CN205065800U - 富油焠熄贫油燃烧室 - Google Patents

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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燃烧室头部，空气从该燃烧室头部进入该火焰筒，火焰筒内部空间自该燃烧室头部从上游至下游依次包括富油区、焠熄区和贫油区，在该火焰筒的壁面上沿该火焰筒圆周设有多个焠熄孔，各焠熄孔在火焰筒内侧设有导流挡板，该导流挡板自火焰筒壁面向火焰筒内部延伸，使得通过该焠熄孔进入该火焰筒的未燃空气在火焰筒壁面附近不受上游富油区来流的影响。

Description

富油焠熄贫油燃烧室
技术领域
本实用新型涉及发动机燃烧室技术领域，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NOx最低的关键。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。
为提高焠熄区混合均匀度，目前的技术方案主要通过优化焠熄孔的排列和组合来实现。一种常见结构为采用大的焠熄孔与小的焠熄孔前后分两排排列的方案。另一种常见结构为在环形燃烧室周向不同头部区域交替采用不同排列组合的大小焠熄孔的技术方案来实现充分混合的目的。在这些技术方案中，大的焠熄孔焠熄气流射流深度较大，可以在燃烧室火焰筒高度方向上使气流混合均匀；小的焠熄孔在大焠熄孔周围分布排列，虽然射流深度较小但可以在环形燃烧室的周向上使气流混合均匀。
下一代超低排放的燃烧室要求在环形燃烧室周向和火焰筒高度方向两个方向上都能够混合的更均匀。上述专利中的技术方案的局限性在于需要在环形燃烧室周向火焰筒壁面设置更多的大的焠熄孔，而RQL燃烧室用于焠熄的总气量却是有限的，即焠熄孔总的有效流通面积是有限的。
因此，本领域需要一种具有改善的焠熄混合均匀度的RQL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燃烧室头部，空气从该燃烧室头部进入该火焰筒，火焰筒内部空间自该燃烧室头部从上游至下游依次包括富油区、焠熄区和贫油区，在该火焰筒的壁面上沿该火焰筒圆周设有多个焠熄孔，各焠熄孔在火焰筒内侧设有导流挡板，该导流挡板自火焰筒壁面向火焰筒内部延伸，使得通过该焠熄孔进入该火焰筒的未燃空气在火焰筒壁面附近不受上游富油区来流的影响。
在一实例中，该导流挡板与相应焠熄孔的连接处位于焠熄孔上游方向的圆弧上。
在一实例中，该多个焠熄孔为圆形或椭圆形。
在一实例中，该导流挡板为圆环管斜切而成的叶瓣形、或月牙形或锯齿形。
在一实例中，该导流挡板沿与火焰筒壁面垂直的方向向火焰筒内部延伸。
在一实例中，该导流挡板向火焰筒内部的延伸方向自火焰筒壁面垂直方向往火焰筒内部气流流动方向倾斜。
在一实例中，该导流挡板的高度为火焰筒高度的6％～15％。
在一实例中，该富油焠熄贫油燃烧室是环形燃烧室，该火焰筒为包括火焰筒外壁和火焰筒内壁的环形火焰筒，在该火焰筒的该外壁和该内壁的壁面上皆设有多个焠熄孔。
根据本实用新型的方案，通过焠熄孔进入火焰筒的空气，在导流挡板的保护下射流深度增加，在合适的导流挡板高度和倾斜度下较无导流挡板的情况可到达更接近火焰筒高度二分之一的位置，可提高燃烧室焠熄区燃烧室高度方向的混合均匀度。或者由于存在导流挡板，也可在保持原来射流深度的情况下缩小焠熄孔的有效流通面积，使得在燃烧室火焰筒周向上设置更多的焠熄孔，在保持总的焠熄孔有效流通面积的情况下提高燃烧室焠熄区周向的混合均匀度。这两者都可提高整个燃烧室焠熄区的混合均匀度，从而进一步降低NOx的污染排放量。
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环形燃烧室的火焰筒的局部示意图；以及
图2是示出了根据本实用新型的一方面的设于环形燃烧室的火焰筒的内壁壁面上的导流挡板的示图。
为清楚起见，以下给出附图标记的简要说明：
100：火焰筒
110a：火焰筒外壁；110b：火焰筒内壁
120：燃烧室头部
130：焠熄孔
140：导流挡板
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。
本实用新型提出了一种改善富油焠熄贫油燃烧室的焠熄混合均匀度的方案。通过为焠熄孔设置导流挡板，以减小通过焠熄孔进入火焰筒的未燃空气受到的上游来流的影响，在RQL燃烧室焠熄气量有限的前提下，即焠熄孔总的有效流通面积有限的情况下，增加了焠熄孔的射流深度，使得RQL燃烧室在周向和火焰筒高度方向两个方向都能具有更高的混合均匀度。
图1是示出了根据本实用新型的一方面的环形燃烧室的火焰筒100的局部示意图。这里的示出了环形燃烧室作为示例，因此，火焰筒100也为环形。为了清楚起见，图1中仅示出了环形的火焰筒100沿整个圆周的一段。如本领域技术人员所了解的，燃烧室可连接在航空发动机或地面燃机的压气机和涡轮部件之间，起到燃烧燃油加热压缩空气的作用，环形燃烧室还包括必要的结构冷却系统。
尽管这里示出的是环形燃烧室，然而本实用新型的方案不仅仅适用于环形燃烧室，也适用于其他类型的燃烧室，例如管形燃烧室。
如图1所示，火焰筒100包括火焰筒外壁110a和火焰筒内壁110b，以形成该环形状的火焰筒100的内部空间。在火焰筒100的前端具有燃烧室头部120，空气可从燃烧室头部120进入火焰筒100内部。另外，燃油也可从燃烧室头部120进入火焰筒100的内部。这里仅示出了单个头部，本领域技术人员容易了解，沿完整的火焰筒100的圆周可设有多个燃烧室头部120。
通过燃烧室头部120进入火焰筒内部的空气首先与燃油进行混合燃烧，火焰筒内部空间的这一段被称为富油燃烧区，即富油区。火焰筒100的壁面，例如外壁110a、内壁110b的壁面上沿火焰筒圆周设有多个焠熄孔130。这些焠熄孔130的作用是引入大量未燃空气与上游富油燃烧区产物进行迅速混合，混合后的当量比小于1，以在富油区之后形成焠熄区。焠熄孔130可以是圆形、椭圆形或其他形状，所有焠熄孔可以形状大小一致，也可以不一致。在焠熄区之后，然后的持续燃烧形成贫油燃烧区，即贫油区。即，火焰筒100的内部空间自燃烧室头部120起大致可分为富油区、焠熄区和贫油区。
如上所述，沿火焰筒100的圆周在火焰筒壁面上设置的焠熄孔130可向火焰筒内部引入未燃空气，这些未燃空气自焠熄孔130形成向火焰筒100内部空间的焠熄射流。焠熄射流较深的深度可以改善混合的速度和均匀性。然而，焠熄射流往往受到来自上游的，即自燃烧室头部120方向而来的气流的影响，从而降低焠熄射流的深度。
根据本实用新型的一方面，为各焠熄孔130在火焰筒100的内侧设有导流挡板140。如图1所示，对于火焰筒外壁110a上的焠熄孔130而言，导流挡板140设在火焰筒外壁110a的内侧，对于火焰筒内壁110b上的焠熄孔130而言，导流挡板140设在火焰筒内壁110b的内侧。图2是示出了根据本实用新型的一方面的设于环形燃烧室的火焰筒100的内壁110b壁面上的导流挡板140的示图。
如图1和图2所示，导流挡板140自火焰筒壁面向火焰筒内部延伸一段长度，例如延伸长度可为火焰筒100的高度的6％～15％。这里，火焰筒100的高度可为火焰筒外壁110a和火焰筒内壁110b之间的径向距离。
导流挡板140可使得通过焠熄孔130进入火焰筒100的未燃空气在火焰筒壁面附近不受上游富油燃烧区来流的影响，从而在火焰筒高度方向上增加射流深度。导流挡板140可以是圆环管斜切而成的叶瓣形也可以是月牙形或锯齿形，图1和图2中的导流挡板140为圆环管斜切而成的叶瓣形。
在如图所示的实例中，导流挡板140并未设在焠熄孔130的整个圆弧上，事实上，导流挡板140与焠熄孔130的连接处位于焠熄孔130上游方向的圆弧上，具体安装位置可根据当地上游富油区燃烧产物流动方向适当调整，以使导流挡板140的主体面积与上游富油区燃烧产物流动方向相对。
在此配置下，在导流挡板140的下游区域可形成一个高湍流的低速区，高湍流度有利于快速燃烧反应，低速有利于火焰稳定。相较于连接整个圆弧的导流挡板，导流挡板下游区域形成低速回流区，不会导致导流挡板140的烧蚀，减少冷却空气用量。
在一实例中，导流挡板140可沿与火焰筒壁面垂直的方向向火焰筒内部延伸，换言之，导流挡板140主体的朝向与火焰筒壁面基本垂直。但是较优地，相比于与火焰筒壁面基本垂直的方向，导流挡板140主体的朝向可略向气流流动方向倾斜，例如向下游方向倾斜，如图1、2所示。在此配置下，从焠熄孔130进入火焰筒110的焠熄气流能够为导流挡板140进行冷却。由此，导流挡板140由焠熄空气进行冷却，无需额外增加挡板的冷却空气。
导流挡板140的具体倾斜角度和高度主要取决于燃烧室各种工况下混合均匀度对穿透深度的要求和焠熄孔排布以及其他燃烧室性能指标要求之间的权衡。一般而言，导流挡板140倾斜的角度越小，高度越高，则焠熄气流深度越大，但相应地，导流挡板149的冷却难度越大。总体而言，焠熄气流射流深度约为火焰筒高度的二分之一时，焠熄混合的均匀度最好。
根据本实用新型的方案，通过焠熄孔进入火焰筒的空气，在导流挡板的保护下射流深度增加，在合适的导流挡板高度和倾斜度下较无导流挡板的情况可到达更接近火焰筒高度二分之一的位置，可提高燃烧室焠熄区燃烧室高度方向的混合均匀度。或者由于存在导流挡板，也可在保持原来射流深度的情况下缩小焠熄孔的有效流通面积，使得在燃烧室火焰筒周向上设置更多的焠熄孔，在保持总的焠熄孔有效流通面积的情况下提高燃烧室焠熄区周向的混合均匀度。这两者都可提高整个燃烧室焠熄区的混合均匀度，从而进一步降低NOx的污染排放量。
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 (8)

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燃烧室头部，空气从所述燃烧室头部进入所述火焰筒，火焰筒内部空间自所述燃烧室头部从上游至下游依次包括富油区、焠熄区和贫油区，在所述火焰筒的壁面上沿所述火焰筒圆周设有多个焠熄孔，各焠熄孔在火焰筒内侧设有导流挡板，所述导流挡板自火焰筒壁面向火焰筒内部延伸，使得通过所述焠熄孔进入所述火焰筒的未燃空气在火焰筒壁面附近不受上游富油区来流的影响。
2.如权利要求1所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，所述导流挡板与相应焠熄孔的连接处位于焠熄孔上游方向的圆弧上。
3.如权利要求2所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，所述多个焠熄孔为圆形或椭圆形。
4.如权利要求1所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，所述导流挡板为圆环管斜切而成的叶瓣形、或月牙形或锯齿形。
5.如权利要求1所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，所述导流挡板沿与火焰筒壁面垂直的方向向火焰筒内部延伸。
6.如权利要求1所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，所述导流挡板向火焰筒内部的延伸方向自火焰筒壁面垂直方向往火焰筒内部气流流动方向倾斜。
7.如权利要求1所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，所述导流挡板的高度为火焰筒高度的6％～15％。
8.如权利要求1所述的富油焠熄贫油燃烧室，其特征在于，所述富油焠熄贫油燃烧室是环形燃烧室，所述火焰筒为包括火焰筒外壁和火焰筒内壁的环形火焰筒，在所述火焰筒的所述外壁和所述内壁的壁面上皆设有多个焠熄孔。
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