CN112113240A - 一种应用于燃气涡轮发动机燃烧室的放气式扩压器结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于燃气涡轮发动机燃烧室的放气式扩压器结构，由扩压器内壁、扩压器外壁及内壁和外壁上的放气通道构成，本方案的最大特点是在扩压器内壁面和外壁面上布置有放气通道，避免了传统扩压器突扩区其与机匣之间的涡团，同时阻碍了周向畸变的生成，可提升火焰筒进口气流的稳定性，并减小扩压器与火焰筒之间的间隙，有效提高了扩压器的性能。优点如下：在扩压器壁面上布置放气通道，通过放气通道流出的气流会阻碍前置扩压器与机匣间的涡团产生，会使在前置扩压器出口的气流稳定性增强；更有利于放气式扩压器内的气流稳定，阻碍了周向方向的畸变产生，进一步提高了扩压器性能。降低了扩压器的压力损失。

Description

一种应用于燃气涡轮发动机燃烧室的放气式扩压器结构

技术领域

本发明属于燃气涡轮燃烧室领域，涉及一种应用于燃气涡轮发动机燃烧室的放气式扩压器结构。

背景技术

现代涡轮发动机的压气机以高负荷工作，从压气机流出的气流速度很高，一般在130m/s～170m/s之间，要在燃烧室中组织燃烧非常困难；同时其出口Ma也很高在0.25～0.35，在压气机出口截面的速度头可以达到总压的8％～10％。高速气体在燃烧室内流动，也会带来较大的压力损失。因此，在燃烧过程进行前，气流速度必须大幅度降低，通常应使其大致降为压气机出口气流的1/5。扩压器的功用就是降低来自压气机出口的气流速度，以利于组织燃烧。同时将高速气流的动能大部分转化为静压，并形成稳定的出口流场，否则会造成高的总压损失，导致较高的单位燃油消耗率。扩压器的性能必须保证：其对压气机出口流场不敏感；前置扩压器出口流路变化不能影响燃烧室的流动。对于高进口Ma的扩压器，增加扩压器长度可以有效地降低压力损失,但为了减少发动机的长度和重量，扩压器长度必须短，一个好的扩压器设计必须兼顾考虑压力损失和发动机长度之间的矛盾。随着现代航空发动机推重比和燃烧室进口马赫数(Ma)的不断提高，燃烧室扩压器的总压损失急剧增加，同时出现气流分离。而现有的燃烧室扩压器结构已经无法满足现代高性能航空发动机对燃烧室扩压器的需求。因而设计一种新型的扩压器具有重大的现实意义。

国内近年来也有许多关于航空发动机燃烧室扩压器的专利申请。专利201910326669.2涉及一种主燃烧室三通道短突扩扩压器，其为了解决短突扩扩压器的局限性，在扩压器沿气流流动方向加装了薄片，提出了一种新型的三通道短突扩扩压器结构方案；专利201710504643.3公开了一种航空发动机燃烧室扩压器，对压气机出口的气流进行减速增压，以达到稳定燃烧的要求，同时缩短了扩压器长度。

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，本发明提出一种应用于燃气涡轮发动机燃烧室的放气式扩压器结构，与传统短突扩扩压器不同，通过在扩压器内外壁面上布置放气通道，极大程度地降低了由压气机导向叶片尾迹流动的不稳定性，防止周向畸变的产生，缩短了前置扩压器与火焰筒进口位置的距离，通过放气通道放气，阻碍了扩压器与机匣之间的涡团的产生，提高了燃烧室进口来流稳定性，降低了扩压器的压力损失。

技术方案

一种应用于燃气涡轮发动机燃烧室的放气式扩压器结构，其特征在于包括扩压器内壁、扩压器外壁及内壁和外壁上的放气通道；所述放气通道由内壁和外壁上的若干引气孔或引气槽形成，且每个放气通道与轴向方向具有倾角。

所述放气式扩压器的突扩间隙比为0.3～8，出口面积为进口面积的1～6倍。

所述放气式扩压器扩张角范围在10°～70°之间。

有益效果

本发明提出的一种应用于燃气涡轮发动机燃烧室的放气式扩压器结构，扩压器结构方案包括放气式扩压器外壁、放气式扩压器内壁和放气通道，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放气通道，放气式扩压器外壁与燃烧室外机匣相连，放气式扩压器内壁与燃烧室内机匣相连，燃烧室外机匣与外火焰筒相连构成外环腔，燃烧室内机匣与内火焰筒相连构成内环腔，内外火焰筒通过燃烧室头部挡板连接在一起，燃烧室头部布置在燃烧室头部挡板上。从压气机来的来流空气进入放气式扩压器后分成三部分，一部分直接从扩压器出口截面流出进入突扩段，另外两部分分别从前置扩压器内壁和外壁放气通道流入突扩段，其在突扩段内混合均匀，最终分为三部分流入火焰筒内，一部分从燃烧室头部流入燃烧室火焰筒，一部分流入燃烧室外环腔，一部分流入燃烧室内环腔。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。本发明在扩压器壁面上布置放气通道，有效地保障了扩压器出口气流稳定和低压力损失，缩短了突扩间隙。

本发明与现有技术相比所具有的优点如下：

1)在扩压器壁面上布置放气通道，通过放气通道流出的气流会阻碍前置扩压器与机匣间的涡团产生，会使在前置扩压器出口的气流稳定性增强；

2)在扩压器壁面上布置放气通道，通过放气通道放气，会使受火焰筒和燃烧室头部的堵塞影响导致的压气机尾迹流动消失，更有利于放气式扩压器内的气流稳定，阻碍了周向方向的畸变产生，进一步提高了扩压器性能。降低了扩压器的压力损失。

附图说明

图1：本发明实施例一种应用于燃气涡轮燃烧室中的新型放气式扩压器结构示意图

图2：本发明实施例应用放气式扩压器单头部燃烧室横截面示意图

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

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

如图1所示，本实施例的一种应用于燃气涡轮燃烧室中的新型放气式扩压器结构示意图，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，在放气式扩压器内外壁上布置有放气通道，放气式内外壁面分别于燃烧室内外机下焊接到一起。

如图2所示，为本实施例应用放气式扩压器单头部燃烧室横截面示意图，放气式扩压器内外壁与燃烧室内外机匣焊接在一起，燃烧室内外机匣与燃烧室内外火焰筒焊接在一起，内外火焰筒通过燃烧室头部挡板焊接在一起，燃烧室头部焊接在燃烧室头部挡板上。

具体包括放气式扩压器外壁1、放气式扩压器内壁2、放气通道3，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放气通道，放气式扩压器外壁与燃烧室外机匣4相连，放气式扩压器内壁与燃烧室内机匣5相连，燃烧室外机匣与外火焰筒6相连构成外环腔7，燃烧室内机匣与内火焰筒8相连构成内环腔9，内外火焰筒通过燃烧室头部挡板10连接在一起，燃烧室头部11布置在燃烧室头部挡板上。从压气机来的来流空气进入放气式扩压器后分成三部分，一部分直接从扩压器出口截面流出进入突扩段，另外两部分分别从前置扩压器内外壁放气通道流入突扩段，其在突扩段内混合均匀，最终分为三部分流入火焰筒内，一部分从燃烧室头部流入燃烧室火焰筒，一部分流入燃烧室外环腔，一部分流入燃烧室内环腔。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。

所述的放气式扩压器突扩间隙比为0.3-8；

所述的放气式扩压器放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扩张角在10°-70°之间；

所述的放气式扩压器出口面积为进口面积的1-6倍。

本发明的工作过程如下：

在前置扩压器壁面上布置放气通道，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突扩段，一部分从放气式扩压器外壁上的引气通道流入突扩段，这两部分气流最终与从扩压器出口截面流出的气流混合均匀后分成三股进入火焰筒，其中一部分空气分别流入燃烧室内外环腔，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。

本发明在扩压器内外壁面上布置放气通道，放气通道流出的气流阻碍了扩压器与机匣之间的涡团的产生，同时通过放气通道放气阻碍了受尾迹流动不稳定性带来的周向方向畸变的产生，大大增大了前置扩压器来流的稳定性，极大程度地缩短了燃烧室的突扩间隙，提高了扩压器性能。

Claims (3)

1.一种应用于燃气涡轮发动机燃烧室的放气式扩压器结构，其特征在于包括扩压器内壁、扩压器外壁及内壁和外壁上的放气通道；所述放气通道由内壁和外壁上的若干引气孔或引气槽形成，且每个放气通道与轴向方向具有倾角。

2.根据权利要求1所述应用于燃气涡轮发动机燃烧室的放气式扩压器结构，其特征在于：所述放气式扩压器的突扩间隙比为0.3～8，出口面积为进口面积的1～6倍。

3.根据权利要求1所述应用于燃气涡轮发动机燃烧室的放气式扩压器结构，其特征在于：所述放气式扩压器扩张角范围在10°～70°之间。

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