CN109282307B - 一种用于火焰筒头部的驻涡腔旋流雾化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空发动机主燃烧室设计领域，特别涉及一种用于火焰筒头部的驻涡腔旋流雾化装置，其包括外旋流器；喷嘴壳体，包括：外筒；中间筒体；以及，内筒；支杆；驻涡腔；内旋流器；主油管；副油管；以及，燃油管；其中，外筒壁面开设有主喷口；驻涡腔壁面开设有冷却通孔；外筒与外旋流器之间形成中间空流道；外筒与中间筒体之间形成主油腔；中间筒体与内筒之间形成副油腔；内筒与驻涡腔之间形成空气进气通道。该装置其结构简单，可实现航空发动机主燃烧室内的分级燃烧，解决现有技术的缺陷。

Description

一种用于火焰筒头部的驻涡腔旋流雾化装置

技术领域

本发明涉及航空发动机主燃烧室设计领域，特别涉及一种用于火焰筒头部的驻涡腔旋流雾化装置。

背景技术

当前，随着航空发动机技术的发展，航空发动机主燃烧室的设计逐渐趋于高温升、低污染，其中，传统的主燃烧室火焰筒头部旋流雾化装置由于存在冒烟、积碳、低燃烧效率、高排气污染等诸多问题已不能满足当下的设计要求。

为适应上述要求，本领域技术人员对主燃烧室火焰筒头部旋流雾化装置进行了改进设计，以实现分级、分区的燃烧组织方式，以求能够满足当前的要求。

目前，主燃烧室火焰筒头部旋流雾化装置主要由燃油喷嘴、主旋流器和副旋流器组成。旋流器用于在火焰筒内产生回流区，保证稳定和高效的燃烧，燃油的雾化主要依靠喷嘴喷口处的压差作用和主、副旋流器气流的剪切作用实现。其存在以下缺点：

1.发动机处于大工况时，主燃烧室内压力较高，喷嘴附近燃油较为集中，引起冒烟、积碳、燃烧效率降低等问题；

2.发动机处于小工况时，主燃烧室供油量较低，喷嘴雾化水平较差，燃烧稳定性较差，易发生熄火；

3.无法在全工况下实现良好雾化和油气匹配，排气污染高。

发明内容

本发明的目的是提供了一种用于火焰筒头部的驻涡腔旋流雾化装置，以减轻或克服上述至少一个问题。

本发明的技术方案是：一种用于火焰筒头部的驻涡腔旋流雾化装置，包括：

外旋流器，入口端与空气进气口连通，出口端外壁端面与火焰筒入口端面连接；

喷嘴壳体，包括：

外筒，同轴设置于外旋流器内侧，与外旋流器内壁面之间形成中间空气流道，外筒壁面开设有主喷口；

中间筒体，同轴设置在所述外筒内侧，与外筒体之间形成密闭的主油腔；以及，

内筒，同轴设置中间筒体内侧，与中间筒体之间形成密闭的副油腔；

支杆，位于中间空气流道内，一端与外旋流器内壁固定连接，另一端与外筒壁固定连接；

驻涡腔，同轴设置所述内筒内侧，凹腔朝向所述火焰筒，壁面开设有冷却通孔及燃油通孔，驻涡腔与内筒之间形成空气进气通道，空气进气通道与中间空气流道连通；

内旋流器，设置在空气进气通道靠近中间空气流道的一端；

主油管，与主油腔连通；

副油管，与副油腔连通；以及，

燃油管，设置在内筒与驻涡腔之间，一端与副油腔连通，另一端与燃油通孔连通。

优选地，副油管同轴设置在主油管内部。

优选地，外旋流器与内旋流器的气流旋向相反。

优选地，设置驻涡腔的凹腔张角位于30-90度之间。

优选地，设置主喷口的数量为4-12个，且周向均匀分布。

优选地，设置燃油管的数量为1-4个，且周向均匀设置。

本发明的优点在于提供一种用于火焰筒头部的驻涡腔旋流雾化装置，其结构简单，可实现航空发动机主燃烧室内的分级燃烧，设置驻涡腔结构可降低局部空气流速，以此解决小工况时主燃烧室燃烧的稳定性，且通过设置外旋流器与内旋流器实现主燃级回流区为贫油预混燃烧，以此解决大工况时燃烧室冒烟、积碳、低燃烧效率等问题，同时有效避免自燃、回火以及不稳定燃烧等问题，降低了排气污染。

附图说明

图1是本发明用于火焰筒头部的驻涡腔旋流雾化装置的结构剖面图。

图2是图1中驻涡腔结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图1对本发明做进一步详细说明。

本发明提供了一种用于火焰筒头部的驻涡腔旋流雾化装置，包括：

外旋流器1，入口端与空气进气口连通，出口端外壁端面与火焰筒入口端面连接；

喷嘴壳体3，包括：

外筒，同轴设置于外旋流器1内侧，与外旋流器1内壁面之间形成中间空气流道C，外筒侧壁开设有主喷口8；

中间筒体，同轴设置在所述外筒内侧，与外筒体之间形成密闭的主油腔D；以及，

内筒，同轴设置中间筒体内侧，与中间筒体之间形成密闭的副油腔E；

支杆6，位于中间空气流道内，一端与外旋流器内壁固定连接，另一端与外筒壁固定连接；

驻涡腔4，同轴设置所述内筒内侧，其凹腔朝向所述火焰筒，且壁面开设有冷却通孔5及燃油通孔，驻涡腔4与内筒之间形成空气进气通道，空气进气通道与中间空气流道C连通；

内旋流器2，设置在空气进气通道靠近中间空气流道C的一端；

主油管10，与主油腔D连通；

副油管9，与副油腔E连通；以及，

燃油管7，设置在内筒与驻涡腔之间，一端与副油腔E连通，另一端与燃油通孔连通。

上述旋流雾化装置在工作时，能够在火焰筒内燃烧区形成为预燃级回流区A与主燃级回流区B。其中，预燃级回流区A依靠驻涡腔4的凹腔形成；主燃级回流区B主要依靠外旋流器1产生的旋流形成。来流空气分别由外旋流器1、中间气流通道C、内旋流器2以及冷却孔5流入火焰筒内部，其中，经外旋流器1流入的空气进入主燃级回流区B；经中间气流通道C流入的空气与经内旋流器2流入的空气掺混后大部分进入主燃级回流区B，小部分被卷吸进入预燃级回流区A；流经冷却孔5的空气先对驻涡腔4进行冷却后进入预燃级回流区A。

在小工况时，燃油自副油管9流入副油腔E后经燃油管7直接喷入预燃级回流区A，在该处燃油扩散燃烧，油气比较高，形成富油燃烧区，且驻涡腔4的凹腔内空气流速较低，火焰不容易熄灭，有利于起动和火焰稳定，且在该处未燃尽的油气混合物可在下游与主燃级回流区B的空气掺混进一步燃烧，从而能够降低小工况时的污染排放。

在大工况时，除有燃油经燃油管7直接喷入预燃级回流区A外，同时有燃油自主油管10流入主油腔D且在主喷口8喷入中间空气流道C与其中的空气进行掺混以此提高燃油的雾化质量和油气混合的均匀性，且在中间空气通道内油气比较高，不易发生自燃、回火和不稳定燃烧等问题，在此掺混的油气在进入主燃级回流区B前与自内旋流器2流入空气进一步掺混，其可有效增强掺混效果，同时使油气比快速地降低，将其由富油变为贫油，使其进入主燃级回流区B后为贫油预混燃烧，从而避免出现冒烟、积碳等问题，并保证较高的燃烧效率和较低的污染排放。

无论大工况还是小工况，副油管9始终需为副油腔E供油，在此可将副油管9同轴设置在主油管10内部，工作时副油管9可对主油管进行冷却，无需额外设置复杂的油管冷却结构。

将外旋流器1与内旋流器2的气流旋向设置为反向可有效提高油气掺混效果。

进一步地，根据工程设计经验将驻涡腔4的凹腔张角设置位于30-90度之间。

进一步地，设置主喷口8的数量为4-12个，且周向均匀分布。

进一步地，设置燃油管7的数量为1-4个，且周向均匀设置。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于火焰筒头部的驻涡腔旋流雾化装置，其特征在于，包括：

外旋流器(1)，入口端与空气进气口连通，出口端外壁端面与火焰筒入口端面连接；

喷嘴壳体(3)，包括：

外筒，同轴设置于所述外旋流器(1)内侧，与所述外旋流器(1)内壁之间形成中间空气流道(C)，所述外筒侧壁开设有主喷口(8)；

中间筒体，同轴设置在所述外筒内侧，与所述外筒体之间形成密闭的主油腔(D)；以及，

内筒，同轴设置所述中间筒体内侧，与所述中间筒体之间形成密闭的副油腔(E)；

支杆(6)，位于所述中间空气流道内，一端与所述外旋流器内壁固定连接，另一端与所述外筒壁固定连接；

驻涡腔(4)，同轴设置在所述内筒内侧，其凹腔朝向所述火焰筒，且壁面开设有冷却通孔(5)及燃油通孔，所述驻涡腔(4)与所述内筒之间形成空气进气通道，所述空气进气通道与所述中间空气流道(C)连通；

内旋流器(2)，设置在所述空气进气通道靠近所述中间空气流道(C)的一端；

主油管(10)，与所述主油腔连通(D)；

副油管(9)，与所述副油腔连通(E)；以及，

燃油管(7)，设置在所述内筒与所述驻涡腔之间，一端与所述副油腔(E)连通，另一端与所述燃油通孔连通。

2.根据权利要求1所述的旋流雾化装置，其特征在于：所述副油管(9)同轴设置在所述主油管(10)内部。

3.根据权利要求1所述的旋流雾化装置，其特征在于：所述外旋流器(1)与所述内旋流器(2)的气流旋向相反。

4.根据权利要求1所述的旋流雾化装置，其特征在于：所述驻涡腔(4)的凹腔张角位于30-90度之间。

5.根据权利要求1所述的旋流雾化装置，其特征在于：所述主喷口8的数量为4-12个，且周向均匀分布。

6.根据权利要求1所述的旋流雾化装置，其特征在于：所述燃油管(7)的数量为1-4个，且周向均匀设置。

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