本发明专利技术提供了一种应用于航空发动机或燃气轮机上的凹腔射流驻涡稳焰式燃烧室，以增强驻涡燃烧室内旋涡强度，减小凹腔几何结构匹配等因素对火焰稳定的影响程度，所设计的凹腔射流驻涡稳焰式燃烧室包括扩压器、输油装置、点火器、凹腔火焰筒和燃烧室壳体。其中，燃烧室壳体通过轴承支撑与发动机轴套上；扩压器连接着燃烧室壳体，使来流减速增压；输油装置包括有主油管、环形油管、输油细管和喷油嘴，对燃烧提供了充足的燃料；气体进入火焰筒的途径并不是从火焰筒的头部，而是从火焰筒壁面上的射流孔进入，进入的气流相互冲击，导致大部分流体逆流而上形成稳定的旋涡结构，由此起到良好的稳焰效果。焰效果。焰效果。
【技术实现步骤摘要】
一种凹腔射流驻涡稳焰式燃烧室
[0001]本专利技术涉及航空发动机和燃气轮机
，具体而言，涉及一种凹腔射流驻涡稳焰式燃烧室。
技术介绍
[0002]燃烧室是航空发动机和燃气轮机中的一个重要部件，又被称为是发动机的心脏。在燃烧室中，空气与燃料会充分混合并进行燃烧，将化学能转换为热能，产生的高温高压燃气会推动涡轮做功，为发动机产生推力提供了能量来源。
[0003]随着航空发动机与燃气轮机技术的发展，发动机对燃烧室性能的要求也是越来越高，因此，高性能燃烧室研制面临着如下诸多技术挑战：1.在冷却气量减少的情况下，保证火焰筒的寿命；2.在更广的稳定工作范围内，保证燃烧室内燃烧的稳定性；3.减少燃烧排放的污染物；4.在满足温度要求的情况下尽量减少燃烧室的整体重量。为提高燃烧室的各项性能，一种新型的燃烧室结构——驻涡燃烧室，在上世纪90年代被相继提出。驻涡燃烧室采用了分级分区燃烧的概念，在主流来流的方向设置凹腔的结构，主流流经凹腔时会在凹腔内形成稳定的旋涡流动结构，再将燃料注入到这些涡旋之中，进一步加强涡的强度，可以起到稳定火焰的作用。与常规的燃烧室(在火焰筒进口处安装旋流器，产生低速回流区，以稳定火焰)相比，驻涡燃烧室有着更好的点火性能，其贫油熄火的裕度也更宽，有着更低的污染物排放量，同时燃烧效率还更高。但是，当驻涡燃烧室的几何结构与进口条件匹配不合适的情况下，难以形成相对稳定的涡旋结构，不利于火焰稳定，同时凹腔内低速旋涡结构与主流之间的热质交换效率较低。
[0004]因此，解决如何增强驻涡燃烧室内旋涡强度，减小凹腔几何结构匹配等因素对火焰稳定的影响程度，以及提高主流与凹腔驻涡之间的传热传质效率等问题，是发展高性能驻涡燃烧室的关键所在。
技术实现思路
[0005]本专利技术通过如下技术方案实现。
[0006]一种凹腔射流驻涡稳焰式燃烧室，所述燃烧室包括扩压器、输油装置、点火器、凹腔火焰筒和燃烧室壳体；所述扩压器与所述燃烧室壳体连接；所述燃烧室壳体包括燃烧室外机匣和燃烧室内机匣，所述燃烧室外机匣上开有主油管安装通孔和燃烧室点火器安装通孔；所述输油装置包括有主油管、环形油管、输油细管和喷油嘴，发动机供油系统与所述环形油管通过所述主油管连接，所述环形油管连通所述主油管和所述输油细管，所述输油细管与所述喷油嘴连接；所述凹腔火焰筒包括火焰筒外筒、火焰筒内筒，火焰筒外筒和火焰筒内筒由凹腔头部、凹腔上段、凹腔垂直段和凹腔后段组成，凹腔头部包括凹腔头部钝体，并开设有输油细管安装通孔，凹腔上段开设有火焰筒点火器安装通孔、凹腔射流孔和凹腔上段冷却孔，凹腔垂直段开设有凹腔垂直段冷却孔，凹腔后段开设有凹腔掺混孔和凹腔后段冷却孔，由所述火焰筒外筒和所述火焰筒内筒围成的区域为燃烧区域，所述凹腔火焰筒和
所述燃烧室壳体围成的区域为气流通道。
[0007]其中，所述环形油管为圆环状的金属管，其数量为1个；所述主油管为可弯曲的金属管，连接发动机的供油系统，将燃油输送入所述输油装置中，所述主油管的设置数量为1～4根，并周向均匀安装在所述环形油管上；所述输油细管也为可弯曲的金属管，所述输油细管的设置数量为8～16根，并均匀安装在所述环形油管上，所述输油细管的油路流向为轴向，所述主油管与所述输油细管在所述环形油管上的安装夹角可为90
°
～150
°
；所述喷油嘴的设置数量为8～16个。
[0008]其中，所述燃烧室外机匣上的所述主油管安装通孔的设置数量为1～4个，所述主油管安装通孔的设置数量与所述主油管的设置数量一致。
[0009]其中，所述凹腔火焰筒由凹腔头部、凹腔上段、凹腔垂直段和凹腔后段组成。
[0010]其中，凹腔头部开设有所述输油细管安装通孔，凹腔上段开设有所述火焰筒点火器安装通孔、凹腔射流孔和凹腔上段冷却孔，凹腔垂直段开设有所述凹腔垂直段冷却孔，凹腔后段开设有所述凹腔掺混孔和凹腔后段冷却孔。
[0011]其中，所述凹腔火焰筒位于所述燃烧室壳体中心，所述凹腔火焰筒通过所述火焰筒支撑板与所述燃烧室壳体连接固定。
[0012]其中，所述点火器的设置数量为2个，安装在所述凹腔头部钝体后和所述凹腔射流孔前，均通过所述火焰筒外筒上的所述火焰筒点火器安装通孔伸入燃烧室，在射流形成的涡结构中点火，所述两个点火器之间的夹角为180
°
。
[0013]其中，所述燃烧室外机匣上的所述燃烧室点火器安装通孔的设置数量为2个，所述燃烧室点火器安装通孔的设置数量与所述点火器的设置数量一致。
[0014]其中，所述凹腔头部钝体的夹角范围在120
°
～150
°
之内，并且在所述凹腔头部钝体上开有所述输油细管安装通孔，所述输油细管安装通孔的设置数量为8～16个，所述输油细管安装通孔的设置数量与所述输油细管的设置数量一致，所述输油细管安装通孔的孔径要略大于所述输油细管的直径。
[0015]其中，所述凹腔火焰筒的凹腔宽高比为1.2～1.8。
[0016]其中，所述火焰筒外筒上的所述凹腔射流孔的设置数量为16～24个，所述火焰筒内筒上凹腔射流孔的设置数量与所述火焰筒外筒上的凹腔射流孔的设置数量一致，并且所述内外筒上的所述射流孔一一对应，利于进入的气体相互对冲，产生稳定的旋涡结构。
[0017]其中，所述凹腔掺混孔的设置数量为20～30个，所述凹腔掺混孔平均分布在所述火焰筒外筒和所述火焰筒内筒上，用于降低燃气温度并控制燃烧室出口处的温度分布以满足涡轮的需求。
[0018]其中，所述冷却孔包括有所述凹腔上段冷却孔、凹腔垂直段冷却孔和凹腔后段冷却孔，所述冷却孔的设置数量都为30～40个，其中所述凹腔上段冷却孔和凹腔后段冷却孔平均地周向分布在所述火焰筒外筒和所述火焰筒内筒上，所述凹腔垂直段冷却孔均匀分布在凹腔垂直段上，都用于对所述火焰筒壁进行冷却降温，延长其寿命。
[0019]本专利技术提供了一种凹腔射流驻涡稳焰式燃烧室，相比于传统驻涡燃烧室，主流空气不通过燃烧室头部的进气口进入所述燃烧区域，而是通过所述凹腔火焰筒壁面上的射流孔进入所述燃烧区域，从所述射流孔进入燃烧室的气流会相互冲击，导致大部分流体逆流而上形成稳定的旋涡结构，由此起到良好的稳焰效果，与此同时，将燃料注入这些旋涡之
中，进一步提高了燃料的雾化程度，使燃烧室在不同工况下的点火、贫油熄火边界得到了拓宽，而且还增大了燃油与空气的掺混时间和燃烧面积，提高了燃料在低速区的驻留时间，降低了污染物的排放量，尤其是抑制了氮氧化物的生成，使燃烧效率得到了有效的提升。
附图说明
[0020]图1：本专利技术的凹腔射流驻涡稳焰式燃烧室的结构示意图
[0021]图2：本专利技术的凹腔射流驻涡稳焰式燃烧室中输油装置的结构示意图
[0022]图3：本专利技术的凹腔射流驻涡稳焰式燃烧室中凹腔火焰筒的结构示意图
[0023]图4：本专利技术的凹腔射流驻涡稳焰式燃烧室中燃烧室机匣的结构示意图图示说明：
[0024]1‑
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种凹腔射流驻涡稳焰式燃烧室，其特征在于，包括扩压器(2)、输油装置(3)、点火器(4)、凹腔火焰筒(5)和燃烧室壳体(6)；所述扩压器(2)与所述燃烧室壳体(6)连接，所述凹腔火焰筒(5)设置于燃烧室壳体(6)内，所述输油装置(3)通过主油管安装通孔(601)穿过燃烧室壳体(6)并连通发动机供油系统和凹腔火焰筒(5)，所述点火器(4)伸入所述凹腔火焰筒(5)内；所述输油装置(3)包括有主油管(301)、环形油管(302)、输油细管(303)和喷油嘴(304)，发动机供油系统与所述环形油管(302)通过所述主油管(301)连接，所述环形油管(302)连通所述主油管(3001)和所述输油细管(303)，所述喷油嘴(304)与所述输油细管(303)连接并伸入所述凹腔火焰筒(5)内；所述凹腔火焰筒5包括火焰筒外筒(507)、火焰筒内筒(508)，火焰筒外筒(507)和火焰筒内筒(508)由凹腔头部、凹腔上段、凹腔垂直段和凹腔后段组成，凹腔头部包括凹腔头部钝体(502)，凹腔头部开设有输油细管安装通孔(501)，凹腔上段开设有火焰筒点火器安装通孔(513)、凹腔射流孔(504)和凹腔上段冷却孔(512)，凹腔垂直段开设有所述凹腔垂直段冷却孔(505)，凹腔后段开设有所述凹腔掺混孔(511)和凹腔后段冷却孔(510)，由所述火焰筒外筒(507)和所述火焰筒内筒(508)围成的区域为燃烧区域(503)，所述凹腔火焰筒(5)和所述燃烧室壳体(6)围成的区域为气流通道(506)；所述燃烧室壳体(6)包括燃烧室外机匣(603)和燃烧室内机匣(604)，所述燃烧室外机匣(603)上开有主油管安装通孔(601)和燃烧室点火器安装通孔(602)。2.根据权利要求1所述的凹腔射流驻涡稳焰式燃烧室，其特征在于，所述主油管(301)的数量为1～4根，周向均布安装在所述环形油管(302)上；所述环形油管(302)的数量为1个，其环径与所述输油细管安装通孔(501)的周向布置圈直径一致；所述输油细管(303)的数量为8～16根，周向均布安装在所述环形油管(302)上，所述主油...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙海俊，蔡运臻，沈文，胡晓安，徐义华，江平，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：
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