一种采用轴向分级燃烧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轴向分级燃烧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.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.有鉴于此，本发明提供一种采用轴向分级燃烧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.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种采用轴向分级燃烧的低排放回流燃烧室，包括：燃烧室机匣、火焰筒弯管、火焰筒头部、点火燃油喷嘴、预混涡流器和工作燃油喷嘴；所述火焰筒弯管固定安装在所述燃烧室机匣中，所述火焰筒头部安装在所述火焰筒弯管的首端，所述预混涡流器尾端连接所述火焰筒头部，所述工作燃油喷嘴穿过所述燃烧室机匣，与所述预混涡流器首端连接，所述点火燃油喷嘴穿过所述燃烧室机匣伸入到所述火焰筒弯管中。
8.进一步地，所述预混涡流器包括盖板、第一级径向叶片、第二级径向叶片和喇叭型蒸发段，所述喇叭型蒸发段尾端插入到所述火焰筒头部，与所述火焰筒弯管连通，所述第一级径向叶片安装在所述喇叭型蒸发段的首端，所述第二级径向叶片安装在所述第一级径向
叶片上，所述第一级径向叶片、第二级径向叶片和喇叭型蒸发段内部连通，所述盖板安装在所述第二级径向叶片上。
9.进一步地，多个预混涡流器环状分布在所述火焰筒弯管侧壁上。
10.进一步地，还包括径向扩压器，所述径向扩压器安装在所述燃烧室机匣的尾端环状边缘上。
11.进一步地，还包括联焰喷嘴，所述联焰喷嘴穿过所述燃烧室机匣伸入到所述火焰筒弯管中。
12.进一步地，多个所述联焰喷嘴环状分布在所述火焰筒弯管上。
13.进一步地，所述预混涡流器还包括浮动安装座，所述浮动安装座安装在所述盖板上，与所述工作燃油喷嘴连接。
14.进一步地，所述火焰筒弯管上设有多个开孔。
15.进一步地，所述喇叭型蒸发段上设有多个开孔。
16.本发明的有益效果在于：
17.本发明在回流燃烧室上采用轴向分级的结构方案，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为轴向分级燃烧低排放回流燃烧室的结构剖视图。
20.图2为点火喷嘴与联焰喷嘴的周向分布示意图。
21.图3为预混涡流器的结构和工作原理示意图。
22.图4为预混涡流器一级径向叶片结构示意图。
23.其中，图中：
24.1-火焰筒弯管、2-径向扩压器、3-点火燃油喷嘴、4-燃烧室机匣、5-火焰筒头部、6-预混涡流器、7-工作燃油喷嘴、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
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.参照附图1-4所示，一种采用轴向分级燃烧的低排放回流燃烧室，包括：燃烧室机
匣4、火焰筒弯管1、火焰筒头部5、点火燃油喷嘴3、预混涡流器6和工作燃油喷嘴7；火焰筒弯管1整体位于燃烧室机匣4中，其尾端固定安装在燃烧室机匣4上，并与外界连通，火焰筒头部5安装在火焰筒弯管1的首端，油气混合物在火焰筒弯管1和火焰筒头部5组成的空间中进行充分燃烧；预混涡流器6尾端连接火焰筒头部5，工作燃油喷嘴7穿过燃烧室机匣4，与预混涡流器6首端连接，煤油在预混涡流器6中与空气充分混合，然后进入火焰筒弯管1中；点火燃油喷嘴3穿过燃烧室机匣4伸入到火焰筒弯管1中，点火燃油喷嘴3对油气混合物进行点火，使之充分燃烧。采用轴向分级燃烧的低排放回流燃烧室还包括径向扩压器2，径向扩压器2安装在燃烧室机匣4的尾端环状边缘上，空气经径向扩压器2进入燃烧室机匣4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进入头部预混涡流器6与工作燃油喷嘴7喷出的雾化燃油混合，最终进入到火焰筒弯管1中；采用轴向分级燃烧的低排放回流燃烧室还包括径向扩压器2，联焰喷嘴穿过燃烧室机匣4伸入到火焰筒弯管1中，多个联焰喷嘴环状分布在火焰筒弯管1上，点火燃油喷嘴3与联焰喷嘴共同点燃火焰筒弯管1中的油气混合物，可以使油气混合物充分的燃烧。
27.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和喇叭型蒸发段12，喇叭型蒸发段12尾端插入到火焰筒头部5，与火焰筒弯管1连通，煤油和空气在喇叭型蒸发段12中充分混合然后进入到火焰筒弯管1中；第一级径向叶片10安装在喇叭型蒸发段12的首端，第二级径向叶片11安装在第一级径向叶片10上，第一级径向叶片10、第二级径向叶片11和喇叭型蒸发段12内部连通，盖板9安装在第二级径向叶片11上；空气在通过第一级径向叶片10和第二级径向叶片11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，然后在喇叭型蒸发段12中进一步油气混合。多个预混涡流器6环状分布在火焰筒弯管1侧壁上，能够向火焰筒弯管1中提供充足的油气混合物。预混涡流器6还包括浮动安装座8，浮动安装座8安装在盖板9上，与工作燃油喷嘴7连接，环状分布的多个预混涡流器6均要与工作燃油喷嘴7连接，浮动安装座8可方便工作燃油喷嘴7与预混涡流器6安装。防止出现过定位，出现难以安装的情况。
28.火焰筒弯管1与喇叭型蒸发段12上均设置了很多开孔，增加了火焰筒弯管1中的空气进入途径，油气混合物经过预混涡流器6后端的喇叭型蒸发段12同时伴随着蒸发段的小孔进气进一步混合充分及油雾蒸发；空气经径向扩压器2进入燃烧室机匣4与火焰筒之间的通道，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。
29.实施例
30.工作时，空气经径向扩压器2进入燃烧室机匣4与火焰筒之间的通道，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，在第一级径向叶片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同时伴随着喇叭型蒸发段12的小孔进气进一步混合充分及油雾蒸发，从而形成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3以及沿火焰筒弯管1圆周方向布置的若干(通常4～8)个联焰喷嘴的点火燃烧，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排出火焰筒弯管1。
31.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他
实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。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。
32.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。对这些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这些实施例，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。