CN216769483U - 一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统，包括空气供给腔、燃油供给腔、环形燃烧腔和燃油回收系统；环形燃烧腔由沿相同轴线分布的燃烧室外环和燃烧室内柱组成的环腔形结构，空气供给孔和燃油供给孔位于环形燃烧腔头部；气供给腔和燃油供给腔分别是由进气腔部件和燃烧室盖板组成的环腔形结构和圆柱形空腔结构，均位于环形燃烧腔头部；燃油回收系统嵌入在燃烧室外环内。本实用新型能够回收和循环利用长时间多次工作间隔中未燃烧的燃油，解决了现有旋转爆震燃烧室工作时由于雾化效果不良形成腔内燃油积，最终导致的燃油浪费和环境污染的问题。本实用新型可以用于旋转爆震燃烧领域。

Description

一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统

技术领域

本实用新型属于旋转爆震燃烧室技术领域，具体为一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统。

背景技术

传统的航空发动机和燃气轮机装置中，燃烧室基本都基于等压燃烧方式，其技术水平已经趋于成熟，进一步提高热效率非常困难。与等压燃烧方式相比，爆震燃烧由于爆震波的自增压作用，基于爆震燃烧方式的旋转爆震燃烧室理论上具有更高的热循环效率，同时具有燃烧室体积小、结构简单和热释放速率快等优点。因此，旋转爆震燃烧室在航空发动机和燃气轮机领域具有广阔的应用前景，近年来成为了国内外的研究热点。

通常旋转爆震燃烧室主要采用气态燃料或液态燃料，与气态燃料相比，液态燃料的能量密度更高，储存更加安全，基于液态燃料的旋转爆震燃烧室在动力装置(飞机、舰船等)上应用时具有明显的优势。通常而言，旋转爆震波的传播速度可达数千米每秒量级，对应的单次循环时间低于毫秒量级。当采用液态燃料时，在极短时间内完成雾化、蒸发以及与氧化剂的掺混较为困难，燃油无法全部参与爆震燃烧，因此，燃烧室底部会积留未参与反应的燃油。若不及时排出这部分燃油，一方面造成局部区域的当量比急剧增加，导致CO和NO_x等污染物排放增加；另一方面，部分燃油会随已燃气体排出燃烧室，参与燃烧的燃料质量减少，不利于经济性。因此，基于液态燃料的旋转爆震燃烧室，有必要设计一种能够实现自动回收燃烧室未参与爆震燃烧的燃油回收装置，提高燃烧室的经济性，减少污染物排放，对于旋转爆震燃烧室的工程应用具有重要作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统，拟解决传统旋转爆震燃烧室中燃油无法全部快速参与燃烧，出现燃烧室底部积油，局部当量比急剧升高，而带来的燃烧室稳定工作特性变差、燃油经济性差和污染物排放高的问题，本实用新型可以应用于燃气轮机和航空发动机等领域。

本实用新型采用如下技术方案来实现的：

一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统，包括空气供给腔、燃油供给腔、环形燃烧腔和燃油回收系统；

环形燃烧腔由沿相同轴线分布的燃烧室外环和燃烧室内柱组成的环腔形结构，空气供给孔和燃油供给孔位于环形燃烧腔头部；

气供给腔和燃油供给腔分别是由进气腔部件和燃烧室盖板组成的环腔形结构和圆柱形空腔结构，均位于环形燃烧腔头部；

燃油回收系统嵌入在燃烧室外环内。

本实用新型进一步的改进在于，空气供给孔和燃油供给孔的轴线方向与环形燃烧腔的轴线夹角均为120°。

本实用新型进一步的改进在于，燃烧室外环上预留有点火装置安装孔用来安装点火器。

本实用新型进一步的改进在于，在燃烧室外环靠近内壁面一侧布置了冷却水环腔，通过循环供给的冷却水降低燃烧室壁面的温度。

本实用新型进一步的改进在于，燃油回收系统包括燃油回收腔、压缩气囊、燃油回收孔、外环活动板和外环活动板铰链；

燃油回收腔位于燃烧室外环的内部，沿轴向靠近燃烧室头部一侧，沿周向则位于燃烧室底部一侧，且沿周向的角度为10°，压缩气囊位于燃油回收腔的内部，外环活动板位于燃油回收腔与环形燃烧腔的分界处，一端为外环活动板铰链，通过外环活动板铰链实现外环活动板的转动，进而控制环形燃烧腔与燃油回收腔是否连通，当环形燃烧腔与燃油回收腔连通时，环形燃烧腔内未及时参与爆震燃烧的燃油液滴，受重力作用流入到燃油回收腔；

燃油回收孔位于燃油回收腔的底部，一端与燃油回收腔连通，另一端与燃油回收系统的燃油回收管路连接。

本实用新型进一步的改进在于，燃油回收腔为扇形空腔结构。

本实用新型进一步的改进在于，燃油回收腔与燃烧室轴向的夹角为60°，其作用是将燃油回收腔内的燃油从环形燃烧腔导出到燃油回收管路中。

本实用新型进一步的改进在于，环形燃烧腔的供给系统包括空气供给管路、燃油供给管路、空气气源、燃油储箱、电磁阀、调压阀和电磁阀控制单元；

空气供给管路用于将空气气源的空气供给到环形燃烧腔的空气供给腔中，燃油供给管路用于将燃油储箱的燃油供给到燃烧室的燃油供给腔中，空气供给管路和燃油供给管路上均设置有电磁阀、调压阀以及电磁阀控制单元，电磁阀和电磁阀控制单元通过电脑指令自动控制空气和燃油是否供给，调压阀则控制空气和燃油的供给压力。

本实用新型进一步的改进在于，环形燃烧腔外的燃油回收系统包括燃油回收管路和防回火装置，燃油回收管路的一端与燃油回收孔连接，另一端与燃油储箱连接，用于将燃油回收孔流出的燃油导回燃油储箱，防回火装置位于燃油回收管路上。

本实用新型至少具有如下有益的技术效果：

本实用新型提供的一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统，采用嵌入式的燃油自动回收装置，能够及时回收积累在燃烧室底部的燃油，有效避免了燃烧室内出现局部富油的区域，保证了燃烧室工作的稳定性，提高了燃烧室的经济性，同时降低了燃烧室的污染物排放。在燃烧室稳定工作时，燃油自动回收装置不会影响燃烧室内的流场结构，也不会造成燃烧室的性能损失。此外，燃油自动回收装置基本都采用机械装置，设计合理，能够保证工作的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为旋转爆震燃烧室结构示意图；

图2为旋转爆震燃烧室A-A截面图(模态1)；

图3为旋转爆震燃烧室B-B截面图；

图4为燃烧室燃油回收腔结构图(模态1)；

图5为旋转爆震燃烧室供给系统；

图6为模态2旋转爆震燃烧室A-A截面图(模态2)；

图7为燃烧室燃油回收腔结构图(模态2)。

附图标记说明：

1为燃烧室盖板，2为进气腔部件，3为空气入口孔，4为空气供给腔，5为空气供给孔，6为燃油入口孔，7为燃油供给腔，8为燃油供给孔，9为燃烧室外环，10为燃烧室内柱，11为环形燃烧腔，12为燃油回收腔，13为压缩气囊， 14为燃油回收孔，15为外环活动板，16为外环活动板铰链，17为冷却水环腔， 18为点火装置安装孔，19为螺钉，20为螺钉安装孔，21为点火器，22为防回火装置，23为电磁阀，24为调压阀，25为电磁阀控制单元，26为空气供给管路，27为燃油供给管路，28为燃油回收管路，29为燃油储箱，30为空气气源。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

参阅图1和图2所示，本实用新型提供的一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统，包括空气供给腔4、燃油供给腔7、环形燃烧腔11和燃油回收腔 12。

环形燃烧腔11是空气和燃油进行爆震燃烧，释放出化学能的区域，由沿相同轴线分布的燃烧室外环9和燃烧室内柱10组成的环腔形结构，环形燃烧腔11 采用具有耐高温、耐高压和抗冲击特性的材料。

空气和燃油则从靠近燃烧室头部一侧(左侧)供给到环形燃烧腔11，通过周向均布的8个空气入口孔3，将空气从气源供给到空气供给腔4，通过沿周向均布的120个空气供给孔5，从空气供给腔4供给到环形燃烧腔11；通过燃烧室中心位置的燃油入口孔6，将燃油供给到燃油供给腔4，通过沿周向均布的120 个燃油供给孔8，从燃油供给腔7供给到环形燃烧腔11，空气供给孔5和燃油供给孔8的轴线方向与环形燃烧腔11的轴线夹角均为120°。空气供给腔4和燃油供给腔7分别是由进气腔部件2和燃烧室盖板1组成的环腔形结构和圆柱形空腔结构，均位于环形燃烧腔11头部。燃烧室外环9上预留有点火装置安装孔 18用来安装点火器21，在发动机开始工作时起到点火的作用。在燃烧室外环9 靠近内壁面一侧布置了冷却水环腔17，通过循环供给的冷却水降低燃烧室壁面的温度，能够有效防止燃烧室壁面过热导致燃烧室壁面材料损坏等问题。

参阅图2～图4所示，燃烧室内的燃油回收系统嵌入在燃烧室外环9的内部，包括燃油回收腔12、压缩气囊13、燃油回收孔14、外环活动板15和外环活动板铰链16。其中，燃油回收腔12为扇形空腔结构，位于燃烧室外环9的内部，沿轴向靠近燃烧室头部一侧，沿周向则位于燃烧室底部一侧，且沿周向的角度为 10°。压缩气囊13位于燃油回收腔12的内部，当压缩气囊13中填充空气时，压缩气囊13体积增加，进而改变燃油回收腔12的体积；当压缩气囊13放气时，体积减小，压缩气囊13采用具有耐高压、易变形的柔性材料。外环活动板15位于燃油回收腔12与环形燃烧腔11的分界处，一端为外环活动板铰链16，通过外环活动板铰链16实现外环活动板15的转动，进而控制环形燃烧腔11与燃油回收腔12是否连通，当环形燃烧腔11与燃油回收腔12连通时，环形燃烧腔11 内未及时参与爆震燃烧的燃油液滴，受重力作用流入到燃油回收腔12。燃油回收孔14位于燃油回收腔12的底部，与燃烧室轴向的夹角为60°，一端与燃油回收腔12连通，另一端与燃油回收管路28连接，主要作用是将燃油回收腔12内的燃油从环形燃烧腔11导出到燃油回收管路28中。

参阅图5所示，环形燃烧腔11的供给系统包括空气供给管路26、燃油供给管路27、空气气源29、燃油储箱30、电磁阀23、调压阀24和电磁阀控制单元 25。空气供给管路26的作用是将空气气源29的空气供给到环形燃烧腔11的空气供给腔4中，燃油供给管路27的作用则是将燃油储箱30的燃油供给到燃烧室的燃油供给腔7中，空气供给管路26和燃油供给管路27上均设计了电磁阀 23、调压阀24以及电磁阀控制单元25，电磁阀23和电磁阀控制单元25可以通过电脑指令自动控制空气和燃油是否供给；调压阀24则控制空气和燃油的供给压力。环形燃烧腔11外的燃油回收系统包括燃油回收管路28、防回火装置22 和电磁阀23。燃油回收管路28的一端与燃油回收孔14连接，另一端与燃油储箱30连接，主要目的是将燃油回收孔14流出的燃油导回燃油储箱30。防回火装置22位于燃油回收管路28上，且靠近燃油回收孔14一侧，内部为分布致密的微孔结构，微孔直径需明显小于火焰能维持传播的最小尺寸，主要作用在于阻断燃烧室内的火焰传播到燃油回收管路和燃油储箱中，防止发生危险。

实施例一：

本实施例主要适用于旋转爆震燃烧室稳定工作，且燃油回收系统未收集燃油的状态，下面结合附图来进行说明。

结合图1～图4，当旋转爆震燃烧室稳定工作时，空气和燃油分别通过空气供给孔和燃油供给孔供给到环形燃烧腔中，旋转爆震波的传播特点在于其一直在燃烧室头部沿周向传播，且旋转爆震波的峰值压力(即旋转爆震波所在区域的压力)明显高于环形燃烧腔其他区域的平均压力。该时刻旋转爆震波在燃烧室头部传播，但未传播至燃油回收腔所在的区域。控制压缩气囊内空气的填充压力高于燃烧室的平均压力，但低于旋转爆震波的峰值压力。由于压缩气囊内的空气压力高于燃烧室平均压力，因此压缩气囊内填充了足量的空气，体积膨胀至最大，挤压外环活动板转动至燃烧室外环内壁面平齐的位置，燃烧腔内未参与爆震燃烧的燃油无法流入燃油回收腔，即燃油回收系统未收集燃烧腔内的燃油液滴。

实施例二：

本实施例主要适用于旋转爆震燃烧室稳定工作，且燃油回收系统收集未参与爆震燃烧的燃油的状态，下面结合附图来进行说明。

结合图5，旋转爆震燃烧室稳定工作过程中，当旋转爆震波沿燃烧室周向传播至燃油回收腔所在区域时。由于旋转爆震波的峰值压力远高于压缩气囊内空气的填充压力，因此旋转爆震波挤压外环活动板，使得外环活动板挤压压缩气囊，将压缩气囊内的空气排出，压缩气囊体积减小。同时外环活动板受到挤压作用，沿逆时针转动一定角度，燃油收集孔与环形燃烧腔连通。此时，环形燃烧腔内未参与爆震燃烧的燃油液滴，沿外环活动板流入到燃油收集孔中，然后从燃油收集孔流入燃油收集管路，最后回流到燃油储箱中。同时，由于燃油回收管路中设计了防回火装置，因此当火焰传播至防回火装置时无法继续传播，保证了实验系统的安全。

当旋转爆震波从燃油回收腔所在区域传播过后，由于该区域的压力迅速降低，因此系统再次恢复到实施案例一的状态。旋转爆震燃烧室稳定工作时，旋转爆震波在燃烧室头部一直沿周向传播，即旋转爆震波的周向位置时刻发生变化，因此燃油回收系统也不断交替重复实施案例一和实施案例二的工作状态，同时不会出现燃油大量积累无法排出环形燃烧腔的状态。

实施例三：

本实施例主要适用于旋转爆震燃烧室工作结束时，且燃油回收系统收集未参与爆震燃烧的燃油的状态，下面结合附图来进行说明。

结合图5，当旋转爆震燃烧室工作结束时，电磁阀控制单元关闭空气供给管路和燃油供给管路的电磁阀，空气和燃油无法继续供给到环形燃烧腔中，因此旋转爆震波无法继续传播而熄灭。同时，控制排出压缩气囊内的空气，压缩气囊体积减小，无法继续挤压外环活动板。外环活动板受重力作用，沿逆时针转动一定角度，燃油收集孔与环形燃烧腔连通(与实施案列二的位置相同)。此时，环形燃烧腔内未参与爆震燃烧的燃油液滴，沿外环活动板流入到燃油收集孔中，然后从燃油收集孔流入燃油收集管路，最后回流至燃油储箱，有效避免了环形燃烧腔在未工作时积油状态的发生，提高了系统的安全性和经济性。

以上结合附图和具体实施过程对本实用新型的具体实施方式作了详细描述，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域的技术人员不脱离本实用新型原理的前提下，可以对上述方法做出各种改变与优化。

Claims (9)

1.一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统，其特征在于，包括空气供给腔(4)、燃油供给腔(7)、环形燃烧腔(11)和燃油回收系统；

环形燃烧腔(11)由沿相同轴线分布的燃烧室外环(9)和燃烧室内柱(10)组成的环腔形结构，空气供给孔(5)和燃油供给孔(8)位于环形燃烧腔(11)头部；

气供给腔(4)和燃油供给腔(7)分别是由进气腔部件(2)和燃烧室盖板(1)组成的环腔形结构和圆柱形空腔结构，均位于环形燃烧腔(11)头部；

燃油回收系统嵌入在燃烧室外环(9)内。

2.根据权利要求1所述的一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统，其特征在于，空气供给孔(5)和燃油供给孔(8)的轴线方向与环形燃烧腔(11)的轴线夹角均为120°。

3.根据权利要求1所述的一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统，其特征在于，燃烧室外环(9)上预留有点火装置安装孔(18)用来安装点火器(21)。

4.根据权利要求1所述的一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统，其特征在于，在燃烧室外环(9)靠近内壁面一侧布置了冷却水环腔(17)，通过循环供给的冷却水降低燃烧室壁面的温度。

5.根据权利要求1所述的一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统，其特征在于，燃油回收系统包括燃油回收腔(12)、压缩气囊(13)、燃油回收孔(14)、外环活动板(15)和外环活动板铰链(16)；

燃油回收腔(12)位于燃烧室外环(9)的内部，沿轴向靠近燃烧室头部一侧，沿周向则位于燃烧室底部一侧，且沿周向的角度为10°，压缩气囊(13)位于燃油回收腔(12)的内部，外环活动板(15)位于燃油回收腔(12)与环形燃烧腔(11)的分界处，一端为外环活动板铰链(16)，通过外环活动板铰链(16)实现外环活动板(15)的转动，进而控制环形燃烧腔(11)与燃油回收腔(12)是否连通，当环形燃烧腔(11)与燃油回收腔(12)连通时，环形燃烧腔(11)内未及时参与爆震燃烧的燃油液滴，受重力作用流入到燃油回收腔(12)；

燃油回收孔(14)位于燃油回收腔(12)的底部，一端与燃油回收腔(12)连通，另一端与燃油回收系统的燃油回收管路(28)连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统，其特征在于，燃油回收腔(12)为扇形空腔结构。

7.根据权利要求5所述的一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统，其特征在于，燃油回收腔(12)与燃烧室轴向的夹角为60°，其作用是将燃油回收腔(12)内的燃油从环形燃烧腔(11)导出到燃油回收管路(28)中。

8.根据权利要求1所述的一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统，其特征在于，环形燃烧腔(11)的供给系统包括空气供给管路(26)、燃油供给管路(27)、空气气源(29)、燃油储箱(30)、电磁阀(23)、调压阀(24)和电磁阀控制单元(25)；

空气供给管路(26)用于将空气气源(29)的空气供给到环形燃烧腔(11)的空气供给腔(4)中，燃油供给管路(27)用于将燃油储箱(30)的燃油供给到燃烧室的燃油供给腔(7)中，空气供给管路(26)和燃油供给管路(27)上均设置有电磁阀(23)、调压阀(24)以及电磁阀控制单元(25)，电磁阀(23)和电磁阀控制单元(25)通过电脑指令自动控制空气和燃油是否供给，调压阀(24)则控制空气和燃油的供给压力。

9.根据权利要求8所述的一种基于旋转爆震燃烧室的燃油自动回收系统，其特征在于，环形燃烧腔(11)外的燃油回收系统包括燃油回收管路(28)和防回火装置(22)，燃油回收管路(28)的一端与燃油回收孔(14)连接，另一端与燃油储箱(30)连接，用于将燃油回收孔(14)流出的燃油导回燃油储箱(30)，防回火装置(22)位于燃油回收管路(28)上。

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