CN115183272B - 拓宽温升范围的多点喷射燃烧室 - Google Patents

拓宽温升范围的多点喷射燃烧室 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种拓宽温升范围的多点喷射燃烧室，包括：火焰筒外环，呈双层结构并具有第一环腔，第一环腔内盘设有用于冷却的外环油冷流道；火焰筒内环，呈双层结构并具有第二环腔，第二环腔内盘设有用于冷却的内环油冷流道；头部火焰稳定环，呈双层结构并具有第三环腔，头部火焰稳定环用于连接火焰筒外环和火焰筒内环，且第一环腔和第二环腔通过第三环腔连通。燃烧室气流均从头部进入，与多个燃油喷嘴喷出的燃油均匀混合，通过头部火焰稳定环稳定火焰。火焰筒外环、火焰筒内环和头部火焰稳定环通过燃油进行换热冷却，保证了火焰筒在高温火焰下的使用寿命和运行可靠性，无需额外冷却气参与，可以有效拓宽燃烧室温升范围。

Description

拓宽温升范围的多点喷射燃烧室
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种拓宽温升范围的多点喷射燃烧室。
背景技术
随着航空发动机推重比的提高，燃烧室油气比进一步增加，燃烧室性能要求不断提升，部件设计不断向高温升、高热容方向发展。此时，参与燃烧的空气量增加，用于掺混和壁面冷却的空气量大幅降低；冷却气温度随着燃烧室进口空气温度的提升而升高，冷却潜力进一步下降。燃烧室为将油气比提高至化学恰当比，设计时需让所有空气从火焰筒头部进入，以确保燃烧距离充足，燃烧效率满足设计要求，火焰筒没有冷却气，火焰筒将面临高温燃气烧蚀，需要考虑其它介质的冷却形式。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种拓宽温升范围的多点喷射燃烧室，以实现拓宽温升范围的目的。
本发明提供以下技术方案：一种拓宽温升范围的多点喷射燃烧室，包括：火焰筒外环，呈双层结构并具有第一环腔，第一环腔内盘设有用于冷却的外环油冷流道；火焰筒内环，呈双层结构并具有第二环腔，第二环腔内盘设有用于冷却的内环油冷流道；头部火焰稳定环，呈双层结构并具有第三环腔，头部火焰稳定环用于连接火焰筒外环和火焰筒内环，且第一环腔和第二环腔通过第三环腔连通。
进一步地，第一环腔内设置有外环分割板，外环分割板能够将第一环腔分割为对称分布的火焰筒外环进油环腔和火焰筒外环回油环腔。
进一步地，第二环腔内设置有内环分割板，内环分割板能够将第二环腔分割为对称分布的火焰筒内环进油环腔和火焰筒内环回油环腔。
进一步地，第三环腔内设置有头部分割板，头部分割板能够将第三环腔分割为对称分布的头部火焰稳定环进油环腔和头部火焰稳定环回油环腔，头部火焰稳定环进油环腔和头部火焰稳定环回油环腔均与燃油喷嘴连通。
进一步地，拓宽温升范围的多点喷射燃烧室包括燃烧室机匣，燃烧室机匣设置有进油口；外环油冷流道包括第一外环油冷流道，第一外环油冷流道呈蛇形布置在火焰筒外环进油环腔内，第一外环油冷流道的入口与进油口连通，第一外环油冷流道的出口与头部火焰稳定环进油环腔的入口连通。
进一步地，内环油冷流道包括第一内环油冷流道和第二内环油冷流道，第一内环油冷流道呈蛇形布置在火焰筒内环进油环腔内，第二内环油冷流道呈蛇形布置在火焰筒内环回油环腔内，第一内环油冷流道的入口与头部火焰稳定环进油环腔的出口连通，第一内环油冷流道的出口与第二内环油冷流道的入口连通。
进一步地，第二内环油冷流道的出口与头部火焰稳定环回油环腔的入口连通。
进一步地，燃烧室机匣设置有出油口；外环油冷流道还包括第二外环油冷流道，第二外环油冷流道呈蛇形布置在火焰筒外环回油环腔内；头部火焰稳定环回油环腔的出口与第二外环油冷流道的入口连通，第二外环油冷流道的出口与出油口连通。
与现有技术相比，本发明采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：燃烧室气流均从头部进入，与多个燃油喷嘴喷出的燃油均匀混合，通过头部火焰稳定环稳定火焰。火焰筒外环、火焰筒内环和头部火焰稳定环通过燃油进行换热冷却，保证了火焰筒在高温火焰下的使用寿命和运行可靠性，无需额外冷却气参与，可以有效拓宽燃烧室温升范围。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的一些实施例，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为拓宽温升范围的多点喷射单头部燃烧室示意图；
图2为拓宽温升范围的多点喷射火焰筒头部示意图；
图3为火焰筒外环左视结构示意图；
图4为火焰筒外环右视结构示意图；
图5为火焰筒内环左视结构示意图；
图6为火焰筒内环右视结构示意图；
图7为全环燃烧室的剖视结构示意图。
图中附图标记：1、燃烧室机匣；2、扩压器；3、点火电嘴；4、火焰筒；5、进油口；6、出油口；7、火焰筒外环；8、火焰筒内环；9、头部火焰稳定环；10、燃油喷嘴；11、进气窗；12、进气孔；13、双层密封套管；14、外环连接法兰；15、外环流出孔；16、外环流入孔；17、头部火焰稳定环进油环腔；18、头部火焰稳定环回油环腔；19、外环分割板；20、火焰筒外环进油环腔；21、火焰筒外环回油环腔；22、进油区域；23、出油区域；24、加强腔；25、钝体结构；26、钝体结构的内壁面；27、油孔；28、头部分割板；29、内环连接法兰；30、内环流入孔；31、内环流出孔；32、火焰筒内环进油环腔；33、火焰筒内环回油环腔；34、内环分割板。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图7所示，本发明实施例提供了一种拓宽温升范围的多点喷射燃烧室，包括燃烧室机匣1、扩压器2、点火电嘴3、火焰筒4和进油口5。火焰筒4包括火焰筒外环7、火焰筒内环8和头部火焰稳定环9。火焰筒外环7和火焰筒内环8通过头部火焰稳定环9连接，火焰筒外环7后端与进油口5连接。
其中，火焰筒外环7呈双层结构并具有第一环腔，第一环腔内盘设有用于冷却的外环油冷流道；火焰筒内环8呈双层结构并具有第二环腔，第二环腔内盘设有用于冷却的内环油冷流道；头部火焰稳定环9呈双层结构并具有第三环腔，头部火焰稳定环9用于连接火焰筒外环7和火焰筒内环8，且第一环腔和第二环腔通过第三环腔连通。
燃烧室气流均从头部进入，与多个燃油喷嘴喷出的燃油均匀混合，通过头部火焰稳定环9稳定火焰。火焰筒外环7、火焰筒内环8和头部火焰稳定环9通过燃油进行换热冷却，保证了火焰筒在高温火焰下的使用寿命和运行可靠性，无需额外冷却气参与，可以有效拓宽燃烧室温升范围。
需要说明的是，头部火焰稳定环9设置有钝体结构25，钝体结构25为V形结构，可在头部下游形成回流区，利于油气掺混与火焰稳定。头部火焰稳定环9上布置有多个均布的燃油喷嘴10。部分燃油流经火焰筒4油腔完成壁面换热冷却，其余燃油自多个燃油喷嘴10喷出，参与燃烧。设置钝体结构25能够利于在燃烧室头部下游形成回流区，促进火焰稳定。同时，由于设置钝体结构25能够实现第一环腔、第二环腔和第三环腔的连通，并且可以使部分燃油自环腔进入喷嘴。
火焰筒外环7上设有点火电嘴安装座，点火电嘴3外安装有双层密封套管13，一方面实现密封，防止火焰筒外环腔内的燃油渗出，另一方面对点火电嘴3壁面进行隔热保护。
头部火焰稳定环9周向均布数根加强腔24，用于连接火焰筒外环7与火焰筒内环8，以提升火焰筒结构可靠性，同时形成周向均布、面积相当的进气窗11，以保证燃烧室供气需求。
如图1和图2所示，钝体结构25上周向均布数排进气孔12，并在径向上与加强腔24相对应，进气孔12为套管结构，可有效防止燃油渗出。钝体结构25的内壁面26上布置有数排油孔27。数排油孔27位于两根加强腔24之间，并与进气孔12在周向上互相错开，油孔27与燃油喷嘴10相连。
如图3和图4所示，第一环腔内设置有外环分割板19，外环分割板19能够将第一环腔分割为对称分布的火焰筒外环进油环腔20和火焰筒外环回油环腔21，其中火焰筒外环进油环腔20设置有进油区域22，火焰筒外环回油环腔21设置有出油区域23。
如图5和图6所示，第二环腔内设置有内环分割板34，内环分割板34能够将第二环腔分割为对称分布的火焰筒内环进油环腔32和火焰筒内环回油环腔33。如图1和图2所示，第三环腔内设置有头部分割板28，头部分割板28能够将第三环腔分割为对称分布的头部火焰稳定环进油环腔17和头部火焰稳定环回油环腔18，头部火焰稳定环进油环腔17和头部火焰稳定环回油环腔18均与燃油喷嘴10连通。
自火焰筒外环进油环腔20流出的燃油，进入头部火焰稳定环进油环腔17，成辐射收缩型流动，一部分流入燃油喷嘴10支撑燃烧，另一部分流入火焰筒内环进油环腔32。自火焰筒内环回油环腔33流出的燃油，进入头部火焰稳定环回油环腔18，成辐射扩张型流动，一部分流入燃油喷嘴10支撑燃烧，另一部分流入火焰筒外环回油环腔21。燃油在流道中实现火焰筒壁面冷却。
进一步地，外环油冷流道包括第一外环油冷流道，第一外环油冷流道呈蛇形布置在火焰筒外环进油环腔20内，第一外环油冷流道的入口与进油口5连通，第一外环油冷流道的出口与头部火焰稳定环进油环腔17的入口连通。
优选地，内环油冷流道包括第一内环油冷流道和第二内环油冷流道，第一内环油冷流道呈蛇形布置在火焰筒内环进油环腔32内，第二内环油冷流道呈蛇形布置在火焰筒内环回油环腔33内，第一内环油冷流道的入口与头部火焰稳定环进油环腔17的出口连通，第一内环油冷流道的出口与第二内环油冷流道的入口连通。第二内环油冷流道的出口与头部火焰稳定环回油环腔18的入口连通。
需要说明的是，火焰筒外环7设置有火焰筒外环连接法兰14，火焰筒外环连接法兰14上周向均布数个燃油外环流出孔15和燃油外环流入孔16。燃油外环流出孔15与头部火焰稳定环进油环腔17相连，燃油外环流入孔16与头部火焰稳定环回油环腔18相连，实现全环燃油回流。
火焰筒内环8包括火焰筒内环连接法兰29，火焰筒内环连接法兰29上周向均布数个燃油内环流入孔30和燃油内环流出孔31。燃油内环流入孔30与头部火焰稳定环进油环腔17相连，燃油内环流出孔31与头部火焰稳定环回油环腔18相连。
进一步地，如图7所示，燃烧室机匣1设置有出油口6；外环油冷流道还包括第二外环油冷流道，第二外环油冷流道呈蛇形布置在火焰筒外环回油环腔21内；头部火焰稳定环回油环腔18的出口与第二外环油冷流道的入口连通，第二外环油冷流道的出口与出油口6连通。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (7)

1.一种拓宽温升范围的多点喷射燃烧室，其特征在于，包括：
火焰筒外环(7)，呈双层结构并具有第一环腔，所述第一环腔内盘设有用于冷却的外环油冷流道；
火焰筒内环(8)，呈双层结构并具有第二环腔，所述第二环腔内盘设有用于冷却的内环油冷流道；
头部火焰稳定环(9)，呈双层结构并具有第三环腔，头部火焰稳定环(9)用于连接火焰筒外环(7)和火焰筒内环(8)，且所述第一环腔和所述第二环腔通过所述第三环腔连通；
所述第一环腔内设置有外环分割板(19)，外环分割板(19)能够将所述第一环腔分割为对称分布的火焰筒外环进油环腔(20)和火焰筒外环回油环腔(21)。
2.根据权利要求1所述的拓宽温升范围的多点喷射燃烧室，其特征在于，所述第二环腔内设置有内环分割板(34)，内环分割板(34)能够将所述第二环腔分割为对称分布的火焰筒内环进油环腔(32)和火焰筒内环回油环腔(33)。
3.根据权利要求2所述的拓宽温升范围的多点喷射燃烧室，其特征在于，所述第三环腔内设置有头部分割板(28)，头部分割板(28)能够将所述第三环腔分割为对称分布的头部火焰稳定环进油环腔(17)和头部火焰稳定环回油环腔(18)，头部火焰稳定环进油环腔(17)和头部火焰稳定环回油环腔(18)均与燃油喷嘴(10)连通。
4.根据权利要求3所述的拓宽温升范围的多点喷射燃烧室，其特征在于，
所述拓宽温升范围的多点喷射燃烧室包括燃烧室机匣(1)，燃烧室机匣(1)设置有进油口(5)；
所述外环油冷流道包括第一外环油冷流道，所述第一外环油冷流道呈蛇形布置在火焰筒外环进油环腔(20)内，所述第一外环油冷流道的入口与进油口(5)连通，所述第一外环油冷流道的出口与头部火焰稳定环进油环腔(17)的入口连通。
5.根据权利要求4所述的拓宽温升范围的多点喷射燃烧室，其特征在于，所述内环油冷流道包括第一内环油冷流道和第二内环油冷流道，所述第一内环油冷流道呈蛇形布置在火焰筒内环进油环腔(32)内，所述第二内环油冷流道呈蛇形布置在火焰筒内环回油环腔(33)内，所述第一内环油冷流道的入口与头部火焰稳定环进油环腔(17)的出口连通，所述第一内环油冷流道的出口与所述第二内环油冷流道的入口连通。
6.根据权利要求5所述的拓宽温升范围的多点喷射燃烧室，其特征在于，所述第二内环油冷流道的出口与头部火焰稳定环回油环腔(18)的入口连通。
7.根据权利要求6所述的拓宽温升范围的多点喷射燃烧室，其特征在于，
燃烧室机匣(1)设置有出油口(6)；
所述外环油冷流道还包括第二外环油冷流道，所述第二外环油冷流道呈蛇形布置在火焰筒外环回油环腔(21)内；
头部火焰稳定环回油环腔(18)的出口与所述第二外环油冷流道的入口连通，所述第二外环油冷流道的出口与出油口(6)连通。
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