变几何的燃烧室的制作方法

1.本发明属于主燃烧室调节空气量设备的技术领域，尤其涉及一种变几何的燃烧室。


背景技术：

2.高温升燃烧室和低排放燃烧室低工况稳定性燃烧和高工况高效无冒烟燃烧的矛盾突出，现有的传统燃烧室主要采用分级分区组织燃烧技术，如富油-快速淬熄-贫油、贫油预混预蒸发、多点喷射等组织燃烧技术来平衡低工况稳定性和高工况高效低污染燃烧的矛盾，但这种平衡犹如“跷跷板”，必然牺牲某一方面的性能，而且随着航空发动机油气比的进一步提升，这种传统的组织燃烧技术想要“平衡”已无能为力。
3.为了提高航空发动机、燃气轮机的性能或拓宽其稳定工作裕度，“变几何”的概念已在进气道、压气机、涡轮和尾喷管等部件中得到广泛应用。变几何燃烧室其目的在于通过某种方式，调节燃烧室在不同工况下不同部位的开孔面积，从而改变流量分配，使燃烧室主燃区当量比始终保持在合适的范围内，从而使得燃烧室能在宽广的油气比工作范围内，保持低工况稳定性和高工况高效无冒烟燃烧。变几何燃烧室主要有变头部开孔面积和变火焰筒开孔面积两种形式。
4.专利申请号c201911084676.2提到了一种旋流角可调的变几何径向旋流器，通过在径向旋流器环形壁上设置底轴和在旋流叶片上设置轴孔，轴插入轴孔形成旋转配合，使得叶片能绕轴旋转，每个叶片顶部有轨迹轴，与传动盘的轨迹槽配合，通过传动盘带动所有叶片在轨迹槽内运动，从而实现头部开孔面积的调整。这种方法变几何结构较为复杂，对径向旋流器加工要求较高，且改变径向旋流器叶片角度对旋流数影响较大，不利于组织燃烧，同时，燃烧室总的开孔面积会有较大改变，对涡轮的引气带来影响。
5.专利us7500347b2提到了一种变几何燃烧室，通过径向可移动的阀门控制掺混孔的开闭，通过轴向可移动的锥体控制头部的进气量，这种调节方式掺混孔的开孔面积只有开和闭两种模式，开孔面积突变容易引起燃烧不稳定，且头部和掺混孔是分别控制的，需要独立的驱动机构进行驱动，对结构的复杂性和重量、成本等带来不利影响。
6.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种变几何的燃烧室，解决高温升燃烧室和低污染燃烧室低工况稳定和高工况高效燃烧之间的矛盾，实现头部和火焰筒开孔面积的同步无级连续调节且燃烧室总开孔面积不变，不会对涡轮部件产生影响的技术问题。本案的技术方案有诸多技术有益效果，见下文介绍：
8.提供一种变几何的燃烧室，所述燃烧室包括火焰筒、机匣、燃油系统和头部的旋流器，所述旋流器用于压气机的排出的空气以旋流的方式输送至火焰筒内及稳定燃烧，火焰筒的筒体上预设位置设置进气孔，包括安装在机匣外表面的驱动机构和安装在机匣上的连
杆传动机构，其中：
9.所述驱动机构可做直线往复运动，以带动所述连杆传动机构同时按预设面积遮挡旋流器的进气面积和火焰筒上进气孔的面积，能够调节燃烧室内的空气流量分配。
10.进一步的，所述连杆传动机构能够调节燃烧室内的空气流量分配，致使旋流器增或减的进气量与火焰筒进气孔减或增的进气量一致或相同，确保遮挡的有效面积相同或相当，有效面积即为，流量系数*物理面积。
11.与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：
12.本案的所述驱动机构可做直线往复运动，以带动所述连杆传动机构同时按预设面积遮挡旋流器的进气面积和火焰筒上进气孔的面积，能够调节燃烧室内的空气流量分配。与传统的低污染燃烧室和高温升燃烧室相比，从根本上解决了低污染燃烧室和高温升燃烧室低工况稳定性和高工况高效燃烧之间的矛盾，极大拓宽燃烧室稳定工作包线，降低燃烧室污染物排放。本发明专利结构简单，燃烧室可变面积调节范围大，在燃烧室开孔面积调整过程中，头部旋流器和火焰筒的面积是同步变化的，通过匹配连杆的长度、初始角度等参数，可以保证在调节过程中燃烧室总的有效开孔面积保持不变，不会对涡轮部件产生影响。
附图说明
13.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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为一种变几何燃烧室示意图；
15.图2为驱动连杆机构示意图；
16.图3为执行连杆机构示意图；
17.图4为联动环与旋流器套筒示意图；
18.图5为第二套筒示意图；
19.图6为旋转曲柄a示意图；
20.图7为旋转曲柄连接结构示意图；
21.图8为变几何调节原理示意图；
22.其中，1、机匣；2、燃烧室头部；3、火焰筒；24、径向旋流器；4、主燃孔；5、驱动机构；12a、第一杆；12b、第二杆；13a、第三杆；13b、第四杆；16、第五杆；18、第一套筒；21、第六杆；22、第二套筒。
具体实施方式
23.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。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。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
24.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
25.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
26.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
27.如图1所示的变几何的燃烧室，燃烧室包括火焰筒3、机匣1、燃油系统和头部的旋流器，旋流器用于压气机的排出的空气以旋流的方式输送至火焰筒3内及稳定燃烧，火焰筒3的筒体上预设位置设置进气孔，还包括安装在机匣1外表面的驱动机构5和安装在机匣1上的连杆传动机构，其中：
28.驱动机构5可做直线往复运动，以带动连杆传动机构同时按预设面积遮挡旋流器的进气面积和火焰筒3上进气孔的面积，能够调节燃烧室内的空气流量分配。具体的，连杆传动机构能够调节燃烧室内的空气流量分配，致使旋流器增或减的进气量与火焰筒3进气孔减或增的进气量一致或相同，即为，确保遮挡的有效面积相同或相当，有效面积＝流量系数*物理面积。
29.作为本案所提供的具体实施方式，驱动机构5为液压作动筒，液压作动筒包括直线往复运动的驱动连杆，驱动连杆能够推动连杆传动机构动作，对旋流器上进气口和火焰筒3周向表面上的进气孔同时遮挡。如，旋流器周向开设进气通道或进气口，火焰筒3周向设置进气孔，连杆传动机构包括第一套筒18和第二套筒22，其中：第一套筒18能够遮挡旋流器的进气通道或进气口，第二套筒22能够遮挡火焰筒3上进气孔。
30.作为本案所提供的具体实施方式，连杆传动机构还包括外筒、内筒、安装座和第一连杆组件及第二连杆组件，安装方式如下：
31.第一连杆组件分别与外筒和内筒一端连接，驱动连杆推动第一连杆组件作动，以带动外筒和内筒反向旋转，具体的：
32.第一连杆组件包括传动连杆a(7)、传动连杆b(8)、转动曲柄a(9)、转动曲柄b(10)，内、外筒在竖向方向上(近邻顶端位置)错开设置安装转动曲柄a(9)和转动曲柄b(10)的一端，转动曲柄a(9)和转动曲柄b(10)的另一端通过曲柄对应铰接传动连杆a(7)和传动连杆b
(8)的一端，传动连杆a(7)和传动连杆b(8)的另一端与驱动连杆一端连接，驱动连杆的另一端与驱动机构5连接。外筒与内筒通过轴承转动连接，外筒通过轴承与机匣1转动连接，外筒与内筒的底端伸出机匣1与火焰筒3之间的区域内，如，外筒和内筒是以断开齿啮合的方式转动连接，安装座固定在机匣1外表面上，且外筒和内筒以转动的方式安装在安装座上。驱动连杆的作用下，通过传动连杆a(7)、传动连杆b(8)、转动曲柄a(9)、转动曲柄b(10)传动，从而带动外筒和内筒反向旋转。
33.外筒和内筒的另一端(底端)分别与第二连杆组件连接，第二连杆组件两端分别连接第一套筒18和第二套筒22，外筒和内筒被驱动连杆驱动反向旋转后，分别推动第一套筒18和第二套筒22沿轴向反向运动。
34.带动外筒和内筒反向旋转后，通过第二连杆组件将旋转转换为直线运动，从而推动第一套筒18和第二筒体分别遮挡旋流器和火焰筒3上的进气孔，具体的：
35.第二连杆组件包括第一杆12a、第二杆12b、第三杆13a、第四杆13b、第一从动连杆、第二从动连杆、第五杆16和第六杆21，第一从动连杆包括传动连杆14和传动连杆15，第一从动连杆包括传动连杆19和传动连杆20，其中：
36.第一杆12a和第二杆12b与内筒以预设角度固定连接，第三杆13a和第四杆13b与外筒以预设角度固定连接，或，第一杆12a和第二杆12b与内筒一体式固定连接第三杆13a和第四杆13b与外筒一体式固定连接；
37.第一从动连杆与第一杆12a和第三杆13a对称铰接设置，其一端与第五杆16连接，通过第五杆16推动第一套筒18移动以部分或全部遮挡旋流器的近气通道或进气口；
38.第二从动连杆与第二杆12b和第四杆13b对称铰接设置，其一端与第六杆21连接，通过第六杆21推动第二套筒22移动以部分或全部遮挡火焰筒3上预设位置的进气口；
39.驱动连杆通过驱动第一套筒18和第二套筒22分别对旋流器和火焰筒3上进气口的部分或全部遮挡，实现燃烧室开孔面积变几何调节，实现空气流量的调节分配。
40.作为本案所提供的具体实施方式，第五杆16通过联动环与第一套筒18连接。
41.第一杆12a和第三杆13a与轴向夹角、长度相同。第二杆12b和第四杆13b的长度相同与轴向夹角相同。即为，通过转动量的不同，调节第五杆16和第六杆21的推进位移，从而调整遮挡面积。
42.进一步的，第一杆12a的长度与第二杆12b的长度相同或不相同，以确保遮挡旋流器或火焰筒3的有效面积相同。
43.实施例，参见图1-图8
44.主要由燃烧室本体和变几何调节机构组成。燃烧室本体包括机匣1、燃烧室头部2、火焰筒3、主燃孔4、径向旋流器24等，燃烧室本体头部最外侧一级旋流器为径向旋流器，火焰筒外环主燃孔为矩形加两个半圆形或类似结构。变几何调节机构主要包括驱动机构和执行机构两部分，变几何调节机构共有2组，对称布置。
45.进一步的，驱动机构由作动筒5、驱动连杆6、传动连杆a7、传动连杆b8、转动曲柄a9、转动曲柄b10等组成。作动筒5通过安装座与机匣固定连接。传动连杆a7、传动连杆b8与转动曲柄a9和转动曲柄b10的连杆组成菱形的驱动连杆机构，如图2所示。其中传动连杆a7、传动连杆b8一端与驱动连杆6在a点通过销钉连接，传动连杆a7、传动连杆b8可以绕销钉共轴转动，同时连接点a可沿菱形对角线ac作直线运动，传动连杆a7另一端与转动曲柄a9的连
杆在b点通过销钉连接，两者可以绕销钉转动，传动连杆b8另一端与转动曲柄b10的连杆在d点通过销钉连接，两者可以绕销钉转动，转动曲柄a9和转动曲柄b10在c点同轴装配在一起，可以绕轴线转动，两者之间设有耐磨的高温自润滑衬套23。
46.进一步的，执行机构由内筒12、外筒13、传动连杆c14、传动连杆d15、径向旋流器传动杆16、联动环17、第一套筒18、传动连杆e19、传动连杆f20、火焰筒传动杆21、第二套筒22等组成，如图3所示。内筒12和外筒13共轴套在一起，两者之间设有高温自润滑耐磨衬套23。转动曲柄上均设置有类似齿口的凸台，如图6所示，其中内筒12与转动曲柄a9通过凸台配合连接，两者同步转动，外筒13和转动曲柄b10通过凸台配合连接，两者同步转动。转动曲柄a9与内筒12、转动曲柄b10与外筒13分别同轴装配后，通过安装座11固定在机匣上，如图7所示。
47.进一步的，内筒连杆a12-a、外筒连杆a13-a、传动连杆c14和传动连杆d15组成菱形的旋流器执行连杆机构efgh，其中内筒连杆a12-a与传动连杆c14在f点通过销钉连接，外筒连杆a13-a与传动连杆d15在h点通过销钉连接，传动连杆c14、传动连杆d15与径向旋流器传动杆16在g点通过销钉连接。旋流器传动杆16与联动环17通过螺栓连接。联动环上设置有安装槽，第一套筒18的连杆插入安装槽内，通过自锁螺母连接。
48.进一步的，内筒连杆b12-b、外筒连杆b13-b、传动连杆e19和传动连杆f20组成菱形火焰筒执行连杆机构eijk，其中内筒连杆b12-b与传动连杆f20在i点通过销钉连接，外筒连杆b13-b与传动连杆e19在k点通过销钉连接，传动连杆e19、传动连杆f20与火焰筒传动杆21在j点通过销钉连接。火焰筒传动杆21与第二套筒22焊接在一起。
49.进一步的，燃烧室作变几何调节时，调节原理如图8所示。当作动筒5作直线运动，使得驱动连杆a点运动到a'点，产生轴向位移δx1，同时使得驱动转动曲柄a9逆时针旋转、转动曲柄b10顺时针旋转。转动曲柄a9带动内筒12逆时针转动，转动曲柄b10带动动外筒13顺时针转动。内筒12和外筒13通过自身的旋转同时带动内筒连杆a12-a、外筒连杆a13-a、传动连杆c14、传动连杆d15组成菱形的旋流器执行连杆机构efgh和内筒连杆b12-b、外筒连杆b13-b、传动连杆e19、传动连杆f20组成菱形火焰筒执行连杆机构eijk作直线运动。使得g点运动到g'点，产生轴向位移δx2，所有第一套筒18在联动环17的带动下产生轴向位移δx2，调整第一套筒18对径向旋流器24进口面积的遮盖，实现对头部径向旋流器进口面积的调节。同时，j点运动到j'点，产生轴向位移δx3，第二套筒22同步产生轴向位移δx3，调整遮蔽主燃孔的面积。在燃烧室开孔面积调整过程中，头部旋流器和火焰筒的面积是同步变化的，通过匹配连杆的长度l1、l2、l3、初始角度θ、α、β等参数，保证在调节过程中燃烧室总的开孔面积保持不变。
50.以上对本发明所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明创造原理的前提下，还可以对发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入发明权利要求的保护范围。