CN115289498B - 一种分级单管燃烧室 - Google Patents
一种分级单管燃烧室 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115289498B CN115289498B CN202210809996.5A CN202210809996A CN115289498B CN 115289498 B CN115289498 B CN 115289498B CN 202210809996 A CN202210809996 A CN 202210809996A CN 115289498 B CN115289498 B CN 115289498B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- concave cavity
- cyclone
- diffuser
- combustion chamber
- tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 82
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 10
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 abstract description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 8
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
- F23R3/18—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
- F23R3/20—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants incorporating fuel injection means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/04—Air inlet arrangements
- F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
- F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/26—Controlling the air flow
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/38—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising rotary fuel injection means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
- F23R3/58—Cyclone or vortex type combustion chambers
Abstract
本发明公开了一种分级单管燃烧室，燃烧室的进气口通过扩压器与机匣连接，机匣内设置有火焰筒，火焰筒上游设置值班级凹腔，下游设置主燃级燃烧部，值班级凹腔内设置有值班级喷嘴、进气缝和点火电嘴，通过合理组织进入凹腔内的空气，使凹腔内形成稳定的旋涡结构，使凹腔内的火焰能在更宽的工况范围内稳定燃烧；空气经过旋流器流入主燃级燃烧部，在旋流器的作用下，主燃级喷嘴提供的燃料可以和空气快速混合均匀并加速燃烧，通过值班级凹腔和主燃级燃烧部的结构设计和布置,解决了单管燃烧室迎风面积大、点火困难及燃烧不稳定等问题。
Description
技术领域
本发明属于燃烧室技术领域，具体涉及一种分级单管燃烧室。
背景技术
随着航空发动机燃烧室向高油气比和大推力的方向发展，在对燃烧室中的燃油与空气进行组织时要大幅提高进入燃烧室头部的空气流量。这一举措使得进入燃烧室头部的空气流速也相应的大幅提高，给传统燃烧室的火焰稳定带来了巨大的挑战，实现火焰稳定燃烧作为燃烧室设计的重中之重备受人们关注。燃烧室稳定火焰的常见方式是通过旋流器或者凹腔稳定火焰。
空气通过旋流器后，在旋流器叶片的导流作用下，气流斜着进入火焰筒，形成一个周向旋流流场。在旋流离心力的作用下，流线往火焰筒外围偏。旋流器中心没有空气进入，因而在旋流器中心处会形成一个低压区。当内外压差达到一定程度时，就会迫使流线回绕往前流，从而在轴向截面产生回流区。周向旋流场是由流场形成的，主要起到产生内外压差和油气混合的作用；轴向回流区是由压力梯度形成的，主要起到火焰稳定和促进燃烧的作用。
当前，环形燃烧室由于迎风面积小、质量小、长度短、结构紧凑等成为了燃烧室设计的主要选择，但是同时也面临着油气匹配困难、生产工艺复杂、试验难度大、成本高等难题，单管燃烧室则可以避免这些难题。但同时单管燃烧室也面临着迎风面积大，点火困难、火焰不稳定燃烧等难题。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种分级单管燃烧室。
技术方案：本发明所述的一种分级单管燃烧室，包括进气口，进气口通过扩压器与机匣连接，机匣内设置有火焰筒，火焰筒内靠近扩压器一端设置头部装置，头部装置一端与扩压器连通，另一端设置有旋流器和主燃级喷嘴；头部装置周围设置凹腔，凹腔内设置有值班级喷嘴和点火电嘴，凹腔侧壁设置有用于向凹腔内提供空气的进气缝。
优选的，火焰筒内靠近扩压器一端设置有凹腔前壁面，头部装置一端安装在凹腔前壁面中心，头部装置侧壁、火焰筒壁面和凹腔前壁面共同围成环状凹腔。
优选的，值班级喷嘴绕轴向呈环形分布在凹腔前壁面上，相邻值班级喷嘴之间角度间距为45°。
优选的，进气缝分布在头部装置侧壁靠近扩压器一端边缘。
优选的，进气缝包括若干直径为4mm的进气孔，相邻进气孔之间的角度间距为20°，每个进气孔距离凹腔前壁面轴向距离为4mm。
优选的，旋流器采用单级轴向旋流器，所述的旋流器叶片安装角度在25度到35度之间，叶片数量在10到12个之间，旋流器的旋流数处于0.4到0.6之间。
优选的，主燃级喷嘴设置在旋流器中心，旋流器出口与主燃级喷嘴出口平齐。
优选的，主燃级喷嘴和值班级喷嘴均采用单路离心喷嘴。
优选的，机匣与火焰筒壁面之间形成外环道，所述的外环道一端与扩压器连通，另一端通过环形的密封端板密封。
优选的，火焰筒远离扩压器一端与喷气口连接，所述的喷气口直径随着远离火焰筒逐渐缩小。
进一步的，空气由进气口进入扩压器后，气压增加的同时空气流速也降低，空气经过扩压器后，一部分进入机匣与火焰筒壁面之间的外环道，由于火焰筒壁面没有常规的掺混孔和主燃孔，可以使更多的空气参与到壁面冷却，减少火焰筒壁面的热负荷，延长火焰筒寿命。
空气经过扩压器后，另一部分空气进入头部装置，头部装置为空心柱状，进入头部装置的空气一部分由进气缝进入凹腔内，利用值班级喷嘴喷出的燃料在凹腔内燃烧形成值班级的凹腔稳定火焰。进入头部装置的空气另一部分经过单级轴向旋流器，利用主燃级喷嘴喷出的燃料，在火焰筒后半部分形成稳定火焰。
将凹腔设置在主燃空间的上游，利用凹腔来稳定火焰，通过合理组织进入凹腔内的空气，使凹腔内形成稳定的旋涡结构，由于凹腔内旋涡驻定，且不受主流进气的影响，因此火焰可以在更宽的工况范围内稳定燃烧。
通过对旋流器性能进行设置，使气流不会产生回流区，即能够促进主燃级燃油和空气均匀混合，也能促进燃油加速燃烧，缩短主燃级燃油的驻留时间，减少NOx的生成。
有益效果：该种分级单管燃烧室通过对值班级与主燃级的特殊的结构设计和布置,使得预燃级中的流动状态及几乎不受主燃级的流动影响,提高点火性能，拓宽火焰稳定范围；本申请将凹腔稳定火焰和旋流器稳定火焰技术结合起来，解决了单管燃烧室点火困难、火焰不稳定燃烧等难题，实现了更宽油气范围的火焰稳定燃烧。另外，该种单管燃烧室结构简单，燃烧室头部紧凑，极大减轻了燃烧室重量。
附图说明
图1为本发明中分级单管燃烧室的结构示意图；
图2为本发明中旋流器、主燃级喷嘴的三维结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
一种分级单管燃烧室，如图1所示，包括进气口1，进气口1通过扩压器2与机匣14连接，机匣14内设置有火焰筒12，火焰筒与机匣均为空心柱状结构，且火焰筒与机匣同心设置，火焰筒内靠近扩压器一端设置有凹腔前壁面3，凹腔前壁面中心安装有空心柱状的头部装置5，头部装置一端与扩压器连通，另一端设置有旋流器7和主燃级喷嘴8。
头部装置5侧壁、火焰筒壁面13和凹腔前壁面3共同围成环状凹腔9，凹腔的底面为凹腔前壁面，凹腔底面中部绕轴向呈环形设置若干值班级喷嘴4，相邻值班级喷嘴之间角度间距为45°。头部装置侧壁靠近扩压器一端边缘分布若干进气缝6，进气缝包括若干直径为4mm的进气孔，相邻进气孔之间的角度间距为20°，每个进气孔距离凹腔前壁面轴向距离为4mm。高能点火电嘴10设置在凹腔内。进入头部装置的一部分空气通过进气孔流入凹腔，值班级喷嘴喷出的燃油在凹腔内与空气混合经过点火电嘴点燃后形成值班级火焰，通过合理组织进入凹腔内的空气，使凹腔内形成稳定的旋涡结构，由于凹腔内旋涡驻定，因此值班级可以在更宽的工况范围内稳定燃烧。
头部装置远离扩压器一端设置有单级轴向旋流器，如图2所示，旋流器叶片安装角度在25度到35度之间，叶片数量在10到12个之间，保障旋流数稳定在0.6以下，不会产生回流区，主燃级喷嘴和旋流器同心串联设计，且主燃级喷嘴和旋流器出口齐平，保证雾化锥角控制在45°～120°之间。流入头部装置的主流空气通过旋流器的流通面积进入凹腔下游的火焰筒主燃部，旋流器能够向火焰筒主燃部引入大量新鲜空气，使气流加速并增加新鲜空气与燃料的接触面积，达到快速掺混的目的。由于大量新鲜空气的加入，通过主燃级喷嘴进入主燃级的燃油当量比降低到0.5-0.8。主燃级燃油将在贫油条件下进行燃烧，从而形成了贫油燃烧区，能够有效降低氮氧化物的排放。
本实施例中，主燃级喷嘴和值班级喷嘴均采用单路离心喷嘴。该种分级单管燃烧室在小功率状态下，仅值班级喷嘴值班级供油，主燃级喷嘴不供油；在大功率状态下，主燃级喷嘴和值班级喷嘴同时供油工作。通过将值班级凹腔设置在火焰筒主燃部上游，将凹腔稳定火焰和旋流器稳定火焰技术结合起来，解决了单管燃烧室点火困难、火焰不稳定燃烧等难题，实现了更宽油气范围的火焰稳定燃烧。
本实施例中，火焰筒与机匣之间形成了外环道11空间，外环道11一端与扩压器连通，另一端通过环形的密封端板15密封，火焰筒壁面没有常规的掺混孔和主燃孔，可以使更多的空气进入火焰筒参与燃烧，提高燃烧室的利用率。
本实施例中，火焰筒远离扩压器一端与喷气口16连接，即喷气口设置在火焰筒主燃部下游，喷气口直径随着远离火焰筒逐渐缩小，能够提高喷气口气流喷出速度。
综上，通过值班级凹腔和火焰筒主燃部的的特殊的结构设计和布置,使得预燃级中的流动状态及几乎不受主燃级的流动影响,提高点火性能，拓宽火焰稳定范围；另外旋流器促进主燃级火焰快速、充分燃烧，实现了更宽油气范围的火焰稳定燃烧，因此该种分级单管燃烧室具有点火性能稳定，燃烧高效、平稳的优势。
Claims (6)
1.一种分级单管燃烧室，其特征在于：进气口通过扩压器与机匣连接，机匣内同心设置有火焰筒，火焰筒壁面不设置常规的掺混孔和主燃孔，火焰筒内靠近扩压器一端同心设置有头部装置，头部装置一端与扩压器连通，另一端设置有旋流器和主燃级喷嘴；头部装置周围设置凹腔，凹腔内设置有值班级喷嘴和点火电嘴，凹腔侧壁设置有用于向凹腔内提供空气的进气缝；空气经过扩压器后，一部分进入机匣与火焰筒壁面之间的外环道，另一部分进入头部装置；所述的火焰筒内靠近扩压器一端设置有凹腔前壁面，头部装置一端安装在凹腔前壁面中心，头部装置侧壁、火焰筒壁面和凹腔前壁面共同围成环状凹腔；所述的值班级喷嘴绕轴向呈环形分布在凹腔前壁面上；所述的进气缝分布在头部装置侧壁靠近扩压器一端边缘；所述的机匣与火焰筒壁面之间形成外环道，所述的外环道一端与扩压器连通，另一端通过环形的密封端板密封；所述的火焰筒远离扩压器一端与喷气口连接，所述的喷气口直径随着远离火焰筒逐渐缩小。
2.根据权利要求1所述的一种分级单管燃烧室，其特征在于：相邻值班级喷嘴之间角度间距为45°。
3.根据权利要求1所述的一种分级单管燃烧室，其特征在于：所述的进气缝包括若干直径为4mm的进气孔，相邻进气孔之间的角度间距为20°，每个进气孔距离凹腔前壁面轴向距离为4mm。
4.根据权利要求1所述的一种分级单管燃烧室，其特征在于：所述的旋流器采用单级轴向旋流器，所述的旋流器叶片安装角度在25度到35度之间，叶片数量在10到12个之间，旋流器的旋流数处于0.4到0.6之间。
5.根据权利要求4所述的一种分级单管燃烧室，其特征在于：所述的主燃级喷嘴设置在旋流器中心，旋流器出口与主燃级喷嘴出口平齐。
6.根据权利要求1所述的一种分级单管燃烧室，其特征在于：所述的主燃级喷嘴和值班级喷嘴均采用单路离心喷嘴。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210809996.5A CN115289498B (zh) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 一种分级单管燃烧室 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210809996.5A CN115289498B (zh) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 一种分级单管燃烧室 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115289498A CN115289498A (zh) | 2022-11-04 |
| CN115289498B true CN115289498B (zh) | 2023-12-19 |
Family
ID=83821587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210809996.5A Active CN115289498B (zh) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 一种分级单管燃烧室 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115289498B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2084176A1 (en) * | 1991-11-29 | 1993-05-30 | Atsuhiko Izumi | Gas turbine combustor |
| CN105953265A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-09-21 | 南京航空航天大学 | 一种组合燃烧室 |
| CN209213923U (zh) * | 2018-10-12 | 2019-08-06 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 航空发动机及其燃烧室 |
| CN111649353A (zh) * | 2020-06-15 | 2020-09-11 | 江苏科技大学 | 一种预燃级直接喷射主燃级预混预蒸发的三旋流燃烧室 |
| CN111878849A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-11-03 | 西北工业大学 | 一种双涡控分级分区燃烧室头部 |
-
2022
- 2022-07-11 CN CN202210809996.5A patent/CN115289498B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2084176A1 (en) * | 1991-11-29 | 1993-05-30 | Atsuhiko Izumi | Gas turbine combustor |
| CN105953265A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-09-21 | 南京航空航天大学 | 一种组合燃烧室 |
| CN209213923U (zh) * | 2018-10-12 | 2019-08-06 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 航空发动机及其燃烧室 |
| CN111649353A (zh) * | 2020-06-15 | 2020-09-11 | 江苏科技大学 | 一种预燃级直接喷射主燃级预混预蒸发的三旋流燃烧室 |
| CN111878849A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-11-03 | 西北工业大学 | 一种双涡控分级分区燃烧室头部 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115289498A (zh) | 2022-11-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102032598B (zh) | 一种带多旋流中间稳焰级的周向分级低污染燃烧室 | |
| US20140096502A1 (en) | Burner for a gas turbine | |
| CN113324262B (zh) | 一种用于低排放燃气轮机的同轴分级气体燃料燃烧室头部 | |
| CN110686275B (zh) | 一种强化掺混与火焰传播的燃烧室火焰稳定结构 | |
| CN113310071B (zh) | 一种用于气体燃料燃气轮机低污染燃烧室的同轴分级燃烧器 | |
| JP2004012123A (ja) | トラップ式渦キャビティをもつガスタービンエンジンの燃焼器缶 | |
| CN101737802A (zh) | 中心空腔稳火切向燃烧室 | |
| CN108844098B (zh) | 一种基于蜗壳结构的燃烧室头部 | |
| CN113251439B (zh) | 一种用于双燃料燃气轮机的双级同旋式头部装置 | |
| CN213746853U (zh) | 一种用于燃气轮机低排放的低旋流直喷燃烧器 | |
| CN112944395A (zh) | 一种用于燃气轮机的组合式预混器 | |
| CN112128800A (zh) | 一种用于燃气轮机低排放的低旋流直喷燃烧器 | |
| CN111023091A (zh) | 一种高温烟气多级回流低氮燃烧器及其燃烧方法 | |
| CN111174233B (zh) | 一种中心分级贫油预混低污染燃烧室 | |
| CN111306577B (zh) | 一种应用于加力燃烧室凹腔结构的直射式扇形喷嘴 | |
| CN109708148B (zh) | 一种燃气轮机燃烧器双级径向旋流器 | |
| CN104566472A (zh) | 一种喷嘴及燃气轮机 | |
| CN114034061A (zh) | 一种用于双径向涡流器双燃料燃烧室的液体燃料喷嘴 | |
| CN115289498B (zh) | 一种分级单管燃烧室 | |
| CN111829007A (zh) | 一种基于火焰筒凹腔结构的轴向分级燃烧室 | |
| CN216716299U (zh) | 一种燃气轮机低排放旋流燃烧器 | |
| CN215175236U (zh) | 一种基于自激发扫掠振荡燃油喷嘴的中心分级燃烧室 | |
| CN113048513B (zh) | 一种多级喷油孔中心锥一体化加力燃烧室 | |
| CN109945233B (zh) | 燃烧室及其雾化装置、航空燃气涡轮发动机 | |
| CN211902870U (zh) | 一种高温烟气多级回流低氮燃烧器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |