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用于冷却RQL燃烧室头部的复合冷却装置制造方法及图纸

技术编号:20109556 阅读:27 留言:0更新日期:2019-01-16 10:34
用于冷却RQL燃烧室头部的复合冷却装置,属于复合冷却领域,包括冲击孔板、扰流柱板和端壁;所述冲击孔板和扰流柱板上对应地开设有旋流通道,旋流通道的外周形成有端壁,所述冲击孔板和扰流柱板通过端壁连接;所述冲击孔板上分布有贯穿冲击孔板的冲击孔;所述扰流柱板朝向冲击孔板的一面分布有扰流柱,所述扰流柱与冲击孔交错设置;采用冲击孔和扰流柱的复合冷却方式,使得冷却效率高,可适应富油/淬熄/贫油燃烧室头部进气量少的条件,改善高温工作环境。

Composite Cooling Device for Cooling RQL Combustor Head

The composite cooling device for cooling the head of RQL combustor belongs to the field of composite cooling, including impact orifice plate, spoiler column plate and end wall; the impact orifice plate and spoiler column plate are correspondingly provided with swirling passage, and the circumference of the swirling passage forms an end wall, the impact orifice plate and spoiler column plate are connected through the end wall; the impact orifice plate is distributed with impact holes penetrating the impact orifice plate. A spoiler column is distributed on one side of the spoiler plate toward the impact orifice plate, and the spoiler column is staggered with the impact orifice; the composite cooling method of the impact orifice and the spoiler column is adopted, which makes the cooling efficiency high, and can adapt to the condition of less air intake at the head of the oil-rich/quenching/lean oil combustion chamber, and improve the high temperature working environment.

【技术实现步骤摘要】
用于冷却RQL燃烧室头部的复合冷却装置
本专利技术涉及复合冷却领域,尤其涉及用于冷却RQL燃烧室头部的复合冷却装置。
技术介绍
国际民航组织不断提高对航空发动机污染排放的要求,2010年召开的CAEP/8标准的会议,针对不同压比、不同推力量级的发动机做出了不同的污染排放的规定。从CAEP/2到CAEP/8,对CO、UHC和颗粒状烟的要求基本没有变化,而对NOx排放的要求越来越严格(赵坚行.民用发动机污染排放及低污染燃烧技术发展趋势[J].航空动力学报,2008,23(6):986-996.)。目前,低污染燃烧技术主要有分级燃烧技术、贫油预混预蒸发(LeanPremixedPre-vaporized,LPP)燃烧技术、富油/淬熄/贫油(Richburn/Quickquench/Leanburn,RQL)燃烧技术和贫油直喷(LeanDirectionInjection,LDI)燃烧技术等。其中RQL燃烧技术是一种新型低污染燃烧技术(李杰.先进低氮氧化物排放燃烧室技术分析[J].航空科学技术,2010(4):11-13.),它的原理是先使燃烧发生在头部富油区,此时含氧中间产物相对低温和低含量,NOx的形成过程有效地被限制,然后通过加入大量空气掺混淬熄,使燃烧快速转换到NOx生成量低的贫油状态,避开接近化学恰当比即NOx生成量高的区域,同时又保证了燃烧室出口CO和UHC的排放不至于过高,达到只降低NOx排放而不影响总燃烧效率的目的。为保证RQL燃烧室头部为富油环境,头部进气量比常规航空发动机燃烧室少,用于头部冷却的空气量相应减少,因此必须提高RQL燃烧室头部冷却效率以适应该结构的冷却气量。一般燃烧室头部采用冲击强化对流换热技术,冷却气通过头部转接段上的冲击孔冲击冷却挡溅盘,这种单一的冷却方式对空气的利用率比较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中的上述问题,提供用于冷却RQL燃烧室头部的复合冷却装置,采用冲击孔和扰流柱的复合冷却方式,使得冷却效率高,可适应RQL燃烧室头部进气量少的条件,改善高温工作环境。为达到上述目的,本专利技术采用如下技术方案:用于冷却RQL燃烧室头部的复合冷却装置,包括冲击孔板和扰流柱板;所述冲击孔板和扰流柱板上对应地开设有旋流通道,旋流通道的外周形成有端壁,所述冲击孔板和扰流柱板通过端壁连接;所述冲击孔板上分布有贯穿冲击孔板的冲击孔;所述扰流柱板朝向冲击孔板的一面分布有扰流柱,所述扰流柱与冲击孔交错设置;扰流柱的一端与扰流柱板连接,扰流柱的另一端与冲击孔板相接。本专利技术还包括头部转接段,所述头部转接段用于安装燃烧室头部的旋流器,头部转接段设于冲击孔板上且与旋流通道相对应。所述扰流柱板的上下两端还设有引流挡板,所述引流挡板相对于扰流柱向外倾斜。所述冲击孔板的周向截面形状为扇形。所述冲击孔板为耐高温的陶瓷基复合材料制成的冲击孔板;所述扰流柱板为耐高温的陶瓷基复合材料制成的扰流柱板。所述冲击孔的直径为0.75~1mm,相邻的冲击孔间距为2~4mm,所述冲击孔板的厚度为1.5~2mm。所述扰流柱的直径为0.75~1mm,扰流柱的长度为1.5~2.5mm,相邻扰流柱的间隔为2~2.75mm,扰流柱板的厚度为1.5~2.5mm,所述引流挡板的长度为4~4.4mm。相对于现有技术,本专利技术技术方案取得的有益效果是:1、一般RQL燃烧室头部未考虑冷却结构,或使用气膜冷却。本专利技术采用冲击冷却和扰流柱冷却的复合冷却方式,实现对于RQL燃烧室头部的高效快速冷却;采用冲击孔结构的冷却方式,结构简单,技术应用成熟;扰流柱能增加换热面积,极大提高对流换热系数;相同冷却气量经过单一的冲击冷却和复合冷却通道,复合冷却结构比单一冷却结构的冷却效率更高,改善了RQL燃烧室头部的工作条件;提高头部材料的热稳定性,改善高温工作环境,提高循环热效率。2、本专利技术以在相同的空间下实现减少了冷却气用量,以更少的空气用量实现更高效的冷却,可适应RQL燃烧室头部进气量少的条件,解决了RQL燃烧室头部高油气比的需求导致冷却空气减少的问题,可有效预防RQL燃烧室头部壁面材料的烧蚀、失稳,而且有助于实现RQL燃烧室低NOx排放的特点。附图说明图1为装有复合冷区装置的RQL燃烧室单头部的整体结构示意图;图2为复合冷却装置的总体结构示意图;图3为冲击孔板的正视示意图;图4为扰流柱板的轴测示意图;图5为复合冷却装置的剖视结构示意图。附图说明:冲击孔板1,旋流器2,扰流柱板3,火焰筒4,头部转接段5,冲击孔6,扰流柱7,引流挡板8,端壁9。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白,以下结合附图和实施例,对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示,RQL燃烧室单头部装有复合冷却装置,RQL燃烧室单头部包括旋流器2、火焰筒4和复合冷却装置,且复合冷却装置位于旋流器2的外围,火焰筒4设于复合冷却装置的上下两端。如图1~5所示,在本实施例中,复合冷却装置包括冲击孔板1、扰流柱板3和头部转接段5;其中:所述冲击孔板1和扰流柱板3上对应地开设有旋流通道,旋流通道的外周形成有端壁9,所述冲击孔板1和扰流柱板3通过端壁9连接;所述头部转接段5用于RQL安装燃烧室头部的旋流器2,头部转接段5设于冲击孔板1上且与旋流通道相对应。所述冲击孔板1上分布有贯穿冲击孔板1的冲击孔6,冲击孔6避开头部转接段5均匀分布;所述扰流柱板3朝向冲击孔板1的一面分布有扰流柱7,所述扰流柱7与冲击孔6交错设置;扰流柱7的一端与扰流柱板3连接,扰流柱7的另一端与冲击孔板1相接;扰流柱7之间形成扰流柱通道;所述扰流柱板3的上下两端还设有引流挡板8,所述引流挡板8相对于扰流柱7向外倾斜。本专利技术的复合冷却方式为冲击冷却和扰流柱冷却方式,冲击孔6和扰流柱7相互交错,冷却工质经由冲击孔6进入后变成冷却射流冲击扰流柱板3的内壁面;由于端壁9存在,冷却工质汇集后沿扰流柱通道周向流动。在本实施例中,所述冲击孔板1的周向截面形状为扇形。所述冲击孔板1为耐高温的陶瓷基复合材料制成的冲击孔板1;所述扰流柱板3为耐高温的陶瓷基复合材料制成的扰流柱板3。本实施例中所述扰流柱板3和冲击孔板1采用硬度高、质量轻的氮化硅高温结构陶瓷材料,以平衡其带来的额外质量,且可提高复合冷却装置的工作寿命。所述冲击孔6的直径为0.75~1mm,相邻的冲击孔6间距为2~4mm,所述冲击孔板1的厚度为1.5~2mm。所述扰流柱7的直径为0.75~1mm,扰流柱7的长度为1.5~2.5mm,相邻扰流柱7的间隔为2~2.75mm,扰流柱板3的厚度为1.5~2.5mm,所述引流挡板8的长度为4~4.4mm。本实施例中根据旋流器2的大小来制定旋流通道的直径为30mm,安装旋流器2的头部转接段5的圆环内径为31mm。本实施例中,RQL燃烧室中由压气机引入的空气20%由旋流器2并经旋流通道进入富油区,由冲击孔6进入冷却装置的冷却空气量为1%~1.8%。本专利技术的工作原理如下:1、复合冷却装置位于旋流器2外围,沿轴向分为冲击冷却和扰流柱冷却两部分。RQL燃烧室工作时,大部分空气经由旋流器2进入燃烧室与燃油混合,少量空气作为冷却工质经由冲击孔6直接射流冲击作用于与高温燃气直接接触的扰流柱板3的内壁面,形成冷却气膜;由于端本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.用于冷却RQL燃烧室头部的复合冷却装置,其特征在于:包括冲击孔板和扰流柱板;所述冲击孔板和扰流柱板上对应地开设有旋流通道,旋流通道的外周形成有端壁,所述冲击孔板和扰流柱板通过端壁连接;所述冲击孔板上分布有贯穿冲击孔板的冲击孔;所述扰流柱板朝向冲击孔板的一面分布有扰流柱,所述扰流柱与冲击孔交错设置。

【技术特征摘要】
1.用于冷却RQL燃烧室头部的复合冷却装置,其特征在于:包括冲击孔板和扰流柱板;所述冲击孔板和扰流柱板上对应地开设有旋流通道,旋流通道的外周形成有端壁,所述冲击孔板和扰流柱板通过端壁连接;所述冲击孔板上分布有贯穿冲击孔板的冲击孔;所述扰流柱板朝向冲击孔板的一面分布有扰流柱,所述扰流柱与冲击孔交错设置。2.如权利要求1所述的用于冷却RQL燃烧室头部的复合冷却装置,其特征在于:扰流柱的一端与扰流柱板连接,扰流柱的另一端与冲击孔板相接。3.如权利要求1所述的用于冷却RQL燃烧室头部的复合冷却装置,其特征在于:还包括头部转接段,所述头部转接段用于安装燃烧室头部的旋流器,头部转接段设于冲击孔板上且与旋流通道相对应。4.如权利要求1所述的用于冷却RQL燃烧室头部的复合冷却装置,其特征在于:所述扰流柱板的上下两端设有引流挡板,所述引流挡板相对于扰流柱向外倾斜。5.如权利要求1所述的用于冷却RQL燃烧室头部的复合冷...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄玥沈倩林志伟
申请(专利权)人:厦门大学
类型:发明
国别省市:福建,35

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