一种采用周向切向供油方式的低排放回流燃烧室的制作方法

1.本发明涉及航空发动机技术领域，特别是涉及一种采用周向切向供油方式的低排放回流燃烧室。


背景技术：

2.燃烧室是航空发动机和地面燃气轮机的核心部件之一，是航空发动的“心脏”也是发动机污染排放生成的部位。航空煤油和空气在燃烧室中发生化学反应将煤油的化学能转化为动能，在燃烧室的出口产生大量高温燃气膨胀后推动涡轮做功，随着近年来航空产业的发展以及国内外对环境污染的治理和管控越来越严苛，航空发动机的污染排放问题也被业界重视起来，如何在提发动机性能的同时，降低发动机的污染排放，并兼顾燃烧稳定性、点火可靠性和结构重量等性能，是燃烧室设计所需要解决的主要矛盾。
3.目前，国内航空发动机中燃烧室低污染设计主要服务装备大型客机的涡扇发动机的低排放燃烧组织技术，其研究对象主要围绕大型发动机直流型环形燃烧室适用的中心分级低污染燃烧方案。主要围绕燃烧室头部不同分区范围的流场，油气混合以及燃油分级等关键技术进行研究，需要燃烧室内火焰筒腔高空间足够大，一般腔高≥80mm，才能有足够空间实现复杂的头部分级结构。
4.目前国内通用航空产业在迅速发展，对于直升机用的涡轴及运输机用的涡桨发动机来说，是重要的一类航空发动机，在国民经济和军事国防中都有重大应用，并且由于其使用环境比大型飞机更接近城市，它的污染物排放也十分受到重视。对于中小型涡轴/涡桨发动机的回流燃烧室来说，由于回流燃烧室火焰筒腔高小(典型如50mm)，喷嘴间距比大，压损低等特点，很难直接实施涡扇发动机中心分级的低污染燃烧方案。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种采用周向切向供油方式的低排放回流燃烧室，采用轴向分级的燃烧组织方案，充分利用回流燃烧室轴向长度长火焰筒腔高较小的特点来进行燃油分级，在有限的回流燃烧室空间内既保证了点熄火特性和过渡态特性，又实现了污染物的低排放。
6.为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种采用周向切向供油方式的低排放回流燃烧室，包括：火焰筒弯管、径向扩压器、燃烧室机匣、火焰筒头部、涡流器安装座、斜切预混涡流器及燃油喷嘴，所述径向扩压器从尾端向前安装于所述燃烧室机匣内部，所述火焰筒弯管置于所述径向扩压器内部，所述火焰筒弯管的首端设有所述火焰筒头部，所述火焰筒头部设有所述涡流器安装座，所述斜切预混涡流器安装于所述涡流器安装座内，所述燃油喷嘴通过所述斜切预混涡流器与所述火焰筒弯管连通。
8.优选的，所述斜切预混涡流器包括：盖板、第一级径向叶片、第二级径向叶片及喇叭型蒸发段，所述喇叭型蒸发段尾端安装于所述涡流器安装座内，与所述火焰筒弯管连通，
所述第二级径向叶片与所述第一级径向叶片，依次安装于所述喇叭型蒸发段的首端，并与所述喇叭型蒸发段内部连通，所述盖板置于所述第一级径向叶片上。
9.优选的，所述第一级径向叶片与所述盖板之间还设有浮动安装座，所述浮动安装座用于装配所述燃油喷嘴。
10.优选的，所述喇叭型蒸发段上开设有多个小孔。
11.优选的，所述喇叭型蒸发段与所述火焰筒头部的斜切角度为α，所述α为100
°
～170
°
。
12.优选的，多个所述斜切预混涡流器环状分布于所述火焰筒弯管中心线上。
13.优选的，每个所述斜切预混涡流器上都安装有所述燃油喷嘴。
14.优选的，安装于所述火焰筒头部的涡流器安装座为浮动结构。
15.优选的，所述火焰筒弯管上开设有多个进气孔。
16.本发明提供的一种采用周向切向供油方式的低排放回流燃烧室，与现有技术相比具有以下优点：
17.本发明提供的一种采用周向切向供油方式的低排放回流燃烧室结构简单，斜切预混涡流器径向尺寸小，在回流燃烧室上采用轴向分级的燃烧组织方案，充分利用回流燃烧室轴向长度长火焰筒腔高较小的特点来进行燃油分级，在有限的回流燃烧室空间内既保证了点熄火特性和过渡态特性，又实现了污染物的低排放。并且充分利用涡轴发动机总压比相对较低，贫燃预混带来的自燃和回火风险较低的特点采用预混预蒸发的技术路线充分发挥该技术的低污染潜力并抑制其缺点。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
19.图1为本发明周向切向供油低排放回流燃烧室的结构剖视图；
20.图2为本发明周向斜切预混涡流器的布置示意视图；
21.图3为本发明斜切预混涡流器的结构和工作原理示意图。
22.图中：1
‑
火焰筒弯管，2
‑
径向扩压器，3
‑
燃烧室机匣，4
‑
火焰筒头部，5
‑
涡流器安装座，6
‑
斜切预混涡流器，7
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燃油喷嘴，8
‑
浮动安装座，9
‑
盖板，10
‑
第一级径向叶片，11
‑
第二级径向叶片，12
‑
喇叭型蒸发段。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步说明：
24.如图1
‑
2所示为一种采用周向切向供油方式的低排放回流燃烧室，包括：火焰筒弯管1、径向扩压器2、燃烧室机匣3、火焰筒头部4、涡流器安装座5、斜切预混涡流器6及燃油喷嘴7，所述径向扩压器2从尾端向前安装于所述燃烧室机匣3内部，所述火焰筒弯管1置于所述径向扩压器2内部，所述火焰筒弯管1的首端设有所述火焰筒头部4，所述火焰筒头部4设有所述涡流器安装座5，所述斜切预混涡流器6安装于所述涡流器安装座5内，所述燃油喷嘴
7通过所述斜切预混涡流器6与所述火焰筒弯管1连通。
25.如图3所示，所述斜切预混涡流器6包括：盖板9、第一级径向叶片10、第二级径向叶片11及喇叭型蒸发段12，所述喇叭型蒸发段12尾端安装于所述涡流器安装座5内，与所述火焰筒弯管1连通，所述第二级径向叶片11与所述第一级径向叶片10，依次安装于所述喇叭型蒸发段12的首端，并与所述喇叭型蒸发段12内部连通，所述盖板9置于所述第一级径向叶片10上。
26.作为一种优选实施例，所述第一级径向叶片10与所述盖板9之间还设有浮动安装座8，所述浮动安装座8用于装配所述燃油喷嘴7。
27.作为一种优选实施例，所述喇叭型蒸发段12上开设有多个小孔。
28.作为一种优选实施例，所述喇叭型蒸发段12与所述火焰筒头部4的斜切角度为α，所述α为100
°
～170
°
，利用安装的倾斜角度相比于传统的轴向正面布置能够充分延长斜切预混涡流器6的喇叭型蒸发段12的长度l，从而达到更好的降低污染排放的效果。
29.作为一种优选实施例，多个所述斜切预混涡流器6环状分布于所述火焰筒弯管1中心线上。
30.作为一种优选实施例，每个所述斜切预混涡流器6上都安装有所述燃油喷嘴7，能够提高回流燃烧室在小状态时的点火联焰性能，并且在大状态下也能够充分利用回流燃烧室轴向沿程较长的特点，利用“螺旋型”的火焰传播增加油气混合物在火焰筒内的停留时间，已达到充分高效燃烧的目的。
31.作为一种优选实施例，安装于所述火焰筒头部4的涡流器安装座5为浮动结构，便于斜切预混涡流器6插入安装配合。
32.作为一种优选实施例，所述火焰筒弯管1上开设有多个进气孔，增加了火焰筒弯管1中的空气进入途径，空气经径向扩压器2进入燃烧室机匣3与火焰筒弯管1之间的通道，在火焰筒内外压力差的作用下通过开孔进入火焰筒弯管1中，帮助油气混合物充分燃烧。
33.本发明的工作原理是：
34.工作时，空气经径向扩压器2进入燃烧室机匣3与火焰筒弯管1之间的通道，并在火焰筒弯管1内外压力差的作用下空气从头部预混涡流器6及火焰筒弯管1上的开孔进入火焰筒弯管1腔体内，第一级径向叶片10和第二级径向叶片11将通过叶片的空气形成旋流空气，通过两级叶片的旋流空气与工作喷嘴喷出的雾化燃油混合，形成油气混合物，再经过喇叭型蒸发段12的同时，伴随着喇叭型蒸发段12的小孔进气，进一步充分混合及油雾蒸发，斜切的角度α通常为100
°
～170
°
之间，安装的倾斜角度相比于传统的轴向正面布置能够充分延长斜切预混涡流器6的喇叭型蒸发段12的长度l，从而达到更好的降低污染排放的效果，油气混合物在火焰筒弯管1中经点火燃油喷嘴7点火燃烧，油气混合物在火焰筒弯管1内部遇火焰点燃后迅速形成高温燃气并沿火焰筒弯管1排出火焰筒。
35.本说明书中对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。