CN112228904A - 一种贫油预混火焰筒进气结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种预混火焰筒进气结构，火焰筒前段的一部分气流通过侧面的引流板孔隙进入预混段之前的扩张型气流通道中，有效地降低了气流径向速度，气流与喷油通道所喷出的燃油在预混段内相互掺混，经过旋流器的作用使得雾化油滴在气流中分布均匀再供给到燃烧区域点火燃烧。本发明改变了普通火焰筒的进气段位置以及形状，在进气口增设了限流板用来控制进气流量以及气流径向速度，在燃油喷嘴后设计了预混段使燃油与空气在点火前完成掺混，此外尾部的旋流器可以提高雾化油滴在气流中分布的均匀度，可实现更稳定的点火和燃烧，减少污染物的生成并降低耗油率提高经济性。

Description

一种贫油预混火焰筒进气结构

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种贫油预混火焰筒进气结构。

背景技术

航空发动机燃烧室的主要发展趋势是低污染排放燃烧，目前面临的主要问题就是要降低污染物特别是NOX的排放。核心技术是降低燃烧区的温度、同时使燃烧区温度场均匀，即整体和局部的当量比控制，而主燃区当量比的均匀性又主要取决于燃油雾化和油气掺混的均匀性。

贫预混燃烧作为一种成熟的干式低NOX技术已经得到了广泛的应用。所谓贫预混燃烧就是将燃料和空气预先在燃烧室上游混合，避免产生燃料和空气比例接近化学恰当比的区域。这样燃烧区处于空气过量状态，因此火焰温度降低，从而大大减少了热力型NOX的生成。

贫预混燃烧技术降低NOX排放的关键在于在尽可能短的时间内实现燃料和空气的均匀掺混。燃料和空气掺混的均匀，不存在局部燃料高浓度区，就不会产生局部高温区，从而可以抑制大量NOX的生成。另外燃料不能在掺混区域内的停留时间过长，否则会发生回火和自点燃现象，影响燃烧室的安全运行。

针对以上情况，本发明提供了一种贫油预混火焰筒进气结构，在进口处设置限流板，进气通道设计为漏斗状的扩张型管道，尾部增加矩形进气孔以及旋流器。旨在将空燃比远离最佳恰当比但控制在贫油极限附近，缩短油气掺混时间来达到降低污染物排放的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种贫油预混火焰筒进气结构，以提高燃料与空气的掺混效果，降低NOX排放。与现有技术相比，本发明改变了进气道的形状为漏斗形从侧面进气，在进气口增设了限流板通过上面的孔隙限制空气流量，而倾斜的扩张型通道不仅使气流减速还给了气流一个切向的速度。燃油改由从中心锥形壁面进入，在四周斜向气流的作用下可以采用大雾化角的喷嘴而不用担心会喷到壁面上造成积碳。在预混段掺混完成后经过旋流器贫油比燃气流再进入主燃室点火燃烧，可以使燃烧温度降低，减少NOX污染物的生成。

技术方案

本发明的目的在于提供一种贫油预混火焰筒进气结构。

本发明技术方案如下:

一种贫油预混火焰筒进气结构，包括进口处限流板结构，漏斗形进气道以及旋流器结构。

所述的进口处限流板结构，其特征在于外围的环形限流板采用多孔结构，在环形板上打出数量众多分布均匀的直径小于20mm的圆孔已达到限制流量的作用。

所述的漏斗形进气道结构，其特征在于从整体结构的侧面进气预混室前面的管道与轴向有一个小于135°的夹角，而且从外到内通道尺寸逐渐扩大形成扩张型进气结构使得气流减速以达到燃油与空气掺混均匀的效果，使雾化后的油滴索太尔平均直径小于100微米可以提高燃油空气反应速度以提升燃烧效率，也减少了出现大油滴以致未完全燃烧便被气流吹出产生污染。

所述尾部旋流器结构，其特征与普通旋流器安装位置的不同，一般旋流器安装在进气口后侧，喷油嘴前侧，而本发明中旋流器设置在了预混段后侧，起的作用是减小掺混均匀的燃气流受到上游来流流场的影响。

本发明具有以下有益效果：

本发明设计的一种贫油预混火焰筒进气结构，优点在于改变了以往的进气位置使得进气具有径向的速度，从四周进入的气流向中心汇聚吹散中心处供油管喷出的燃油对燃油和空气的掺混起促进作用。增设的限流板可以根据发动机尺寸改变上面进气孔的尺寸及数量，控制空气流量使得预混室的空燃比远离15:1的化学恰当比但是不超过贫油极限以达到贫油预混的效果，降低后期的燃烧温度减少热力型NOX等污染物的生成。漏斗形扩张管道达到了降低气流速度的目的，可以减少部分油滴未燃烧便被吹出而造成的污染以及燃油消耗。

附图说明：

图1：一种贫油预混火焰筒进气结构整体示意图

图2：一种贫油预混火焰筒进气结构剖视图

图中1、环形限流器，2、漏斗形进气道，3、喷油管，4、预混段，5、旋流器

具体实施方式：

现结合附图对本发明作进一步描述：

结合图1，图2，本发明提供了一种贫油预混火焰筒进气结构。图1为一种贫油预混火焰筒进气结构整体示意图，图2为一种贫油预混火焰筒进气结构剖视图。

上游来流经过火焰筒头部时，气流从头部四周的环形限流板1进入，进入的气流经过扩张型进气道2后轴向速度大幅减低并且获得了一个径向的速度。气流与燃油喷嘴3所提供的燃油一同进入预混室4，在预混室4内完成两相流的掺混后通过旋流器6进入下游的燃烧区。本发明中设计了具有大量气孔的限流板1，该结构可以限制进入火焰筒的空气流量从而使得空燃比稳定在贫油极限附近，为之后的贫油预混燃烧提供基础。而设计的漏斗形进气道2其倾斜的角度使得来流具有了径向的速度，有利于油气的掺混防止喷油嘴3处积碳的形成。其扩张的形状使得空气进一步减速增压，使预混段油气混合更加均匀。贫油掺混均匀的混合气在后面进入燃烧区可以降低燃烧区温度减少热力型NOX的生成，降低耗油率和污染。

Claims (5)

1.一种预混火焰筒进气结构，其特征在于：所述火焰筒进气结构包括燃料管，进气段，预混室以及旋流器；所述进气段装有空气限流板，从进气段至预混室管道呈扩张型，尾部装有旋流器。

2.根据权利要求1所述的一种预混火焰筒进气结构，其特征在于：进气段装有空气限流板；与普通的从中心孔进气的结构不同，本发明由头部中心孔供油而空气则从四周的限流板进入；为了保证供气的流量，在引流板上打上直径为10mm的圆状的进气孔；限流板的大小可由发动机尺寸及动力要求决定。

3.根据权利要求1所述的一种预混火焰筒进气结构，其特征在于：扩张型进气通道与轴向有一个角度小于135°的夹角，为了给予气流一个切向的速度，也使得径向速度进一步减小。

4.根据权利要求1所述的一种预混火焰筒进气结构，其特征在于：进油管后的管道形成一个预混室；预混室的半径略大于进气段的尺寸使进气减速，气流与燃油在预混室中形成气液两相的雾状流。

5.根据权利要求1所述的一种预混火焰筒进气结构，其特征在于：预混室后装有一个旋流器。

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