CN115355527B - 一种火焰稳定器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种火焰稳定器，所述火焰稳定器呈环状，包括主稳定器、蒸发器和联焰板，所述主稳定器包括V型槽，所述V型槽设有外侧壁和内侧壁，所述外侧壁在V型槽的开口侧连接有外延伸板，所述内侧壁在V型槽的开口侧连接有内延伸板，所述外侧壁开设有进气缝，所述蒸发器为由所述V型槽的前端伸入所述V型槽的凹槽结构，所述凹槽结构内设有喷油嘴，所述凹槽结构靠近所述外侧壁的一侧开设有出气缝，所述联焰板设有多个并周向间隔分布于所述内延伸板，所述联焰板为前凸的槽形板由所述内延伸板向所述火焰稳定器的中心延伸，所述联焰板的后侧区域通过所述内延伸板与所述主稳定器的内部区域连通。本发明实现更高流速下的火焰稳定，提升燃烧效率。

Description

一种火焰稳定器
技术领域
本发明涉及一种火焰稳定器，属于火焰稳定装置技术领域。
背景技术
增大航空发动机推力的加力燃烧室一般位于涡轮之后，主燃烧室燃烧后的尾气经涡轮膨胀后进入加力燃烧室。经涡轮膨胀后进入加力燃烧室的燃烧尾气具有以下特点：1)进口总压较低，着火条件变差，难以稳定燃烧，燃烧效率降低；2)进气速度高，着火困难，火焰燃烧不稳定；3)进气含氧量较低，对点火、燃烧效率、火焰稳定不利。
基于以上的进气特点，如何在加力燃烧室中实现火焰稳定并高效地燃烧，面临着巨大挑战。此外，由于加力燃烧室进气速度较高，为了避免造成较大的流动损失，加力燃烧室中通常采用火焰稳定器代替主燃烧室中的旋流器进行火焰稳定。由于结构简单、流动损失小，加工方便等特点，加力燃烧室中最常见的就是V型火焰稳定器。但由于V型稳定器为单一的V型槽结构，如图3所示，主流混合气以一定速度流过V型槽时，在粘性力的作用下，V型槽后遮蔽区内的气体被卷吸形成局部低压区。临近这个区域主流混合器尾部会降低，静压会提高，与前面的局部低压区形成压差，在压差的作用下，一部分主流混合气会以与主流相反的方向流向稳定器遮蔽区。整个过程是连续不断的，所以在整个空间会形成两个大致对称、反向的旋涡。但是由于这两个反向的旋涡流动结构没有收到保护，直接暴露在流经V型槽的空气中，稳定性较差，不利于点火与火焰稳定，此外两个旋涡流动结构的尺寸相对较小且旋涡强度较弱，不利与延长燃油的驻留时间及油气掺混，因此燃烧效率也较低。
发明内容
针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种火焰稳定器，解决V型稳定器易受高速主气流影响导致火焰稳定工况范围窄的问题，以及解决回流区掺混强度较弱导致的燃烧效率较低的问题。
本发明技术方案如下：一种火焰稳定器，所述火焰稳定器呈环状，包括主稳定器、蒸发器和联焰板，所述主稳定器包括V型槽，所述V型槽设有外侧壁和内侧壁，所述外侧壁在V型槽的开口侧连接有外延伸板，所述内侧壁在V型槽的开口侧连接有内延伸板，所述外侧壁开设有进气缝，所述蒸发器为由所述V型槽的前端伸入所述V型槽的凹槽结构，所述凹槽结构内设有喷油嘴，所述凹槽结构靠近所述外侧壁的一侧开设有出气缝，所述联焰板设有多个并周向间隔分布于所述内延伸板，所述联焰板为前凸的槽形板由所述内延伸板向所述火焰稳定器的中心延伸，所述联焰板的后侧区域通过所述内延伸板与所述主稳定器的内部区域连通。
本发明通过在主稳定器的外侧壁开设的进气缝，将一部分气流引入火焰稳定器内部，在火焰稳定器内部形成一个大尺度的单旋涡流动结构；此外，通过在主火焰稳定器的尾端增加联焰板，使一部分进入主火焰稳定器的气流流向联焰板后的低压区，进而在联焰板后形成第二种大尺度的单旋涡流动结构。一方面，这两种大尺度单旋涡结构因为受到火焰稳定器壁面和联焰板壁面的保护，对气流速度的变化不敏感。另一方面，这两种大尺度单旋涡流动结构可以增强燃油雾化、蒸发以及掺混，进而提升油气之间的混合程度，强化燃烧过程。
进一步地，为了提升燃油在进入V型槽前的雾化效果，所述喷油嘴朝向所述凹槽结构的槽底设置，所述凹槽结构设有挡板，所述挡板处于所述喷油嘴与所述进气缝之间，所述挡板与所述凹槽结构的两侧留有间隙。
进一步地，所述进气缝和所述出气缝呈环状开设。
进一步地，所述进气缝的宽度为1.5～5mm，所述出气缝的宽度为1.5～5mm。
进一步地，所述进气缝离所述V型槽的前端的距离为所述外侧壁的壁宽的1/2～3/4。
进一步地，所述外延伸板和所述内延伸板均以所述火焰稳定器的轴向方向延伸。
进一步地，所述联焰板的延伸方向与所述火焰稳定器的轴向方向夹角为30～90°
进一步地，为了减小流动损失，所述联焰板为前凸的弧形板。
进一步地，所述V型槽的顶角为25～60°。
本发明与现有技术相比的优点在于：
通过对蒸发器、火焰稳定器壁面以及联焰板的特殊的结构设计，即主火焰稳定器的进气缝与蒸发器的出气缝设置在同侧、在火焰稳定器壁面上嵌入联焰板，使得油气混合气在火焰稳定器内形成了两种不同形态的大尺度单旋涡流动结构，这两种大尺度单旋涡流动结构可以增强燃油雾化、蒸发及掺混效果，提升油气混合程度，强化燃烧过程，提升燃烧效率；同时两种大尺度单旋涡流动结构由于受到火焰稳定器壁面和联焰板的保护，对气流速度变化不敏感，可以在更宽的工况范围内保持稳定，进而实现更高流速下的火焰稳定，有利于提高火焰稳定器的点火和熄火性能。
附图说明
图1为本发明火焰稳定器的立体结构示意图(局部剖切)。
图2为图1的A处局部示意图。
图3为现有技术V型火焰稳定器工作原理图。
图4为本发明火焰稳定器的未设置联焰板区域工作原理图。
图5为本发明火焰稳定器的设置联焰板区域工作原理图。
图6为本发明火焰稳定器的工作原理立体示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
本发明实施例涉及的火焰稳定器请结合图1及图2所示，火焰稳定器整体呈环状结构，其包括主稳定器、蒸发器1和联焰板2。其中主稳定器包括V型槽、内延伸板3和外延伸板4，主稳定器也呈环形，V型槽是由外侧壁5和内侧壁6连接形成，具体是外侧壁5和内侧壁6均与蒸发器1倾斜相连形成V型结构。V型槽向火焰稳定器的后端开口。外侧壁5和内侧壁6之间构成额夹角，也就是V型槽的顶角为25～60°。外延伸板4连接在外侧壁5的后端，内延伸板3连接在内侧壁6的后端，外延伸板4与内延伸板3相平行设置并以火焰稳定器的轴向延伸。在外侧壁5上沿着整个环形的外侧壁5开设一圈进气缝7，进气缝7的宽度为1.5～5mm，进气缝7离V型槽的前端的距离为外侧壁5的壁宽的1/2～3/4，也就是说进气缝7跟靠近外延伸板4。
蒸发器1是位于V型槽的外侧壁5和内侧壁6之间为一个环形的凹槽结构，在本实施例中，蒸发器1呈类型U型的槽状，其包括有两侧壁，蒸发器1的开口是超火焰稳定器的前端开设的，如前所述，外侧壁5和内侧壁6与蒸发器1的两侧壁式倾斜连接的，形成了蒸发器1由V型槽的前端伸入V型槽的结构。在蒸发器1的凹槽结构内设有环状的输油管8，输油管8直径8～15mm，输油管8上间隔设置向凹槽结构的槽底方向喷射的喷油嘴9。凹槽结构靠近外侧壁5的一侧开设有出气缝10，与进气缝7类似，出气缝10沿着蒸发器1的整个环形构成一圈，该出气缝10的宽度为1.5～5mm。在凹槽结构设有挡板11，挡板11处于喷油嘴9与进气缝7之间，挡板11与凹槽结构的两侧留有间隙。航空燃油经输油管8流至喷嘴再喷射到挡板11上，形成雾化燃油与空气混合后从出气缝10进入主火焰稳定器内部，进而提升了油气之间的混合程度。
联焰板2设有多个并在周向等分间隔分布于内延伸板3，联焰板2为前凸的槽形板，其由内延伸板3向火焰稳定器的中心延伸，联焰板2的后侧区域通过内延伸板3与主稳定器的内部区域连通，使得内延伸板3与外延伸板4之间的区域向火焰稳定器的环状中心延伸。联焰板2的延伸方向与火焰稳定器的轴向方向夹角α为30～90°，联焰板2将进入主稳定器的一部分气流引入联焰板2后的低压区，并对其内涡流形成一定的保护。为了减小流动损失，联焰板2可设计为前凸的弧形板。
本实施例的工作原理是这样的，火焰稳定器上游的气流经火焰稳定器时，其中一部分气流会进入蒸发器1并与蒸发器1内部输油管8的喷油嘴9喷射到挡板11上所形成的雾化燃油发生掺混，成为油气混合气。此外，蒸发器1尾端由于受到高温气体的加热，部分堆积在蒸发器1尾端的油气混合气也将进一步发生蒸发、掺混，这两股气体最终从蒸发器1的出气缝10进入主稳定器的内部。此外，流经火焰稳定器的气流，一部分则通过在火焰稳定器的外侧壁5上开设的进气缝7中进入至主稳定器内部。主稳定器的进气缝7和蒸发器1的出气缝10设置在同侧，所以在主稳定器的进气缝7和蒸发器1的出气缝10的引流作用下，主稳定器内部形成一个大尺度的单旋涡流动结构12，如图4所示；同时，主稳定器的内延伸板3连接的联焰板2使得一部分从主稳定器的进气缝7和蒸发器1的出气缝10进入到主稳定器内部的混合气体流向联焰板2后的低压区，从而形成第二种大尺度单旋涡流动结构13，如图5所示。请结合图6所示，这两种大尺度单旋涡结构因为受到主稳定器壁面和联焰板2的保护，对气流速度的变化不敏感，可以在更宽的工况范围内保持稳定，进而实现更高流速下的点火与火焰稳定；此外，这两种大尺度单旋涡流动结构还可以增强燃油雾化、蒸发及掺混效果，提升油气混合程度，强化燃烧过程，使燃烧效率大大提升。

Claims (8)

1.一种火焰稳定器，所述火焰稳定器呈环状，其特征在于，包括主稳定器、蒸发器和联焰板，所述主稳定器包括V型槽，所述V型槽设有外侧壁和内侧壁，所述外侧壁在V型槽的开口侧连接有外延伸板，所述内侧壁在V型槽的开口侧连接有内延伸板，所述外延伸板和所述内延伸板均以所述火焰稳定器的轴向方向延伸，所述外侧壁开设有进气缝，所述蒸发器为由所述V型槽的前端伸入所述V型槽的凹槽结构，所述凹槽结构内设有喷油嘴，所述凹槽结构靠近所述外侧壁的一侧开设有出气缝，所述联焰板设有多个并周向间隔分布于所述内延伸板，所述联焰板为前凸的槽形板由所述内延伸板向所述火焰稳定器的中心延伸，所述联焰板的后侧区域通过所述内延伸板与所述主稳定器的内部区域连通。
2.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述喷油嘴朝向所述凹槽结构的槽底设置，所述凹槽结构设有挡板，所述挡板处于所述喷油嘴与所述进气缝之间，所述挡板与所述凹槽结构的两侧留有间隙。
3.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述进气缝和所述出气缝呈环状开设。
4.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述进气缝的宽度为1.5～5mm，所述出气缝的宽度为1.5～5mm。
5.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述进气缝离所述V型槽的前端的距离为所述外侧壁的壁宽的1/2～3/4。
6.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述联焰板的延伸方向与所述火焰稳定器的轴向方向夹角为30～90°。
7.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述联焰板为前凸的弧形板。
8.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述V型槽的顶角为25～60°。
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