CN112050254A - 一种火焰筒头部 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空发动机领域，尤其涉及小型涡喷/涡扇发动机技术领域，具体涉及一种火焰筒头部，包括涡流器，涡流器包括一级旋流器和二级旋流器；一级旋流器包括喷嘴安装口、一级进气口、油气混合环腔和一级文氏管；二级旋流器包括第一安装端口、二级进气口和二级文氏管；二级旋流器通过第一安装端口与一级旋流器固定安装。本发明将头部零件构成整体式连接结构，增强整体结构刚性，确保其工作稳定性；采用双级径向反向旋流孔的进气方式，适应小流量进气的使用环境，实现了气动旋流雾化和头部组织燃烧性能的同时也大幅降低了工艺制造难度和成本；受空间限制，冷却设计上采用冲击冷却和气膜冷却结构。

Description

一种火焰筒头部

技术领域

本发明属于航空发动机领域，尤其涉及小型涡喷/涡扇发动机技术领域，具体涉及一种火焰筒头部。

背景技术

航空发动机从最早的活塞发动机发展到现在的燃气涡轮风扇发动机，随着技术的进步，航空发动机燃烧室向着高温升、高性能方向发展，燃烧室也由最早的单管燃烧室、经过环管燃烧室、环形燃烧室发展到现在主流的短环形燃烧室。

火焰筒是航空发动机主燃烧室的重要组成部分，承担组织燃烧的功能，一般由火焰筒头部、外环筒体和内环筒体三部分组成，其中，火焰筒头部的功能主要是对压气机来流的引导和分流，促进油气掺混，同时提供一个稳定的燃烧区，一般由帽罩、旋流器、转接段、挡溅盘组成。国内外短环形燃烧室中，火焰筒头部形式多样，帽罩有整体式和分体式，旋流器分单级旋流和双级旋流，双级旋流又细分为双级轴向、双级径向或一级斜切孔和二级径向组合等形式。

小流量发动机结构紧凑、空间狭小，要求零组件尺寸小、精度高，追求结构易实现、工艺成熟和成本低，常规双级叶片式旋流器难以满足其综合要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明为小流量涡喷/涡扇发动机提供一种稳定、可靠、高效、低成本的组织燃烧火焰筒头部结构。由于小型涡喷/涡扇发动机空间紧凑、流量较小，本发明通过整体式连接结构和双级径向异形斜切孔旋流器的组合结构来实现：通过将头部零件构成整体式连接结构，增强整体结构刚性，确保其工作稳定性；采用双级径向反向旋流孔的进气方式，适应小流量进气的使用环境，实现了气动旋流雾化和头部组织燃烧性能的同时也大幅降低了工艺制造难度和成本；受空间限制，冷却设计上采用冲击冷却和气膜冷却结构。

为了达到上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：

一种火焰筒头部，包括涡流器；

所述涡流器包括一级旋流器和二级旋流器；所述一级旋流器包括喷嘴安装口、一级进气口、油气混合环腔和一级文氏管；所述喷嘴安装口、油气混合环腔和一级文氏管依次导通，所述一级进气口与所述油气混合环腔导通，用于为所述油气混合环腔提供与燃油旋转方向相反的进气旋流；

所述二级旋流器包括第一安装端口、二级进气口和二级文氏管；所述二级旋流器通过所述第一安装端口与所述一级旋流器固定安装；

所述二级文氏管与所述一级文氏管同轴，套装在所述一级文氏管的外部；

所述二级进气口与所述二级文氏管导通，用于在所述一级文氏管和所述二级文氏管之间产生与燃油旋转方向相同的进气旋流。

进一步的，所述二级文氏管的出口设置在所述一级文氏管的出口下游。

进一步的，所述一级文氏管和所述二级文氏管均为收扩型文氏管。

进一步的，所述一级进气口为径向斜切旋流孔。

进一步的，所述一级进气口为异形孔。

进一步的，所述二级进气口为径向斜切旋流孔。

进一步的，所述二级进气口为异形孔。

进一步的，所述火焰筒头部还包括整体式帽罩、安装座、转接段和挡溅盘；

所述二级旋流器上设置有第二安装端口，所述涡流器通过所述第二安装端口浮动安装在所述安装座上；所述安装座固定在所述转接段上；所述挡溅盘固定安装在所述安装座上；所述整体式帽罩套装在所述转接段上设置有头部进气口。

采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：

1)本发明有效的利用了狭小的空间尺寸，采用整体式连接结构提升了火焰筒头部刚性，确保了其工作稳定性；

2)本发明采取了双级反向旋流孔的进气方式，大幅降低了工艺制造难度和成本的同时，也实现了气动旋流雾化和头部组织燃烧性能；

3)本发明设置有简单气膜冷却结构，充分利用了有限的气流通道，有效冷却了火焰筒头部。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例中火焰筒头部结构的剖视图；

图2为本发明实施例中一级旋流器的结构的剖视图；

图3为本发明实施例中二级旋流器的结构的剖视图；

图4为本发明实施例中火焰筒头部的气流方向示意图；

其中：1—整体式帽罩；2—一级旋流器；3—二级旋流器；4—安装座；5—转接段；6—挡溅盘；7—压板；8—卡圈；9—头部进气口；10—喷嘴安装口；11—一级进气口；12—油气混合环腔；13—一级文氏管；14—第一安装端口；15—二级进气口；16—二级文氏管；17—第二安装端口；18—头部气流；19—帽罩气流通道；20—气流通道环槽；21—气流通道环腔；22—挡溅盘冷却缝槽；23—转接段出口段；24—二股通道冷却气；25—冷却缝槽。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本公开实施例提供一种火焰筒头部，包括涡流器；

如图1所示，所述涡流器包括一级旋流器2和二级旋流器3；如图2所示，所述一级旋流器2包括喷嘴安装口10、一级进气口11、油气混合环腔12和一级文氏管13；所述喷嘴安装口10、油气混合环腔12和一级文氏管依次导通，所述一级进气口11与所述油气混合环腔12导通，用于为所述油气混合环腔12提供与燃油旋转方向相反的进气旋流；

如图3所示所述二级旋流器3包括第一安装端口14、二级进气口15和二级文氏管16；所述二级旋流器3通过所述第一安装端口14与所述一级旋流器2固定安装；

如图1所示，所述二级文氏管16与所述一级文氏管13同轴，套装在所述一级文氏管13的外部；

如图1所示，所述二级进气口15与所述二级文氏管16导通，用于在所述一级文氏管13和所述二级文氏管16之间产生与燃油旋转方向相同的进气旋流。

在本实施例中，如图1所示，所述二级文氏管16的出口设置在所述一级文氏管13的出口下游。

在本实施例中，如图1所示，所述一级文氏管13和所述二级文氏管16均为收扩型文氏管。

在本实施例中，如图2所示，所述一级进气口11为径向斜切旋流孔。

在本实施例中，如图2所示，所述一级进气口11为异形孔。

在本实施例中，如图3所示，所述二级进气口15为径向斜切旋流孔。

在本实施例中，如图3所示，所述二级进气口15为异形孔。

在本实施例中，如图1所示，所述火焰筒头部还包括整体式帽罩1、安装座4、转接段5和挡溅盘6；

所述二级旋流器3上设置有第二安装端口17，所述涡流器通过所述第二安装端口17浮动安装在所述安装座4上；所述安装座4固定在所述转接段5上；所述挡溅盘6固定安装在所述安装座4上；所述整体式帽罩1套装在所述转接段5上设置有头部进气口。

在本实施例中，如图1所示，整体式帽罩1的进口端对应开头部进气口9用于喷嘴安装和火焰筒头部进气；一级旋流器2包括喷嘴安装口10、一级进气口11、油气混合环腔12和一级文氏管13，一级进气口11为径向斜切异形旋流孔，旋向与燃油喷嘴相反，增加空气与燃油的相对速度，雾化燃油；二级旋流器3包括第一安装端口14、二级进气口15、二级文氏管16和第二安装端口17，二级进气口15同样设计为径向异形斜切孔，旋向与一级旋流器2相反，用于在火焰筒内产生回流区组织燃烧；安装座4进口端开有旋流器安装环槽，出口端设计了转接段5和挡溅盘6的焊接台阶，转接段5上开有冲击冷却孔，挡溅盘6内外环卷曲与转接段5内外环构成气流通道，同时起到加强刚性的作用；卡圈8为弹性结构设计，便于旋流器的拆装和使用维护。

安装座3、转接段4、挡溅盘5、整体式帽罩1通过焊接构成整体式火焰筒头部基体，增强整体结构刚性；一级旋流器2、二级旋流器3焊接为旋流器组件，通过压板7、卡圈8安装在安装座3的进口环槽内，可以在周向自由浮动，便于装配和补偿火焰筒工作状态下的热变形。

本实施例在冷却结构的气流流向如图4所示，头部进口冷却气流(18)经帽罩气流通道19到达安装座4与转接段5之间的气流通道环槽(20)再一分为二，一部分从安装座4侧壁上的小孔流入冷却二级涡流器3与安装座4之间的气流通道环腔21，另一部分通过转接段5上的冲击气膜孔流入转接段5与挡溅盘6之间的挡溅盘冷却缝槽22和冷却挡溅盘6和转接段出口段23。二股流通道冷气24通过整体式帽罩1的加强筋上的气膜孔流入整体式帽罩1与转接段5出口段形成的冷却缝槽25，冷却火焰筒壁面和转接段5的外壁面。

本实施例为小流量涡喷/涡扇发动机提供一种稳定、可靠、高效、低成本的组织燃烧火焰筒头部结构。由于小型涡喷/涡扇发动机空间紧凑、流量较小，本实施例通过整体式连接结构和双级径向异形斜切孔旋流器的组合结构来实现：通过焊接将头部零件构成整体式连接结构，增强整体结构刚性，确保其工作稳定性；采用双级径向反向旋流孔的进气方式，适应小流量进气的使用环境，实现了气动旋流雾化和头部组织燃烧性能的同时也大幅降低了工艺制造难度和成本；受空间限制，冷却设计上采用冲击冷却和气膜冷却结构。本实施例有效的利用了狭小的空间尺寸，采用整体式连接结构提升了火焰筒头部刚性，确保了其工作稳定性；本实施例采取了双级反向旋流孔的进气方式，大幅降低了工艺制造难度和成本的同时，也实现了气动旋流雾化和头部组织燃烧性能；本实施例设置有简单气膜冷却结构，充分利用了有限的气流通道，有效冷却了火焰筒头部。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种火焰筒头部，包括涡流器；其特征在于：

所述涡流器包括一级旋流器和二级旋流器；所述一级旋流器包括喷嘴安装口、一级进气口、油气混合环腔和一级文氏管；所述喷嘴安装口、油气混合环腔和一级文氏管依次导通，所述一级进气口与所述油气混合环腔导通，用于为所述油气混合环腔提供与燃油旋转方向相反的进气旋流；

所述二级旋流器包括第一安装端口、二级进气口和二级文氏管；所述二级旋流器通过所述第一安装端口与所述一级旋流器固定安装；

所述二级文氏管与所述一级文氏管同轴，套装在所述一级文氏管的外部；

所述二级进气口与所述二级文氏管导通，用于在所述一级文氏管和所述二级文氏管之间产生与燃油旋转方向相同的进气旋流。

2.根据权利要求1所述的一种火焰筒头部，其特征在于：所述二级文氏管的出口设置在所述一级文氏管的出口下游。

3.根据权利要求1所述的一种火焰筒头部，其特征在于：所述一级文氏管和所述二级文氏管均为收扩型文氏管。

4.根据权利要求1所述的一种火焰筒头部，其特征在于：所述一级进气口为径向斜切旋流孔。

5.根据权利要求4所述的一种火焰筒头部，其特征在于：所述一级进气口为异形孔。

6.根据权利要求1所述的一种火焰筒头部，其特征在于：所述二级进气口为径向斜切旋流孔。

7.根据权利要求6所述的一种火焰筒头部，其特征在于：所述二级进气口为异形孔。

8.根据权利要求1所述的一种火焰筒头部，其特征在于：所述火焰筒头部还包括整体式帽罩、安装座、转接段和挡溅盘；

所述二级旋流器上设置有第二安装端口，所述涡流器通过所述第二安装端口浮动安装在所述安装座上；所述安装座固定在所述转接段上；所述挡溅盘固定安装在所述安装座上；所述整体式帽罩套装在所述转接段上设置有头部进气口。

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