本发明专利技术公开了一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器，包括一级旋流器与二级旋流器，所述一级旋流器与所述二级旋流器之间设置有文氏管，所述二级旋流器上设置有套筒，所述一级旋流器套设于中心喷嘴上，还包括：混流部，所述混流部设置于所述套筒的端部，所述混流部用于对燃烧室内的油气进行再次充分混合；冷却部，所述冷却部设置于所述套筒上，所述冷却部用于输送冷却气体且对燃烧室旋流器外壳进行冷却保护，同时具有解决双级轴向旋流器流场普遍存在的旋涡核心进动(PVC)流动不稳定，会引发燃烧不稳定性以及使燃烧室火焰稳定性降低，不利于火焰稳定的效果。
【技术实现步骤摘要】
凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器及航空发动机
本专利技术涉及航空燃气涡轮发动机燃烧室的
，特别地，涉及一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器，此外，本专利技术还涉及一种包括上述凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器的航空发动机。
技术介绍
高性能燃烧室的发展对燃油雾化技术提出了更高的要求，需要在更短的燃烧区内实现完全燃烧，以缩短燃烧室长度、减轻其重量；需要更好地组织主燃区浓度场，以应对高温升燃烧室用于调整出口温度场造成的气量短缺；需要具有更高要求的点火性能、贫油熄火范围和更低的污染物排放等。一般的空气雾化喷嘴难以全面满足上述要求，特别是点火性能差和贫油熄火范围窄，因此国内外发展了喷嘴加旋流器的燃油雾化装置，典型结构以CFM56发动机燃烧室双级旋流器为代表，可以根据燃烧性能的需求进行灵活设计，并实现不同工况下燃油的分级调节，从而获得所需要的燃烧室头部气流结构和燃油浓度分布，以保证在宽广的工作状态下实现良好的点火性能、燃烧性能以及宽广的稳定燃烧范围。现有的双级轴向旋流器结构主要由一级旋流器、文氏管、二级旋流器和套筒等结构组成。现有的双级轴向旋流器流场普遍存在旋涡核心进动(PVC)流动不稳定，会引发燃烧不稳定性以及使燃烧室火焰稳定性降低，不利于火焰稳定。针对上述现有技术的缺陷，本专利技术提供一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器。
技术实现思路
本专利技术提供了一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器，以解决现有的双级轴向旋流器流场普遍存在旋涡核心进动(PVC)流动不稳定，会引发燃烧不稳定性以及使燃烧室火焰稳定性降低，不利于火焰稳定的技术问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器，包括：包括一级旋流器与二级旋流器，所述一级旋流器与所述二级旋流器之间设置有文氏管，所述二级旋流器上设置有套筒，所述一级旋流器套设于中心喷嘴上，还包括：混流部，所述混流部设置于所述套筒的端部，所述混流部用于对燃烧室内的油气进行充分混合，所述混流部用于产生负压，从而产生回流区，并于混流部内形成稳定的回流区，减少文氏管两侧的一级旋流器、二级旋流器气流与燃油发生剪切作用后容易出现的PVC现象；冷却部，所述冷却部设置于所述套筒上，所述冷却部用于输送冷却气体且对所述套筒的外壳进行冷却保护。通过采用上述技术方案，根据不同燃烧室需求选取不同长度、型面等结构特征的文氏管，中心喷嘴喷出的燃油冲击在文氏管内型面上形成预膜雾化，和/或不冲击文氏管任何壁面而直接由一级旋流器和二级旋流器的气流剪切雾化，通过套筒上的混流部对油气进行充分掺混，将均匀掺混的油气传递至燃烧室内进行燃烧，通过套筒上的冷却部对旋流器外壳以及混流部进行冷却，避免流经的燃气温度过高而对套筒与发动机外壳造成损坏，提高了发动机燃烧室及旋流器的使用寿命，空气流经混流部靠近套筒端部的外壁后发生突扩，卷吸内外两侧流体，进而在混流部出现负压区，从而产生气体回流，使得混流部内形成稳定的回流区，通过简单的凹腔结构形式有效缓解或避免文氏管两侧的一级旋流器、二级旋流器气流与燃油发生剪切作用后容易出现的PVC现象，具有解决双级轴向旋流器流场普遍存在旋涡核心进动(PVC)流动不稳定，而引发燃烧不稳定性以及使燃烧室火焰稳定性降低的后果，不利于火焰稳定的问题。进一步地，所述混流部包括导向环，所述导向环设置于所述套筒的端部，所述导向环内壁与所述套筒的端面呈夹角设置并形成有凹腔涡，所述凹腔涡用于对中心喷嘴喷出的燃油与一级旋流器和二级旋流器传输的空气进行充分掺混并输送至燃烧室进行燃烧。通过采用上述技术方案，通过导向环在套筒的端部形成凹腔涡，中心喷嘴喷出的燃油冲击或不冲击在文氏管内壁面上，在一级旋流器和二级旋流器气流的剪切作用下形成油雾，油雾在向下游运动过程中经过套筒末端的凹腔涡，在凹腔涡内短暂驻留，凹腔涡内的旋涡使得油雾与空气发生良好掺混，然后再进入下游主燃区。空气流经凹腔涡靠近套筒端部的外壁后发生突扩，卷吸内外两侧流体，导致凹腔涡出现负压区，从而产生回流区，凹腔涡内可形成稳定的回流区，通过简单的结构形式有效缓解或避免文氏管两侧的一级旋流器、二级旋流器气流与燃油发生剪切作用后容易出现的PVC现象，达到抑制燃烧不稳定性以及降低燃烧室噪声的目的，且凹腔涡在稳流作用基础上具有稳焰功能，实际工作中燃烧火焰可能回流至旋流器内部，而凹腔涡内部又是一个稳定的回流区，回火可能会引燃凹腔涡，凹腔涡内形成的回流区会充当稳定的点火源，将油气充分使用。进一步地，所述导向环的端部呈弧形设置。通过采用上述技术方案，将导向环的端部设置为圆弧形，在安装过程中避免导向环的端部有棱角导致安装时划伤零件，且增加旋流器出口液雾张角，解决了直喷式双级轴向旋流器存在的液雾锥角小而导致的液雾集中，出口温度分布系数(OTDF)变大，且点火困难的问题。进一步地，所述导向环的端面呈竖直设置。通过采用上述技术方案，导向环的端部呈竖直设置，导向环在安装时与航空发动机的火焰筒配合安装使用，通过导向环的端部竖直设置，具有定位安装的效果，且增加旋流器出口液雾张角，解决了直喷式双级轴向旋流器存在的液雾锥角小而导致的液雾集中，出口温度分布系数(OTDF)变大，且点火困难的问题。进一步地，所述导向环的端部设置有沿所述导向环端面朝向所述导向环内壁方向的倒角。通过采用上述技术方案，将导向环的端部加工为倒角可以减少油气在导向环端部的吸附，且通过在导向环的端部加工成倒角，在对旋流器外壳进行冷却的同时减轻了航空发动机的重量，且通过在导向环的端部加工成倒角在对导向环进行加工时，方便切削加工，且增加旋流器出口液雾张角，解决了直喷式双级轴向旋流器存在的液雾锥角小而导致的液雾集中，出口温度分布系数(OTDF)变大，且点火困难的问题。进一步地，所述导向环的内壁与所述套筒端面的夹角范围为90°-180°，且夹角包括90°不包括180°。通过采用上述技术方案，将导向环的内壁与套筒端部的夹角设置为90-180°，在凹腔涡内对油气进行混合时，凹腔涡的夹角为90-180°可以方便掺混完成的均匀油气传递至火焰筒燃烧室进行燃烧，且将凹腔涡的夹角设置为90-180°，可以使得套筒端部呈倾斜设置，减少套筒的重量，具有轻量化设计发动机的效果，且将凹腔涡的夹角设置为90-180°，可以增加油气在凹腔涡内的驻留时间，将油气在凹腔涡内充分掺混后进入下游主燃区内进行燃烧。进一步地，所述凹腔涡的长高比为[1-2]。通过采用上述技术方案，将凹腔涡的长高比设置在1-2之间，避免导向环的内壁过短导致油气掺混效果不佳，有利于形成理想的回流涡结构，且将凹腔涡的长高比设置为1-2之间，避免导向环过大在发动机内占用大量的空间以及重量，航空发动机应用在航空领域，对于发动机的轻量化要求是必要的，在保证发动机稳定工作的同时保证发动机的轻量化。进一步地，所述冷却部包括冷却通道一，所述冷却通道一设置于所述套筒内，所述冷却通道一与所述套筒的内壁内沿所述套筒的轴向穿过并于所述凹腔涡的一端于所述套筒的内壁沿壁厚方向穿出。通过采用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器，包括一级旋流器(1)与二级旋流器(2)，所述一级旋流器(1)与所述二级旋流器(2)之间设置有文氏管(3)，所述二级旋流器(2)上设置有套筒(4)，所述一级旋流器(1)套设于中心喷嘴上，其特征在于：还包括：/n混流部(41)，所述混流部(41)设置于所述套筒(4)的出气端端部，所述混流部(41)用于对燃烧室内的油气进行充分再次混合，所述混流部(41)用于产生负压，从而产生回流区，并于混流部(41)内形成稳定的回流区，以减少文氏管(3)两侧的一级旋流器(1)、二级旋流器(2)气流与燃油发生剪切作用后出现的PVC现象；/n冷却部(42)，所述冷却部(42)设置于所述套筒(4)上，所述冷却部(42)用于输送冷却气体且对套筒(4)的外壳进行冷却保护。/n
【技术特征摘要】
1.一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器，包括一级旋流器(1)与二级旋流器(2)，所述一级旋流器(1)与所述二级旋流器(2)之间设置有文氏管(3)，所述二级旋流器(2)上设置有套筒(4)，所述一级旋流器(1)套设于中心喷嘴上，其特征在于：还包括：
混流部(41)，所述混流部(41)设置于所述套筒(4)的出气端端部，所述混流部(41)用于对燃烧室内的油气进行充分再次混合，所述混流部(41)用于产生负压，从而产生回流区，并于混流部(41)内形成稳定的回流区，以减少文氏管(3)两侧的一级旋流器(1)、二级旋流器(2)气流与燃油发生剪切作用后出现的PVC现象；
冷却部(42)，所述冷却部(42)设置于所述套筒(4)上，所述冷却部(42)用于输送冷却气体且对套筒(4)的外壳进行冷却保护。
2.根据权利要求1所述的一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器，其特征在于：所述混流部(41)包括导向环(411)，所述导向环(411)设置于所述套筒(4)的端面，所述导向环(411)内壁与所述套筒(4)的端面呈夹角设置并形成有凹腔涡(412)，所述凹腔涡(412)用于对中心喷嘴喷出的燃油与一级旋流器和二级旋流器传输的空气进行充分掺混并输送至燃烧室主燃区进行燃烧。
3.根据权利要求2所述的一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器，其特征在于：所述导向环(411)的端面呈弧形设置。
4.根据权利要求2所述的一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器，其特征在于：所述导向环(411)的端面呈竖直设置。
5.根据权利要求2所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：王志凯，江立军，陈盛，彭中九，刘冉，刘逸博，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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