CN115597089A - 旋流器组件、多点分级贫油直接喷射燃烧室及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

旋流器组件,包括文丘里管、燃料喷射管,其中燃料喷射管包括一级燃料喷射流道和二级燃料喷射流道,分别朝向文丘里管的收缩段壁和突扩段,实现所喷射燃料的不同雾化模式,一级燃料喷射流道和二级燃料喷射流道的燃料喷射分别受独立控制。多点分级贫油直接喷射燃烧室,包括燃烧室头部,燃烧室头部包括多个围绕燃烧室轴线分布的旋流器组件。多点分级贫油直接喷射燃烧的控制方法,涉及的燃烧室具有多个提供至少两种不同燃料雾化模式的旋流器组件,对单个旋流器组件的雾化模式和不同位置的旋流器组件的燃料喷射进行分别控制。

Description

旋流器组件、多点分级贫油直接喷射燃烧室及其控制方法
技术领域
本发明属于航空发动机领域,具体是一种旋流器组件,一种多点分级贫油直接喷射燃烧室以及其控制方法。
背景技术
随着越来越严格的排放法规政策不断出台以及公众环保意识的日益增强,如何降低污染物排放、提高燃烧效率成为了航空发动机领域中更加重要的研究课题。目前,为了降低氮氧化物排放,同时控制燃烧尾气中一氧化碳和未燃烧烃类的浓度,贫油预混预蒸发和富油猝熄贫油燃烧等低排放燃烧形式在航空发动机领域得到了广泛的研究和应用。在这些技术方案中,贫油直接喷射技术通过将燃油直接喷射到燃烧室中,和空气经过非常短暂的混合即形成火焰,这种燃烧组织方式在降低污染物排放的同时,又降低了自燃、回火和燃烧不稳定的发生危险,在高压比航空发动机中实现了更为稳定的工作效果。
但是,已有的贫油直接喷射燃烧室在不同工况下的燃烧室功率改变主要通过调节不同旋流器组件之间的开启和关闭来实现,调节燃油喷射雾化的方式较为单一,在应对不同燃烧工况时,无法灵活调节燃烧室的当量比和燃油分布,不利于进一步降低污染物排放和维持不同功率下的稳定燃烧。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机燃烧室的旋流器组件,能够在单个组件处实现不同模式的燃料雾化和分级燃烧。
一种旋流器组件,包括文丘里管、燃料喷射管。
所述文丘里管包括圆柱段、收缩段和突扩段,所述燃料喷射管包括一级燃料喷射流道和二级燃料喷射流道。
其中,所述燃料喷射管置于所述文丘里管内部,两者之间所形成的环形流道设置有空气旋流器。所述一级燃料喷射流道的喷射口朝向所述收缩段的壁面,所述二级燃料喷射流道的喷射口朝向所述突扩段,根据控制指令,所述一级燃料喷射流道和所述二级燃料喷射流道能够分别进行独立的燃料喷射。
可选地,所述旋流器组件的所述空气旋流器叶片数为6-20个,角度值为45°-80°。
可选地,所述旋流器组件的所述一级燃料喷射流道和所述二级燃料喷射流道分别设置有燃料旋流器,所述燃料旋流器的叶片数为3-12个,角度值为35°-80°。
本发明还提供一种多点分级贫油直接喷射燃烧室,包括燃烧室头部,所述燃烧室头部包括多个围绕发动机轴线分布的所述旋流器组件。
根据一个实施例,所述多点分级贫油直接喷射燃烧室的所述旋流器组件以多个同心圆的形式呈环状布置。
根据另一实施例,所述多点分级贫油直接喷射燃烧室的所述旋流器组件在所述同心圆上按直线排列,在所述发动机燃烧室相邻所述同心圆上的所述旋流器组件之间距离较近。
根据另一实施例,所述多点分级贫油直接喷射燃烧室的所述旋流器组件在所述同心圆上以相互错开的间隔方式排列,在所述发动机燃烧室相邻所述同心圆上的所述旋流器组件之间距离较远。
可选地,所述多点分级贫油直接喷射燃烧室的所述旋流器组件数目为12至36个。所述旋流器组件的数目,取决于所述多点分级贫油直接喷射燃烧室的设计功率与设计尺寸。
本发明还提供一种多点分级贫油直接喷射燃烧的控制方法,用于环形燃烧室,本方法涉及的燃烧室包括燃烧室头部,其中有多个旋流器组件,所述旋流器组件至少提供两种燃料雾化模式,每种雾化模式形成不同燃料分布特性的油雾场,进而形成局部当量比分布不同的未燃组分,最终在所述燃烧室内形成不同形状和燃烧特性的火焰。
根据一个实施例,所述控制方法针对单个所述旋流器组件分别控制所述至少两种燃料雾化模式中各自的燃料供给量,以调节不同燃料雾化模式的燃料流量,进而控制不同雾化模式所形成的油雾场在燃烧过程中的参与程度。
根据另一实施例,所述控制方法涉及的燃烧室,其中旋流器组件周向均匀或间隔排列,形成环形燃烧室内的燃烧组织形式。所述控制方法,对于不同工况,通过调节不同环形半径位置上的旋流器组件的不同燃料雾化模式和燃料流量,在环形燃烧室内实现具有空间分布的分级燃烧。
本发明针对高压比的航空发动机及燃气轮机的环形燃烧室,提出了一种旋流器组件,以及配置有这种旋流器组件的多点分级贫油直接喷射燃烧室及控制方法,实现了如下的有益效果:
1.单个旋流器组件能够提供至少两种不同的燃料雾化模式,使燃烧组织形式的调节更加灵活;
2.环形燃烧室能够根据不同工况,分别控制不同区域的旋流器组件的燃料喷射,以达到改变燃料分布和燃烧特性的目的;
3.通过调节单个旋流器组件的燃料雾化模式和不同区域旋流器组件的燃料流量,能够实现更为稳定、污染更低的分级燃烧。
附图说明
图1为旋流器组件剖面图;
图2A为燃烧室中旋流器组件的一种排列方式的示意图;
图2B为燃烧室中旋流器组件的另一种排列方式的示意图。
附图标记含义:
1-旋流器组件;2-文丘里管;21-文丘里管圆柱段;22-文丘里管收缩段;23-文丘里管突扩段;3-燃料喷射管;31-一级燃料喷射流道;32-二级燃料喷射流道;33一级燃料喷射口;34-二级燃料喷射口;35燃料旋流器;36-燃料旋流器;4-空气旋流器;5-旋流空气;61-一级喷射燃料;62-一级喷射燃料形成的油雾场;7-二级喷射燃料;8-旋流器组件喷口。
上述附图是为了对本发明做出更详细的描述,仅提供了与本发明有关的结构,并未严格按照实际比例画出完整的设备与***结构,附图的内容也不作为对本发明实施方式的具体限制。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。以下说明所描述的具体内容是为了充分解释本发明的原理和技术方案,而非对本发明的限定。为了便于描述,附图仅包括与本发明相关的部分而非全部结构。
一种用于航空发动机燃烧室的旋流器组件如图1所示,旋流器组件1包括文丘里管2和燃料喷射管3,其中文丘里管2分为圆柱段21、收缩段22和突扩段23。空气旋流器4布置在文丘里管圆柱段21与燃料喷射管3之间的环形流道内。燃料喷射管3包括环形的一级燃料喷射流道31、二级燃料喷射流道32,其中分别设置有燃料旋流器35、36。旋流器组件1能够以两种不同的雾化模式进行燃料喷射:一级燃料喷射口33朝向文丘里管收缩段22的管壁,一级喷射燃料61经过燃料旋流器35从一级燃料喷射口33喷出,在收缩段22的壁上形成液膜,液膜在旋流空气5的作用下预膜雾化,然后在由收缩段22流向突扩段23时发生二次雾化破碎形成油雾场62,通过设计一级燃料喷射口33与文丘里管收缩段22的管壁之间的距离可以实现一级喷射燃料61先在收缩段22的壁上形成液膜而不会被旋流空气5直接吹入突扩段23;二级燃料喷射口34朝向突扩段23,二级喷射燃料7经过燃料旋流器36由二级燃料喷射口34直接喷入突扩段23,并与旋流空气5掺混。一级燃料喷射流道31与二级燃料喷射流道32的开闭及燃料流量可以根据工况独立分别控制,由此旋流器组件1能够实现分别喷射两种不同雾化模式的燃料,或喷射该两种雾化模式的燃料以不同比例混合的混合油雾场。雾化模式不同的燃料离开旋流器组件喷口8参与发动机的燃烧组织,进而形成不同火焰特征的燃烧方式。
其中,空气旋流器4的叶片数为6个,角度值为45°。燃料旋流器35、36的叶片数为3个,角度值为35°。
在一个实施例中,依据不同工况,一级燃料喷射口33与二级燃料喷射口34喷射的燃料流量占整个旋流器组件1总喷射流量的比例分别为100%/0,50%/50%,0/100%。
在另一实施例中,空气旋流器4的叶片数为20个,角度值为80°。燃料旋流器35、36的叶片数为12个,角度值为80°。
一种多点分级贫油直接喷射燃烧室如图2A和图2B所示,36个旋流器组件1围绕发动机轴心以不同的半径同心圆R1、R2、R3分布在燃烧室中,每个同心圆上设置有12个旋流器组件1。图2A所示的燃烧室中旋流器组件1在径向以相互错开的形式间隔排列,图2B所示的燃烧室中旋流器组件1在径向按直线排列。
燃烧室中旋流器组件的布置方式不局限于图2A和图2B披露的形式。在另一实施例中,R1上旋流器组件1有6个,R2上旋流器组件1有12个,R3上旋流器组件1有18个。
在一个实施例中,燃烧室工作时,R1上的旋流器组件1仅一级燃料喷射口33喷射燃料,R2上的旋流器组件1的一级燃料喷射口33与二级燃料喷射口34同时按1:1的燃料流量喷射燃料,R3上的旋流器组件1仅二级燃料喷射口34喷射燃料。
在另一实施例中,燃烧室工作时,R1、R2、R3上的旋流器组件1均只有一级燃料喷射口33以燃料喷射管3容许的最大流量喷射燃料。
在另一实施例中,燃烧室工作室,R1、R2上的旋流器组件1均只有一级燃料喷射口33以燃料喷射管3容许的最大流量喷射燃料,R3上的旋流器组件1的二级燃料喷射口34以燃料喷射管3容许的最大流量喷射燃料。
在又一实施例中,燃烧室中布置有12个旋流器组件1,以适应更小体积和较低功率的发动机设计要求。
在又一实施例中,燃烧室中布置的12个旋流器组件1分布在两个不同半径的同心圆上。
一种多点分级贫油直接喷射燃烧的控制方法,用于环形燃烧室,所涉及的环形燃烧室包括燃烧室头部,其中有多个旋流器组件1,所述旋流器组件1通过从不同的燃料口以不同的喷射方式喷射燃料并在不同位置以不同方式与空气混合,至少提供两种不同的燃料雾化模式,每种雾化模式形成不同燃料分布特性的油雾场,进而形成局部当量比分布不同的未燃组分,最终在所述燃烧室内形成不同形状和燃烧特性的火焰。
根据一个实施例,所述控制方法针对单个所述旋流器组1件分别控制所述两种燃料雾化模式中各自的燃料供给量,以调节不同燃料雾化模式的燃料流量,进而控制不同雾化模式所形成的油雾场在燃烧过程中的参与程度。
根据另一实施例,所述控制方法涉及的燃烧室,其中旋流器组件1如图2B周向均匀或如图2A间隔排列,形成环形燃烧室内的燃烧组织形式。所述控制方法,对于不同工况,通过调节不同环形半径R1、R2、R3位置上的旋流器组件1的不同燃料雾化模式和燃料流量,在环形燃烧室内实现具有空间分布的分级燃烧。
以上根据实施例对本发明进行了描述,但本发明的保护范围不限制于此。在不脱离本发明范围的情况下,可以对其进行各种改进,可以用等效结构对本发明涉及的***与装置中的部件进行替换,也可以用等效的步骤或操作对本发明涉及的方法进行变动。

Claims (11)

1.一种旋流器组件,其特征在于,包括:
文丘里管,包括圆柱段、收缩段和突扩段;
燃料喷射管,包括一级燃料喷射流道和二级燃料喷射流道;
其中,所述燃料喷射管内置于所述文丘里管中,所述燃料喷射管和所述文丘里管之间形成环形的空气流道,所述空气流道内对应所述圆柱段的位置设置有空气旋流器;
所述一级燃料喷射流道喷射口朝向所述收缩段的壁面;
所述二级燃料喷射流道的喷射口朝向所述突扩段;
所述一级燃料喷射流道和所述二级燃料喷射流道用于根据控制指令分别进行燃料喷射。
2.根据权利要求1所述的旋流器组件,其特征在于,所述的空气旋流器,角度值为45°-80°,叶片数为6-20。
3.根据权利要求1所述的旋流器组件,其特征在于,所述的燃料喷射管的所述一级燃料喷射流道和所述二级燃料喷射流道还包括燃料旋流器,角度值为35°-80°,叶片数为3-12。
4.一种多点分级贫油直接喷射燃烧室,包括燃烧室头部,该燃烧室头部包括多个旋流器组件,所述多个旋流器组件围绕发动机轴线为中心进行分布,其特征在于,所述旋流器组件为权利要求1至3中任一项所述的旋流器组件。
5.根据权利要求4所述的多点分级贫油直接喷射燃烧室,其特征在于,所述多个旋流器组件,以多个同心圆的形式呈环状布置。
6.根据权利要求5所述的多点分级贫油直接喷射燃烧室,其特征在于,所述多个旋流器组件在所述同心圆径向按直线排列。
7.根据权利要求5所述的多点分级贫油直接喷射燃烧室,其特征在于,所述多个旋流器组件在所述同心圆径向以相互错开的间隔方式排列。
8.根据权利要求4所述的多点分级贫油直接喷射燃烧室,其特征在于,燃烧室中布置的所述旋流器组件数量为12-36个。
9.一种多点分级贫油直接喷射燃烧的控制方法,用于环形燃烧室,该环形燃烧室包括燃烧室头部,该燃烧室头部包括多个旋流器组件,其特征在于:
在单个旋流器组件上提供至少两种燃料雾化模式,分别形成具有不同燃料分布特性的油雾场,所述油雾场形成局部当量比分布不同的未燃组分,最终在燃烧室形成不同形状和燃烧特性的火焰。
10.如权利要求9所述的控制方法,其特征在于,还针对单个旋流器组件分别控制所述至少两种燃料雾化模式中各自的燃料供给量,以调节不同燃料雾化模式的燃料流量。
11.如权利要求10所述的控制方法,其特征在于,通过在环形燃烧室周向均匀或者间隔排列旋流器组件,形成环形燃烧室内的燃烧组织形式,对于不同工况,通过调节在不同环形半径位置上的旋流器组件的不同燃料雾化模式和燃料流量,在环形燃烧室形成具有空间分布的分级燃烧。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100269508A1 (en) * 2007-11-29 2010-10-28 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Combustion burner
CN103123122A (zh) * 2012-12-31 2013-05-29 南京航空航天大学 一种主级燃油直接喷射的贫油预混预蒸发低污染燃烧室
CN103256633A (zh) * 2012-02-16 2013-08-21 中国科学院工程热物理研究所 一种采用燃油分级空气三级旋流进气的低污染燃烧室
CN109737451A (zh) * 2019-01-23 2019-05-10 南方科技大学 一种气态燃料预旋喷射的低排放燃烧室
US20200191383A1 (en) * 2018-12-14 2020-06-18 Delavan Inc. Multipoint fuel injection for radial in-flow swirl premix gas fuel injectors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100269508A1 (en) * 2007-11-29 2010-10-28 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Combustion burner
CN103256633A (zh) * 2012-02-16 2013-08-21 中国科学院工程热物理研究所 一种采用燃油分级空气三级旋流进气的低污染燃烧室
CN103123122A (zh) * 2012-12-31 2013-05-29 南京航空航天大学 一种主级燃油直接喷射的贫油预混预蒸发低污染燃烧室
US20200191383A1 (en) * 2018-12-14 2020-06-18 Delavan Inc. Multipoint fuel injection for radial in-flow swirl premix gas fuel injectors
CN109737451A (zh) * 2019-01-23 2019-05-10 南方科技大学 一种气态燃料预旋喷射的低排放燃烧室

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