一种燃烧室火焰稳定结构制造技术

本发明专利技术涉及一种燃烧室火焰稳定结构及包含该结构的燃烧室，包括设置在火焰筒内的截锥体以及多个沿周向均匀布置在截锥体外围的V型径向火焰稳定器，截锥体和V型径向火焰稳定器均为空心结构且均设有喷油孔，V型径向火焰稳定器的顶端将低温空气引入到V型径向火焰稳定器和截锥体中并分别对这些部件进行冷却，通过上述结构设置，本发明专利技术采用大尺寸截锥体形成的低速回流区来增强火焰稳定性，采用小槽宽的V型径向火焰稳定器来传播火焰并降低气流损失，火焰的稳定及传播功能分离，燃油喷射装置与稳定器一体化设计可进一步降低流动损失。本发明专利技术可广泛应用于宽速域高推重比涡轮喷气发动机加力燃烧室、冲压发动机燃烧室及涡轮基组合循环发动机超级燃烧室中。

A flame stable structure of combustion chamber

【技术实现步骤摘要】
一种燃烧室火焰稳定结构
本专利技术涉及动力装置燃烧领域，涉及一种燃烧室火焰稳定结构，是一种加强火焰稳定性、降低流动损失的燃烧组织结构装置，具体地说涉及一种应用在宽速域、高推重比涡轮喷气发动机加力燃烧室的燃烧组织结构。
技术介绍
在高速流动条件下，燃烧室内必须要采用专门装置来稳定火焰。火焰稳定装置设计的要点是构造低速的流动区域以点燃可燃混合物。在涡轮喷气发动机主燃烧室中气流速度为30～60米/秒，通常采用旋流结构来稳定火焰，在加力燃烧室中，气流速度高达120～180米/秒，远高于主燃烧室，通常采用扩压器减速，并设置钝体结构的火焰稳定器来减小流动损失并稳定火焰。火焰稳定器的作用是稳定和传播火焰。火焰稳定器的稳定性与来流状态及稳定器的槽宽密切相关。来流速度越高，温度及压力越低，则稳定火焰所需要的槽宽尺寸越大。槽宽越大，低速流动区域越大，则火焰稳定性越好。但是在相同的流动损失下，槽宽越大，则稳定器数量越少，稳定器之间的间距越大，这将导致火焰的联焰性能及燃烧效率降低，燃烧室长度增大。此外，在稳定器上游设置燃料喷射结构也将带来额外的气动损失，燃烧室长度随燃油与空气的掺混距离增大而增大。常规加力燃烧室及冲压发动机燃烧室中火焰稳定器的槽宽为40mm左右，燃烧室长度达到2倍燃烧室直径，而燃烧效率不超过0.95。在高速气流中燃烧组织的重点是在满足火焰稳定性的条件下同时满足压力损失及燃烧效率的要求。其中减小稳定器的槽宽以及稳定器与燃油喷射结构一体化设计是重要研究内容。新一代高推重比发动机加力燃烧室的进口速度和温度更高，为防止燃料在稳定器前自燃，需要减小燃油在稳定器前与高温燃气掺混的时间和距离。同时在高速来流条件下由于燃油的穿透距离缩短，为满足燃油分布要求，则需要缩短喷油孔的间距，从而需要设置更多的喷油结构。传统加力燃烧室所采用的大槽宽稳定器结构及燃油在稳定器前喷射掺混的结构方案难以满足新一代加力燃烧室对于流动阻力及燃烧效率的要求。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺点和不足，本专利技术的目的是提供一种强化火焰稳定与降低流动损失的燃烧室火焰稳定结构及包含该结构的燃烧室，通过采用截锥突扩结构以提高烧室在高速来流条件下的火焰稳定性，通过采用小槽宽的V型径向火焰稳定器来传播火焰以降低气流损失，火焰的稳定及传播功能分离，从而满足高速气流中稳定火焰和降低流动损失的要求。同时截锥体和V型径向稳定器上均设置喷油孔，使燃油喷射装置与燃烧组织结构一体化设计，从而进一步降低流动损失。本专利技术中的燃油在钝体前端壁的喷气孔后与空气掺混进入截锥体后内，形成低速可燃区域。V型径向稳定器喷射的燃烧与空气在稳定器尾缘掺混，然后被高温燃气引燃。本专利技术的强化火焰稳定与降低损失的燃烧室火焰稳定结构可用于宽速域、高推重比涡轮喷气发动机加力燃烧室、冲压发动机燃烧室及涡轮基组合循环发动机超级燃烧室中。为实现上述技术目的，本专利技术的强化火焰稳定与降低流动损失的燃烧室火焰稳定结构主要通过以下技术方案实现：一种强化火焰稳定与降低流动损失的燃烧室火焰稳定结构，包括一设置在火焰筒内的截锥体以及多个沿周向均匀布置在所述截锥体外围的V型径向火焰稳定器，所述火焰筒同轴布置在燃烧室内，其特征在于，所述截锥体同轴布置在所述火焰筒内，包括一位于上游的前端壁、一位于下游的后端壁和一位于所述前端壁和后端壁之间的环形侧壁，所述前端壁、后端壁和环形侧壁围成一中空腔体，所述前端壁、后端壁的中心均位于所述火焰筒的中心线上，所述前端壁的直径大于所述后端壁的直径，使得所述环形侧壁与所述火焰筒之间的空间形成一突扩的扩压通道，且至少所述后端壁与所述火焰筒的中心线垂直布置；所述中空腔体中设置有第一环形供油管和第二环形供油管，每一环形供油管均设置有与外界供油管路连通的供油口，所述第一环形供油管用以向各所述V型径向火焰稳定器供油，所述截锥体的后端壁上设置有多个与所述第二环形供油管连通的喷油孔以及多个与所述中空腔体连通的通气孔；多个所述V型径向火焰稳定器沿周向均匀布置在所述截锥体的环形侧壁上，每一所述V型径向火焰稳定器的底端固定设置在所述截锥体的环形侧壁上、顶端穿过所述火焰筒并延伸至所述火焰筒与燃烧室外壳之间的低温空气夹层中；每一所述V型径向火焰稳定器均包括两侧壁和一后壁，所述两侧壁与所述后壁相互连接形成一沿径向延伸并两端开口的V型空间，所述两侧壁的交汇处形成为所述V型径向火焰稳定器的前缘，所述后壁形成为所述V型径向火焰稳定器的尾缘；所述V型空间的顶端与所述低温空气夹层连通、底端与所述截锥体的中空腔体连通，所述V型空间中设置一沿其长度方向延伸的径向供油管，所述径向供油管的底端与设置在所述截锥体的中空腔体中的所述第一环形供油管连通，所述后壁上设置有多个与所述径向供油管连通的喷油孔。本专利技术的上述强化火焰稳定与减低损失的火焰稳定结构中，所述截锥体的后端壁上设置喷油孔，所述V型径向火焰稳定器中设置径向供油管、后壁上设置喷油孔。所述截锥体的上游为高速气流，经过所述截锥体形成的扩压通道后在所述截锥体的后方形成为低速回流区，从所述截锥体中喷出的燃油与空气掺混向后流动形成为可燃混合物，点火器点火后燃烧形成为高温燃气，截锥体后方的低速回流区内充满高温燃气，起到持续稳定点火源的作用。所述V型径向火焰稳定器外侧流动为空气，稳定器后燃料与空气掺混形成可燃混合物，截锥体后方的低速回流区内的高温燃气径向向上流动过程中引燃V型径向稳定器内可燃混合物。此外，所述截锥体及V型径向稳定器采用低温空气冷却，火焰筒与燃烧室外壳之间的低温空气夹层中的低温空气进入V型径向火焰稳定器，冷却V型径向稳定器及径向供油管后进入截锥体的中空腔体内，对各环形供油管及截锥体冷却后，升温后的冷却空气通过截锥体后端壁上的通气孔进入燃烧区。优选地，所述截锥体为中心轴对称非流线体结构，所述截锥体的后端壁的直径是稳定火焰的特征尺寸，所述截锥体的后端壁上的喷油孔在周向上位于相邻各所述V型径向火焰稳定器之间。优选地，各所述V型径向稳定器的槽宽约为15mm。使得各所述V型径向稳定器的截面为小槽宽V型结构。优选地，各所述V型径向稳定器的后壁在其底端与所述截锥体的后端壁平齐。优选地，所述V型径向稳定器的数量范围为18～24个。优选地，所述截锥体的半径与所述火焰筒的半径比值在0.3～0.4之间。优选地，所述截锥体及V型径向稳定器的喷油孔直径为0.6～1.5mm之间。优选地，各所述V型径向稳定器均为倾斜设置，并均向所述燃烧室的下游侧倾斜。优选地，所述燃烧室中还设置有沿中心线延伸的扩压器，所述燃烧室外壳与扩压器之间形成为扩压通道，所述截锥体形成在所述扩压器的后端。从所述低压涡轮排出的高速气流在燃烧室外壳与扩压器形成的扩压通道中减速扩压。优选地，所述燃烧室为涡轮喷气发动机的加力燃烧室、冲压发动机燃烧室或涡轮基组合循环发动机超级燃烧室。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种燃烧室，其特征在于，所述燃烧室包括本专利技术的上述火焰稳定结构。与现有技术相比，本专利技术的燃烧室火焰稳定结构的有益效果是：本专利技术的强化火焰稳定与降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强化火焰稳定与降低流动损失的燃烧室火焰稳定结构，包括一设置在火焰筒内的截锥体以及多个沿周向均匀布置在所述截锥体外围的V型径向火焰稳定器，所述火焰筒同轴布置在燃烧室内，其特征在于，/n所述截锥体同轴布置在所述火焰筒内，包括一位于上游的前端壁、一位于下游的后端壁和一位于所述前端壁和后端壁之间的环形侧壁，所述前端壁、后端壁和环形侧壁围成一中空腔体，所述前端壁、后端壁的中心均位于所述火焰筒的中心线上，所述前端壁的直径大于所述后端壁的直径，且至少所述后端壁与所述火焰筒的中心线垂直布置；所述中空腔体中设置有第一环形供油管和第二环形供油管，每一环形供油管均设置有与外界供油管路连通的供油口，所述第一环形供油管用以向各所述V型径向火焰稳定器供油，所述截锥体的后端壁上设置有多个与所述第二环形供油管连通的喷油孔以及多个与所述中空腔体连通的通气孔；/n多个所述V型径向火焰稳定器沿周向均匀布置在所述截锥体的环形侧壁上，每一所述V型径向火焰稳定器的底端固定设置在所述截锥体的环形侧壁上、顶端穿过所述火焰筒并延伸至所述火焰筒与燃烧室外壳之间的低温空气夹层中；每一所述V型径向火焰稳定器均包括两侧壁和一后壁，所述两侧壁与所述后壁相互连接形成一沿径向延伸并两端开口的V型空间，所述两侧壁的交汇处形成为所述V型径向火焰稳定器的前缘，所述后壁形成为所述V型径向火焰稳定器的尾缘；所述V型空间的顶端与所述低温空气夹层连通、底端与所述截锥体的中空腔体连通，所述V型空间中设置一沿其长度方向延伸的径向供油管，所述径向供油管的底端与设置在所述截锥体的中空腔体中的所述第一环形供油管连通，所述后壁上设置有多个与所述径向供油管连通的喷油孔。/n...

【技术特征摘要】
1.一种强化火焰稳定与降低流动损失的燃烧室火焰稳定结构，包括一设置在火焰筒内的截锥体以及多个沿周向均匀布置在所述截锥体外围的V型径向火焰稳定器，所述火焰筒同轴布置在燃烧室内，其特征在于，
所述截锥体同轴布置在所述火焰筒内，包括一位于上游的前端壁、一位于下游的后端壁和一位于所述前端壁和后端壁之间的环形侧壁，所述前端壁、后端壁和环形侧壁围成一中空腔体，所述前端壁、后端壁的中心均位于所述火焰筒的中心线上，所述前端壁的直径大于所述后端壁的直径，且至少所述后端壁与所述火焰筒的中心线垂直布置；所述中空腔体中设置有第一环形供油管和第二环形供油管，每一环形供油管均设置有与外界供油管路连通的供油口，所述第一环形供油管用以向各所述V型径向火焰稳定器供油，所述截锥体的后端壁上设置有多个与所述第二环形供油管连通的喷油孔以及多个与所述中空腔体连通的通气孔；
多个所述V型径向火焰稳定器沿周向均匀布置在所述截锥体的环形侧壁上，每一所述V型径向火焰稳定器的底端固定设置在所述截锥体的环形侧壁上、顶端穿过所述火焰筒并延伸至所述火焰筒与燃烧室外壳之间的低温空气夹层中；每一所述V型径向火焰稳定器均包括两侧壁和一后壁，所述两侧壁与所述后壁相互连接形成一沿径向延伸并两端开口的V型空间，所述两侧壁的交汇处形成为所述V型径向火焰稳定器的前缘，所述后壁形成为所述V型径向火焰稳定器的尾缘；所述V型空间的顶端与所述低温空气夹层连通、底端与所述截锥体的中空腔体连通，所述V型空间中设置一沿其长度方向延伸的径向供油管，所述径向供油管的底端与设置在所述截锥体的中空腔体中的所述第一环形供油管连通，所述后壁上设置有多个与所述径向供油管连通的喷油孔。


2.根据上述权利要求所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓爱明，赵庆军，胡斌，赵巍，项效镕，周小勇，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11