專利名稱：雙渦燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙渦燃燒室，屬于發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
燃燒室是發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要組成部分，燃料在此燃燒，使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。好的燃 燒室應(yīng)具有點(diǎn)火性能好，溫度分布均勻，流阻損失小，排氣污染少和結(jié)構(gòu)緊湊等基本特 征。
傳統(tǒng)的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室頭部主要釆用旋流器與噴嘴的組合配置?？諝馔ㄟ^旋流器后 產(chǎn)生一回流區(qū)，高溫的燃燒產(chǎn)物在回流區(qū)的作用下流向前端，點(diǎn)燃新鮮的燃料與空氣的
混合物，回流區(qū)起到了穩(wěn)定的點(diǎn)火源的作用。駐渦燃燒室(Trapped vortex combustor 簡稱TVC)，它擯棄了過去40年的傳統(tǒng)燃燒室設(shè)計(jì)。它主要由兩部分組成，即預(yù)燃室 和主燃室。預(yù)燃室用來穩(wěn)焰，主燃燒室用來提供動(dòng)力。預(yù)燃燒室由凹腔提供穩(wěn)定火焰所 必需的回流區(qū)，燃料與空氣以一定的方式注入凹腔內(nèi)，達(dá)到改善燃料濃度場和加強(qiáng)渦的 強(qiáng)度的作用。典型的旋流穩(wěn)焰燃燒器布置在其進(jìn)口處的旋流器產(chǎn)生主回流區(qū)。這個(gè)區(qū)域 傳送部分熱的燃燒產(chǎn)物于射入燃燒器的空氣燃料混合，形成連續(xù)的點(diǎn)火源和穩(wěn)定的火焰。 這個(gè)回流區(qū)也會(huì)使得整個(gè)燃燒器的燃燒變得穩(wěn)定。如果燃燒器的進(jìn)口流速增大，這個(gè)主 回流區(qū)就會(huì)變得不穩(wěn)定，這將對火焰的穩(wěn)定和燃燒效率造成不利的影響。同時(shí)，隨著世 界各國對航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染關(guān)注的增強(qiáng)，傳統(tǒng)的燃燒室也面臨著污染環(huán)境的難題。
國外的TVC相關(guān)研究表明，TVC全被應(yīng)用為航空發(fā)動(dòng)機(jī)或排放要求較高的地面燃?xì)?輪機(jī)的主燃燒室。其主要特征為在環(huán)形形式的TVC中，分為內(nèi)涵和外涵。燃燒室入口采 用擴(kuò)壓器，擴(kuò)壓器包括一個(gè)或者幾個(gè)環(huán)形斜面，其作用是把射入的空氣分成不同的導(dǎo)向， 進(jìn)入擴(kuò)壓器流道。主流區(qū)的燃料噴嘴放置在擴(kuò)壓器的出口 ，在主燃室前方進(jìn)口有一塊和 凹腔前方相同的支板，支板沿周向開有許多通道，這些通道用于將燃燒產(chǎn)物疏運(yùn)到凹腔 外。支板后面的凹腔回流區(qū)就像在加力燃燒室內(nèi)的火焰穩(wěn)定器。在凹腔內(nèi)部的空氣和燃 料的快逨混合有助于提供燃燒速度，這種結(jié)構(gòu)還可以在不用噴射裝置的情況下，形成使 得排除氣體形成合理的溫度場。同時(shí)在凹腔后體還有空氣與燃油噴入，相關(guān)資料表明， 國內(nèi)外現(xiàn)有TVC的供油裝置均采用旋流噴嘴或者空氣霧化噴嘴。
公開號(hào)CN1858498中介紹了一種切向駐渦燃燒室，其說明書中明確的介紹了駐渦燃燒室的結(jié)構(gòu)，利用切向旋流產(chǎn)生的高離心加速度加強(qiáng)兩相液霧燃燒。在公開號(hào)CN1467407A 中介紹了一種氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室筒組件，在預(yù)混合器內(nèi)油氣預(yù)先混和，然后供入主流， 噴入到燃燒室內(nèi)進(jìn)行燃燒；利用分級(jí)燃燒的原理降低其NOx排放。在申請?zhí)?791148,申 請日Aug，l 1,1998, LINER OF A GAS TURBINE ENGINE COMBUSTOR HAVING TRAPPED VORTEX CAVITY (應(yīng)用駐渦凹腔的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室)中介紹了駐渦燃燒室應(yīng)用 于航空發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室的設(shè)計(jì)，其說明書中明確介紹了該燃燒室的結(jié)構(gòu)，主流采用三通道擴(kuò) 壓器結(jié)合噴油桿結(jié)構(gòu)，由擴(kuò)壓器支板負(fù)責(zé)高溫燃?xì)馀c主流的混合，.凹腔供油采用氣孔包圍油 孔的結(jié)構(gòu)。公開號(hào)CN101070961A中介紹了一種單駐渦燃燒室，其說明書中明確介紹了燃 燒室的結(jié)構(gòu)，在凹腔前后壁開進(jìn)氣孔和在其上釆用擋板結(jié)構(gòu)，對進(jìn)入凹腔的氣流進(jìn)行導(dǎo)向， 形成單駐渦結(jié)構(gòu)。
上述燃燒室中，公開號(hào)CN 1858498中介紹的切向駐渦燃燒室，采用離心噴嘴或者氣動(dòng) 霧化噴嘴，形成的周向漩渦與凹腔內(nèi)的駐渦相互影響。在公開號(hào)CN1467407A中介紹的一 種氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室筒組件，采取燃料與空氣預(yù)混氣；主流沒采取擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)， 一定程 度限制主流流速，采取花瓣式支板結(jié)構(gòu)，增加了重量。在申請?zhí)?791148,申請日 Aug, 11， 1998, LINER OF A GAS TURBINE ENGINE COMBUSTOR HAVING TRAPPED VORTEX CAVITY (應(yīng)用駐渦凹腔的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室)中介紹的駐渦燃燒室應(yīng)用 于航空發(fā)動(dòng)機(jī)主燃燒室的設(shè)計(jì)中，主流采取噴油桿供油，重量較大；采用支板擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)， 重量較大；凹腔供油與進(jìn)氣孔，環(huán)繞結(jié)構(gòu)，對駐渦的形成不利。公開號(hào)CN101070961A 中介紹的單渦燃燒室，凹腔上采用擋板結(jié)構(gòu)，增加了重量；凹腔內(nèi)形成的單渦結(jié)構(gòu)，使得燃 料濃度場分布不夠均勻，其在凹腔內(nèi)燃燒的停留時(shí)間不夠長，在一定程度上限制了燃燒性能 的進(jìn)一步提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種新型的貧油的雙駐渦燃燒室,在省略了主流供油和用于摻混的支板 以及凹腔上的氣流擋板結(jié)構(gòu)后，有效地降低了駐渦燃燒室重量；在凹腔釆用蒸發(fā)管作為 供油裝置，實(shí)現(xiàn)了燃燒效率的提高；在凹腔前后壁上開適當(dāng)?shù)倪M(jìn)氣孔和進(jìn)氣槽進(jìn)氣，在 腔內(nèi)形成雙駐渦結(jié)構(gòu)。從而實(shí)現(xiàn)TVC應(yīng)用范圍的拓寬。
所述的雙渦燃燒室適用在高速、高溫進(jìn)口氣流條件下工作。利用高速進(jìn)口氣流滯止產(chǎn) 生的壓力，使得冷卻氣流通過外火焰筒的氣膜冷卻進(jìn)氣孔和發(fā)散冷卻孔進(jìn)入到火焰筒內(nèi)， 起到冷卻的作用；利用凹腔的穩(wěn)焰作用，使得燃燒室在高速氣流下的點(diǎn)火、貧油熄火邊 界拓寬。雙渦燃燒室的凹腔后壁中部進(jìn)氣會(huì)使得凹腔內(nèi)形成雙渦結(jié)構(gòu)，位于凹腔底部的 渦主要起穩(wěn)定火焰的作用，可以看作是個(gè)固定點(diǎn)火源；凹腔靠著主流氣流位置處的二次渦的作用是使得主流空氣和頂部的熱燃?xì)飧玫膿交?，提高燃燒性能?br> 本發(fā)明是一種雙渦燃燒室，采用全環(huán)型火焰筒結(jié)構(gòu)，包括殼體、內(nèi)層火焰筒、外層
火焰筒，所述外層火焰筒的外壁與所述売體的內(nèi)壁組成燃燒室的冷卻腔通道；所述外層 火焰筒的內(nèi)壁與所述內(nèi)層火焰筒的外壁組成燃燒室的燃燒通道；所述殼體周向均勻布置 噴油管和點(diǎn)火座，噴油管的噴口插入到蒸發(fā)管進(jìn)氣口的內(nèi)部。
所述外層火焰筒為一體成型件，外層火焰筒基體由第一段、第二段、第三段、第四段 組成；第一段是采取等壓力梯度設(shè)計(jì)的擴(kuò)壓段，第二段的凹腔前壁邊緣處周向均勻布置 兩排前進(jìn)氣孔，兩排前進(jìn)氣孔周向角度相差1.5° ,蒸發(fā)管沿凹腔周向方向均勻布置并 貼近凹腔前壁的內(nèi)側(cè)面伸入到凹腔內(nèi)，凹腔后壁二分之一高度處周向均勻布置的后進(jìn)氣 槽；第三段是出口轉(zhuǎn)角段，周向均勻布置氣膜冷卻進(jìn)氣孔，并且在其內(nèi)側(cè)位置周向布置 氣膜冷卻進(jìn)氣孔擋板，所述的氣膜冷卻進(jìn)氣孔擋板與氣膜冷卻進(jìn)氣孔相對；第四段是出 口段，采用擴(kuò)張形式，擴(kuò)張角度與水平方向成20°夾角，周向均勻開有兩排摻混孔和三 排發(fā)散冷卻孔，兩排摻混孔周向角度相差4.5° ,三排發(fā)散冷卻孔周向角度相差1.5° 。
所述外層火焰筒的凹腔前進(jìn)氣孔和后進(jìn)氣槽，氣體從凹腔前壁的兩排前進(jìn)氣孔進(jìn)入到 凹腔內(nèi)順著凹腔底部橫向流動(dòng)直到凹腔后壁改變流動(dòng)方向；氣體從凹腔后壁中部位置處 的后進(jìn)氣槽橫向反方向吹入到凹腔內(nèi)； 一部分主流氣體流經(jīng)凹腔時(shí)被巻吸進(jìn)入凹腔；三 股氣體的共同作用，互相影響，會(huì)在凹腔內(nèi)形成上下各一個(gè)漩渦流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)"雙渦"結(jié) 構(gòu)。
所述外層火焰筒基體第四段的外層火焰筒出口邊緣外側(cè)部分與殼體邊緣處內(nèi)側(cè)閉合， 組成冷卻腔通道的末端，利用高速氣流流入冷卻腔通道滯止后產(chǎn)生的壓力，從前進(jìn)氣孔、 后進(jìn)氣槽、摻混孔、氣膜冷卻進(jìn)氣孔和發(fā)散冷卻孔分別流入凹腔內(nèi)部和燃燒通道。
所述噴油管和蒸發(fā)管組成供油組件，蒸發(fā)管被周向均勻布置在外層火焰筒和殼體之間。
所述的蒸發(fā)管釆用分支結(jié)構(gòu)，由單支進(jìn)口分成沿周向的四支出口，蒸發(fā)管進(jìn)氣口為喇 叭口形狀，其中沿周向方向伸展的管段兩側(cè)有兩支蒸發(fā)管出口，外壁面開兩個(gè)蒸發(fā)管外 壁面出口孔。
所述的蒸發(fā)管沿凹腔周向方向均勻布置并貼近凹腔前壁的內(nèi)側(cè)面伸入到凹腔內(nèi)，伸入 長度使得蒸發(fā)管外壁面出口孔與凹腔前壁的第二排前進(jìn)氣孔處于同一水平線上。 本發(fā)明雙渦燃燒室，采用貧油燃燒，主流沒有供油。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)具有比常規(guī)軸向燃燒室更適合于高速進(jìn)口氣流條件下的燃燒組織形式，從技術(shù)上省略了復(fù)雜的冷卻氣流路，減少了氣動(dòng)損失，并且凹腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，降低結(jié)構(gòu)的
復(fù)雜性和整個(gè)燃燒室的重量；
(2) 供油裝置采用噴油管與蒸發(fā)管相結(jié)合的方式，噴油管插入到蒸發(fā)管內(nèi)，所需 體積小，結(jié)構(gòu)簡單，同時(shí)燃油能準(zhǔn)確噴入蒸發(fā)管內(nèi)，整個(gè)蒸發(fā)管置于氣溫較高的氣流中， 有助于燃油的蒸發(fā)和霧化，提高了燃油在整個(gè)燃燒室中的燃燒效率；
(3) 凹腔出口段設(shè)有氣膜冷卻進(jìn)氣孔、摻混孔和發(fā)散冷卻孔相間的結(jié)構(gòu)，從氣膜 冷卻進(jìn)氣孔，摻混孔和發(fā)散冷卻孔進(jìn)入的氣體與從冷卻腔通道流入燃燒通道，形成一層 覆蓋出口段的氣膜，提髙了火焰筒的壽命及改善了燃燒室出口溫度分布。
(4) 凹腔內(nèi)形成的雙渦結(jié)構(gòu)，改善了燃油濃度場分布，實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，增大了燃
油燃燒的停留時(shí)間，降低了污染物的排放，尤其抑制了氮氧化物NOx的產(chǎn)生。
(5) 雙渦燃燒室中凹腔內(nèi)靠近凹腔底部的渦區(qū)燃燒產(chǎn)考的燃?xì)夂涂拷髁鳉饬魑?置的渦區(qū)燃燒產(chǎn)生的燃?xì)鈺?huì)進(jìn)一步摻混，使得駐渦燃燒室的出口溫度更加均勻。


圖i為本發(fā)明的雙渦燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的外層火焰筒的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的雙渦燃燒室軸向剖視結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明的供油組件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的供油組件的左剖視結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明實(shí)施例凹腔內(nèi)部軸向速度等值線；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例凹腔內(nèi)部軸向流場圖。
圖中
l-売體 2-外層火焰筒 3-內(nèi)層火焰筒 4-噴油管
5-冷卻腔通道 6-燃燒通道 7-供油組件 8-點(diǎn)火座
201-外層火焰筒基體 202-蒸發(fā)管 203-摻混孔
204-發(fā)散冷卻205-氣膜冷卻進(jìn)氣孔 206-后進(jìn)氣槽
孔
207-氣膜冷卻進(jìn)氣孔擋板
209-外層火焰筒基體的第二段
211-外層火焰筒基體的第四段
214-蒸發(fā)管進(jìn)氣口
216-蒸發(fā)管外壁面出口孔
208-外層火焰筒基體的第一段 210-外層火焰筒基體的第三段 212-凹腔 213-前進(jìn)氣孔 215-蒸發(fā)管出口 401-噴口
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明是一種雙渦燃燒室，如圖1所示，包括殼體1、外層火焰筒2和內(nèi)層火焰筒3。 殼體1周向均勻布置五個(gè)點(diǎn)火座8和十個(gè)噴油管4。
如圖2所示，外層火焰筒基體201共分為四段，即外層火焰筒基體的第一段208、 外層火焰筒基體的第三段209、外層火焰筒基體的第三段210、外層火焰筒基體的第四 段211。
如圖2及圖3所示，內(nèi)層火焰筒3的外壁與外層火焰筒2的內(nèi)壁形成用于油氣混合 物在高溫高速氣流中燃燒的燃燒通道6。外層火焰筒2的外壁與売體1內(nèi)壁形成冷卻腔 通道5,利用高速氣流流入滯止后產(chǎn)生的壓力，使進(jìn)入冷卻腔通道5的氣流的一部分氣 量通過外層火焰筒2的凹腔212的前進(jìn)氣孔213和后進(jìn)氣槽206進(jìn)入到凹腔212內(nèi)參 與燃燒，其余的氣量從出口段的氣膜冷卻進(jìn)氣孔205,摻混孔203及發(fā)散冷卻孔204 進(jìn)入到燃燒通道6進(jìn)行摻混和冷卻壁面。與公開號(hào)CN1467407A中介紹的一種氣體渦 輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室筒組件主流沒采取擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)不同，本發(fā)明的燃燒通道6進(jìn)口采用擴(kuò)壓 段，當(dāng)量擴(kuò)壓角為14° ;燃燒通道6出口釆取擴(kuò)張通道，擴(kuò)張通道與水平方向成20。 夾角。在殼體1沿周向均勻安裝有十個(gè)噴油管4,在相鄰兩個(gè)噴油管4中間，與噴油管 4相距22.5°軸向位置沿周向均勻安裝五個(gè)點(diǎn)火座8，為駐渦燃燒室外的點(diǎn)火嘴設(shè)備點(diǎn) 火所準(zhǔn)備。與公開號(hào)CN1467407A中介紹的一種氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室筒組件主流采取燃 料與空氣預(yù)混氣和與申請?zhí)?791148,申請日Aug，ll，1998,LINEROFA GAS TURBINE ENGINE COMBUSTOR HAVING TRAPPED VORTEX CAVITY (應(yīng)用駐渦凹腔的燃?xì)廨?機(jī)燃燒室)中介紹的駐渦燃燒室主流采取噴油桿供油不同，本發(fā)明采用供油組件7供油，如 圖4所示，供油組件7由噴油管4和蒸發(fā)管202組成。與公開號(hào)CN101070961A中 介紹的單駐渦燃燒室的供油組件不同，本發(fā)明的噴油管4的噴口 401插入到蒸發(fā)管202 的蒸發(fā)管迸氣口 214的內(nèi)部，如圖5所示，噴油管4的噴口 401插入到蒸發(fā)管進(jìn)氣口 214的內(nèi)部，噴油管4噴口 401噴出的燃油能完全準(zhǔn)確的噴到蒸發(fā)管202內(nèi)，蒸發(fā)管 202釆用分支結(jié)構(gòu)，由單支進(jìn)口分成沿周向的四支出口，蒸發(fā)管進(jìn)氣口 214為喇叭口形 狀，其中沿周向方向伸展的管段兩側(cè)有兩支蒸發(fā)管出口 215，外壁面開兩個(gè)蒸發(fā)管外壁 面出口孔216。喇叭口形狀的蒸發(fā)管進(jìn)氣口 214使得蒸發(fā)管202能利用噴油管4噴出 的燃油的引射作用又可以增加蒸發(fā)管202的進(jìn)氣量。蒸發(fā)管202沿凹腔212周向方向 均勻布置，并貼近凹腔212前壁的內(nèi)側(cè)面伸入到凹腔212內(nèi)，伸入長度使得蒸發(fā)管202 的蒸發(fā)管外壁面出口孔216與凹腔212前壁的第二排前進(jìn)氣孔213處于同一水平線上。從冷卻腔通道5流進(jìn)的空氣也流入到蒸發(fā)管202內(nèi)。在蒸發(fā)管202 .內(nèi)，燃油與髙溫氣 體進(jìn)行摻混，并吸熱蒸發(fā)，從蒸發(fā)管202內(nèi)的噴出的油氣混合物噴入到凹腔212內(nèi)部， 其中從蒸發(fā)管出口 215噴出的油氣混合物的,的在于點(diǎn)火時(shí)起到的聯(lián)焰作用，外壁面的 兩個(gè)蒸發(fā)管外壁面出口孔216使得燃料噴出方向與凹腔銜壁的進(jìn)氣方向一致，從而隨凹 腔212內(nèi)氣體流動(dòng)，形成雙渦流場結(jié)構(gòu)，致使凹腔212內(nèi)產(chǎn)生不同的燃料濃度場，實(shí)現(xiàn) 分級(jí)燃燒。與公開號(hào)CN1467407A中介紹的一種氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室筒組件和與申請?zhí)?5791148，申請日Aug,l 1,1998, LINER OF A GAS TURBINE ENGINE COMBUSTOR HAVING TRAPPED VORTEX CAVITY (應(yīng)用駐渦凹腔的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室)中介紹的駐渦 燃燒室和公開號(hào)CN101070961A中介紹了一種單駐渦燃燒室不同，本發(fā)明的凹腔212的凹 腔前壁邊緣處開兩排前進(jìn)氣孔213,用于加大前盛進(jìn)氣量，后壁的二分之一高度位置處開有 后進(jìn)氣槽206,用于進(jìn)氣，改變后壁進(jìn)氣位置，同時(shí)一定程度上提高迸氣量和保證氣流均勻 度；凹腔212上沒有前后氣流擋板和回流擋板對凹腔212內(nèi)氣體流動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向。如圖2和 圖3所示，流入冷卻腔通道5內(nèi)的剩余空氣有一部分從凹腔2i2前壁的兩排進(jìn)氣孔213 中流到凹腔212內(nèi)，流入凹腔212的空氣辯平行凹腔212底部和后體的方向在凹腔212 內(nèi)流動(dòng)； 一部分流入冷卻腔通道5內(nèi)的空氣流經(jīng)外層火焰筒基體201的第一段208和 第三段210之間的凹腔212時(shí)，由于凹腔212內(nèi)外的壓力差作用，順著后進(jìn)氣槽206 以垂直凹腔212后壁方向流入凹腔212;從凹腔212前兩排進(jìn)氣孔213流入凹腔212 的空氣與從后進(jìn)氣槽206流入凹腔212的空氣相互剪切，在凹腔212上半部分即靠近 凹腔212底部位置形成一+漩渦；流入燃燒通道6的主流空氣在流經(jīng)凹腔212時(shí)由于 巻咴作用會(huì)由一部分空氣進(jìn)入凹腔212;從凹腔212前兩排進(jìn)氣孔213與后進(jìn)氣槽206 流入凹腔212的空氣與主流空氣中被巻吸進(jìn)入凹腔212的一部分空氣相互剪切，在凹腔 212下半部分即靠近主流流動(dòng)位置處也會(huì)形成一個(gè)漩渦；還有一部分冷卻腔通道5內(nèi)的 氣體，從氣膜冷卻進(jìn)氣孔205進(jìn)入凹腔212,由氣膜冷卻進(jìn)氣孔擋板207導(dǎo)向，沿凹 腔212出口段并貼火焰筒基體的第四段211壁面流入燃燒通道6;最后一部分的冷卻腔 通道5內(nèi)的空氣由摻混孔203和發(fā)散冷卻孔204流入燃燒通道6。
與公開號(hào)CN1858498中介紹的一種切向駐渦燃燒室利用產(chǎn)生的切向旋流產(chǎn)生的高離心 加速度加強(qiáng)兩相液霧燃燒不同，本發(fā)明由兩排前進(jìn)氣孔213,后進(jìn)氣槽206和主流巻吸流 入凹腔212內(nèi)的氣體，與蒸發(fā)管202噴出的油氣混合物一起，形成"雙渦"，"駐"在 凹腔212中，從而實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，提高了燃燒室的性能；同時(shí)從各氣孔出來的冷氣射流 在火焰筒內(nèi)壁形成附壁氣膜，將火焰筒壁與燃?xì)飧綦x。由于孔內(nèi)換熱量大大增加和氣膜 的良好隔離作用，提高了冷卻效率，保證了雙渦燃燒室可靠工作。首先根據(jù)燃燒室的進(jìn)口空氣流量和理想油氣比設(shè)計(jì)火焰筒的燃燒通道6面積與冷卻腔通道5面積之比，然后根據(jù)燃燒室出口的理想速度確定出口面積，為了保證火焰筒進(jìn)口為燃燒室限流截面，出口面積必須大于火焰筒進(jìn)口面積。為了保證燃燒室較寬的穩(wěn)定工作范圍，當(dāng)總油氣比為0.003時(shí)，蒸發(fā)管202內(nèi)的油氣比為0.2~0.3,整個(gè)凹腔212內(nèi)的當(dāng)量比為0.36~0.54。按照凹腔212內(nèi)的當(dāng)量比為0.36~0.54,最佳設(shè)計(jì)以確定冷卻腔內(nèi)氣量分配。為保證凹腔212上氣孔對火焰筒的良好冷卻能力，設(shè)計(jì)凹腔212前后體進(jìn)氣速度為120m/s,再根據(jù)整個(gè)冷卻腔通道5進(jìn)口的面積，便可確定冷卻氣量分配及結(jié)構(gòu)排列參數(shù)?，F(xiàn)舉一個(gè)最佳參數(shù)設(shè)計(jì)兩排前進(jìn)氣孔213直徑均為3mm,每排沿周向分布120個(gè)，氣流量占整個(gè)冷卻腔通道5流量的24%,后進(jìn)氣槽206寬度為1.7mm,沿周向分布9個(gè)，氣流量占整個(gè)冷卻腔通道5流量的21%,氣膜冷卻進(jìn)氣孔205直徑3mm,沿周向分布90個(gè)，氣流量占整個(gè)冷卻腔通道5流量的9%,摻混孔203直徑6mpi，沿周向分布40個(gè)，兩排孔氣流量占整個(gè)冷卻腔通道5流量的42%,三排發(fā)散冷卻孔204直徑均為lmm,每排沿周向分布120個(gè)，三排孔的氣流量占整個(gè)冷卻腔通道5流量的4%。對于以上的具體設(shè)計(jì)案例，已通過三維數(shù)值模擬的方法進(jìn)行了可行性研究。由于10個(gè)蒸發(fā)管202沿周向均勻分布，于是只需對其中兩個(gè)頭部的單周期模型進(jìn)行數(shù)值模擬即可。其進(jìn)口條件均按實(shí)際案例設(shè)置。
圖6為該燃燒室凹腔內(nèi)部軸向速度等值線圖，從圖6中可以看出，由于凹腔的前后進(jìn)氣和主流巻吸三股氣體的互相作用，在凹腔內(nèi)能形成穩(wěn)定明顯的雙渦結(jié)構(gòu)流場，從圖6右邊的凹腔內(nèi)速度數(shù)值大小顯示分布條可看出，渦內(nèi)處于低速區(qū)。
圖7為該燃燒室凹腔內(nèi)部冷態(tài)流場圖，可以看出，靠近凹腔底部的上漩渦較大，大漩渦的渦核位置大致處于凹腔中心，這樣在熱態(tài)情況下，這個(gè)漩渦能起穩(wěn)定火焰的作用，可以看作是個(gè)固定的點(diǎn)火源；在大漩渦下面位置還有一個(gè)渦，但較小，可稱二次渦或小漩渦，由于其靠近主流，能使流過燃燒通道的主流氣體和底部產(chǎn)生的熱燃?xì)飧酶斓膿交?，從而提高燃燒性能。對雙渦燃燒室流場三維數(shù)值模擬研究結(jié)果表明，該方案滿足高速進(jìn)口氣流條件下的高效、穩(wěn)定燃燒要求。
權(quán)利要求
1、雙渦燃燒室，采用全環(huán)型火焰筒結(jié)構(gòu)，包括殼體、內(nèi)層火焰筒、外層火焰筒，所述外層火焰筒的外壁與所述殼體的內(nèi)壁組成燃燒室的冷卻腔通道；所述外層火焰筒的內(nèi)壁與所述內(nèi)層火焰筒的外壁組成燃燒室的燃燒通道；所述外層火焰筒為一體成型件，外層火焰筒基體由第一段、第二段、第三段、第四段組成，第一段是采取等壓力梯度設(shè)計(jì)的擴(kuò)壓段，第四段是出口段，采用擴(kuò)張形式，擴(kuò)張角度與水平方向成20°夾角，周向均勻開有兩排摻混孔和三排發(fā)散冷卻孔，兩排摻混孔周向角度相差4.5°，三排發(fā)散冷卻孔周向角度相差1.5°；殼體周向均勻布置噴油管和點(diǎn)火座，噴油管和蒸發(fā)管組成供油組件，蒸發(fā)管被周向均勻布置在外層火焰筒和殼體之間，其特征在于噴油管的噴口插入到蒸發(fā)管進(jìn)氣口的內(nèi)部；所述蒸發(fā)管采用分支結(jié)構(gòu)，由單支進(jìn)口分成沿周向的四支出口，蒸發(fā)管進(jìn)氣口為喇叭口形狀，其中沿周向方向伸展的管段兩側(cè)有兩支蒸發(fā)管出口，外壁面開兩個(gè)蒸發(fā)管外壁面出口孔；外層火焰筒基體的第二段的凹腔前壁邊緣處周向均勻布置兩排前進(jìn)氣孔，兩排前進(jìn)氣孔周向角度相差1.5°，蒸發(fā)管沿凹腔周向方向均勻布置并貼近凹腔前壁的內(nèi)側(cè)面伸入到凹腔內(nèi)，凹腔后壁二分之一高度處周向均勻布置的后進(jìn)氣槽；第三段是出口轉(zhuǎn)角段，周向均勻布置氣膜冷卻進(jìn)氣孔，并且在其內(nèi)側(cè)位置周向布置氣膜冷卻進(jìn)氣孔擋板，所述的氣膜冷卻進(jìn)氣孔擋板與氣膜冷卻進(jìn)氣孔相對。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙渦燃燒室，其特征在于所述外層火焰筒的凹腔前進(jìn)氣孔 和后進(jìn)氣槽，氣體從凹腔前壁的兩排前進(jìn)氣孔進(jìn)入到凹腔內(nèi)順著凹腔底部橫向流動(dòng)直到 凹腔后壁改變流動(dòng)方向；氣體從凹腔后壁中部位置處的后進(jìn)氣槽橫向反方向吹入到凹腔 內(nèi)； 一部分主流氣體流經(jīng)凹腔時(shí)被巻吸進(jìn)入凹腔；三股氣體共同作用，互相影響，在凹 腔內(nèi)形成上下各一個(gè)漩渦流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)"雙渦"結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙渦燃燒室，其特征在于蒸發(fā)管沿凹腔周向方向均勻布置并貼近凹腔前壁的內(nèi)側(cè)面伸入到凹腔內(nèi)，伸入長度使得蒸發(fā)管的蒸發(fā)管外壁面出口孔與 凹腔前壁的第二排前進(jìn)氣孔處于同一水平線上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙渦燃燒室，采用全環(huán)型火焰筒結(jié)構(gòu)，包括殼體、內(nèi)、外層火焰筒，外層火焰筒外壁與殼體內(nèi)壁組成冷卻腔通道；外層火焰筒內(nèi)壁與內(nèi)層火焰筒外壁組成燃燒通道；殼體周向均勻布置噴油管和點(diǎn)火座；外層火焰筒為一體成型件，第一段采取等壓力梯度設(shè)計(jì)的擴(kuò)壓段，第二段凹腔前壁邊緣處布置兩排前進(jìn)氣孔，蒸發(fā)管沿凹腔周向方向并貼近凹腔前壁的內(nèi)側(cè)面伸入到凹腔內(nèi)，凹腔后壁二分之一高度處有后進(jìn)氣槽；第三段布置氣膜冷卻進(jìn)氣孔和氣膜冷卻進(jìn)氣孔擋板；第四段開有摻混孔和發(fā)散冷卻孔；本發(fā)明雙渦燃燒室的凹腔內(nèi)形成的雙渦結(jié)構(gòu)，改善了燃油濃度場分布，實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，增大了燃油燃燒的停留時(shí)間，降低了污染物的排放，使得出口溫度更加均勻。
文檔編號(hào)F23R3/32GK101566353SQ20091008388
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日
發(fā)明者孔祥雷, 宋玄進(jìn), 張榮春, 樊未軍, 菲 邢 申請人:北京航空航天大學(xué)