一种二次流蒸发管式燃烧室结构制造技术

本发明专利技术公开了一种二次流蒸发管式燃烧室结构，采用前端为环形筒状的燃烧室本体以及上端为环形凹槽的折流板，在燃烧室外壁面添加折流板，环形筒状桶壁以及环形凹槽的槽壁均设有气膜孔，使机匣内二次流的反向空气流被加热并在燃烧室头部被一次空气流引射、混合后升温，使燃烧火焰温度场更加均匀，翅片强化壁面传热使得壁面温度得到有效冷却，优化流场均匀性，提高燃烧效率，节约燃油的同时极大地减少NOx等污染物的排放。环形筒状外壁与环形凹槽内壁之间通过翅片连接，形成一体化成型结构，减轻了设备的整体重量、减小燃烧室的外廓尺寸，有效地提高了发动机的推重比，增加了发动机的机动性，同时减少了结构件之间的连接件使用量，提升了整体性能。

A kind of secondary flow evaporation tube combustor structure

【技术实现步骤摘要】
一种二次流蒸发管式燃烧室结构
本专利技术属于发动机燃烧系领域，具体涉及一种二次流蒸发管式燃烧室结构。
技术介绍
采用蒸发管结构的燃烧室广泛应用于发动机和地面燃气轮机燃烧室中，尤其是微小型动力设备，国外对于微小型发动机进行了大量研究工作，已相应制造出各个量级的成熟型号，形成相应的军事、民用市场。采用蒸发管方案的燃烧室具有结构简单、易于加工、成本低和综合燃烧性能好等优势。燃烧室本身的重量和体积是飞行器性能的一个重要限制，在保留蒸发管式燃烧室本身优点的同时降低重量和体积，是一个重要的设计方向。在发动机燃烧室制造和维修过程中的焊接或补焊会导致材料性能损失，一些零件焊接或补焊后无法通过热处理消除应力和恢复性能，对产品性能和质量影响极大，如何恢复或增强焊缝性能一直是难以解决的工艺问题。氮氧化物不仅直接危害人体健康，同时也是光化学烟雾和酸雨的主要形成因素。排气冒烟增加了飞机的可见性，降低了军用机的生存能力，高空飞行的排气形成凝结尾流，造成高空大气污染，人体吸入后会导致肺部疾病。燃烧产物通过空气掺混降温排出燃烧室，而缓慢的掺混过程会使燃烧产物停留时间过长，并在一定区域内形成接近NOx化学恰当比的反应区，这会导致NOx排放大大增加。与此同时，过高的油气当量比将产生大量的碳烟，增强火焰筒壁面的热辐射，导致壁面温度过高。因此，在保证稳定燃烧的同时，如何快速有效的降低碳烟和NOx的排放是发动机燃烧室的设计关键及难点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种二次流蒸发管式燃烧室结构，以克服现有技术的不足。>为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种二次流蒸发管式燃烧室结构，包括燃烧室本体和折流板，燃烧室本体前端为环形筒状，折流板上端为环形凹槽，燃烧室本体前端的环形筒状套设于折流板上端的环形凹槽，燃烧室本体前端的环形筒状外壁与折流板环形凹槽内壁之间通过翅片连接，环形筒状桶壁、底部及环形凹槽底部均设有气膜孔，燃烧室本体内设有蒸发管，蒸发管沿燃烧室本体周向均匀设置，蒸发管上端进口位于燃烧室本体上，蒸发管下端出口位于环形筒状内，蒸发管的轴线与燃烧室本体轴线呈锐角，蒸发管内插有与蒸发管同轴的燃油喷嘴。进一步的，燃烧室本体包括燃烧室外壁面、燃烧室内壁面、燃烧室前端壁面和燃烧室后端壁面，燃烧室外壁面、燃烧室前端壁面和燃烧室内壁面之间形成火焰筒，燃烧室外壁面、燃烧室内壁面和燃烧室前端壁面上均设有气膜孔；折流板包括折流板外壁面、折流板前端壁面、折流板内壁面和折流板后端壁面，折流板外壁面、折流板前端壁面和折流板内壁面之间形成回流槽，火焰筒套设于回流槽内，折流板前端壁面上设有前端掺混孔，折流板与燃烧室外壁面之间通过翅片连接。进一步的，蒸发管的轴线由燃烧室后端壁面端向燃烧室前端壁面靠近燃烧室本体轴线，蒸发管的轴线与燃烧室本体轴线夹角为15°～35°。进一步的，燃烧室前端壁面为曲形壁面，燃烧室前端壁面向外部凸出，燃烧室前端壁面的弧度为π/6～π/3。进一步的，燃油喷嘴在蒸发管内部的长度为蒸发管总长的1％～5％。进一步的，折流板内壁面与燃烧室内壁面之间的距离小于折流板外壁面与燃烧室外壁面之间的距离。进一步的，折流板前端壁面距燃烧室前端壁面为燃烧室本体壁厚的4～10倍，折流板外壁面距燃烧室外壁面为燃烧室本体壁厚的5～12倍，折流板内壁面距燃烧室内壁面为燃烧室本体壁厚的2～7倍。进一步的，燃烧室本体管壁沿径向设有多排气膜孔，燃烧室本体上两端气膜孔孔径相同且最小，燃烧室本体上其余多排气膜孔由前端至后端孔径逐渐增大。进一步的，燃烧室本体上的外气膜孔的面积为蒸发管内圆面积的2.5％～220％，燃烧室本体上的内气膜孔的面积为蒸发管内径面积的10％～110％。进一步的，折流板与燃烧室外壁面相连的翅片数量为30～70个，沿燃烧室外壁面周向均匀设置。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开了一种二次流蒸发管式燃烧室结构，采用前端为环形筒状的燃烧室本体以及上端为环形凹槽的折流板，在燃烧室外壁面添加折流板，通过翅片相连并强化传热，环形筒状桶壁以及环形凹槽的槽壁均设有气膜孔，使机匣内二次流的反向空气流被加热并在燃烧室头部被一次空气流引射、混合后升温，降低火焰温度，使燃烧火焰温度场更加均匀，翅片强化壁面传热使得壁面温度得到有效冷却，优化流场均匀性，提高燃烧效率，降低燃烧室出口温度分布系数，节约燃油的同时极大地减少NOx等污染物的排放。环形筒状外壁与环形凹槽内壁之间通过翅片连接，形成一体化成型结构，减轻了设备的整体重量、减小燃烧室的外廓尺寸，有效地提高了发动机的推重比，增加了发动机的机动性，同时减少了结构件之间的连接件使用量，提升了整体性能。进一步的，燃烧室前端壁面为曲形壁面，燃烧室前端壁面向外部凸出，燃烧室前端壁面的弧度为π/6～π/3，使得来流空气更加贴合壁面，优化高速流场，使速度场更加均匀，避免局部出现高速区。进一步的，设置轴向导流板以实现二次空气流量的再分配，由头部的一次空气射流，引射燃烧室本体外侧的部分二次受热空气流，并与之混合为升温的高动量空气射流，进入燃烧室助燃，由此引发燃烧室内高温燃气旋流区；燃烧室本体外侧机匣的另一部分受热空气经尾部稀释孔与燃烧主流形成小温差混合区，进一步改善出口温度场品质。进一步的，燃烧室外壁面为加翅片的高效传热，以提取燃烧区的燃烧热流以加热机匣内的二次冷却空气流，燃烧室本体与发动机腔体之间的机匣内被引射的部分空气同时起到了冷却火焰筒壁面而后助燃的双重作用，极大缓解了燃气轮机特别是航空燃气轮机空气用量大和用气量紧张的矛盾。进一步的，当逆向喷射燃油液滴时，增大液滴与来流气流掺混雾化的距离，燃油液滴在蒸发管内分布比较均匀，在喷嘴出口处气态和液态油滴间的相对速度较大，有利于燃油雾化；进一步的，燃烧室及折流板前端壁面设置有引射气膜孔，前端面进气可以避免蒸发管直接暴露在主燃区高温区，一定程度上减少烧蚀的几率。进一步的，蒸发管沿燃烧室火焰筒后端壁周向均匀排列，和火焰筒的轴线成一定角度，燃油喷嘴沿轴向插至蒸发管内，燃油喷嘴的轴线和蒸发管的轴线重合，喷嘴出口距燃烧室后端壁面长度占蒸发管总长的1％～5％，与来流空气形成逆向喷射，利用高温燃气回流区内的高温低氧条件，实现稳定高效超低污染的燃烧模式。附图说明图1为本专利技术的燃烧室三维立体结构侧视图；图2为本专利技术的燃烧室俯视图；图3为图2A-A截面半剖图；图4为本专利技术的燃烧室仰视图；图5为本专利技术的燃烧室三维立体结构正视图；其中：1-折流板外壁面；2-燃烧室外壁面；3-燃烧室本体；4-燃烧室外壁面气膜孔；5-燃烧室前端壁面；6-折流板前端壁面；7-翅片；8-折流板内壁面；9-燃烧室内壁面；10-燃烧室内壁面气膜孔；11-折流板前端掺混孔；12-燃烧室前端掺混孔；13-燃烧室后端壁面；14-蒸发管进口；15-蒸发管出口；16-折流板后端壁面；17-蒸发管、18-折流板。具体实施方式下面结合附图对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二次流蒸发管式燃烧室结构，其特征在于，包括燃烧室本体(3)和折流板(18)，燃烧室本体(3)前端为环形筒状，折流板(18)上端为环形凹槽，燃烧室本体(3)前端的环形筒状套设于折流板(18)上端的环形凹槽，燃烧室本体(3)前端的环形筒状外壁与折流板(18)环形凹槽内壁之间通过翅片(7)连接，环形筒状桶壁、底部及环形凹槽底部均设有气膜孔，燃烧室本体(3)内设有蒸发管(17)，蒸发管(17)沿燃烧室本体(3)周向均匀设置，蒸发管(17)上端进口位于燃烧室本体(3)上，蒸发管(17)下端出口位于环形筒状内，蒸发管(17)的轴线与燃烧室本体(3)轴线呈锐角，蒸发管(17)内插有与蒸发管(17)同轴的燃油喷嘴。/n

【技术特征摘要】
1.一种二次流蒸发管式燃烧室结构，其特征在于，包括燃烧室本体(3)和折流板(18)，燃烧室本体(3)前端为环形筒状，折流板(18)上端为环形凹槽，燃烧室本体(3)前端的环形筒状套设于折流板(18)上端的环形凹槽，燃烧室本体(3)前端的环形筒状外壁与折流板(18)环形凹槽内壁之间通过翅片(7)连接，环形筒状桶壁、底部及环形凹槽底部均设有气膜孔，燃烧室本体(3)内设有蒸发管(17)，蒸发管(17)沿燃烧室本体(3)周向均匀设置，蒸发管(17)上端进口位于燃烧室本体(3)上，蒸发管(17)下端出口位于环形筒状内，蒸发管(17)的轴线与燃烧室本体(3)轴线呈锐角，蒸发管(17)内插有与蒸发管(17)同轴的燃油喷嘴。


2.根据权利要求1所述的一种二次流蒸发管式燃烧室结构，其特征在于，燃烧室本体(3)包括燃烧室外壁面(2)、燃烧室内壁面(9)、燃烧室前端壁面(5)和燃烧室后端壁面(13)，燃烧室外壁面(2)、燃烧室前端壁面(5)和燃烧室内壁面(9)之间形成火焰筒，燃烧室外壁面(2)、燃烧室内壁面(9)和燃烧室前端壁面(5)上均设有气膜孔；折流板(18)包括折流板外壁面(1)、折流板前端壁面(6)、折流板内壁面(8)和折流板后端壁面(16)，折流板外壁面(1)、折流板前端壁面(6)和折流板内壁面(8)之间形成回流槽，火焰筒套设于回流槽内，折流板前端壁面(6)上设有前端掺混孔(11)，折流板(18)与燃烧室外壁面(2)之间通过翅片(7)连接。


3.根据权利要求1或2所述的一种二次流蒸发管式燃烧室结构，其特征在于，蒸发管(17)的轴线由燃烧室后端壁面(13)端向燃烧室前端壁面(5)靠近燃烧室本体(3)轴线，蒸发管(17)的轴线与燃烧室本体(3)轴线夹角为15°～35°。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，眭晓蔚，代赟，杨红伟，袁元园，王瑞，秦岭，卢秉恒，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61