一种可调节主燃孔、掺混孔的可视化三头部燃烧室结构的制作方法

1.本实用新型涉及航空发动机燃烧室技术领域，主要涉及一种可调节主燃孔、掺混孔的可视化三头部燃烧室结构。


背景技术：

2.燃烧室的主燃区作为油气掺混和燃油燃烧的主要区域，其流场的特征和燃烧特性将直接影响主燃烧室的综合性能，而航空发动机主燃烧室中的大孔二次孔(主燃孔、掺混孔)射流空气对于燃烧室内形成低速燃烧区域，增强油气掺混、控制燃烧强度，获得良好燃烧性能具有重要的作用，主燃孔射流一部分流入轴向回流区内，强化轴向回流，同时限制了回流区的轴向长度，一部分向下游流动，进入中间区或掺混区，掺混孔射流对主燃烧室出口温度场具有调节作用，主燃孔、掺混孔对燃烧室影响规律研究已成为主燃烧室工程设计上所关注的重点问题。
3.随着目前对燃气轮机燃烧室性能要求越来越高，燃气轮机朝着高温高压方向发展，涡轮前进口温度也随之变高。但是，由于受到材料的耐热性和抗疲劳性的限制，温升的不断提高，燃烧室出口将会出现局部热点/高温热斑，直接导致涡轮导向器烧蚀，通常情况下，该烧蚀现象一般是规律性的重复性的集中出现在某一半径处。而燃烧室的出口温度分布主要是火焰筒上的主燃孔以及掺混孔通过调节射流掺混决定的。
4.传统的燃烧室火焰筒结构常常为一体化设计，在某些特定工况下，燃烧室会出现燃烧性能降低等情况，从燃烧室结构的角度来说，就需要通过改变主燃孔、掺混孔等结构进行进一步的优化设计，但结构一旦确定就难以再次更改，重新加工试验件时间周期变长、经费耗资变大等一系列问题。


技术实现要素：

5.针对上述背景技术中存在的问题，本实用新型提供了一种可调节主燃孔、掺混孔的可视化三头部燃烧室结构，与传统的单个独立整套的主燃孔和掺混孔结构相比，进气机匣、火焰筒主体和排气机匣都为单个部件，可拆换。通过拆换搭配主燃孔以及掺混孔结构，得到周向均匀的射流，避免了高温热斑的形成，达到增强冷空气与高温主流的掺混效果。
6.技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
7.一种可调节主燃孔、掺混孔的可视化三头部燃烧室结构，包括依次连接的进气机匣、火焰筒主体和排气机匣；
8.所述进气机匣与火焰筒主体连接面设有头部平板，头部平板上位于进气机匣一侧设有若干组喷嘴
‑
旋流器结构；
9.所述火焰筒主体包括火焰筒，所述火焰筒上端沿进气方向依次与上主燃孔进气机匣和上掺混孔进气机匣连接；其中火焰筒与上主燃孔进气机匣连接口设有上主燃孔板，火焰筒与上掺混孔进气机匣连接口设有上掺混孔板；所述火焰筒下端沿进气方向依次与下主燃孔进气机匣和下掺混孔进气机匣连接；其中火焰筒与下主燃孔进气机匣连接口设有下主
燃孔板，火焰筒与下掺混孔进气机匣连接口设有下掺混孔板；所述上掺混孔板和下掺混孔板靠近火焰筒一侧覆盖有可移动的掺混孔密封板；
10.所述排气机匣包括出气机匣，所述出气机匣沿气流流出方向端部设置有观察窗口；所述观察窗口包括后壁玻璃；所述后壁玻璃通过后壁玻璃密封盖固定于出气机匣端部；所述出气机匣侧面设置有若干吹气槽，相对一侧设置有侧壁排气段。
11.进一步地，所述进气机匣和火焰筒主体，火焰筒主体和排气机匣接口处分别采用法兰连接固定，所述法兰连接之间分别设有垫片。
12.进一步地，所述火焰筒主体侧壁设有侧壁玻璃，由侧壁玻璃密封盖固定。
13.进一步地，所述掺混孔密封板与上掺混孔板和下掺混孔板之间均涂抹有密封胶。
14.有益效果：
15.(1)、进气机匣设计为可拆换结构，其他结构保持不变，可以通过旋流器安装孔之间间距的改变实现头部间距比的变化，避免了多套燃烧室模型试验件的一体加工，各个结构的气密性得到了保证，能够大大缩短加工周期和节约经济成本。
16.(2)、通过合理的拆换搭配主燃孔以及掺混孔结构，得到周向均匀的射流，避免了高温热斑的形成，达到增强冷空气与高温主流的掺混效果。
17.(3)、本实用新型提供的燃烧室结构在火焰筒侧壁和排气机匣端部均设有观察玻璃窗，可以利用先进光学诊断设备，开展多头部燃烧室流场特性以及点火时火核形成、发展、稳定以及多头部间火焰传播的动态特性研究。
附图说明
18.图1是本实用新型提供的可视化三头部燃烧室结构图；
19.图2是本实用新型提供的进气机匣结构示意图；
20.图3是本实用新型提供的火焰筒主体结构半剖图；
21.图4是本实用新型提供的火焰筒主体整体结构示意图；
22.图5是本实用新型提供的排气机匣结构示意图。
23.附图标记说明：
[0024]1‑
进气机匣；2
‑
法兰；3
‑
垫片；4
‑
垫片；5
‑
法兰；6
‑
喷嘴；7
‑
旋流器；8
‑
头部平板；9
‑
火焰筒；10
‑
法兰；11
‑
上主燃孔进气机匣；12
‑
上掺混孔进气机匣；13
‑
垫片；14
‑
法兰；15
‑
下掺混孔进气机匣；16
‑
下主燃孔进气机匣；17
‑
下主燃孔板；18
‑
上主燃孔板；19
‑
掺混孔密封板；20
‑
下掺混孔板；21
‑
上掺混孔板；22
‑
侧壁玻璃；23
‑
侧壁玻璃密封盖；24
‑
吹气槽；25
‑
法兰；26
‑
侧壁排气段；27
‑
后壁玻璃密封盖；28
‑
后壁玻璃；29
‑
法兰；30
‑
出气机匣。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
[0026]
如图1所示的一种可调节主燃孔、掺混孔的可视化三头部燃烧室结构，包括依次连接的进气机匣1、火焰筒主体和排气机匣。其中进气机匣1、火焰筒主体和排气机匣各自一体加工成型，分别通过法兰连接，且用螺栓连接固定四周。
[0027]
进气机匣1与火焰筒9连接面设有头部平板8，头部平板8上位于进气机匣一侧设有若干组喷嘴
‑
旋流器结构。通过预先设置喷嘴6和旋流器7的位置和个数，可以实现按要求改
变头部间距比。
[0028]
火焰筒9上端沿进气方向依次与上主燃孔进气机匣11和上掺混孔进气机匣12连接。其中火焰筒9与上主燃孔进气机匣11连接口设有上主燃孔板18，火焰筒9与上掺混孔进气机匣12连接口设有上掺混孔板21。火焰筒9下端沿进气方向依次与下主燃孔进气机匣16和下掺混孔进气机匣15连接。其中火焰筒9与下主燃孔进气机匣16连接口设有下主燃孔板17，火焰筒9与下掺混孔进气机匣15连接口设有下掺混孔板20。上掺混孔板21和下掺混孔板20靠近火焰筒一侧覆盖有可移动的掺混孔密封板19。掺混孔密封板19与上掺混孔板21和下掺混孔板20之间均涂抹有密封胶，用于调节掺混孔进气气量。火焰筒9侧壁还设有用于观察的侧壁玻璃22，通过侧壁玻璃密封盖23固定在火焰筒9侧面。
[0029]
在本实施例中，火焰筒燃烧室的进气采用分区单独进气的方式，上下主燃孔进气机匣和上下掺混孔进气机匣均采用法兰连接固定于火焰筒9的上下端面，保证了各部分空气流量的单独控制。
[0030]
排气机匣包括出气机匣30。出气机匣30沿气流流出方向端部密封，且设置有观察窗口。观察窗口包括后壁玻璃28，通过后壁玻璃密封盖27固定于出气机匣端部。为了防止示踪粒子以及燃烧后的尾气对后观察窗口造成污染，进而影响光学拍摄的质量，采用在排气通道对侧开吹气槽的方式，利用吹气槽引入的高速气流截断燃油、尾气及示踪粒子，保证观察窗玻璃清晰可见。由于端部安装了玻璃，燃烧尾气则通过侧壁排气段排出。出气机匣30侧面设置有若干吹气槽24，相对一侧设置有侧壁排气段26。
[0031]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。