701周向倾斜设于火焰筒外环壁301上，内射流斗702周向倾斜设于火焰筒内环壁302上，以使通过外射流斗701或内射流斗702的气流周向偏转，也即形成了对射倾斜式射流斗。

当燃烧室的进气为预旋气流时，这种对射倾斜式射流斗可以使气流在火焰筒内作周向旋转运动，这对燃烧室的点火联焰非常有利，能大幅减小大喷嘴间距比燃烧室的联焰难度并缩短联焰时间。

在一些实施方式中，外射流斗的周向倾斜方向与内射流斗的周向倾斜方向相同，但周向倾斜角度θ(如图4所示)不一定相同。具体地，外射流斗的周向倾斜方向与内射流斗的周向倾斜方向与燃烧室进口气流偏转方向相同，但内射流斗、外射流斗的周向倾斜角度θ与进口气流偏转角度不一定相同，且内射流斗、外射流斗的周向倾斜角度亦不要求相同，而应与进口预旋气流及燃烧室结构相匹配。在一些实施方式中，外射流斗的周向倾斜角度为10°～45°，内射流斗的周向倾斜角度为10°～45°。

在一些实施方式中，火焰筒外环上沿周向设有多个外射流斗，火焰筒内环上沿周向对应地设有多个内射流斗，以形成多对的对射式射流斗，一般而言，燃烧室一个头部对应2～3对射流斗。

本公开提供了一种新的火焰筒，该火焰筒具有对射式射流斗，优选为对射倾斜式射流斗。该火焰筒结构特别适合用于进口气流预旋及大喷嘴间距比的燃烧室，具有结构简单，制造难度小且成本低，有利于改善主燃区内的点火性能、缩短联焰时间和稳定燃烧等优点，解决了现有设计存在的点火联焰困难，结构复杂、加工精度要求高、成本高、燃烧室重量大的问题。

本领域技术人员应当注意的是，本公开所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本公开的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本公开不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种火焰筒，其特征在于，包括：

火焰筒外环壁和火焰筒内环壁，所述火焰筒外环壁与所述火焰筒内环壁形成环形的气流腔体；

火焰筒头部，位于所述气流腔体的进口端，并开设有多个进气孔；

其中，所述火焰筒外环壁上设有外射流斗，所述火焰筒内环壁上设有内射流斗，所述外射流斗和所述内射流斗相对设置，以使通过所述外射流斗和所述内射流斗的气流对射进入所述气流腔体；

所述外射流斗包括第一环形通道和位于所述第一环形通道一端的第一端面，所述内射流斗包括第二环形通道和位于所述第二环形通道一端的第二端面，所述第一端面连接于所述火焰筒外环壁，所述第二端面连接于所述火焰筒内环壁，所述气流通过所述第一环形通道和第二环形通道对射进入所述气流腔体；

所述火焰筒位于燃烧室机匣内，所述燃烧室设有燃油喷嘴和点火电嘴。

2.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述外射流斗周向倾斜设于所述火焰筒外环壁上，所述内射流斗周向倾斜设于所述火焰筒内环壁上，以使通过所述外射流斗或所述内射流斗的气流周向偏转。

3.根据权利要求2所述的火焰筒，其特征在于，所述外射流斗的周向倾斜角度为10°~45°，所述内射流斗的周向倾斜角度为10°~45°。

4.根据权利要求2所述的火焰筒，其特征在于，所述外射流斗的周向倾斜角度与所述内射流斗的周向倾斜角度不同。

5.根据权利要求2所述的火焰筒，其特征在于，所述外射流斗的周向倾斜方向与所述内射流斗的周向倾斜方向相同。

6.根据权利要求5所述的火焰筒，其特征在于，所述外射流斗和所述内射流斗的周向倾斜方向与燃烧室进口气流的周向偏转方向相同。

7.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述火焰筒外环上沿周向设有多个所述外射流斗，所述火焰筒内环上沿周向对应地设有多个所述内射流斗。

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