CN115468189A - 一种apu用环形低排放燃烧室 - Google Patents
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Abstract
一种APU用环形低排放燃烧室，属于燃烧室结构设计技术领域，包括燃烧室头部，所述燃烧室头部内壁和外壁分别与环形火焰筒内壁和环形火焰筒外壁相连，所述环形火焰筒内壁与内机匣连接，同时内机匣与外机匣连接，环形火焰筒外壁与出口挡板连接，所述燃烧室头部径向布置若干排进气孔，在燃烧室头部径向安装环涡叶片，用于遮挡进气孔。本发明在APU中应用了RQL的概念，实现了低排放燃烧，RQL燃烧室头部采用了环涡叶片，相比于一般的旋流器其结构简单，容易制造，便于维护，提高了燃烧室的经济性，也有利于头部形成稳定的富燃区和保护燃烧室头部。
Description
技术领域
本发明属于燃烧室结构设计技术领域，具体涉及一种APU用环形低排放燃烧室。
背景技术
辅助动力装置，简称APU，它广泛应用于大型飞机上，提供压缩空气用于主发动机的启动，提高飞机的起飞性能，还提供电能、气能和液压能等满足飞机的其他使用。在现代化的大、中型飞机中，APU起到了在发动机停车后再次启动发动机的重要作用，提高飞机的安全性。
APU的使用优化了飞机性能，也加大了污染物的排放。其中，富燃/焠熄/贫燃(RQL)燃烧技术为一种主要的低排放燃烧技术，该技术是一种轴向分级燃烧技术，通过将主燃区燃烧产物和新鲜空气快速有效掺混，制造出富油燃烧环境迅速向贫油燃烧环境转换的条件，从而迅速降低化学当量比，减少氮氧化物的排放。航空发动机燃烧室不仅要满足低污染排放的要求，还要满足经济性的要求。通常这两种要求是矛盾的，为达到低污染排放的目的，往往牺牲了燃烧室的结构简单性，而RQL燃烧室较好地解决了火焰筒等结构异常复杂的问题，提高了燃烧室的经济性。APU用环形燃烧室以回流形式为主，回流燃烧室设计对于大飞机发展来说至关重要，而整个回流燃烧室的设计核心就集中在火焰筒头部结构的设计，头部富燃区的均匀高效稳定燃烧是RQL技术的基础。
目前，APU上使用的燃烧室并没有基于RQL概念的，且RQL燃烧室头部采用旋流器结构来形成富燃区，存在旋流器结构相对复杂，制造与维护成本高，形成的富燃区不稳定等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种APU用环形低排放燃烧室，基于RQL的概念，实现燃烧室的低排放燃烧，通过结构简单、成本低廉的环涡叶片结构来代替旋流器，从而进一步降低RQL燃烧室制造和维护成本，提高RQL燃烧室的经济性，同时也改善了富燃区燃烧不稳定的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种APU用环形低排放燃烧室，包括燃烧室头部，所述燃烧室头部内壁和外壁分别与环形火焰筒内壁和环形火焰筒外壁相连，所述环形火焰筒内壁与内机匣连接，同时内机匣与外机匣连接，环形火焰筒外壁与出口挡板连接，所述燃烧室头部径向布置若干排进气孔，在燃烧室头部径向安装环涡叶片，用于遮挡进气孔。
相间隔的两排进气孔的数量、位置和大小均相同；相邻的两排进气孔中，靠近火焰筒内壁一侧的进气孔布置形式不同；每排进气孔靠近环形火焰筒内壁和环形火焰筒外壁处的进气孔均大于中间位置的进气孔。
靠近所述燃烧室头部安装有多个燃料喷嘴，且燃料喷嘴贯穿外机匣和环形火焰筒外壁伸入内腔提供燃料，构成富燃区。
所述环形火焰筒内壁和环形火焰筒外壁朝内腔方向均安装有焠熄隔板，且焠熄隔板位于燃料喷嘴的后面设置，所述焠熄隔板上布置焠熄孔，引入来自压气机的高压空气，形成焠熄区。
在弧形的焠熄隔板上沿周向等间距布置焠熄孔。
所述焠熄隔板后部的环形火焰筒内壁和环形火焰筒外壁尾部均开设有冷却孔，且冷却孔沿周向等间距分布，将来自压气机的高压空气引入燃烧室，构成贫燃区。
本发明与现有技术相比所具有的优点如下：
本发明在APU中应用了RQL的概念，实现了低排放燃烧，RQL燃烧室头部采用了环涡叶片，相比于一般的旋流器其结构简单，容易制造，便于维护，提高了燃烧室的经济性，也有利于头部形成稳定的富燃区和保护燃烧室头部。
附图说明
图1是本发明提供的头部带有环涡叶片的APU用环形低排放燃烧室结构图；
图2是本发明提供的燃烧室头部与环涡叶片装配示意图；
图3是本发明图2的A-A向示意图；
图4是本发明图2的B-B向示意图；
图5是安装该RQL燃烧室的典型辅助动力装置示意图。
1-环涡叶片；2-燃烧室头部；3-内机匣；4-外机匣；5-环形火焰筒内壁；6-环形火焰筒外壁；7-燃料喷嘴；8-焠熄隔板；9-出口挡板；10-载荷压气机；11-核心压气机；12-涡轮；13-环形燃烧室；14-附件传动组件，15-焠熄孔，16-冷却孔，17-进气孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1至图4所示，一种APU用环形低排放燃烧室，基于前期计算的APU环涡燃烧室和所获得的RQL燃烧室的结构参数，设计一种APU用RQL燃烧室，头部采用环涡叶片1，该燃烧室为沿发动机轴向布置的RQL燃烧室，包括燃烧室头部2，所述燃烧室头部2内壁和外壁分别与环形火焰筒内壁5和环形火焰筒外壁6相连，所述环形火焰筒内壁5与内机匣3连接，同时内机匣3与外机匣4连接，环形火焰筒外壁6与出口挡板9连接，所述燃烧室头部2径向布置若干排进气孔17，环涡叶片1的截面形状为类Z字型，其一端沿燃烧室头部2径向焊接于燃烧室头部2内壁上，用于遮挡进气孔17，另一端与燃烧室头部2形成用于空气进入的开口，空气经过进气孔17进入，撞击环涡叶片1，再经开口进入燃烧室内，所有开口朝同侧设置，目的是为了周向气流产生旋流。
相间隔的两排进气孔17的数量、位置和大小均相同；相邻的两排进气孔17中，靠近火焰筒内壁一侧的进气孔17布置形式不同，进气孔17孔径从环形火焰筒外壁6到环形火焰筒内壁5由大到小再到大，其中一排进气孔17靠近环形火焰筒内壁5一侧的大孔布置一个，与其相连排的进气孔17靠近环形火焰筒内壁5一侧的大孔布置两个；每排进气孔17，靠近环形火焰筒内壁5和环形火焰筒外壁6处的进气孔17大于中间位置的进气孔17。
靠近所述燃烧室头部2安装有多个燃料喷嘴7，燃料喷嘴7一端与燃料管路连接，另一端燃料喷嘴7贯穿外机匣4和环形火焰筒外壁6伸入内腔提供燃料，构成富燃区。
所述环形火焰筒内壁5和环形火焰筒外壁6朝内腔方向均安装有焠熄隔板8，且焠熄隔板8位于燃料喷嘴7的后面设置，所述焠熄隔板8上布置焠熄孔15，引入来自压气机的高压空气，形成焠熄区。
在弧形的焠熄隔板8沿周向等间距布置焠熄孔15。
所述焠熄隔板8后部的环形火焰筒内壁5和环形火焰筒外壁6尾部均开设有冷却孔16，且冷却孔16沿周向等间距分布，将来自压气机的高压空气引入燃烧室，构成贫燃区。
所述进气孔17、焠熄孔15和冷却孔16具体的布置方式以提供的空气分配比例为依据。
一种APU用环形低排放燃烧室的使用过程为：
如图5所示，环形燃烧室13套在涡轮12上，附件传动组件14在载荷压气机10前，核心压气机11在载荷压气机10后，压气机为离心式压气机，环形燃烧室13和涡轮12在核心压气机11后，核心压气机11输出的压缩空气进入环形燃烧室13，空气从环形燃烧室13尾部进入并向燃烧室头部2流动，流经环形火焰筒外壁6上的冷却孔16和焠熄孔15时，一部分空气经过冷却孔16和焠熄孔15进入环形燃烧室13内腔；空气继续流动，流经进气孔17时，一部分空气经进气孔17进入燃烧室富燃区域；空气继续流动，流入环形火焰筒内壁5和内机匣3之间的空气通道，一部分空气经环形火焰筒内壁5处的焠熄孔15和冷却孔16时再次进入燃烧室内腔。燃烧室内腔是富燃、焠熄、贫燃的分级燃烧方式，气体产物经环形燃烧室13出口流出，通过出口挡板9改变气体流动方向，使气体进入涡轮12，将气体动能转化为机械能，载荷压气机10、核心压气机11、涡轮12安装在同一个轴上，载荷压气机10输出压缩空气用于启动主发动机，涡轮12输出轴功率驱动压气机和附件传动组件14，本实施例是在典型的辅助动力装置中安装该RQL燃烧室，均为现有技术。
Claims (8)
1.一种APU用环形低排放燃烧室，包括燃烧室头部，所述燃烧室头部内壁和外壁分别与环形火焰筒内壁和环形火焰筒外壁相连，所述环形火焰筒内壁与内机匣连接，同时内机匣与外机匣连接，环形火焰筒外壁与出口挡板连接，其特征在于：所述燃烧室头部径向布置若干排进气孔，在燃烧室头部径向安装环涡叶片，用于遮挡进气孔形成旋流。
2.根据权利要求1所述的一种APU用环形低排放燃烧室，其特征在于：相间隔的两排进气孔的数量、位置和大小均相同。
3.根据权利要求1所述的一种APU用环形低排放燃烧室，其特征在于：相邻的两排进气孔中，靠近环形火焰筒内壁一侧的进气孔布置形式不同。
4.根据权利要求1所述的一种APU用环形低排放燃烧室，其特征在于：每排进气孔靠近环形火焰筒内壁和环形火焰筒外壁处的进气孔均大于中间位置的进气孔。
5.根据权利要求1所述的一种APU用环形低排放燃烧室，其特征在于：靠近所述燃烧室头部安装有多个燃料喷嘴，且燃料喷嘴贯穿外机匣和环形火焰筒外壁伸入内腔提供燃料，构成富燃区。
6.根据权利要求1所述的一种APU用环形低排放燃烧室，其特征在于：所述环形火焰筒内壁和环形火焰筒外壁朝内腔方向均安装有焠熄隔板，且焠熄隔板位于燃料喷嘴的后面设置，所述焠熄隔板上布置焠熄孔，引入来自压气机的高压空气，形成焠熄区。
7.根据权利要求6所述的一种APU用环形低排放燃烧室，其特征在于：在弧形的焠熄隔板上沿周向等间距布置焠熄孔。
8.根据权利要求1所述的一种APU用环形低排放燃烧室，其特征在于：所述焠熄隔板后部的环形火焰筒内壁和环形火焰筒外壁尾部均开设有冷却孔，且冷却孔沿周向等间距分布，将来自压气机的高压空气引入燃烧室，构成贫燃区。
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