CN205026733U - 一种富油焠熄贫油燃烧室 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种富油焠熄贫油燃烧室，包括火焰筒和位于火焰筒前端的头部组件，空气和燃油从该头部组件进入该火焰筒，该火焰筒自该头部组件从上游至下游依次包括富油燃烧区、焠熄区和贫油燃烧区，该头部组件包括第一旋流器以用于吸入空气，该头部组件通过收缩的流道与该火焰筒的富油燃烧区相接，且该富油燃烧区的壁面往该焠熄区方向是渐缩的。

Description

一种富油焠熄贫油燃烧室

技术领域

本实用新型涉及航空发动机燃烧室设计领域，尤其涉及一种富油焠熄贫油燃烧室。

背景技术

富油焠熄贫油燃烧室(Rich-quench-lean(RQL)，下文简称RQL燃烧室)是一种采用富油焠熄贫油组织燃烧形式的低排放燃烧室。RQL燃烧室的基本方法是先采用一个富油的燃烧区，然后在焠熄区大量的空气与富油燃烧区产物迅速混合，混合之后的当量比小于1，再随后的区域是一个贫油燃烧区，燃烧在该区域最后完成后排出燃烧室进入涡轮。RQL燃烧室是当今常见的低排放燃烧室技术之一，具有排放低，燃烧效率高，贫油熄火边界宽，无回火、自燃及不稳定等优点。

焠熄混合是RQL燃烧室的关键，是保证富油区出口燃烧混合物NO_x最低的关键。例如，在焠熄区内必需保证富油区燃气产物在降低温度的同时混合均匀并快速通过。而且，控制焠熄区与富油燃烧区之间的独立性也至关重要，因为这关系到是否形成回流进而影响焠熄效果。

因此，本领域需要一种改善的富油焠熄贫油燃烧室。

实用新型内容

为了克服上述缺陷，本实用新型旨在提供一种富油焠熄贫油燃烧室。

根据本实用新型的一方面，提供了一种富油焠熄贫油燃烧室，包括火焰筒和位于火焰筒前端的头部组件，空气和燃油从该头部组件进入该火焰筒，该火焰筒自该头部组件从上游至下游依次包括富油燃烧区、焠熄区和贫油燃烧区，该头部组件包括第一旋流器以用于吸入空气，该头部组件通过收缩的流道与该火焰筒的富油燃烧区相接，且该富油燃烧区的壁面往该焠熄区方向是渐缩的。

在一实例中，该第一旋流器的旋流数SN、外径D、以及该富油区的长度L之间存在以下关系D*SN≤L≤1.2*D*SN。

在一实例中，该第一旋流器的旋流数SN大于0.6。

在一实例中，在该火焰筒的壁面上沿圆周设有多个第二旋流器以用于进一步向该火焰筒内吸入空气，所吸入的空气在该焠熄区位置与来自该富油燃烧区的燃烧产物混合。

在一实例中，该多个第二旋流器的旋向与该第一旋流器的旋向相反。

在一实例中，该多个第二旋流器的旋流数应小于0.6。

在一实例中，该多个第二旋流器出口的流道与该火焰筒的轴向成25°至50°的角。

在一实例中，从该焠熄区过渡到该贫油燃烧区的流道是渐扩式的流道。

在一实例中，从该焠熄区过渡到该贫油燃烧区的渐扩流道的扩张角介于30°至50°之间。

在一实例中，在该富油区、焠熄区以及贫油燃烧区的壁面上设有冷却孔以形成冷却气膜。

根据本实用新型的方案，通过顺气流的焠熄方式，配合渐缩的流道，增加了焠熄射流的速度，提高快速混合特性。通过对富油燃烧区的改进设计保证了富油区与焠熄区在流动上的独立性，富油燃烧区的燃烧产物一旦进入焠熄区后就不会回流到富油燃烧区。在焠熄空气入口处设计旋流器可提高燃烧室焠熄空气的湍流度，促进快速掺混的混合均匀度。同时通过控制焠熄区旋流器的旋流数避免在焠熄区形成回流区，影响焠熄掺混的效果。从焠熄区过渡到贫油燃烧区的流道为渐扩式，可以降低进入贫油燃烧区的气流速度，有利于贫油燃烧的稳定性。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本实用新型的上述特征和优点。

图1是示出了根据本实用新型的一方面的富油焠熄贫油燃烧室的示意图。

为清楚起见，以下给出附图标记的简要说明：

100：火焰筒

101：燃烧室外壳

110：头部组件111：第一旋流器112：喷嘴

120：富油燃烧区121：富油燃烧区壁面

130：焠熄区131：焠熄区壁面

140：贫油燃烧区141：贫油燃烧区壁面

150：点火电嘴

123：第二旋流器

134：焠熄区过渡至贫油燃烧区的流道

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本实用新型的保护范围进行任何限制。

图1是示出了根据本实用新型的一方面的富油焠熄贫油燃烧室的示意图。如图1所示，该燃烧室主要可包括火焰筒100以及位于火焰筒100前端的头部组件110。火焰筒100及其头部组件110可包围在燃烧室外壳101内。一般地，燃烧室连接在航空发动机或地面燃机的压气机(未示出)和涡轮部件(未示出)之间。如本领域技术人员容易理解的，燃烧室还可包括必要的冷却系统(未示出)以冷却火焰筒壁面。

如图1所示，火焰筒100自头部组件110起从上游至下游依次包括富油燃烧区120、焠熄区130、以及贫油燃烧区140。这里的上游和下游是相对于气流流动方向而言的。

空气和然后从头部组件110进入到火焰筒100的内部。具体如图所示，头部组件110可包括第一旋流器111和喷嘴112。第一旋流器111可用于向火焰筒100内吸入空气，而喷嘴112则可用于向火焰筒100内部喷射液态的燃油。

如图1所示，第一旋流器111环绕地分布在喷嘴112的端部周围。这里的，第一旋流器111可以是环绕喷嘴112的端部设置的一单个环状的旋流器，或者也可以是环绕喷嘴112的端部沿圆周设置的多个分立的小旋流器。

空气通过第一旋流器110与燃油在富油燃烧区120形成当量比大于1的可燃混合物，这些可燃的油气混合物在点火电嘴150的电火花作用下将可燃的油气混合物点燃进行燃烧。这里，第一旋流器110的旋流数可大于0.6，以保证在富油燃烧区120可以形成回流区以保证富油燃烧区120的燃烧稳定性。

火焰筒100的富油燃烧区120的壁面121、焠熄区130的壁面131、以及贫油燃烧区140的壁面141上有若干冷却孔，这些冷却孔的作用是在火焰筒壁面形成一层气膜，起到对火焰筒壁面冷却的作用。

根据本实用新型的一方面，头部组件110可通过收缩的流道113与富油燃烧区120相接，如图1所示。第一旋流器111使通过它的空气产生旋流促进油和气在头部组件110下游的混合。这里，收缩的流道113保证了头部组件110出口气体流动的稳定，同时加速的气流可以使火焰离开第一旋流器111有一定的距离，以避免头部组件110温度太高引气喷嘴112结焦等问题。

进一步，从富油燃烧区120过渡到焠熄区130的流路是渐缩式的，换言之，富油燃烧区120的壁面121往焠熄区130的方向是渐缩的，渐缩式的流路保证了流动的加速特性，可以加快焠熄区130的掺混速度，有利于混合的均匀性。而且，富油燃烧区120出来的加速气流避免了焠熄空气回流到富油燃烧区120的可能。

根据本实用新型的一方面，第一旋流器111的外径D、旋流数SN以及富油燃烧区120的长度L之间存在一个优化的关系，即D*SN≤L≤1.2*D*SN。富油燃烧区120的长度不宜太短，太短了回流区会延伸到焠熄区130，从而影响焠熄的效果，同时回流作用会将部分焠熄区130的新鲜空气带回到富油燃烧区120从而影响富油燃烧区120的燃烧。当因回流作用带回的空气量大时有可能会使富油燃烧区120的燃烧变成化学恰当比的燃烧，增加了NO_x的生成量。

另一方面，富油燃烧区120的长度也不宜太长，太长了会导致富油燃烧区120的燃烧产物在富油燃烧区120停留的时间太长，另外富油燃烧区120的长度太长也将导致整个燃烧室的长度变长。

如图1所示，根据本实用新型的一方面，在火焰筒100的壁面上沿圆周设有多个第二旋流器123以用于进一步向火焰筒内吸入空气，所吸入的空气在焠熄区130位置与来自富油燃烧区120的燃烧产物混合。富油燃烧区120的燃烧产物在焠熄区130通过与新鲜空气的快速掺混后，形成贫油的混合物，并在贫油燃烧区140进行燃烧。

富油燃烧区120的燃烧产物与第二旋流器123的焠熄空气在焠熄区130进行掺混，为了能保证快速的掺混，第二旋流器123的旋向与第一旋流器111的旋向相反。另外，第二旋流器123的旋流数可设计为小于0.6，以保证在焠熄区130内不形成回流区。第二旋流器123出口的流道与燃烧室的轴向(如图中虚线所示)成25°至50°的角，可根据焠熄区130长度进行调节。

根据本实用新型的一方面，从焠熄区130过渡到贫油燃烧区140的流道134是渐扩式的流道，即衔接焠熄区130和贫油燃烧区140的火焰筒壁面是渐扩式的。贫油燃烧过程火焰稳定性较差，通过渐扩式的过渡段设计可以降低气流的速度，有利于贫油燃烧的稳定性。为了避免发生回火，焠熄区130过渡到贫油燃烧区140的渐扩流道134的扩张角可在30°至50°之间。

通过顺气流的焠熄方式，配合渐缩的流道，增加了焠熄射流的速度，提高快速混合特性。通过对富油燃烧区的改进设计保证了富油区与焠熄区在流动上的独立性，富油燃烧区的燃烧产物一旦进入焠熄区后就不会回流到富油燃烧区。在焠熄空气入口处设计旋流器可提高燃烧室焠熄空气的湍流度，促进快速掺混的混合均匀度。同时通过控制焠熄区旋流器的旋流数避免在焠熄区形成回流区，影响焠熄掺混的效果。从焠熄区过渡到贫油燃烧区的流道为渐扩式，可以降低进入贫油燃烧区的气流速度，有利于贫油燃烧的稳定性。

提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本实用新型的保护范围应当以所附权利要求为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本实用新型的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，包括火焰筒和位于火焰筒前端的头部组件，空气和燃油从所述头部组件进入所述火焰筒，所述火焰筒自所述头部组件从上游至下游依次包括富油燃烧区、焠熄区和贫油燃烧区，所述头部组件包括第一旋流器以用于吸入空气，所述头部组件通过收缩的流道与所述火焰筒的富油燃烧区相接，且所述富油燃烧区的壁面往所述焠熄区方向是渐缩的。

2.如权利要求1所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，所述第一旋流器的旋流数SN、外径D、以及所述富油区的长度L之间存在以下关系D*SN≤L≤1.2*D*SN。

3.如权利要求2所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，所述第一旋流器的旋流数SN大于0.6。

4.如权利要求1或2所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，在所述火焰筒的壁面上沿圆周设有多个第二旋流器以用于进一步向所述火焰筒内吸入空气，所吸入的空气在所述焠熄区位置与来自所述富油燃烧区的燃烧产物混合。

5.如权利要求4所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，所述多个第二旋流器的旋向与所述第一旋流器的旋向相反。

6.如权利要求4所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，所述多个第二旋流器的旋流数应小于0.6。

7.如权利要求4所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，所述多个第二旋流器出口的流道与所述火焰筒的轴向成25°至50°的角。

8.如权利要求1所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，从所述焠熄区过渡到所述贫油燃烧区的流道是渐扩式的流道。

9.如权利要求8所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，从所述焠熄区过渡到所述贫油燃烧区的渐扩流道的扩张角介于30°至50°之间。

10.如权利要求1所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，在所述富油区、焠熄区以及贫油燃烧区的壁面上设有冷却孔以形成冷却气膜。