一種燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室及具有該燃燒室的燃?xì)廨喌闹圃旆椒?br> 【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室以及具有該燃燒室的燃?xì)廨啓C(jī)。其中，燃燒室為環(huán)形燃燒室，并包括多個頭部結(jié)構(gòu)，這些頭部結(jié)構(gòu)沿燃燒室的周向排列，頭部結(jié)構(gòu)包括外部筒體和設(shè)置在外部筒體中的燃燒室噴嘴，其中，這些頭部結(jié)構(gòu)包括至少兩組頭部結(jié)構(gòu)，該至少兩組頭部結(jié)構(gòu)中的每一組頭部結(jié)構(gòu)具有與其他組的頭部結(jié)構(gòu)不同的尺寸。通過上述燃燒室的結(jié)構(gòu)布置，可以抑制燃燒室內(nèi)的燃燒不穩(wěn)定性。
【專利說明】一種燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室及具有該燃燒室的燃?xì)廨啓C(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室以及具有該燃燒室的燃?xì)廨啓C(jī)，具體涉及該燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中頭部結(jié)構(gòu)的布置。本實(shí)用新型的燃?xì)廨啓C(jī)可用于航空發(fā)動機(jī)等應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，燃?xì)廨啓C(jī)、尤其是用作航空發(fā)動機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)普遍采用的是環(huán)形燃燒室的布局結(jié)構(gòu)。此外，隨著對NOx排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)苛，開發(fā)出了貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)(LPP)燃燒方式，以替代傳統(tǒng)的擴(kuò)散燃燒方式。
[0003]在LPP燃燒方式中，燃油蒸汽與空氣預(yù)先混合，以對燃油進(jìn)行霧化，霧化后的燃油的油氣當(dāng)量比通常小于I。然后，在燃油被霧化之后，再進(jìn)行燃油與空氣的燃燒反應(yīng)。這樣，由于燃油被預(yù)先霧化，因此能夠加快燃燒反應(yīng)時間，并且能夠控制燃燒溫度，減少或避免局部高溫的發(fā)生，從而降低NOx的生成量。
[0004]LPP燃燒方式雖然能夠降低NOx的排放量，但也存在燃燒不穩(wěn)定的問題，即，會產(chǎn)生振蕩燃燒。具體來說，隨著燃燒進(jìn)程的發(fā)展，燃燒室內(nèi)油氣比會降低，而隨著油氣比的降低，燃燒室內(nèi)的燃燒區(qū)域局部會發(fā)生燃燒不均勻的情況，而這樣的燃燒不均勻會產(chǎn)生釋熱率的脈動。與此同時，在燃燒過程中，燃燒室內(nèi)的壓力、溫度、來流油氣比等參數(shù)也存在脈動的情況。當(dāng)釋熱率的脈動與這些參數(shù)的脈動向耦合，即會產(chǎn)生自激振蕩或者說是共振，從而導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生。
[0005]燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象會導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒效率降低，嚴(yán)重的還會破壞燃燒室結(jié)構(gòu)。此外，燃燒不穩(wěn)定性會導(dǎo)致燃燒室內(nèi)重現(xiàn)局部過熱區(qū)域，增加NOx的生成量。由此，抵消LPP的降低NOx排放量的效果。因此，需要對燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室采取燃燒不穩(wěn)定抑制技術(shù)。
[0006]目前采用的燃燒不穩(wěn)定抑制技術(shù)主要有三種:其一是燃燒不穩(wěn)定性誘因抑制技術(shù)，該技術(shù)主要是通過改進(jìn)燃燒室的油路、氣路、預(yù)混段、頭部結(jié)構(gòu)等的設(shè)計，消除外部因素對燃燒的擾動；其二是被動控制技術(shù)，該技術(shù)主要是改變各結(jié)構(gòu)的共振頻率，或者是增加阻尼以抑制振動，由此來控制振動；其三是主動控制技術(shù)，該技術(shù)主要是在燃?xì)廨啓C(jī)中安裝諸如非穩(wěn)態(tài)壓力傳感器之類的傳感裝置以及燃油流量控制系統(tǒng)，從而實(shí)時地對燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象進(jìn)行控制。
[0007]上述三種技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)中都有不同程度的應(yīng)用，其各有優(yōu)缺點(diǎn)。比如，上述三種方法都不同程度地需要對燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動。例如需要改動油路、氣路等；或者需要設(shè)置額外的裝置，如傳感器、流量控制系統(tǒng)等。而且，釋熱率、燃燒室壓力、溫度等的脈動頻率并不是固定的，在不同的燃燒工況下會有所不同，因此上述抑制技術(shù)的效果有限。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型是為了解決上述技術(shù)問題而作出的，其目的是提供一種燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)，它能夠簡單而有效地抑制燃燒室中的燃燒不穩(wěn)定性，減少和消除燃燒不穩(wěn)定性對燃燒室結(jié)構(gòu)和燃燒過程的不利影響。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，一種燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室為環(huán)形燃燒室，并包括多個頭部結(jié)構(gòu)，頭部結(jié)構(gòu)沿燃燒室的周向排列，頭部結(jié)構(gòu)包括外部筒體和設(shè)置在外部筒體中的燃燒室噴嘴，其中，頭部結(jié)構(gòu)包括至少兩組頭部結(jié)構(gòu)，該至少兩組頭部結(jié)構(gòu)中的每一組頭部結(jié)構(gòu)具有與其他組的頭部結(jié)構(gòu)不同的尺寸。
[0010]通過在燃燒室中設(shè)置尺寸不同的頭部結(jié)構(gòu)，使得各頭部結(jié)構(gòu)中因油氣比脈動而引起的振蕩頻率互相干擾和抵消，從而就燃燒室的整體而言可以抑制燃燒室中的燃燒不穩(wěn)定性。
[0011]較佳地，設(shè)置在頭部結(jié)構(gòu)中的燃燒室噴嘴包括位于中央的主燃級噴嘴和圍繞著主燃級噴嘴設(shè)置的預(yù)燃級噴嘴。
[0012]在一種較佳實(shí)施方式中，頭部結(jié)構(gòu)可包括具有第一尺寸的第一組頭部結(jié)構(gòu)和具有第二尺寸的第二組頭部結(jié)構(gòu)，其中第一尺寸大于第二尺寸。
[0013]在上述具有兩組頭部結(jié)構(gòu)的情形中，第一組頭部結(jié)構(gòu)中的各頭部結(jié)構(gòu)可與第二組頭部結(jié)構(gòu)中的各頭部結(jié)構(gòu)互相交替地排列。
[0014]在另一種較佳實(shí)施方式中，頭部結(jié)構(gòu)包括具有第一尺寸的第一組頭部結(jié)構(gòu)、具有第二尺寸的第二組頭部結(jié)構(gòu)和具有第三尺寸的第三組頭部結(jié)構(gòu)，其中第一尺寸大于第三尺寸，而第二尺寸居于第一尺寸和第三尺寸之間。
[0015]在該情形中，各頭部結(jié)構(gòu)的排列形式可以如下:在第二組頭部結(jié)構(gòu)中的各相鄰的頭部結(jié)構(gòu)之間交替地設(shè)置第一組頭部結(jié)構(gòu)中的各頭部結(jié)構(gòu)和第三組頭部結(jié)構(gòu)中的各頭部結(jié)構(gòu)。
[0016]除了規(guī)則排列之外，本實(shí)用新型中的該至少兩組頭部結(jié)構(gòu)可以不規(guī)則的順序沿燃燒室的周向排列。
[0017]本實(shí)用新型還涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)，其中，沿空氣和燃?xì)庠谠撊細(xì)廨啓C(jī)中的流動方向，該燃?xì)廨啓C(jī)依次包括壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管，其中，該燃燒室為以上所述的燃燒室。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1示出了一種示例性燃?xì)廨啓C(jī)的縱截面圖。
[0019]圖2示出了本實(shí)用新型的燃?xì)廨啓C(jī)在燃燒室處的橫截面圖，其中示出了燃燒室中的頭部結(jié)構(gòu)的第一種布置。
[0020]圖3示出了本實(shí)用新型的燃?xì)廨啓C(jī)在燃燒室處的橫截面圖，其中示出了燃燒室中的頭部結(jié)構(gòu)的第二種布置。
[0021]圖4示出了本實(shí)用新型的燃?xì)廨啓C(jī)在燃燒室處的橫截面圖，其中示出了燃燒室中的頭部結(jié)構(gòu)的第三種布置。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)了解，附圖所示的僅僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，其并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的范圍的限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在附圖所示的實(shí)施例的基礎(chǔ)上對本實(shí)用新型進(jìn)行各種顯而易見的修改、變型、等效替換，這些都落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0023]圖1示出了一種帶有環(huán)形燃燒室燃?xì)廨啓C(jī)的縱截面圖。作為示例，該燃?xì)廨啓C(jī)為渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，包括燃燒室10、位于燃燒室10的上游的壓氣機(jī)20、位于燃燒室10的下游的渦輪40以及位于渦輪40的下游的尾噴管30。此處，所謂的“上游”和“下游”是以空氣或燃?xì)獾牧鲃臃较驗(yàn)榛鶞?zhǔn)。
[0024]在燃燒室10的進(jìn)口處設(shè)置有頭部結(jié)構(gòu)11，如圖1所示，頭部結(jié)構(gòu)11為圓筒狀，包括外部筒體13以及設(shè)置在外部筒體13中的燃燒室噴嘴12。除了燃燒室噴嘴12之外，該頭部結(jié)構(gòu)11還可附加地設(shè)置混合器、旋流器等裝置，以實(shí)現(xiàn)對燃油和空氣的混合以及使來流空氣偏轉(zhuǎn)以形成漩渦狀流動結(jié)構(gòu)的功能。較佳地，在頭部結(jié)構(gòu)上還可設(shè)置頭部冷卻裝置。
[0025]在工作過程中，空氣經(jīng)壓氣機(jī)20而被壓縮，與燃燒室10中的燃燒室噴嘴12中所噴出的燃油混合，使燃油霧化。經(jīng)霧化的燃油在燃燒室中燃燒。燃油和空氣反應(yīng)而產(chǎn)生的膨脹燃?xì)饨?jīng)渦輪從尾噴管排出，從而產(chǎn)生動力。
[0026]本實(shí)用新型的燃?xì)廨啓C(jī)采用LPP燃燒方式，為了克服LPP燃燒方式所存在的燃燒不穩(wěn)定的問題，本實(shí)用新型對燃燒室10的布置進(jìn)行改進(jìn)。具體來說，對其中的頭部結(jié)構(gòu)11的尺寸和布置形式進(jìn)行改進(jìn)。下面具體公開本實(shí)用新型的幾個【具體實(shí)施方式】。
[0027]<第一實(shí)施方式>
[0028]圖1是經(jīng)過燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室10的橫截面圖，其中示出了燃燒室10的頭部結(jié)構(gòu)11的第一種布置形式。
[0029]如圖1所示，燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室10呈環(huán)狀燃燒室的形式，沿著燃燒室10的周向布置有多個頭部結(jié)構(gòu)。圖2中所示的頭部結(jié)構(gòu)主要包括兩種不同尺寸(例如直徑)，其中頭部結(jié)構(gòu)Ila具有第一尺寸，頭部結(jié)構(gòu)Ilb具有比第一尺寸要小的第二尺寸。
[0030]此外，還是如圖2所示，本實(shí)用新型的頭部結(jié)構(gòu)中包括燃燒室噴嘴12a、12b。以頭部結(jié)構(gòu)Ila中的燃燒室噴嘴12a為例，該燃燒室噴嘴12a包括位于中央的預(yù)燃級噴嘴121a和圍繞著預(yù)燃級噴嘴121a設(shè)置的主燃級噴嘴122a。類似地，頭部結(jié)構(gòu)Ilb的燃燒室噴嘴12b也包括預(yù)燃級噴嘴121b和主燃級噴嘴122b。較佳地，由于頭部結(jié)構(gòu)Ila的尺寸大于頭部結(jié)構(gòu)Ilb的尺寸，則與此相對應(yīng)的，燃燒室噴嘴12a的尺寸也大于燃燒室噴嘴12b的尺寸。
[0031]較佳地，在圖2所示的頭部結(jié)構(gòu)的第一種布置形式中，第一頭部結(jié)構(gòu)Ila和第二頭部結(jié)構(gòu)Ilb互相交替地布置。
[0032]在運(yùn)行過程中，來自例如壓氣機(jī)20的燃燒室10上游的空氣經(jīng)過頭部結(jié)構(gòu)11而進(jìn)入環(huán)形的燃燒室10中。與此同時，燃油通過燃燒室噴嘴12被噴入燃燒室10中，并與經(jīng)過頭部結(jié)構(gòu)11的空氣相混合，并被霧化。在此過程中，來流空氣、燃油等所產(chǎn)生的擾動會通過油氣比脈動傳導(dǎo)到環(huán)形燃燒室10的燃燒區(qū)域中。油氣比的這一脈動造成燃燒區(qū)內(nèi)的釋熱率脈動，從而導(dǎo)致燃燒室壓力和燃?xì)饬鲃铀俣鹊拿}動。
[0033]此時，由于燃燒室中布置有尺寸不同的頭部結(jié)構(gòu)Ila和頭部結(jié)構(gòu)11b，因而在不同的頭部結(jié)構(gòu)之間，它們的油氣比脈動也各不相同。這樣，與不同的頭部結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的燃燒室壓力和燃?xì)饬鲃铀俣鹊拿}動的頻率互不相同，互相干擾，且拓寬振蕩的頻域?qū)挾?。這樣，就環(huán)形燃燒室的整體而言，燃燒不穩(wěn)定性受到抑制。[0034]<第二實(shí)施方式>
[0035]圖3示出了燃燒室10的頭部結(jié)構(gòu)11的第二種布置形式。在圖3中，與圖2相同的技術(shù)特征使用相同的附圖標(biāo)記，并且為了簡便起見，對于相同的結(jié)構(gòu)不再做重復(fù)的描述。
[0036]在圖3中，與圖2所示的相同，燃燒室10中也包括多個頭部結(jié)構(gòu)。并且，除了圖2中所示的具有第一尺寸的頭部結(jié)構(gòu)Ila和具有第二尺寸的頭部結(jié)構(gòu)Ilb之外，圖3所示的實(shí)施方式中還包括具有第三尺寸的頭部結(jié)構(gòu)11c。從圖3中可以清楚地看到，第三尺寸比第一尺寸和第二尺寸都要小。
[0037]在圖3所示的布置形式中，以具有第二尺寸的頭部結(jié)構(gòu)Ilb為基準(zhǔn)，在相鄰的兩個頭部結(jié)構(gòu)Ilb之間交替地布置具有第一尺寸的頭部結(jié)構(gòu)Ila和具有第三尺寸的頭部結(jié)構(gòu)Ilc0
[0038]<第三實(shí)施方式>
[0039]圖4示出了燃燒室10的頭部結(jié)構(gòu)11的第三種布置形式。與圖3所示的第二種布置形式相類似，圖4中所示的環(huán)形燃燒室10中也布置有三種頭部結(jié)構(gòu)11a、Ilb和11c，它們分別具有第一尺寸、比第一尺寸小的第二尺寸和比第二尺寸小的第三尺寸。
[0040]圖4所示的第三種布置形式與圖3所示的第二種布置形式的不同之處在于，布置圖4中的燃燒室10的三種尺寸的頭部結(jié)構(gòu)以不規(guī)則的方式排列，或者說這三種頭部結(jié)構(gòu)以隨機(jī)的順序沿燃燒室10的周向布置。
[0041]以上對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述。如之前所提到的，在上述【具體實(shí)施方式】的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行各種變換，而這些變換都在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。例如:
[0042]在附圖所示的【具體實(shí)施方式】中，頭部結(jié)構(gòu)11呈圓筒狀。但是，應(yīng)當(dāng)知道，頭部結(jié)構(gòu)也可呈其他各種形狀，例如截面呈方形、正多邊形、橢圓形等等。
[0043]在以上所述的三個實(shí)施方式中分別公開了具有兩種和三種不同尺寸的頭部結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)理解，在燃燒室中還可布置其他任何數(shù)量的尺寸種類的頭部結(jié)構(gòu)，如四種尺寸、五種尺寸等等。且這些頭部結(jié)構(gòu)沿燃燒室周向的排列順序還可以是除以上三種實(shí)施方式之外的其他任意方式的規(guī)則或不規(guī)則排列。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，所述燃燒室為環(huán)形燃燒室，并包括多個頭部結(jié)構(gòu)，所述頭部結(jié)構(gòu)沿所述燃燒室的周向排列，每個所述頭部結(jié)構(gòu)包括外部筒體和設(shè)置在所述外部筒體中的燃燒室噴嘴，其特征在于，所述頭部結(jié)構(gòu)包括至少兩組頭部結(jié)構(gòu)，所述至少兩組頭部結(jié)構(gòu)中的每一組頭部結(jié)構(gòu)具有與其他組的頭部結(jié)構(gòu)不同的尺寸。
2.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，其特征在于，所述燃燒室噴嘴包括位于中央的主燃級噴嘴和圍繞著所述主燃級噴嘴設(shè)置的預(yù)燃級噴嘴。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，其特征在于，所述頭部結(jié)構(gòu)包括具有第一尺寸的第一組頭部結(jié)構(gòu)和具有第二尺寸的第二組頭部結(jié)構(gòu)，所述第一尺寸大于所述第二尺寸。
4.如權(quán)利要求3所述的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，其特征在于，所述第一組頭部結(jié)構(gòu)中的各頭部結(jié)構(gòu)與所述第二組頭部結(jié)構(gòu)中的各頭部結(jié)構(gòu)互相交替地排列。
5.如權(quán)利要求3所述的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，其特征在于，所述頭部結(jié)構(gòu)還包括具有第三尺寸的第三組頭部結(jié)構(gòu)，其中所述第三尺寸小于所述第二尺寸。
6.如權(quán)利要求5所述的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，其特征在于，在所述第二組頭部結(jié)構(gòu)中的各相鄰的頭部結(jié)構(gòu)之間交替地設(shè)置所述第一組頭部結(jié)構(gòu)中的各頭部結(jié)構(gòu)和所述第三組頭部結(jié)構(gòu)中的各頭部結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，其特征在于，所述至少兩組頭部結(jié)構(gòu)以不規(guī)則的順序沿所述燃燒室的周向排列。
8.一種燃?xì)廨啓C(jī)，沿空氣和燃?xì)庠谒鋈細(xì)廨啓C(jī)中的流動方向，所述燃?xì)廨啓C(jī)依次包括壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管，其特征在于，所述燃燒室是如權(quán)利要求1 一 7中的任一項所述的燃燒室。
【文檔編號】F23R3/52GK203671658SQ201320817118
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】沈蘇華, 毛榮海 申請人:中航商用航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司