本实用新型专利技术公开了一种火焰稳定器，以及包括该火焰稳定器的燃烧室，火焰稳定器包括中心驻涡和外环旋流器，外环旋流器由外环毂、内环毂和多个弯曲叶片组成，且多个弯曲叶片以40°～60°的入口安装角均匀连接于内外环毂之间，中心驻涡体的前段、中段以及后段构成环形的驻涡腔体，内轮毂与中心驻涡体前段外壁组成流道；新型火焰稳定器位于燃烧室扩张段和燃烧室火焰筒之间，火焰筒里设置有冷却水通道用于降温。本实用新型专利技术公开的火焰稳定器可以使燃烧室的热容强度更高，熄火极限更低，来流速度可以更大，变工况适应能力更强，使燃烧室结构更紧凑，同时也降低流动损失。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于燃气轮机燃烧室领域，更具体地，涉及一种用于燃烧室的火焰稳定器及其燃烧室。
技术介绍
燃气轮机燃烧室头部组织是影响燃烧室性能的主要部分，而旋流器是燃烧室头部的关键部件，是涡轮燃气轮机强化燃烧的一种有效手段，对燃气轮机燃烧室燃烧产生重大影响，它的性能直接影响到燃烧室工作和性能。所以对旋流器的研究十分重要。旋流器安装在燃气轮机燃烧室前段，其主要作用是:在燃烧室头部产生回流区，增大气流与油滴的相对速度，促进燃油的雾化，使空气和燃油能够更好地掺混，同时使高温燃气回流，在回流区形成稳定高效的值班火焰，稳定火焰，提高燃烧效率。现有旋流器的结构工作原理是迫使气流在叶片之间的通道内流过之后在出口处产生切向速度，从而能产生强大的旋流，旋流使旋流器出口处的空气由于离心力作用而向四周流动，导致旋流器出口的背后会形成一个低压区。这样，在压力差的作用下会在旋流器背后出现一个与主流速度相反的回流区。目前旋流燃烧器的不足之处主要表现在:1)对来流敏感，来流很容易影响火焰稳定性；2)单级旋流器对燃烧室变工况适应性差，而多级旋流器则结构复杂；3)熄火极限范围较窄；4)允许的气流进口流速低，一般要小于20m/s，且燃烧室速度越高燃烧室需要更长的扩张段长度。5)为了解决高热容比燃烧室的要求，需要使用多级旋流器，结构复杂。随着航空发动机的发展，目前随着推重比大于10的航空涡轮发动机对燃烧室提出了更高的要求，具体是1)更高的热容比，即额定工况下油气比更高，这就要求除冷却气以外的进气都从燃烧室头部进入，气流流速高，而且变工况时流速变化范围加大；2)更宽广的油气比，由于除冷却气以外的进气都从燃烧室头部进入，在低工况时燃烧区的油气比更低；3)更紧凑的结构，尽可能缩短燃烧室长度。以上要求导致燃烧室的变工况范围更广，进口流速增大，熄火极限降低，火焰长度更短。而现有的旋流燃烧器将越来难以应对上述要求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本技术提供了一种火焰稳定器及其燃烧室，其目的在于利用中心驻涡体以及与外环旋流器的结构组合，由此解决火焰在多种复杂环境条件下的稳定燃烧问题。为实现上述目的，按照本技术的一个方面，提供了一种火焰稳定器，包括同轴设置的中心驻涡体和外环旋流器，其特征在于，所述外环旋流器为圆环形，从内至外由内环毂、弯曲叶片以及外环毂组成；所述多个弯曲叶片均匀设置于内环毂与外环毂之间，各弯曲叶片的入口安装角为40°?60°，弯曲叶片用于增强空气和燃油的掺混效果，增强燃烧效率；所述中心驻涡体在轴向上分为前段、中段以及后段，所述后段为圆盘形或圆柱体，中段和前段分别为圆柱体，所述前段固定于内轮毂内，与内轮毂的内壁构成环形流道，用于使喷射的主燃油雾化以及提供高工况下的主要燃区。优选地，所述后段为圆盘形，所述中段的直径小于前段和后段的直径，前段后壁、中段外壁以及后段前壁共同构成环形的驻涡腔体，用于降低气流速度以及提供值班火焰的主要燃烧区域。优选地，所述多个弯曲叶片为10?16片，入口安装角为45°。按照本技术的另一方面，还提供了一种包括上述火焰稳定器的燃烧室，其特征在于，包括从前至后同轴连接的扩张段和火焰筒，所述扩张段用于提供气流进入外环旋流器的通道，所述火焰稳定器位于所述火焰筒的前端内部。优选地，所述扩张段从前至后在轴向上分为锥形段和平稳段，所述锥形段为圆台形，平稳段为圆筒形，所述锥形段的扩张角为13°?15°，其顶端与平稳段(22)对接，底端作为气流的入口，与通风机的输气管道连接。优选地，所述火焰筒由内筒体和外筒体同轴嵌套组成，内筒体和外筒体之间夹层为冷却水通道，外筒体外壁的前后两端分别设置有进水孔和出水孔，多个观察筒连通外筒体的外部和内筒体内部空间，观察筒在外筒体上的开口构成观察孔，用于对燃烧室中的火焰进行观测。总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于充分利用了燃烧器中心驻涡结构驻涡燃烧的优点，能够取得下列有益效果:1、利用多个弯曲叶片增强了空气和燃油的掺混效果，提高了燃烧效率；2、通过旋流器与中心驻涡体的合理组合，在环形流道的出口处通过气流的剪切作用，增强雾化，同时利用旋流强化燃烧，缩短火焰长度；3、利用中心驻涡体的结构形成驻涡腔体，使得主回流区体积增大，速度降低；能在宽广的油气比范围下保持火焰稳定；4、将燃烧室火焰筒长度缩短了 10%?20%，使燃烧室结构更加紧凑；5、设置冷却水通道防止了高温对火焰筒的破坏。【附图说明】图1为本技术所述火焰稳定器的结构示意图；图2为本技术所述燃烧室的结构示意图；图3为本技术燃烧室扩张段结构示意图；图4为本技术燃烧室火焰筒结构示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:10_火焰稳定器11-中心驻涡体12-外环旋流器11a-中心驻涡体前段lib-中心驻涡体中段11c-中心驻涡体后段12a-内环毂12b-弯曲叶片12c-外环毂13-环形流道20-燃烧室扩张段21-锥形段22-平稳段30-火焰筒31-内筒体32-外筒体33-冷却水通道34-进水孔35-出水孔36-观察孔37-观察筒40-螺纹【具体实施方式】本技术提供了一种火焰稳定器，包括同轴设置的中心驻涡体11和外环旋流器12，其特征在于，所述外环旋流器12为圆环形，从内至外由内环毂12a、弯曲叶片12b以及外环毂12c组成；所述多个弯曲叶片12b均匀连接于内环毂12a与外环毂12c之间，各弯曲叶片的入口安装角为40°?60°，弯曲叶片用于增强空气和燃油的掺混效果，增强燃烧效率；所述中心驻涡体11在轴向上分为前段11a、中段lib以及后段11c，所述后段11c为圆盘形或圆柱体，中段lib和前段11a分别为圆柱体，前段11a固定于内轮毂12a内，与内轮毂12a的内壁构成环形流道13，用于作为高工况下的主要燃区，利用旋流强化燃烧，提高燃烧效率，缩短火焰长度；同时，主燃油可以以油膜的形式喷射在内轮毂12a的内壁以及前段11a外壁，增强雾化效果。优选地，所述后段11c为圆盘形，所述中段lib的直径小于前段11a和后段11c的直径，前段11a后壁、中段lib外壁以及后段11c前壁共同构成环形的驻涡腔体，用于在工作时降低气流速度，使旋流器在更高的来流速度下工作，由于驻涡腔体内火焰不易被吹熄，火焰温度稳定，可以作为值班火焰及低工况下燃烧的主要燃烧区域。优选地，所述多个弯曲叶片12b为10?16片，入口安装角为45°。按照本技术的另一方面，还提供了一种包括上述火焰稳定器10的燃烧室，其特征在于，包括从前至后同轴连接的扩张段20和火焰筒30，所述扩张段20用于提供气流进入外环旋流器12的通道，所述火焰稳定器10位于所述火焰筒30的前端内部，且与火焰筒30前端的直径相等当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种火焰稳定器，包括同轴设置的中心驻涡体(11)和外环旋流器(12)，其特征在于，所述外环旋流器(12)为圆环形，从内至外由内环毂(12a)、多个弯曲叶片(12b)以及外环毂(12c)组成；所述多个弯曲叶片(12b)均匀连接于内环毂(12a)与外环毂(12c)之间，各弯曲叶片的入口安装角为40°～60°；所述中心驻涡体在轴向上分为前段(11a)、中段(11b)以及后段(11c)，所述后段(11c)为圆盘形或圆柱体，中段(11b)和前段(11a)分别为圆柱体，所述前段(11a)固定于内轮毂(12a)内，与内轮毂(12a)的内壁构成环形流道(13)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李仁府，王在华，马柳昊，赵剑锋，李博书，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42
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