一种离心喷嘴与旋流器一体化的燃烧室头部结构制造技术

本发明专利技术公开了一种离心喷嘴与旋流器一体化的燃烧室头部结构，包括离心喷嘴与旋流器一体化结构体、浮动环、导流板、火焰筒头部、火焰筒外环和火焰筒内环。离心喷嘴与旋流器一体化结构体由喷嘴芯、旋流芯、结构体外壳、滤网和供油座构成，结构体外壳兼有旋流器和喷嘴外套的功能，喷嘴内部开有联通的Y型气流通道。燃油经供油座和滤网后在旋流芯的旋流槽的离心力作用下，形成锥状喷雾经喷口进入燃烧室，从斜切进气孔进来的旋流空气一方面对燃油进行掺混，并在下游建立回流区，油气混合物在回流区内燃烧；另一方面旋流进气可以起到吹除喷嘴端面的积碳作用。一部分空气通过浮动环和导流板开孔分别对导流板端面和导流板端面进行冷却吹除。一部分空气通过Y型通孔对喷嘴内部进行冷却降温和吹除，防止喷口积碳堵塞。采用本头部结构的燃烧室具有良好的点火、防熄火和防积碳特性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种离心喷嘴与旋流器一体化的燃烧室头部结构


[0001]本专利技术属于中小型航空发动机和燃气轮机燃烧室
，特别涉及一种离心喷嘴与旋流器一体化的燃烧室头部结构。

技术介绍

[0002]典型航空发动机和燃气轮机燃烧室头部结构包括火焰筒、旋流器、喷嘴和导流板等，头部旋流器和喷嘴的匹配在很大程度上决定了燃烧室的点火、熄火和燃烧效率等特性。为了改善燃烧室的点火、高空再点火、熄火特性和排放特性，民用大涵道比涡扇发动机逐渐采用贫油燃烧的分级技术，燃烧区分成中心预燃级和主燃级，中心预燃级一般采用离心喷嘴和旋流器匹配，在低负荷状态下单独供油使用，并设计成富油燃烧，可以保证较好的点火特性和熄火特性。
[0003]而对于小涵道比涡扇发动机和涡喷、涡轴和涡浆发动机而言，燃烧室的径向尺寸和头部空间相对狭小，在头部布置分级方案非常困难，因此为了改善其点火和熄火特性，燃烧室头部一般采用都用喷嘴和一级旋流器或者两级旋流器方案，并采用富油设计。
[0004]离心喷嘴在很低的供油压力下具有良好的雾化特性，可以保证可靠的点火和熄火特性，离心喷嘴和旋流器合理设计匹配后可以在在较弱的油气混合强度下具有持续燃烧的能力，被广泛应用于中小型航空发动机和大涵道比涡扇发动机的中心预燃级。
[0005]而富油方案的设计理念不可避免使得燃烧区存在未燃烧完全的碳烟，未燃尽的碳烟颗粒在回流作用下被卷吸回来覆着在喷嘴端面、旋流器端面和燃烧室头部壁面，若不及时除去，会严重影响燃油喷雾质量和和燃烧效率。
[0006]另一方面，由于喷嘴长期处于高温环境中，在发动机接到停车指令切断燃油后，喷嘴芯内部仍会有少量余油，若不及时吹除，高温下容易发生结焦，降低喷口面积甚至堵塞喷口，降低燃油雾化质量，进而影响燃烧室的点火和燃烧效率，影响发动机的后续使用，降低发动机的使用寿命。

技术实现思路

[0007](一)本专利技术所要解决的技术问题：
[0008]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种离心喷嘴和旋流器一体化的燃烧室头部结构，包括喷嘴和旋流器一体化结构体、导流板、浮动环、火焰筒头部、火焰筒外环和火焰筒内环，其中开设有斜切进气孔的结构体外壳既是旋流器本身也是离心喷嘴的外套，斜切进气孔有产生旋流和对喷嘴端面吹除的双重作用，斜切进气孔进气一方面在下游形成回流区用来稳定火焰，另一方对喷嘴端面进行吹扫，清除回流区卷吸回来覆着在喷嘴表面的积碳；一体化的离心喷嘴内部开设贯通的Y型气流通道，上游气流通过Y型气流通道对喷嘴进行降温冷却，并对喷口内部的余油进行吹除，防止喷嘴堵塞。通过上述离心喷嘴和旋流器一体化的燃烧室头部结构和吹气方案可以实现良好点火和熄火特性，同时解决一体化喷嘴旋流器的内部、外端面和头部壁面的清洁防污问题。
[0009](二)本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案为：
[0010]一种离心喷嘴与旋流器一体化的燃烧室头部结构，至少包括火焰筒头部端板、火焰筒外环和火焰筒内环，所述火焰筒头部端板的内侧固定设置一导流板，所述导流板与火焰筒头部端板之间设有浮动环，所述浮动环在轴向和径向上均具有活动空间，其特征在于，
[0011]每一所述浮动环的中心孔中均固定设置一离心喷嘴与旋流器一体化结构体，所述离心喷嘴与旋流器一体化结构体至少包括一结构体外壳、一喷嘴芯和一旋流芯，其中，
[0012]所述结构体外壳，包括一筒状圆柱段以及一形成在所述筒状圆柱段前端的圆台段，所述圆台段的端面中心处形成一内凹端面，所述内凹端面的底壁背面中心处形成一锥形凹槽，所述圆台段的后侧壁上开设至少一圈沿周向分布的斜切进气孔，各所述斜切进气孔均延伸至与所述内凹端面连通，且各所述斜切进气孔1与喷嘴轴线具有轴向和角向两方向的角度，外部高压空气经各所述斜切进气孔后形成为旋流空气进入燃烧室内并在下游建立回流区，
[0013]所述喷嘴芯同心设置在所述结构体外壳的内腔中，包括一空心圆柱段以及一形成在所述空心圆柱段前端的空心圆锥段，所述空心圆锥段的前端形成为喷油口，且至少在所述喷嘴芯的空心圆锥段与所述结构体外壳的锥形凹槽之间形成为流体密封结构，
[0014]所述旋流芯同心设置在所述喷嘴芯的内腔中，包括一实心圆柱段以及一形成在所述实心圆柱段前端的实心圆锥段，所述实心圆锥段的外壁上开设有若干沿周向分布的旋流槽，所述旋流芯前端的至少部分实心圆锥段位于所述喷嘴芯的空心圆锥段内，二者之间形成面积收缩的旋流槽通道，所述喷嘴芯的空心圆柱段的内壁与所述旋流芯的实心圆柱段的外壁之间具有沿轴向延伸的间隙，所述轴向延伸的间隙形成为供油通道，所述供油通道与所述旋流芯通道连通，
[0015]外部高压燃油依次经所述供油通道进入所述旋流槽通道，在所述旋流槽的离心力作用下在所述喷油口处以锥状燃油喷雾形式进入燃烧室内，外部高压空气经各所述斜切进气孔后形成为旋流空气，对所述锥状燃油喷雾进行破碎、雾化和掺混后形成为油气混合物，所述油气混合物被点燃后在所述回流区内稳定燃烧。
[0016]优选地，所述离心喷嘴与旋流器一体化结构体还包括一供油座，所述供油座固定设置在所述喷嘴外套的筒状圆柱段的后端，且二者之间优选设置有滤网。
[0017]优选地，所述喷嘴外套的筒状圆柱段壁面上、所述喷嘴芯的空心圆柱段壁面上设有若干一一对应连通的引流气孔，所述旋流芯的实心圆柱段上设有若干与所述引流气孔一一对应连通的引气通道，且所述旋流芯的中心处还设有一沿轴向延伸至其前端部的喷射气体通道，各所述引气通道均与所述喷射气体通道连通，各所述引流气孔用以将外部气体通过各所述引气通道引流至所述喷射气体通道，所述喷射气体通道用以将引流气体喷射至所述内凹端面内，从而实现对所述内凹端面进行吹除和冷却降温，防止喷油口积碳堵塞。
[0018]本专利技术的离心喷嘴与旋流器一体化的燃烧室头部结构，包括离心喷嘴与旋流器一体化结构体、浮动环、导流板、火焰筒头部、火焰筒外环和火焰筒内环，所述一体化的喷嘴与旋流器由喷嘴芯、旋流芯、结构体外壳、滤网和供油座构成，所述结构体外壳既是旋流器也同样是喷嘴外套，一体化结构体内部开有联通的Y型气流通道，斜切进气孔兼有产生回流区和吹除喷嘴端面的作用的功能。燃油经供油座和滤网后在旋流芯的旋流槽的离心力作用下，形成锥状喷雾经喷口进入燃烧室，从斜切进气孔进来的空气一方面对燃油进行掺混雾
化，并在旋流作用下建立回流区，油气混合物在回流区内燃烧；另一方面旋流进气可以起到降低喷嘴端面温度和吹除端面的积碳作用。另一部分空气通过Y型气流通道对喷嘴内部进行冷却降温和吹除余油，起到防止积碳堵塞作用，保证喷嘴内部的洁净。
[0019]优选地，所述火焰筒外环和火焰筒头部集成在一起，所述火焰筒外环和火焰筒内环通过导流板固定安装在一起，所述浮动环位于所述导流板与火焰筒头部之间，所述离心喷嘴与旋流器一体化结构体安装在所述浮动环内。
[0020]优选地，所述离心喷嘴与旋流器一体化结构体中，设置在所述结构体外壳的圆台段上的斜切进气孔形成为空气旋流器，所述斜切进气孔兼有作为喷嘴外套和产生旋流空气的功用，并在下游建立合适的回流区。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离心喷嘴与旋流器一体化的燃烧室头部结构，至少包括火焰筒头部端板、火焰筒外环和火焰筒内环，所述火焰筒头部端板的内侧固定设置一导流板，所述导流板与火焰筒头部端板之间设有浮动环，所述浮动环在轴向和径向上均具有活动空间，其特征在于，每一所述浮动环的中心孔中均固定设置一离心喷嘴与旋流器一体化结构体，所述离心喷嘴与旋流器一体化结构体至少包括一结构体外壳、一喷嘴芯和一旋流芯，其中，所述结构体外壳，包括一筒状圆柱段以及一形成在所述筒状圆柱段前端的圆台段，所述圆台段的端面中心处形成一内凹端面，所述内凹端面的底壁背面中心处形成一锥形凹槽，所述圆台段的后侧壁上开设至少一圈沿周向分布的斜切进气孔，各所述斜切进气孔均延伸至与所述内凹端面连通，且各所述斜切进气孔1与喷嘴轴线具有轴向和角向两方向的角度，外部高压空气经各所述斜切进气孔后形成为旋流空气进入燃烧室内并在下游建立回流区，所述喷嘴芯同心设置在所述结构体外壳的内腔中，包括一空心圆柱段以及一形成在所述空心圆柱段前端的空心圆锥段，所述空心圆锥段的前端形成为喷油口，且至少在所述喷嘴芯的空心圆锥段与所述结构体外壳的锥形凹槽之间形成为流体密封结构，所述旋流芯同心设置在所述喷嘴芯的内腔中，包括一实心圆柱段以及一形成在所述实心圆柱段前端的实心圆锥段，所述实心圆锥段的外壁上开设有若干沿周向分布的旋流槽，所述旋流芯前端的至少部分实心圆锥段位于所述喷嘴芯的空心圆锥段内，二者之间形成面积收缩的旋流槽通道，所述喷嘴芯的空心圆柱段的内壁与所述旋流芯的实心圆柱段的外壁之间具有沿轴向延伸的间隙，所述轴向延伸的间隙形成为供油通道，所述供油通道与所述旋流芯通道连通，外部高压燃油依次经所述供油通道进入所述旋流槽通道，在所述旋流槽的离心力作用下在所述喷油口处以锥状燃油喷雾形式进入燃烧室内，外部高压空气经各所述斜切进气孔后形成为旋流空气，对所述锥状燃油喷雾进行破碎、雾化和掺混后形成为油气混合物，所述油气混合物被点燃后在所述回流区内稳定燃烧。2.根据上述权利要求所述的离心喷嘴与旋流器一体化的燃烧室头部结构，其特征在于，所述离心喷嘴与旋流器一体化结构体还包括一供油座，所述供油座固定设置在所述喷嘴外套的筒状圆柱段的后端，且二者之间优选设置有滤网。3.根据上述权利要求所述的离心喷嘴与旋流器一体化的燃烧室头部结构，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘富强，杨金虎，刘存喜，穆勇，王凯兴，阮昌龙，王少林，徐纲，
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：