一種雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混的高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)，燃燒室內(nèi)主燃區(qū)火焰分為預(yù)燃級(jí)和主燃級(jí)，分別采用擴(kuò)散燃燒和燃油直接噴射燃燒，擴(kuò)散燃燒和燃油直接噴射燃燒耦合實(shí)現(xiàn)分層部分預(yù)混燃燒。主燃級(jí)和預(yù)燃級(jí)燃油都采用通道內(nèi)預(yù)膜式空氣霧化技術(shù)，預(yù)燃級(jí)利用旋流和穩(wěn)焰裝置擴(kuò)寬發(fā)動(dòng)機(jī)小推力狀態(tài)下的穩(wěn)定工作范圍和在發(fā)動(dòng)機(jī)大推力狀態(tài)下為雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室提供穩(wěn)定的點(diǎn)火源，主燃級(jí)火焰利用旋流和預(yù)燃級(jí)火焰提供的高溫燃?xì)夥€(wěn)定火焰。預(yù)燃級(jí)噴嘴通過(guò)雙級(jí)旋流預(yù)膜空氣霧化改善霧化質(zhì)量，主燃級(jí)噴嘴通過(guò)把燃油霧化和摻混過(guò)程分開(kāi)實(shí)現(xiàn)油氣快速均勻摻混。
【專利說(shuō)明】一種雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用霧化和摻混分步進(jìn)行的預(yù)膜空氣霧化和快速油氣摻混技術(shù)實(shí)現(xiàn)主燃區(qū)均勻燃燒的分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]高溫升燃燒室是軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的。為滿足下一代推重比12?15的軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的氣動(dòng)熱力性質(zhì)，軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口溫度要比現(xiàn)役的軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)明顯提高。因此，燃燒室部件設(shè)計(jì)將向高溫升高熱容燃燒方向發(fā)展。現(xiàn)役軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的溫升約為900°C，下一代的軍用航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)要求燃燒室溫升大致為1400°C。隨著燃燒室溫升的提高，燃燒室頭部空氣進(jìn)氣量相對(duì)于傳統(tǒng)燃燒室明顯增加，由20%左右增加到60%以上，將導(dǎo)致燃燒組織、油氣匹配及摻混、壁面冷卻和出口溫度場(chǎng)質(zhì)量控制等一系列難題，必須在氣動(dòng)熱力學(xué)、燃油霧化、新結(jié)構(gòu)、耐高溫輕質(zhì)材料等方面尋求突破。
[0003]高溫升燃燒室相對(duì)于常規(guī)溫升燃燒室在貧油燃燒穩(wěn)定性和出口溫度分布質(zhì)量方面的要求不能降低，而高溫升燃燒室的在大狀態(tài)下的油氣比更高，因此，高溫度燃燒室首先面臨的技術(shù)的挑戰(zhàn)是擴(kuò)寬燃燒室穩(wěn)定工作范圍；同時(shí)高溫升燃燒室隨油氣比增加需要更多的空氣參與燃燒，主燃區(qū)溫度增加后，冷卻空氣量反而更少，這對(duì)燃燒室壁面冷卻和出口溫度分布調(diào)節(jié)提出了新的難題和挑戰(zhàn)。
[0004]針對(duì)高溫升燃燒室的技術(shù)研發(fā)，國(guó)內(nèi)外都發(fā)表了一些研究方案，燃燒室頭部燃燒組織是保證全面滿足燃燒性能的關(guān)鍵。目前，分區(qū)分級(jí)燃燒技術(shù)通過(guò)在低工況時(shí)預(yù)燃級(jí)在局部燃燒和在高工況下預(yù)燃級(jí)與主燃級(jí)同時(shí)在主燃區(qū)燃燒，有望擴(kuò)寬高溫升燃燒室的穩(wěn)定工作范圍；由于技術(shù)保密原因，高溫升燃燒室的相關(guān)技術(shù)公開(kāi)發(fā)表的較少。現(xiàn)有公開(kāi)的分區(qū)分級(jí)技術(shù)利用分級(jí)燃燒擴(kuò)寬燃燒室穩(wěn)定工作范圍，同時(shí)利用主燃級(jí)貧預(yù)混燃燒用于降低Ν0Χ污染物排放。但貧預(yù)混燃燒存在熱聲震蕩等燃燒不穩(wěn)定問(wèn)題，隨燃燒室進(jìn)口溫度的增力口，燃燒不穩(wěn)定性加強(qiáng)，不適用于壓比更高的高溫升燃燒室。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)，采用雙級(jí)預(yù)膜分層部分燃燒技術(shù)，充分結(jié)合高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室頭部進(jìn)氣量大的特點(diǎn)，預(yù)燃級(jí)采用預(yù)膜空氣霧化提高燃油霧化質(zhì)量，以提高低負(fù)荷工況下的燃燒穩(wěn)定性，主燃級(jí)采用預(yù)膜空氣霧化和燃油霧化/油氣摻混分步進(jìn)行實(shí)現(xiàn)油氣快速均勻摻混，避免自燃或回火等燃燒不穩(wěn)定性問(wèn)題，同時(shí)在主燃區(qū)均勻燃燒避免局部高溫，有利于出口溫度分布質(zhì)量的調(diào)控，通過(guò)主燃級(jí)旋流強(qiáng)度調(diào)整火焰長(zhǎng)度，用于縮短燃燒室長(zhǎng)度。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案:
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)，包括燃燒室機(jī)匣、擴(kuò)壓器和火焰筒，所述擴(kuò)壓器設(shè)置在燃燒室機(jī)匣的進(jìn)氣端，所述火焰筒設(shè)置在燃燒室機(jī)匣的內(nèi)腔中并與燃燒室機(jī)匣的中心軸線重合，所述火焰筒的靠近所述擴(kuò)壓器的一側(cè)的端壁上設(shè)置雙層預(yù)膜空氣霧化噴嘴，其特征在于，
[0008]所述雙層預(yù)膜空氣霧化噴嘴的周向外側(cè)設(shè)置有與所述火焰筒端壁連接的頭部擋板，所述雙層預(yù)膜空氣霧化噴嘴的伸入火焰筒內(nèi)部的一側(cè)與一環(huán)形導(dǎo)流板連接，所述雙層預(yù)膜空氣霧化噴嘴包括主燃級(jí)組件和預(yù)燃級(jí)組件，其中，
[0009]所述預(yù)燃級(jí)組件包括由內(nèi)向外依次設(shè)置的中心導(dǎo)流錐、一級(jí)空氣旋流器、一級(jí)空氣旋流器通道外殼體、二級(jí)空氣旋流器通道內(nèi)殼體、二級(jí)空氣旋流器、二級(jí)旋流器流道外殼體、三級(jí)空氣旋流器和三級(jí)空氣旋流器外殼體，其中，
[0010]所述一級(jí)空氣旋流器通道外殼體和二級(jí)空氣旋流器通道內(nèi)殼體組成的環(huán)形筒體中設(shè)置預(yù)燃級(jí)燃油通道，在所述預(yù)燃級(jí)燃油通道中設(shè)置有預(yù)燃級(jí)燃油旋流器，所述預(yù)燃級(jí)燃油通道的進(jìn)口端與預(yù)燃級(jí)燃油管連通、出口端設(shè)置有環(huán)形燃油噴射口，經(jīng)所述環(huán)形燃油噴射口流出的燃油在所述一級(jí)空氣旋流器通道外殼體的內(nèi)側(cè)壁面上形成油膜，然后在一級(jí)旋流空氣和二級(jí)旋流空氣的作用下進(jìn)行預(yù)膜空氣霧化；
[0011]所述主燃級(jí)組件位于所述預(yù)燃級(jí)組件的外圈并和所述預(yù)燃級(jí)組件同軸，包括由內(nèi)向外依次設(shè)置的四級(jí)空氣旋流器、四級(jí)空氣旋流器流道外殼體、五級(jí)空氣旋流器流道內(nèi)殼體、五級(jí)空氣旋流器、五級(jí)旋流器外殼體和六級(jí)空氣旋流器，其中，
[0012]所述四級(jí)空氣旋流器流道外殼體和五級(jí)空氣旋流器流道內(nèi)殼體組成的環(huán)形筒體中設(shè)置主燃級(jí)燃油通道，在所述主燃級(jí)燃油通道中設(shè)置有主燃級(jí)燃油旋流器，所述主燃級(jí)燃油通道的進(jìn)口端與主燃級(jí)燃油管連通、出口端設(shè)置有主燃級(jí)燃油噴射口，主燃級(jí)燃油在所述主燃級(jí)燃油旋流器的作用下經(jīng)所述主燃級(jí)燃油噴射口流出后形成環(huán)形的均勻薄油膜，在四級(jí)和五級(jí)旋流空氣的共同作用下快速霧化，之后與六級(jí)旋流空氣摻混，形成均勻的油氣混合物，進(jìn)入主燃區(qū)進(jìn)行燃燒。
[0013]優(yōu)選的，所述燃燒室機(jī)匣包括燃燒室外機(jī)匣和燃燒室內(nèi)機(jī)匣。
[0014]優(yōu)選的，所述火焰筒包括火焰筒外筒和火焰筒內(nèi)筒。
[0015]優(yōu)選的，所述一級(jí)空氣旋流器通道外殼體和二級(jí)空氣旋流器通道內(nèi)殼體的形狀基本保持一致，均包括進(jìn)口段和出口段，且出口段的直徑小于進(jìn)口段的直徑。
[0016]優(yōu)選的，所述一級(jí)空氣旋流器設(shè)置在所述中心導(dǎo)流錐和一級(jí)空氣旋流器通道外殼體的進(jìn)口段之間。
[0017]優(yōu)選的，所述二級(jí)空氣旋流器設(shè)置在所述二級(jí)空氣旋流器通道內(nèi)殼體的出口段和二級(jí)旋流器流道外殼體的進(jìn)口段之間，所述二級(jí)旋流器流道外殼體的出口段呈直徑逐漸縮小的錐形。
[0018]優(yōu)選的，所述三級(jí)空氣旋流器設(shè)置在所述二級(jí)旋流器流道外殼體的進(jìn)口段和三級(jí)空氣旋流器流道外殼體的進(jìn)口段之間，所述三級(jí)空氣旋流器流道外殼體的出口段呈直徑突擴(kuò)的喇叭形，所述三級(jí)空氣旋流器用于冷卻三級(jí)旋流器流道外殼體，預(yù)燃級(jí)火焰穩(wěn)定在三級(jí)旋流器外殼體突擴(kuò)形成的低速區(qū)內(nèi)。
[0019]優(yōu)選的，所述六級(jí)空氣旋流器為徑向進(jìn)氣，其左側(cè)壁的下底面與所述五級(jí)旋流器外殼體的內(nèi)壁面平齊，其右側(cè)壁的軸線與燃燒室機(jī)匣的中心軸線重合。
[0020]優(yōu)選的，所述四級(jí)空氣旋流器和五級(jí)空氣旋流器的安裝位置在軸向位置上較所述二級(jí)空氣旋流器和三級(jí)空氣旋流器的安裝位置靠近所述擴(kuò)壓器。
[0021]優(yōu)選的，所述一級(jí)空氣旋流器和二級(jí)空氣旋流器旋向相反，三級(jí)空氣旋流器和第二級(jí)空氣旋流器旋向相同。
[0022]優(yōu)選的，所述四級(jí)空氣旋流器和五級(jí)空氣旋流器旋向相反，六級(jí)空氣旋流器和五級(jí)空氣旋流器旋向相反，以有利于主燃級(jí)燃油霧化和油氣快速摻混。
[0023]優(yōu)選的，所述預(yù)燃級(jí)和主燃級(jí)燃油分別控制。
[0024]優(yōu)選的，所述三級(jí)旋流器采用強(qiáng)旋流，使三級(jí)旋流空氣緊貼三級(jí)旋流器外殼體擴(kuò)口段內(nèi)壁面，以保證冷卻效果，葉片相對(duì)于中心軸的傾向角度為50?75°，三級(jí)旋流器外側(cè)壁面擴(kuò)口段角度在10?30°之間。
[0025]優(yōu)選的，所述雙級(jí)預(yù)膜空氣霧化噴嘴主燃級(jí)燃油分配比例為60?90%。
[0026]優(yōu)選的，所述燃燒室頭部進(jìn)氣量占總氣量的60-90%。
[0027]本發(fā)明的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)中，主燃級(jí)和預(yù)燃級(jí)燃油組件都充分利用高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室頭部燃燒進(jìn)氣量相對(duì)于傳統(tǒng)燃燒室增加的特點(diǎn)，采用通道內(nèi)預(yù)膜空氣霧化噴嘴，耦合擴(kuò)散燃燒和燃油直接噴射燃燒形成分層部分預(yù)混燃燒，擴(kuò)寬燃燒室穩(wěn)定工作范圍，同時(shí)提高高溫升燃燒室出口溫度分布質(zhì)量；預(yù)燃級(jí)火焰采用三級(jí)旋流器和火焰穩(wěn)定器穩(wěn)定火焰，旋向相反的第一級(jí)空氣旋流器和第二級(jí)空氣旋流器利用剪切力霧化已經(jīng)預(yù)膜的燃油，三級(jí)旋流器冷卻預(yù)燃級(jí)火焰外側(cè)的火焰穩(wěn)定器；主燃級(jí)火焰采用燃油直接噴射方式燃燒，燃油霧化過(guò)程與油氣摻混過(guò)程分開(kāi)進(jìn)行，燃油經(jīng)主燃級(jí)燃油通道、主燃級(jí)燃油旋流器和主燃級(jí)燃油噴射口形成環(huán)形薄油膜，燃油在第四級(jí)旋流空氣和第五級(jí)旋流空氣的作用下進(jìn)行預(yù)膜空氣霧化，隨后，在主燃級(jí)旋流器出口處，霧化的油氣混合物和第六級(jí)旋流器中的旋流空氣進(jìn)行快速混合，主燃級(jí)采用這種霧化方式可以避免燃燒不穩(wěn)定性，并且可以提高油氣摻混質(zhì)量，有利于高溫升燃燒室出口溫度分布的調(diào)控。
[0028]本發(fā)明的原理:雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室基于分層部分預(yù)混燃燒組織原理實(shí)現(xiàn)分區(qū)分級(jí)燃燒，預(yù)燃級(jí)采用預(yù)膜空氣霧化提高燃油霧化質(zhì)量，以提高小狀態(tài)下的燃燒穩(wěn)定性，主燃級(jí)采用燃油霧化和油氣摻混分步進(jìn)行的預(yù)膜空氣霧化技術(shù)實(shí)現(xiàn)油氣快速均勻摻混，避免自燃或回火等燃燒不穩(wěn)定性，同時(shí)摻混均勻的主燃級(jí)油氣混合物在主燃區(qū)均勻燃燒，有利于燃燒室出口溫度分布的調(diào)控，并利用中心預(yù)燃級(jí)穩(wěn)定主燃級(jí)火焰，通過(guò)主燃級(jí)旋流強(qiáng)度調(diào)整火焰長(zhǎng)度和火焰形態(tài)，用于縮短燃燒室長(zhǎng)度。
[0029]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn):
[0030](1)本發(fā)明采用分層部分預(yù)混燃燒組織技術(shù)，充分結(jié)合高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室頭部進(jìn)氣量較多的特點(diǎn)，耦合了雙級(jí)預(yù)膜燃油分級(jí)霧化，實(shí)現(xiàn)分區(qū)分級(jí)燃燒。
[0031](2)預(yù)燃級(jí)燃油采用預(yù)膜式空氣霧化提高霧化質(zhì)量，結(jié)合旋流和穩(wěn)焰裝置擴(kuò)寬發(fā)動(dòng)機(jī)小推力狀態(tài)下的貧油燃燒穩(wěn)定工作范圍，同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)大推力狀態(tài)，預(yù)燃級(jí)為主燃級(jí)提供穩(wěn)定的點(diǎn)火源。
[0032](3)主燃級(jí)燃油霧化采用燃油霧化和摻混過(guò)程分步的方法實(shí)現(xiàn)預(yù)膜空氣霧化和快速油/氣摻混，避免了貧預(yù)混燃燒的燃燒不穩(wěn)定性問(wèn)題。
[0033](4)本發(fā)明中主燃級(jí)油氣快速均勻摻混可以避免主燃區(qū)局部高溫區(qū)的產(chǎn)生，利于燃燒室出口溫度品質(zhì)調(diào)控，同時(shí)利用主燃級(jí)旋流調(diào)整火焰形態(tài)和火焰長(zhǎng)度，縮短燃燒室長(zhǎng)度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是本發(fā)明的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0035]圖2是本發(fā)明的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0036]圖3是本發(fā)明的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室頭部結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0037]圖4是本發(fā)明的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室主燃級(jí)燃油噴嘴結(jié)構(gòu)剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)發(fā)明型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0039]圖1是本發(fā)明的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)剖視圖，采用雙級(jí)預(yù)膜的分層部分預(yù)混燃燒組織方案和短環(huán)形結(jié)構(gòu)方案，包括燃燒室外機(jī)匣1、燃燒室內(nèi)機(jī)匣2、擴(kuò)壓器3、點(diǎn)火器4、火焰筒外筒5、火焰筒內(nèi)筒6、頭部擋板7、導(dǎo)流板8和雙層預(yù)膜空氣霧化噴嘴9。
[0040]圖2是本發(fā)明的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室火焰筒結(jié)構(gòu)剖視圖，主燃區(qū)火焰分為預(yù)燃級(jí)火焰和主燃級(jí)火焰，燃油分別通過(guò)主燃級(jí)噴嘴和預(yù)燃級(jí)噴嘴進(jìn)入燃燒室，預(yù)燃級(jí)采用擴(kuò)散燃燒，用于擴(kuò)寬燃燒室貧油燃燒穩(wěn)定工作范圍，主燃級(jí)采用貧油直接噴射燃燒，用于改善主燃區(qū)溫度分布的均勻性，從而提高燃燒室出口溫度質(zhì)量。
[0041 ] 預(yù)燃級(jí)火焰和主燃級(jí)火焰在火焰筒內(nèi)軸向和徑向空間分布都不同，預(yù)燃級(jí)火焰更靠近燃燒室頭部和中心，主燃級(jí)火焰在預(yù)燃級(jí)火焰的外圍并且沿流向靠近下流，實(shí)現(xiàn)燃燒室中預(yù)燃級(jí)和主燃級(jí)分區(qū)燃燒。低工況時(shí)，預(yù)燃級(jí)單獨(dú)工作，大工況時(shí)，預(yù)燃級(jí)和主燃級(jí)同時(shí)工作。主燃級(jí)噴射燃油量占總?cè)加土康?0?90%，燃燒室頭部進(jìn)氣量占總氣量的60-90%，主燃級(jí)和預(yù)燃級(jí)燃油噴嘴充分利用燃燒室頭部進(jìn)氣量增加的特點(diǎn)而采用空氣霧化，主燃級(jí)燃油噴嘴把燃油霧化和摻混過(guò)程分開(kāi)，結(jié)合氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)油氣快速均勻摻混。
[0042]圖3是本發(fā)明的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室頭部結(jié)構(gòu)剖視圖，燃油噴嘴包括主燃級(jí)組件和預(yù)燃級(jí)組件，預(yù)燃級(jí)包括預(yù)燃級(jí)中心導(dǎo)流錐14、一級(jí)空氣旋流器15、二級(jí)空氣旋流器28、三級(jí)空氣旋流器29、預(yù)燃級(jí)燃油通道、預(yù)燃級(jí)燃油旋流器33和預(yù)燃級(jí)燃油噴射口 20，其中，
[0043]中心導(dǎo)流錐14位于所述裝置的中心，一級(jí)空氣旋流器15設(shè)置于中心導(dǎo)流錐14的外側(cè)，預(yù)燃級(jí)燃油通道、預(yù)燃級(jí)燃燒旋流器33和預(yù)燃級(jí)燃油噴射口 20位于一級(jí)空氣旋流器和二級(jí)空氣旋流器的中間，經(jīng)環(huán)形燃油噴射口 20流出的燃油在一級(jí)空氣旋流器15通道的內(nèi)側(cè)壁面上形成油膜，然后在一級(jí)旋流空氣和二級(jí)旋流空氣的作用下進(jìn)行預(yù)膜空氣霧化，三級(jí)空氣旋流器位于二級(jí)空氣旋流器的外側(cè)，用于冷卻三級(jí)旋流器外側(cè)壁面23，預(yù)燃級(jí)火焰穩(wěn)定在三級(jí)旋流器外側(cè)壁面23突擴(kuò)形成的低速區(qū)內(nèi)。主燃級(jí)位于所述預(yù)燃級(jí)的外圈并和所述預(yù)燃級(jí)同軸，包括主燃級(jí)燃油管19、第四級(jí)空氣旋流器30、第五級(jí)空氣旋流器31、第六級(jí)空氣旋流器32、和主燃級(jí)燃油旋流器34，主燃級(jí)燃油經(jīng)旋流器34形成環(huán)形的均勻薄油膜，在旋向相反的第四級(jí)和第五級(jí)旋流器作用下預(yù)膜快速霧化，然后，霧化的油氣混合物在主燃級(jí)旋流器出口與第六級(jí)旋流空氣摻混，形成均勻的油氣混合物。
[0044]圖4是本發(fā)明的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室主燃級(jí)燃油噴嘴結(jié)構(gòu)剖視圖，包括第四級(jí)空氣旋流器30、第五級(jí)空氣旋流器31、第六級(jí)空氣旋流器32、主燃級(jí)燃油旋流器34主燃級(jí)燃油通道和主燃級(jí)燃油噴射口 35等，主燃級(jí)燃油經(jīng)旋流器34形成環(huán)形的均勻薄油膜，在旋向相反的第四級(jí)和第五級(jí)旋流器作用下預(yù)膜快速霧化，然后，霧化的油氣混合物在主燃級(jí)旋流器出口與第六級(jí)旋流空氣摻混，形成均勻的油氣混合物，進(jìn)入主燃區(qū)進(jìn)行燃燒。
[0045]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)，包括燃燒室機(jī)匣、擴(kuò)壓器和火焰筒，所述擴(kuò)壓器設(shè)置在燃燒室機(jī)匣的進(jìn)氣端，所述火焰筒設(shè)置在燃燒室機(jī)匣的內(nèi)腔中并與燃燒室機(jī)匣的中心軸線重合，所述火焰筒的靠近所述擴(kuò)壓器的一側(cè)的端壁上設(shè)置雙層預(yù)膜空氣霧化噴嘴，其特征在于， 所述雙層預(yù)膜空氣霧化噴嘴的周向外側(cè)設(shè)置有與所述火焰筒端壁連接的頭部擋板，所述雙層預(yù)膜空氣霧化噴嘴的伸入火焰筒內(nèi)部的一側(cè)與一環(huán)形導(dǎo)流板連接，所述雙層預(yù)膜空氣霧化噴嘴包括主燃級(jí)組件和預(yù)燃級(jí)組件，其中， 所述預(yù)燃級(jí)組件包括由內(nèi)向外依次設(shè)置的中心導(dǎo)流錐、一級(jí)空氣旋流器、一級(jí)空氣旋流器通道外殼體、二級(jí)空氣旋流器通道內(nèi)殼體、二級(jí)空氣旋流器、二級(jí)旋流器流道外殼體、三級(jí)空氣旋流器和三級(jí)空氣旋流器外殼體，其中， 所述一級(jí)空氣旋流器通道外殼體和二級(jí)空氣旋流器通道內(nèi)殼體組成的環(huán)形筒體中設(shè)置預(yù)燃級(jí)燃油通道，在所述預(yù)燃級(jí)燃油通道中設(shè)置有預(yù)燃級(jí)燃油旋流器，所述預(yù)燃級(jí)燃油通道的進(jìn)口端與預(yù)燃級(jí)燃油管連通、出口端設(shè)置有環(huán)形燃油噴射口，經(jīng)所述環(huán)形燃油噴射口流出的燃油在所述一級(jí)空氣旋流器通道外殼體的內(nèi)側(cè)壁面上形成油膜，然后在一級(jí)旋流空氣和二級(jí)旋流空氣的作用下進(jìn)行預(yù)膜空氣霧化； 所述主燃級(jí)組件位于所述預(yù)燃級(jí)組件的外圈并和所述預(yù)燃級(jí)組件同軸，包括由內(nèi)向外依次設(shè)置的四級(jí)空氣旋流器、四級(jí)空氣旋流器流道外殼體、五級(jí)空氣旋流器流道內(nèi)殼體、五級(jí)空氣旋流器、五級(jí)旋流器外殼體和六級(jí)空氣旋流器，其中， 所述四級(jí)空氣旋流器流道外殼體和五級(jí)空氣旋流器流道內(nèi)殼體組成的環(huán)形筒體中設(shè)置主燃級(jí)燃油通道，在所述主燃級(jí)燃油通道中設(shè)置有主燃級(jí)燃油旋流器，所述主燃級(jí)燃油通道的進(jìn)口端與主燃級(jí)燃油管連通、出口端設(shè)置有主燃級(jí)燃油噴射口，主燃級(jí)燃油在所述主燃級(jí)燃油旋流器的作用下經(jīng)所述主燃級(jí)燃油噴射口流出后形成環(huán)形的均勻薄油膜，在四級(jí)和五級(jí)旋流空氣的共同作用下快速霧化，之后與六級(jí)旋流空氣摻混，形成均勻的油氣混合物，進(jìn)入主燃區(qū)進(jìn)行燃燒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述一級(jí)空氣旋流器通道外殼體和二級(jí)空氣旋流器通道內(nèi)殼體的形狀基本保持一致，均包括進(jìn)口段和出口段，且出口段的直徑小于進(jìn)口段的直徑。優(yōu)選地，所述一級(jí)空氣旋流器設(shè)置在所述中心導(dǎo)流錐和一級(jí)空氣旋流器通道外殼體的進(jìn)口段之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述二級(jí)空氣旋流器設(shè)置在所述二級(jí)空氣旋流器通道內(nèi)殼體的出口段和二級(jí)旋流器流道外殼體的進(jìn)口段之間，所述二級(jí)旋流器流道外殼體的出口段呈直徑逐漸縮小的錐形。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述三級(jí)空氣旋流器設(shè)置在所述二級(jí)旋流器流道外殼體的進(jìn)口段和三級(jí)空氣旋流器流道外殼體的進(jìn)口段之間，所述三級(jí)空氣旋流器流道外殼體的出口段呈直徑突擴(kuò)的喇叭形，所述三級(jí)空氣旋流器用于冷卻三級(jí)旋流器流道外殼體，預(yù)燃級(jí)火焰穩(wěn)定在三級(jí)旋流器外殼體突擴(kuò)形成的低速區(qū)內(nèi)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述六級(jí)空氣旋流器為徑向進(jìn)氣，其左側(cè)壁的下底面與所述五級(jí)旋流器外殼體的內(nèi)壁面平齊，其右側(cè)壁的軸線與燃燒室機(jī)匣的中心軸線重合。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述四級(jí)空氣旋流器和五級(jí)空氣旋流器的安裝位置在軸向位置上較所述二級(jí)空氣旋流器和三級(jí)空氣旋流器的安裝位置靠近所述擴(kuò)壓器。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述一級(jí)空氣旋流器和二級(jí)空氣旋流器旋向相反，三級(jí)空氣旋流器和第二級(jí)空氣旋流器旋向相同。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述四級(jí)空氣旋流器和五級(jí)空氣旋流器旋向相反，六級(jí)空氣旋流器和五級(jí)空氣旋流器旋向相反，以有利于主燃級(jí)燃油霧化和油氣快速摻混。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述三級(jí)旋流器采用強(qiáng)旋流，使三級(jí)旋流空氣緊貼三級(jí)旋流器外殼體擴(kuò)口段內(nèi)壁面，以保證冷卻效果，葉片相對(duì)于中心軸的傾向角度為50?75°，三級(jí)旋流器外側(cè)壁面擴(kuò)口段角度在10?30°之間。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的雙級(jí)預(yù)膜分層部分預(yù)混高溫升燃燒室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙級(jí)預(yù)膜空氣霧化噴嘴主燃級(jí)燃油分配比例為60?90%。優(yōu)選的，所述燃燒室頭部進(jìn)氣量占總氣量的60-90%。
【文檔編號(hào)】F23R3/26GK104406196SQ201410645127
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】劉存喜, 楊金虎, 劉富強(qiáng), 阮昌龍, 穆勇, 徐綱 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所