CN107191968A - 一种组合冷却式整流支板火焰稳定器 - Google Patents

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寇睿
李承钰
宋亚恒
张鹏
王鑫
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F23R3/18—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
    • F23R3/20—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants incorporating fuel injection means

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Abstract

本发明提供了一种组合冷却式整流支板火焰稳定器，包括冲击冷却阵列的尺寸及分布设计，气膜冷却孔的尺寸及分布设计，喷油孔的尺寸及分布设计和整流支板火焰稳定器内的油道和喷射形式的设计。一种组合冷却式整流支板火焰稳定器是在普通整流支板火焰稳定器上设置冷气腔，通过对冲击阵列及气膜冷却孔的布置，控制整流支板火焰稳定器的壁温，并对喷油管进行一定程度的冷却保护，避免喷油管因过热导致的结焦堵塞，提高了整流支板火焰稳定器的工作可靠性和使用寿命。

Description

一种组合冷却式整流支板火焰稳定器
技术领域
本发明属于一体化加力燃烧室领域，具体涉及一种组合冷却式整流支板火焰稳定器。
背景技术
对于军机来说，为提高其推重比，在重量增加不大的情况下提高推力，目前世界上普遍使用加力燃烧室技术。在此技术基础上发展起来的一体化加力燃烧室以拓宽飞行包线、实现常规起落、可重复使用的性能优点备受关注，也是现阶段军机应用最为广泛的高超声速飞行器动力装置。现代先进的涡扇发动机为达到更大的推重比，主燃室的温升大，涡轮前燃气温度明显提高，燃气流量大，流速更快，使得进入一体化加力燃烧室的来流温度和速度大大提高，来流燃气的高温有利于燃油雾化和蒸发，但与此同时气流的含氧量降低，流速增大，这都对一体化加力燃烧室的燃烧稳定性提出了挑战。因此，为使整流支板火焰稳定器在高温条件下稳定可靠的工作，必须保证稳定器的壁面温度要在材料可以承受的范围内，避免火焰稳定器被高温气流烧蚀，因而需引入适量的冷却气对稳定器进行冷却，以提高稳定器的工作稳定性、可靠性。
此外，在整流支板火焰稳定器中设置燃油通道时，也要避免喷油管因过热导致的结焦堵塞，进而影响一体化加力燃烧室的工作稳定性。因此在高温燃气中对整流支板火焰稳定器的冷却问题是函需解决的关键。同时，一体化加力燃烧室的气流来源于主燃室的高温燃气，这导致火焰稳定性能有明显变化，从喷嘴喷出的雾化燃油在高温条件下快速蒸发后，随气流进入稳定器下方的回流区内，由于高温燃气的含氧量明显降低，因而很容易在回流区内形成富油燃烧，这对燃烧室的出口温度分布，及整流支板火焰稳定器的工作寿命均产生不利影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种组合冷却式整流支板火焰稳定器，能够改善一体化涡扇加力燃烧室的燃烧稳定性，对高温回流区的燃烧性能主动控制，从而实现在高温高速气流中的稳定高效燃烧，并且有效提高了整流支板火焰稳定器的使用寿命。本技术在整流支板火焰稳定器内设置冷却气腔，在两侧布置冲击冷却阵列对整流支板两侧进行冷却，同时对整流支板火焰稳定器内的燃油通道进行冷却，避免喷油管因过热导致的结焦堵塞。在整流支板火焰稳定器后壁布置气膜冷却孔，对后壁进行气膜冷却，同时通过对冷却气喷射结构及冷却气流量的调节,可以实现对高温回流区的燃烧性能主动控制，从而实现在高温高速气流中的稳定高效燃烧。
技术方案
本发明的目的在于提供一种组合冷却式整流支板火焰稳定器。
本发明技术方案如下：
一种组合冷却式整流支板火焰稳定器，包括整流支板火焰稳定器冷却气腔，两侧的冲击冷却阵列，后壁的气膜孔的设计。
所述一种组合冷却式整流支板火焰稳定器的冲击冷却阵列的单元体呈立方体形状，高度，宽度，长度均在在1～2mm，取5-10排进行布置，其排间距的可选变化范围为单元体宽度的1～5倍。
所述一种组合冷却式整流支板火焰稳定器的气膜冷却孔以整流支板火焰稳定器的中心轴线为对称轴，在其后壁呈对称分布，气膜孔方向与轴向呈30°～60°。
所述一种组合冷却式整流支板火焰稳定器，厚度为5～10mm，壁面两侧分布有直射式喷嘴小孔。整流支板火焰稳定器两侧壁面上所开喷嘴小孔区域范围根据整流支板火焰稳定器内部的燃油通道确定，所开孔的直径的大小范围为1～2mm，所开圆孔排数为2～5排，所开的孔需要采取叉排排列方式，其排间距的可选变化范围为最小孔径大小的2～6倍。
本发明具有以下有益效果：
(1)降低整流支板火焰稳定器外壁面温度。通过冲击冷却阵列和气膜孔冷却对整流支板火焰稳定器进行了组合式的冷却，经气膜孔流出的冷却气膜附着在整流支板火焰稳定器后壁面，降低其壁面温度，避免了由于温度过高而导致稳定器烧蚀，保证正常工作，在提高火焰稳定器的稳定性和可靠性的同时，有限延长了其使用寿命。
(2)冷却燃油喷管。布置在整流支板火焰稳定器内的燃油喷管经冷却气腔的气流冷却后，既保证了燃油喷射时易于蒸发的温度，又避免了喷油管因过热导致的结焦堵塞，解决稳定器一体化设计过程中的供油***冷却问题。
(3)一体化加力燃烧室的气流来自主燃室的高温燃气，其含氧量降低，因此其燃烧稳定性较主燃室变差。稳定器后方是组织燃烧的高温区，稳定器正后方壁面的热负荷最大。本发明通过加大整流支板火焰稳定器后壁冷却气膜层的厚度，使燃烧高温区向后移动，同时通过改变冷却结构、调节压差、冷气量，实现对燃烧区强度和燃烧稳定性的主动控制。
附图说明
图1：一种组合冷却式整流支板火焰稳定器示意图
图2：一体化加力燃烧室示意图
图1中1-燃油通道2-冲击冷却阵列3-冷却气腔4-直喷式喷嘴小孔5-气膜冷却孔
图2中1-机匣2-后涵道引射器3-加力内锥4-整流支板火焰稳定器
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述：
结合图1、图2，本发明提供了一种新的能够在高温燃气下对整流支板火焰温定器进行冷却保护，提高其工作稳定性。同时通过改变气膜孔的冷却结构、调节压差、冷气量，实现对燃烧区强度和燃烧稳定性的主动控制。
如图2所示内涵的高温燃气经3-加力内锥外侧进入一体化加力燃烧室。加力燃烧室进口处的气流温度高且经过涡轮叶片扰动后的强烈紊流，经4-整流支板火焰稳定器对高温燃气进行整流后在其后方进行组织燃烧。可知整流支板火焰稳定器处于高温高速的燃气中，为提高其工作稳定性延长使用寿命，有必要对其进行冷却保护。如图1所示外涵冷却气进入3-冷气腔之中，首先通过两侧的2-冲击冷却阵列对整流支板火焰稳定器的两侧壁进行了冲击冷却，同时避免了1-燃油通道内的燃油由于温度过高引起的结焦堵塞，解决稳定器一体化设计过程中的供油***冷却问题。此外，冷却气经整流支板稳定器后壁的5-气膜冷却孔在其后壁形成冷却气膜，通过改变冷却结构、调节压差、冷气量，实现对燃烧区强度和燃烧稳定性的主动控制。
经冲击冷却和气膜冷却的组合冷却后，整流支板火焰稳定器不仅提高了其工作稳定性，延长了使用寿命。同时解决稳定器一体化设计过程中的供油***冷却问题。并且通过改变气膜孔的冷却结构、调节压差、冷气量，实现对燃烧区强度和燃烧稳定性的主动控制。

Claims (4)

1.一种组合冷却式整流支板火焰稳定器，其特征在于包括燃油通道、燃油直喷孔、冷却气腔，所述燃油通道位于冷气腔中。所述燃油直喷孔形成于外壁相垂直的外表面上，所述冷却冲击阵列位于冷却气腔两侧，所述冷却气腔与后壁面布置若干个气膜冷却孔。
2.根据权利要求1所述一种组合冷却式整流支板火焰稳定器的冲击冷却阵列的单元体呈立方体形状，高度，宽度，长度均在在1～2mm，取5-10排进行布置，其排间距的可选变化范围为单元体宽度的1～5倍。
3.根据权利要求1所述一种组合冷却式整流支板火焰稳定器的气膜冷却孔以整流支板火焰稳定器的中心轴线为对称轴，在其后壁呈对称分布，取4-8排进行布置，气膜孔方向与轴向呈30°～60°。
4.所述一种组合冷却式整流支板火焰稳定器，厚度为5～10mm，壁面两侧分布有直射式喷嘴小孔。整流支板火焰稳定器两侧壁面上所开喷嘴小孔区域范围根据整流支板火焰稳定器内部的燃油通道确定，所开孔的直径的大小范围为1～2mm，所开圆孔排数为2～5排，所开的孔需要采取叉排排列方式，其排间距的可选变化范围为最小孔径大小的2～6倍。
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