CN115264534A - 旋流器、火焰筒及航空发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋流器、火焰筒及航空发动机，旋流器用于安装在火焰筒的头部转接段上，旋流器包括旋流筒体，旋流筒体的周向开设有多个与旋流筒体的内腔连通的旋流槽，旋流筒体上还设有第一防转件和第二防转件，旋流器安装时，第一防转件能与相邻旋流器的第二防转件搭接配合以阻止旋流器沿第一方向转动，第一防转件和第二防转件设于旋流槽的进风下游。本发明将旋流器的第一防转件和第二防转件设于旋流槽的进风下游，不影响旋流槽进风，保证所有的旋流槽进气的均匀性，使得燃油可以与空气预混更加充分，提高燃油的燃烧性能。

Description

旋流器、火焰筒及航空发动机

技术领域

本发明涉及一种旋流器、火焰筒及航空发动机。

背景技术

新型航空发动机的燃烧室一般采用中心分级贫油预混组织燃烧技术，中心分级燃烧室一般包括主燃级和预燃级。主燃级需要利用强旋流以提高燃烧效率、点火性能，而强旋流则是通过安装的旋流器结构来实现。

如图2所示，在现有的航空发动机中，燃烧室主要由外机匣、火焰筒、燃油喷嘴、扩压器等组成。火焰筒设于外机匣的内部，火焰筒朝向扩压器方向为火焰筒头部，燃油喷嘴是穿过机匣上喷嘴安装座孔插入火焰筒头部上的旋流器中，燃油喷嘴的集油环外壳与旋流器形成的环腔，使燃油与高速旋转空气充分预混后进入火焰筒内组织燃烧。

在组装燃烧室时，旋流器先装入火焰筒的头部转接段组件中，然后将头部转接段装配在火焰筒后装入外机匣内，再将燃油喷嘴装配在旋流器上，此时燃油喷嘴的集油环外壳与旋流器安装过程属于盲装。因此，为保证装配，旋流器装配在头部转接段应具有适当的浮动量，不能将旋流器固定死。此外，燃烧室在工作过程中，空气进入旋流器的旋流槽后发生旋转，根据作用力与反作用力，旋流器会受空气气流的反作用力，进而也需避免旋流器发生转动。因此，进行旋流器结构设计时，需要考虑浮动、防转等问题。

中国发明专利申请“CN200410056620.3”公开了一种用于航空发动机燃烧室使用的旋流器结构，为了防止旋流器受空气气流的反作用力发生旋转，在旋流器的旋流槽上游的左右两侧各布置一个防转件，相邻两个旋流器的左、右防转件互相搭接可以防止旋流器受气流的反作用力而旋转。但是上述结构的旋流器在安装时，左右两侧的防转件会遮挡旋流槽进气，影响旋流槽进气均匀性，从而影响空气与燃油预混，影响燃烧性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的旋流器的旋流槽进气不均匀，影响空气与燃油预混后的燃烧性能等缺陷，提供一种旋流器、火焰筒及航空发动机。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供了一种旋流器，用于安装在火焰筒的头部转接段上，所述旋流器包括旋流筒体，所述旋流筒体的周向开设有多个与所述旋流筒体的内腔连通的旋流槽，所述旋流筒体上还设有第一防转件和第二防转件，所述旋流器安装时，所述第一防转件能与相邻所述旋流器的所述第二防转件搭接配合以阻止所述旋流器沿第一方向转动，所述第一防转件和所述第二防转件设于所述旋流槽的进风下游。

在本方案中，采用上述结构形式，将第一防转件和第二防转件设于旋流槽的进风下游，不影响旋流槽进风，保证所有的旋流槽进气的均匀性，使得燃油可以与空气预混更加充分，提高燃油的燃烧性能。同时，也避免将第一防转件和第二防转件设于旋流槽的进风上游使得旋流器远离安装端的一侧过重，导致旋流器的安装端处产生较大的应力，影响使用寿命。

较佳地，所述旋流器还包括限位凸缘，所述限位凸缘设于所述旋流槽的进风下游，所述限位凸缘环设于所述旋流筒体的外周面，所述限位凸缘远离所述旋流槽的一侧具有第一安装面，所述第一安装面能贴合所述头部转接段的第二安装面。

在本方案中，采用上述结构形式，设置限位凸缘可以方便对旋流器进行限位安装。

较佳地，所述第一防转件和所述第二防转件设于所述限位凸缘上，且所述第一防转件和所述第二防转件不凸出所述第一安装面所在的平面。

在本方案中，采用上述结构形式，将第一防转件和第二防转件设于所述限位凸缘上，可以降低第一防转件和第二防转件的长度，并降低旋流器的重量。第一防转件和第二防转件不凸出第一安装面所在的平面可以避免影响第一安装面与头部转接段的第二安装面贴合，影响旋流器的使用效果。

较佳地，所述第一防转件和所述第二防转件与所述限位凸缘一体成型。

在本方案中，采用上述结构形式，加工方便，减少安装步骤，提高生产效率。

较佳地，所述限位凸缘上还具有限位部，所述限位部设于背离所述第一安装面的所述限位凸缘的侧面上，所述限位部用于限制所述旋流器沿与所述第一方向相反的第二方向转动。

在本方案中，采用上述结构形式，设置限位部，避免旋流器在安装时或旋流器不工作时，旋流器在重力作用下转动，影响旋流器的安装或导致第一防转件和相邻旋流器的第二防转件发生脱离而影响火焰筒在重新工作的初始工作状态的燃油预混的均匀性。

较佳地，所述旋流器还包括安装部，所述安装部为圆筒结构，所述安装部固定于所述第一安装面，所述安装部与所述旋流筒体同轴设置。

本发明还提供了一种火焰筒，所述火焰筒用于安装在航空发动机的燃烧室，所述火焰筒包括如上所述的旋流器。

在本方案中，具有上述旋流器结构的火焰筒可以进入火焰筒内部燃烧的燃油与空气预混更加充分，提高燃油的燃烧性能。

较佳地，所述火焰筒具有头部转接段，所述头部转接段具有多个沿周向均匀排布成圆环形的安装孔，所述安装孔用于安装所述旋流器；

所述头部转接段还包括限位件，所述限位件用于限制所述旋流器发生转动和/或轴向移动。

在本方案中，采用上述结构形式，通过在头部转接段上设置限位件对旋流器进行限制，避免其发生转动和/或轴向移动，进而避免影响旋流器的工作性能。

较佳地，所述旋流器还包括限位凸缘，所述限位凸缘设于所述旋流槽的进风下游，所述限位凸缘环设于所述旋流筒体的外周面，所述限位凸缘远离所述旋流槽的一侧具有第一安装面，所述头部转接段具有与所述第一安装面贴合的第二安装面；

所述头部转接段还设有第一安装座和第二安装座，所述第一安装座设于多个所述安装孔的内侧，所述第二安装座设于多个所述安装孔的外侧，所述第一安装座和所述第二安装座上均安装有所述限位件。

在本方案中，采用上述结构形式，方便对旋流器进行限位，保证旋流器不发生较大转动和轴向移动。

较佳地，所述限位凸缘上背离所述第一安装面一侧具有限位面，所述限位凸缘上还具有限位部，所述限位部设于所述限位面上；

所述限位件包括限位压板，所述限位压板包括第一抵压面和第二抵压面，所述第一抵压面用于抵压所述限位面以限制所述旋流器发生轴向移动，所述第二抵压面用于抵压所述限位部以限制所述旋流器发生转动。

在本方案中，采用上述结构形式，结构简单，方便安装，并且具有较好的限位效果。

较佳地，所述限位件还包括安装板，所述限位压板固定于所述安装板，所述安装板可拆卸安装于所述第一安装座或所述第二安装座。

在本方案中，限位件通过可拆卸的方式安装，方便对旋流器进行拆装。

本发明还提供了一种航空发动机，所述航空发动机包含如上所述的火焰筒。

本发明的积极进步效果在于：本发明将第一防转件和第二防转件设于旋流槽的进风下游，不影响旋流槽进风，保证所有的旋流槽进气的均匀性，使得燃油可以与空气预混更加充分，提高燃油的燃烧性能。同时，也避免将第一防转件和第二防转件设于旋流槽的进风上游使得旋流器远离安装端的一侧过重，导致旋流器的安装端处产生较大的应力，影响使用寿命。

附图说明

图1为航空发动机的简要结构示意图。

图2为航空发动机中燃烧室的局部结构示意图。

图3为本发明较佳实施例中旋流器的结构示意图。

图4为本发明较佳实施例中旋流器的另一视角的结构示意图。

图5为本发明较佳实施例中火焰筒的头部转接段的结构示意图。

图6为图5中局部放大示意图。

图7为本发明较佳实施例中火焰筒的头部转接段中旋流器的安装座的局部结构示意图。

图8为本发明较佳实施例中限位件的结构示意图。

图9为本发明较佳实施例中旋流器在火焰筒上的周向布局示意图。

附图标记说明：

风扇1

增压机2

高压压气机3

燃烧室4

高压涡轮5

低压涡轮6

尾喷7

燃烧室机匣100

火焰筒200

头部转接段210

安装孔211

第二安装面212

第一安装座213

第二安装座214

第一螺栓孔215

第二螺栓孔216

燃油喷嘴300

喷嘴头310

扩压器400

旋流器500

旋流筒体510

旋流槽511

第一防转件520

第二防转件530

限位凸缘540

第一安装面541

限位面542

第一延长部543

第二延长部544

安装部550

限位部560

第一限位件600

限位压板610

第一抵压面611

第二抵压面612

安装板620

自锁螺母630

第二限位件700

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在该实施例范围之中。

如图1所示，为航空发动机的结构示意图，航空发动机由风扇1、增压机2、高压压气机3、燃烧室4、高压涡轮5、低压涡轮6及尾喷7等部件组成。增压机2和高压压气机3用于压缩空气，燃烧室4用于将压缩的空气与燃油混合燃烧，燃烧后高温高压气体驱动高压涡轮5和低压涡轮6，将化学能转化为机械能，涡轮再带动前侧的增压机2、高压压气机3和风扇1产生推力；最后，高温气体经尾喷7排出。

如图2所示，燃烧室4主要由燃烧室机匣100、火焰筒200、燃油喷嘴300、扩压器400等组成。经高压压气机3压缩的气流通过扩压器400增压减速后进入火焰筒200的头部转接段210中；燃油喷嘴300通过螺栓安装于燃烧室机匣100上并通过密封圈密封，且燃油喷嘴300的喷嘴头310伸入火焰筒200的头部转接段210中喷射燃油，燃油在火焰筒200的头部转接段210中与空气先预混，而后在火焰筒200内充分燃烧。为实现燃油在火焰筒200内稳定燃烧，火焰筒200的头部转接段210装有旋流器，气流流经旋流器的旋流槽后方向由轴向变为螺旋方向将从喷嘴头310喷射出来的燃油充分混合后进入火焰筒200内组织燃烧。

下面参考图3和图4对本发明的一个实施例中的旋流器500的结构做简单的介绍。

如图3-4所示，为本实施例一种旋流器500，用于安装在火焰筒200的头部转接段210上。旋流器500包括旋流筒体510，旋流筒体510的周向开设有多个与旋流筒体510的内腔连通的旋流槽511，旋流槽511设于旋流筒体510的前侧区域，用于使气流旋转。旋流筒体510上还设有第一防转件520和第二防转件530，旋流器500安装时，第一防转件520能与相邻旋流器500的第二防转件530搭接配合以阻止旋流器500沿第一方向转动。第一防转件520和第二防转件530设于旋流槽511的进风下游，即第一防转件520和第二防转件530设于旋流筒体510的后侧区域。

本实施例通过将旋流器500的第一防转件520和第二防转件530设于旋流槽511的进风下游，不影响旋流槽511进风，保证所有的旋流槽511进气的均匀性，使得燃油可以与空气预混更加充分，提高燃油的燃烧性能。同时，也避免将第一防转件520和第二防转件530设于旋流槽511的进风上游使得旋流器500远离安装端的一侧过重，导致旋流器500的安装端处产生较大的应力，影响使用寿命。

其中，旋流器500还包括限位凸缘540，限位凸缘540设于旋流槽511的进风下游，限位凸缘540环设于旋流筒体510的外周面，限位凸缘540远离旋流槽511的一侧具有第一安装面541，第一安装面541能贴合头部转接段210的第二安装面212。通过设置限位凸缘540可以方便对旋流器500进行限位安装。

如图3-4所示，第一防转件520和第二防转件530设于限位凸缘540上，且第一防转件520和第二防转件530不凸出第一安装面541所在的平面。在本实施例中，第一防转件520和第二防转件530朝向头部转接段210的侧面与第一安装面541共面设置。

本实施例通过将第一防转件520和第二防转件530设于限位凸缘540上，可以降低第一防转件520和第二防转件530的长度，并降低旋流器500的重量。第一防转件520和第二防转件530不凸出第一安装面541所在的平面可以避免影响第一安装面541与头部转接段210的第二安装面212贴合，影响旋流器500的使用效果。

在其他实施例中，第一防转件520和第二防转件530也可以直接安装在旋流筒体510上，设于旋流槽511和限位凸缘540之间。

在本实施例中，第一防转件520和第二防转件530与限位凸缘540一体成型。通过一体成型，加工方便，减少安装步骤，提高生产效率。当然，在其他实施例中，第一防转件520和第二防转件530也可单独制造，然后再固定在限位凸缘540或旋流筒体510上。

限位凸缘540上还具有限位部560，限位部560设于背离第一安装面541的限位凸缘540的侧面上，限位部560用于限制旋流器500沿与第一方向相反的第二方向转动。通过设置限位部560，避免旋流器500在安装时或旋流器500不工作时，旋流器500在重力作用下转动，影响旋流器500的安装或导致第一防转件520和相邻旋流器500的第二防转件530发生脱离而影响火焰筒200在重新工作的初始工作状态的燃油预混的均匀性。

限位凸缘540上背离第一安装面541的侧面上具有限位面542，限位部560设于限位面542上。

在本实施例中，限位部560为凸块。当然，限位部560可以为凹槽。限位部560的结构需要根据头部转接段210上限位件的结构进行匹配。

在其他实施例中，限位部560也可以有两个，两个限位部560呈中心对称设置。或者，两个限位部560并不是中心对称，但是位于旋流器500的中轴线的两侧。

以图4中的方位作为参考，本实施例中的第一防转件520和第二防转件530为自限位凸缘540的外周面向外延伸的左、右凸耳结构，左侧凸耳(第一防转件520)位于限位凸缘540的左上方，右侧凸耳(第二防转件530)位于限位凸缘540的右上方。本实施例的这种构型的旋流器500不受头部转接段210的旋流器500的安装数量方案的限制，可以使用任意数量的该种旋流器500，不需要在安装奇数个旋流器500时设计其他构型的旋流器500进行匹配安装。

限位凸缘540的正上方和正下方分别具有第一延长部543和第二延长部544，设置第一延长部543的目的是在方便限位的同时降低其他位置限位凸缘540的高度，从而降低旋流器500的整体重量。在本实施例中，限位部560设在第一延长部543，限位面542则位于第一延长部543和第二延长部544上。

如图3所示，在本实施例中，旋流器500还包括安装部550，安装部550为圆筒结构，安装部550固定于第一安装面541，安装部550与旋流筒体510同轴设置。

在其他实施例中，安装部550的筒体与旋流筒体510也可一体成型，限位凸缘540为自两者的交界处向外延伸。或者，安装部550的筒体与旋流筒体510、限位凸缘540一体成型。

本实施例还提供了一种航空发动机，该航空发动机包含有火焰筒200。该火焰筒200用于安装在航空发动机的燃烧室，火焰筒200包括上述的旋流器500。具有上述旋流器500结构的火焰筒200可以进入火焰筒200内部燃烧的燃油与空气预混更加充分，提高航空发动机燃油的燃烧性能。

如图5-7所示，火焰筒200具有头部转接段210，头部转接段210具有沿周向均匀排布成圆环形的安装孔211，安装孔211用于安装上述的旋流器500。

其中，头部转接段210还包括限位件，限位件用于限制旋流器500发生转动和轴向移动。通过在头部转接段210上设置限位件对旋流器500进行限制，避免其发生转动和轴向移动，进而避免影响旋流器500的工作性能。

为匹配燃油喷嘴300和头部转接段210热变形，旋流器500在头部转接段210上应具备浮动功能，不能对旋流器500固定过死。因此，本实施例所指的通过限位件限制旋流器500发生轴向移动，并不是完全限制，可以允许旋流器500发生相对较小的轴向移动，但不能影响旋流器500的正常工作。同理，通过限制件限制旋流器500发生转动，也是允许旋流器500发生相对很小的转动角度。

在其他实施例中，限位件也可只限制旋流器500发生轴向移动，旋流器500的转动通过其他限位结构进行限制。或者，限位件也可只限制旋流器500发生转动，旋流器500的轴向移动通过其他限位结构进行限制。

如图6和图7所示，在本实施例中，头部转接段210具有与旋流器500的限位凸缘540的第一安装面541贴合的第二安装面212。头部转接段210还设有第一安装座213和第二安装座214。第一安装座213和第二安装座214均为圆筒状结构，圆筒状结构的一端垂直固定在头部转接段210的第二安装面212所在的平面。第一安装座213设于多个安装孔211的内侧，第二安装座214设于多个安装孔211的外侧。第一安装座213和第二安装座214上均安装有多个限位件。头部转接段210采用上述结构形式，方便对旋流器500进行限位，保证旋流器500不发生较大转动和轴向移动。

如图7所示，为实施例中头部转接段210中旋流器500的安装座的局部结构示意图，第一安装座213和第二安装座214的周向分别均布开一圈螺栓孔(第一螺栓孔215和第二螺栓孔216)，螺栓孔数量与限位件的数量成正比(本实施例中，每个限位件通过两个螺栓固定)，用于固定限位件。头部转接段210的前侧设有安装孔211和第二安装面212，旋流器500的安装部550安装在安装孔211时，第一安装面541与第二安装面212至少部分贴合。

在本实施例中，将安装在第一安装座213上的限位件称为第一限位件600，安装在第二安装座214上的限位件称为第二限位件700。第一限位件600和第二限位件700的结构大致相同，尺寸略有不同。下面以第一限位件600为例，对本实施例中限位件的结构进行描述。

如图8所示，第一限位件600包括限位压板610和安装板620，限位压板610固定于安装板620，安装板620可拆卸安装于第一安装座213。由于安装板620固定在第一安装座213的内弧形面上，因此，安装板620也具有与第一安装座213的内弧形面相贴合的弧形面。限位压板610包括第一抵压面611和第二抵压面612，第一抵压面611用于限制旋流器500发生轴向移动，第二抵压面612用于限制旋流器500发生转动。其中限位压板610为L形板结构，L形板的一端固定在安装板620上，另一端可以抵压在限位凸缘540上的限位面542上，即第一抵压面611为L形板远离安装板620的一端的端面，第二抵压面612为L形板的其中一侧面。

如图8所示，安装板620上还具有两个螺栓孔，与第一安装座213上的每个旋流器500对应的两个第一螺栓孔215相适配，两个螺栓孔上分别具有一个自锁螺母630。自锁螺母630用于连接螺栓以将第一限位件600固定在第一安装座213上进而限制旋流器500发生轴向移动和转动。

由于第二限位件700是安装在第二安装座214的外弧形面上，因此，第二限位件700的安装板也具有与第二安装座214的外弧形面相贴合的弧形面。

如图6所示为实施例中的旋流器500的装配示意图，旋流器500安装在头部转接段210的安装孔211上，然后通过第一限位件600和第二限位件700压住旋流器500，通过螺栓将第一限位件600和第二限位件700固定头部转接段210的第一安装座213和第二安装座214上。第一防转件520的搭接面朝向头部转接段210的外侧，第二防转件530的搭接面朝向头部转接段210的内侧，通过旋流器500上第一防转件520和第二防转件530的搭接可以限制旋流器500因气流反作用力发生顺时针(即沿第一方向)旋转。旋流器500上方的限位部560与第一限位件600的限位压板610的侧面(第二抵压面612)配合，限制旋流器500发生逆时针(即沿第二方向)转动；限位压板610的第一抵压面611可以限制旋流器500发生的轴向位移。

如图9所示，为本实施例中旋流器500在火焰筒200上头部转接段210中的周向布局示意图。其中，第一防转件520和第二防转件530在设计时，使两者搭接配合的中轴线位于相邻两个旋流器500的安装孔211的对称轴上，这样可以更好地限制旋流器500因气流反作用力发生旋转。并且这种构型的旋流器500不受燃烧室头部数量方案的限制。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种旋流器，用于安装在火焰筒的头部转接段上，所述旋流器包括旋流筒体，所述旋流筒体的周向开设有多个与所述旋流筒体的内腔连通的旋流槽，所述旋流筒体上还设有第一防转件和第二防转件，所述旋流器安装时，所述第一防转件能与相邻所述旋流器的所述第二防转件搭接配合以阻止所述旋流器沿第一方向转动，其特征在于，所述第一防转件和所述第二防转件设于所述旋流槽的进风下游。

2.如权利要求1所述的旋流器，其特征在于，所述旋流器还包括限位凸缘，所述限位凸缘设于所述旋流槽的进风下游，所述限位凸缘环设于所述旋流筒体的外周面，所述限位凸缘远离所述旋流槽的一侧具有第一安装面，所述第一安装面能贴合所述头部转接段的第二安装面。

3.如权利要求2所述的旋流器，其特征在于，所述第一防转件和所述第二防转件设于所述限位凸缘上，且所述第一防转件和所述第二防转件不凸出所述第一安装面所在的平面。

4.如权利要求3所述的旋流器，其特征在于，所述第一防转件和所述第二防转件与所述限位凸缘一体成型。

5.如权利要求2所述的旋流器，其特征在于，所述限位凸缘上还具有限位部，所述限位部设于背离所述第一安装面的所述限位凸缘的侧面上，所述限位部用于限制所述旋流器沿与所述第一方向相反的第二方向转动。

6.如权利要求2所述的旋流器，其特征在于，所述旋流器还包括安装部，所述安装部为圆筒结构，所述安装部固定于所述第一安装面，所述安装部与所述旋流筒体同轴设置。

7.一种火焰筒，所述火焰筒用于安装在航空发动机的燃烧室，其特征在于，所述火焰筒包括如权利要求1所述的旋流器。

8.如权利要求7所述的火焰筒，其特征在于，所述火焰筒具有头部转接段，所述头部转接段具有多个沿周向均匀排布成圆环形的安装孔，所述安装孔用于安装所述旋流器；

所述头部转接段还包括限位件，所述限位件用于限制所述旋流器发生转动和/或轴向移动。

9.如权利要求8所述的火焰筒，其特征在于，所述旋流器还包括限位凸缘，所述限位凸缘设于所述旋流槽的进风下游，所述限位凸缘环设于所述旋流筒体的外周面，所述限位凸缘远离所述旋流槽的一侧具有第一安装面，所述头部转接段具有与所述第一安装面贴合的第二安装面；

所述头部转接段还设有第一安装座和第二安装座，所述第一安装座设于多个所述安装孔的内侧，所述第二安装座设于多个所述安装孔的外侧，所述第一安装座和所述第二安装座上均安装有所述限位件。

10.如权利要求9所述的火焰筒，其特征在于，所述限位凸缘上背离所述第一安装面一侧具有限位面，所述限位凸缘上还具有限位部，所述限位部设于所述限位面上；

所述限位件包括限位压板，所述限位压板包括第一抵压面和第二抵压面，所述第一抵压面用于抵压所述限位面以限制所述旋流器发生轴向移动，所述第二抵压面用于抵压所述限位部以限制所述旋流器沿与所述第一方向相反的第二方向转动。

11.如权利要求10所述的火焰筒，其特征在于，所述限位件还包括安装板，所述限位压板固定于所述安装板，所述安装板可拆卸安装于所述第一安装座或所述第二安装座。

12.一种航空发动机，其特征在于，所述航空发动机包含如权利要求7-11中任意一项所述的火焰筒。

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