CN113137629B - 双级整体式涡流器及火焰筒头部结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双级整体式涡流器和火焰筒头部结构。双级整体式涡流器设于燃油喷嘴和火焰筒头部环之间用于将燃油喷嘴喷射的燃油剪切雾化并输送至火焰筒头部环的内腔内，双级整体式涡流器呈筒状并在中部形成沿轴线布设的内通道，双级整体式涡流器上设有分别与内通道连通的斜切孔和曲面流道，斜切孔靠近双级整体式涡流器的输入端设置，曲面流道设于斜切孔远离输入端的一侧，通过斜切孔将处于斜切孔外的气流引入内通道中并在内通道内形成第一旋转气流，通过曲面流道将处于曲面流道外的气流引入内通道中并在内通道内形成第二旋转气流。本发明的双级整体式涡流器，能满足高温升燃烧室对主燃区浓度场的要求。

Description

双级整体式涡流器及火焰筒头部结构

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机燃烧室技术领域，特别地，涉及一种双级整体式涡流器。此 外，发明还涉及一种火焰筒头部结构。

背景技术

燃油雾化装置是燃气涡轮发动机燃烧室的重要组成部件，每个涡轮动力机械至少有一个 喷嘴提供燃油，并在燃油雾化装置的作用下形成油雾场燃烧，燃油雾化装置工作性能的好坏 直接影响燃烧室的点熄火性能、燃烧性能和污染排放性能等。

图1为目前正在应用的一种燃油雾化装置，该燃油雾化装置由喷嘴和稳定器构成，稳定 器与火焰筒通过焊接方式固定，稳定器为碗状钝体结构，通过稳定器的空气有三股，气流I 从窄缝中进入主燃区，在稳定器下游形成回流区；气流Ⅱ经斜孔流出，这部分空气用来对稳 定器内壁面进行冷却和吹除积碳；气流Ⅲ主要用于防止喷嘴端面积碳。该燃油雾化装置的燃 油雾化质量主要取决于喷嘴的设计性能，不能满足高温升燃烧室对主燃区浓度场的要求。

正在应用的这种燃油雾化装置主要存在以下缺陷：一是该燃油雾化装置中采用的这种稳 定器形成的回流区方式限制了其进气量不能很多，否则会使回流区的速度较高，进而影响点 火性能和小状态的燃烧效率，但也因为进气量少，也会导致火焰筒头部环(10)积碳严重， 主燃区也容易生成大量烟粒子，造成排气污染；二是该燃油雾化装置中的稳定器是与火焰筒 焊接为一体，喷嘴插入稳定器中心孔，火焰筒和燃烧室机匣由于温度不同产生的膨胀量的差 值只能由喷嘴安装座和喷嘴杆之间采用滑动结构补偿，而喷嘴安装座和喷嘴杆之间采用滑动 结构最大的缺点是容易产生漏气，且燃烧室压力越高，漏气量越大；三是燃油雾化质量主要 取决于喷嘴的设计性能，不能满足高温升燃烧室对主燃区浓度场的要求。

发明内容

本发明提供的双级整体式涡流器，以解决现有的火焰筒头部结构雾化性能差、不能满足 高温升燃烧室对主燃区浓度场的要求的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种双级整体式涡流器，设于燃油喷嘴和火焰筒头部环之间用于将燃油喷嘴喷射的燃油 剪切雾化并输送至火焰筒头部环的内腔内，双级整体式涡流器呈筒状并在中部形成沿轴线布 设的内通道，双级整体式涡流器上设有分别与内通道连通的斜切孔和曲面流道，斜切孔靠近 双级整体式涡流器的输入端设置，曲面流道设于斜切孔远离输入端的一侧，通过斜切孔将处 于斜切孔外的气流引入内通道中并在内通道内形成沿周向高速旋转流动的第一旋转气流，通 过曲面流道将处于曲面流道外的气流引入内通道中并在内通道内形成沿周向高速旋转流动的 第二旋转气流，第二旋转气流的旋转方向与第一旋转气流的旋转方向相反，通过第一旋转气 流和第二旋转气流共同作用将由燃油喷嘴喷射的燃油剪切成粒径微小的油滴，以实现燃油的 雾化，通过第二旋转气流与从火焰筒头部环外部进入的旋转射流共同作用形成沿周向旋转并 紧贴火焰筒头部环内壁面流动的旋转覆盖气膜，以实现对火焰筒头部环的冷却。

进一步地，斜切孔呈螺旋状布设，斜切孔的数量为多个，多个斜切孔沿双级整体式涡流 器的周向依次间隔排布，曲面流道呈螺旋状布设，曲面流道的数量为多个，多个曲面流道沿 双级整体式涡流器的周向依次间隔排布，多个曲面流道形成的气流通道与多个斜切孔形成的 气流通道的旋向相反。

进一步地，双级整体式涡流器包括用于装配燃油喷嘴的一级涡流器和用于安装在火焰筒 头部环上的二级涡流器，一级涡流器、二级涡流器均为空心圆筒状结构，一级涡流器和二级 涡流器同轴布设且连接成整体结构，内通道包括布设于一级涡流器内的内通道前段、布设于 二级涡流器内的内通道后段以及由一级涡流器和二级涡流器之间的径向间隙形成的环状通 道，内通道前段与内通道后段相互连通，环状通道在输出端与内通道前段的末端连通；二级 涡流器套设在一级涡流器的输出端的外周，斜切孔贯穿一级涡流器的筒壁设置，斜切孔与内 通道前段连通，一级涡流器与二级涡流器之间的轴向间隙形成曲面流道，曲面流道的输出端 与环状通道的输入端连通。

进一步地，一级涡流器的外周壁上设有外凸且呈环形的第一连接凸缘，第一连接凸缘处 于一级涡流器的输入端和输出端之间，二级涡流器的外周壁上设有外凸且呈环形的第二连接 凸缘，第二连接凸缘设于二级涡流器的输入端上，斜切孔设于第一连接凸缘靠近输入端的一 侧，第一连接凸缘和第二连接凸缘之间的轴向间隙形成曲面流道，一级涡流器和二级涡流器 的筒体之间的径向间隙形成环状通道。

进一步地，第一连接凸缘的侧壁上凹设有沿轴向贯穿第一连接凸缘的弧形通槽，多个弧 形通槽朝同一旋向顺次旋扭形成一个圆周，第二连接凸缘朝向第一连接凸缘的侧壁面上凸设 有弧形叶片，多个弧形叶片朝同一旋向顺次旋扭形成一个圆周，弧形叶片与弧形通槽一一对 应布设，通过弧形叶片与弧形通槽沿轴向插装配合以使第二连接凸缘定位安装在第一连接凸 缘上进而通过焊接固定，相邻两个弧形叶片在第一连接凸缘和第二连接凸缘之间围合形成一 个曲面流道。

进一步地，内通道前段的形状为径向尺寸沿输入端朝向输出端的方向逐渐外扩的喇叭形， 内通道后段的形状为径向尺寸沿输入端朝向输出端的方向逐渐外扩的喇叭形。

进一步地，一级涡流器的输入端上设有用于浮动安装燃油喷嘴的浮动安装座，通过将燃 油喷嘴插装在浮动安装座上使燃油喷嘴沿一级涡流器的径向可活动地设置，以补偿由于一级 涡流器与燃油喷嘴热膨胀不同而导致的燃油喷嘴偏离。

进一步地，浮动安装座包括用于从燃油喷嘴的输出端固定燃油喷嘴的活动衬套和用于将 活动衬套沿轴向定位在一级涡流器的输入端的端面上的衬套盖板，活动衬套沿轴向卡合设于 衬套盖板和一级涡流器之间且沿一级涡流器的径向可活动地设置，一级涡流器的输入端的内 径大于活动衬套的内径。

进一步地，活动衬套包括安装环和沿安装环的径向向外延伸的安装边，衬套盖板包括固 定环和沿固定环的径向向内延伸的限位边，安装环用于套设于燃油喷嘴的输出端上，通过将 安装边压装在限位边和一级涡流器的输入端之间使活动衬套沿径向可滑动地设置。

本发明还提供一种火焰筒头部结构，包括呈筒状的火焰筒头部环以及装设于火焰筒头部 环的入口端上的上述任一项的双级整体式涡流器，火焰筒头部环上设有供外部气流进入火焰 筒头部环的内侧并形成与第二高速旋流的旋向相同的旋转射流的发散孔，通过旋转射流和第 二高速旋流相互作用在火焰筒头部环的内壁面处形成贴合于火焰筒头部环的内壁面上的壁面 旋转气膜，实现对火焰筒头部环的冷却保护。

本发明具有以下有益效果：

本发明的双级整体式涡流器，设有与双级整体式涡流器的内通道连通的斜切孔和曲面流 道。采用双级整体式结构，燃油通过燃油喷嘴喷入双级整体式涡流器的内通道中，外部气流 一部分由斜切孔引入内通道中，且在内通道中形成沿周向高速旋转流动的第一旋转气流，另 一部分外部气流则通过曲面流道进入内通道并流入火焰筒头部环中，且形成沿周向高速旋转 流动的第二旋转气流，第二旋转气流的旋转方向与第一旋转气流的旋转方向相反，整体式涡 流器保证第一旋转气流和第二旋转气流的通道同心度，最大限度地使气流周向均匀，从而使 在第一旋转气流与第二旋转气流的交汇处对由燃油喷嘴喷射的燃油进行剪切的能力更强，从 而使燃油形成粒径微小的油滴，进而实现燃油的雾化，燃油雾化粒径微小、雾化效果好，从 而可以有效改善燃烧室头部气流结构和燃油浓度分布，保证燃烧室在宽广工作状态下具有良 好的点熄火性能、良好的出口温度场以及低污染排放性能，从而使本发明的装置更好地适用 于高温升、低排放的燃烧室；在第二旋转气流和旋转射流的作用下在火焰筒头部环壁面处形 成沿周向旋转流动的旋转覆盖气膜，该旋转覆盖气膜紧贴火焰筒头部环的内壁面，从而对火 焰筒头部环的内壁面进行保护，有效隔绝燃油油滴与高温头部壁面接触，有利于防止头部积 碳形成，本方案冷却效果好，可最大限度的实现对火焰筒头部环的热防护，减小了变形、烧 蚀、裂纹发生的可能性，提高了火焰筒头部环寿命与可靠性，且旋转覆盖气膜离开火焰筒头 壁面后与燃油均匀混合并发生燃烧反应，进一步提高空气利用率，同时减小局部高油气比区 域，有利于降低污染排放通过设计。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面 将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及 其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术的燃油雾化装置的剖视主视结构示意图；

图2是本发明优选实施例的双级整体式涡流器的立体结构示意图；

图3是本发明优选实施例的双级整体式涡流器的剖视图；

图4是图3中A-A向剖视结构示意图；

图5是图3中B-B向剖视结构示意图；

图6是本发明优选实施例的火焰筒头部结构的结构示意图；

图7是图6的F1向视图。

图例说明：

10、双级整体式涡流器；11、内通道；111、环状通道；12、斜切孔；13、曲面流道；14、一级涡流器；141、内通道前段；142、第一连接凸缘；1421、弧形通槽；143、安装座；1431、 活动衬套；1432、衬套盖板；15、二级涡流器；151、内通道后段；152、第二连接凸缘；1521、 弧形叶片；20、燃油喷嘴；30、火焰筒头部结构；31、火焰筒头部环；311、发散孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的 多种不同方式实施。

图1是现有技术的燃油雾化装置的剖视主视结构示意图；图2是本发明优选实施例的双 级整体式涡流器的立体结构示意图；图3是本发明优选实施例的双级整体式涡流器的剖视图；

图4是图3中A-A向剖视结构示意图；图5是图3中B-B向剖视结构示意图；图6是本发明 优选实施例的火焰筒头部结构的结构示意图；图7是图6的F1向视图。

如图2和图3所示，本实施例的双级整体式涡流器10，设于燃油喷嘴20和火焰筒头部环 31之间用于将燃油喷嘴20喷射的燃油剪切雾化并输送至火焰筒头部环31的内腔内，双级整 体式涡流器10呈筒状并在中部形成沿轴线布设的内通道11，双级整体式涡流器10上设有分 别与内通道11连通的斜切孔12和曲面流道13，斜切孔12靠近双级整体式涡流器10的输入 端设置，曲面流道13设于斜切孔12远离输入端的一侧，通过斜切孔12将处于斜切孔12外 的气流引入内通道11中并在内通道11内形成沿周向高速旋转流动的第一旋转气流，通过曲面 流道13将处于曲面流道13外的气流引入内通道11中并在内通道11内形成沿周向高速旋转流 动的第二旋转气流，第二旋转气流的旋转方向与第一旋转气流的旋转方向相反，通过第一旋 转气流和第二旋转气流共同作用将由燃油喷嘴20喷射的燃油剪切成粒径微小的油滴，以实现 燃油的雾化，通过第二旋转气流与从火焰筒头部环31外部进入的旋转射流共同作用形成沿周 向旋转并紧贴火焰筒头部环31内壁面流动的旋转覆盖气膜，以实现对火焰筒头部环31的冷 却。

本发明的双级整体式涡流器10，设有与双级整体式涡流器10的内通道11连通的斜切孔 12和曲面流道13。采用双级整体式结构，燃油通过燃油喷嘴20喷入双级整体式涡流器10的 内通道11中，外部气流一部分由斜切孔12引入内通道11中，且在内通道11中形成沿周向高 速旋转流动的第一旋转气流，另一部分外部气流则通过曲面流道13进入内通道11并流入火焰 筒头部环31中，且在内通道11中形成沿周向高速旋转流动的第二旋转气流，第二旋转气流的 旋转方向与第一旋转气流的旋转方向相反，双级整体式涡流器10保证了保证第一旋转气流和 第二旋转气流的通道同心度，最大限度地使气流周向均匀，从而使在第一旋转气流与第二旋 转气流的交汇处对由燃油喷嘴20喷射的燃油进行剪切的能力更强，使燃油形成粒径微小的油 滴，进而实现燃油的雾化，燃油雾化粒径微小、雾化效果好，从而可以有效改善燃烧室头部 气流结构和燃油浓度分布，保证燃烧室在宽广工作状态下具有良好的点熄火性能、良好的出 口温度场以及低污染排放性能，从而使本发明的装置更好地适用于高温升、低排放的燃烧室； 在第二旋转气流和旋转射流的作用下在火焰筒头部环31的壁面处形成沿周向旋转流动的旋转 覆盖气膜，该旋转覆盖气膜紧贴火焰筒头部环31的内壁面，从而对火焰筒头部环31的内壁 面进行保护，有效隔绝燃油油滴与高温头部壁面接触，有利于防止头部积碳形成，本方案冷 却效果好，可最大限度的实现对火焰筒头部环31的热防护，减小了变形、烧蚀、裂纹发生的 可能性，提高了火焰筒头部环31寿命与可靠性，且旋转覆盖气膜离开火焰筒头壁面后与燃油 均匀混合并发生燃烧反应，进一步提高空气利用率，同时减小局部高油气比区域，有利于降 低污染排放水平。

可以理解地，斜切孔12开孔采用电火花加工，成本低、经济性好、且加工质量好、效率 高，本发明中通过使旋向相反的两股高速旋转气流对燃油的相互剪切作用，进而使燃油的雾 化粒径更小，燃油雾化效果更好，且使燃油的雾化质量并不完全取决于燃油喷嘴20的设计性 能。

进一步地，斜切孔12呈螺旋状布设，斜切孔12的数量为多个，多个斜切孔12沿双级整 体式涡流器的周向依次间隔排布，曲面流道13呈螺旋状布设，曲面流道13的数量为多个， 多个曲面流道13沿双级整体式涡流器的周向依次间隔排布，多个曲面流道13形成的气流通 道与多个斜切孔12形成的气流通道的旋向相反。通过斜切孔12的整流作用以在内通道11内 形成沿周向高速旋转流动的第一旋转气流，通过曲面流道13的整流作用以在内通道11内形成 沿周向高速旋转流动的第二旋转气流。斜切孔12的数量可以是五个、六个或者八个等其他数 量，曲面流道13的数量可以是五个、六个或者八个等其他数量，根据实际使用情况进行设置。

请参考图4和图5，进一步地，双级整体式涡流器包括用于装配燃油喷嘴20的一级涡流 器14和用于安装在火焰筒头部环31上的二级涡流器15，一级涡流器14、二级涡流器15均 为空心圆筒状结构，一级涡流器14和二级涡流器15同轴布设且连接成整体结构，内通道11 包括布设于一级涡流器14内的内通道前段141、布设于二级涡流器15内的内通道后段151以 及由一级涡流器14和二级涡流器15之间的径向间隙形成的环状通道111，内通道前段141与 内通道后段151相互连通，环状通道111在输出端与内通道前段141的末端连通；二级涡流器 15套设在一级涡流器14的输出端的外周，斜切孔12贯穿一级涡流器14的筒壁设置，斜切孔 12与内通道前段141连通，一级涡流器14与二级涡流器15之间的轴向间隙形成曲面流道13， 曲面流道13的输出端与环状通道111的输入端连通。可以理解地，一级涡流器14可以是二级 涡流器15共同浇铸制成的整体式结构，也可以是通过3D打印形成的整体结构，还可以是通 过焊接形成的整体结构。具体地，二级涡流器15套设在一级涡流器14的输出端的外周，内 通道前段141的内径小于内通道后段151的内径，一级涡流器14和二级涡流器15之间的径 向间隙形成为环状通道111，一级涡流器14与二级涡流器15之间的轴向间隙形成曲面流道13， 曲面流道13的输出端与环状通道111的输入端连通，环状通道111的输出端在内通道前段151 和内通道后段152的交汇处与内通道前段141连通，进而使经过环状通道111和内通道前段141的气流全部流入内通道后段152内，进而使燃油喷嘴20喷射的燃油在内通道后段152内 被剪切。本实施例中，一级涡流器14和二级涡流器15始终保持同心。

可以理解地，在本实施例中，燃油喷嘴20燃油流道设计成螺旋形通道，燃油喷嘴20喷 射的燃油呈圆锥状，并撞击一级涡流器14末端出口处，在一级涡流器1423与二级涡流器1524 形成反向的旋转射流的高速剪切下，雾化成微小油滴；一级涡流器14用于形成扩张的旋转气 流，二级涡流器15用于形成旋流程度更强的旋转气流。二级涡流器15通过螺栓与涡流器固 定环配合进而固定在火焰筒头部环31上。具体地，二级涡流器15通与涡流器固定环中间用 垫圈防松，涡流器固定环通过焊缝与火焰筒头部壁面焊为一体。可选地，在第一旋转气流顺 时针旋转且具有轴向流入速度时，第二旋转气流逆时针旋转且具有轴向流入速度；在第一旋 转气流逆时针旋转且具有轴向流入速度时，第二旋转气流顺时针旋转且具有轴向流入速度。

进一步地，一级涡流器14的外周壁上设有外凸且呈环形的第一连接凸缘142，第一连接 凸缘142处于一级涡流器14的输入端和输出端之间，二级涡流器15的外周壁上设有外凸且 呈环形的第二连接凸缘152，第二连接凸缘152设于二级涡流器15的输入端上，斜切孔12设 于第一连接凸缘142靠近输入端的一侧，第一连接凸缘142和第二连接凸缘152之间的轴向 间隙形成曲面流道13，一级涡流器14和二级涡流器15的筒体之间的径向间隙形成环状通道 111。在本实施例中，一级涡流器14和二级涡流器15焊接，第二连接凸缘152和第一连接凸 缘142之间具有轴向间隙，轴向间隙与弧形叶片1521配合构成曲面流道13。

进一步地，第一连接凸缘142的侧壁上凹设有沿轴向贯穿第一连接凸缘142的弧形通槽1421， 多个弧形通槽1421朝同一旋向顺次旋扭形成一个圆周，第二连接凸缘152朝向第一连接凸缘 142的侧壁面上凸设有弧形叶片1521，多个弧形叶片1521朝同一旋向顺次旋扭形成一个圆周， 弧形叶片1521与弧形通槽1421一一对应布设，通过弧形叶片1521与弧形通槽1421沿轴向 插装配合以使第二连接凸缘152定位安装在第一连接凸缘142上进而通过焊接固定，相邻两 个弧形叶片1521在第一连接凸缘142和第二连接凸缘152之间围合形成一个曲面流道13。一 级涡流器1423与二级涡流器1524通过采用真空钎焊在弧形通槽1421处焊接为一体，便于固 定第一涡流器和第二涡流器的相对位置，同时避免气流从第一连接凸缘142和第二连接凸缘 152的侧壁处泄漏。

进一步地，为了合理其控制第一旋转气流和第二旋转气流的交汇位置进而达到更好的剪 切雾化效果，内通道前段141的形状为径向尺寸沿输入端朝向输出端的方向逐渐外扩的喇叭 形，内通道后段151的形状为径向尺寸沿输入端朝向输出端的方向逐渐外扩的喇叭形。

进一步地，一级涡流器14的输入端上设有用于浮动安装燃油喷嘴20的浮动安装座143， 通过将燃油喷嘴20插装在浮动安装座143上使燃油喷嘴20沿一级涡流器14的径向可活动地 设置，以补偿由于一级涡流器14与燃油喷嘴20热膨胀不同而导致的燃油喷嘴20偏离。可以 理解地，本实施例中，第一涡流器和第二涡流器固定连接成一体，第一涡流器和第二涡流器 之间无相对运动，有利于保证第一旋转气流和第二旋转气流的稳定性以保证雾化效果的一致 性，而该一致性对雾化效果的影响很大，通过燃油喷嘴20浮动安装在一级涡流器14上，使 燃油喷嘴20相对第一涡流器和第二涡流器整体沿径向可活动地设置，有利于减少实际使用过 程中热变形所导致的磨损及破坏。

可以理解地，浮动安装座143用于补偿燃油喷嘴20喷口中心与整体式涡流器中心由于热 膨胀引起偏心时仍能保证不会有过多的空气由两者之间配合间隙进入去一级涡流器14圆锥形 通道中。

进一步地，浮动安装座143包括用于从燃油喷嘴20的输出端固定燃油喷嘴20的活动衬 套1431和用于将活动衬套1431沿轴向定位在一级涡流器14的输入端的端面上的衬套盖板 1432，活动衬套1431沿轴向卡合设于衬套盖板1432和一级涡流器14之间且沿一级涡流器14 的径向可活动地设置，一级涡流器14的输入端的内径大于活动衬套1431的内径。具体地， 衬套盖板1432的固定环在一级涡流器14的输入端的端面处通过熔焊与一级涡流器14固定， 衬套盖板1432的限位边与一级涡流器14的输入端的端面之间留有间距形成卡槽，活动衬套 1431的安装边内嵌在卡槽中且沿径向可滑动地设置，活动衬套1431的安装环用于装配燃油喷 嘴20。

具体地，活动衬套1431包括安装环和沿安装环的径向向外延伸的安装边，衬套盖板1432 包括固定环和沿固定环的径向向内延伸的限位边，安装环用于套设于燃油喷嘴20的输出端上， 通过将安装边压装在限位边和一级涡流器14的输入端之间使活动衬套1431沿径向可滑动地 设置。可选地，安装环和安装边一体成型地制成，固定环和限位边一体成型地制成。

请参考图6和图7，本发明还提供一种包括呈筒状的火焰筒头部环31以及装设于火焰筒 头部环31的入口端上的如上述任一项的双级整体式涡流器10，火焰筒头部环31上设有供外 部气流进入火焰筒头部环31的内侧并形成与第二高速旋流的旋向相同的旋转射流的发散孔 311，通过旋转射流和第二高速旋流相互作用在火焰筒头部环31的内壁面处形成贴合于火焰筒 头部环31的内壁面上的壁面旋转气膜，实现对火焰筒头部环31的冷却保护。具体地，发散 孔311的中轴线向旋流的旋向倾斜，通过发散孔311引导火焰筒头部环31的壁体外的一部分 空气射入火焰筒头部环31的壁体内并旋转射流。可以理解地，本实施例中，发散孔311的数 量为多个，多个发散孔311沿火焰筒头部环31的周向间隔布设形成一圈发散孔组，多组发散 孔组沿火焰筒头部环31表面的延伸方向间隔排布，进而使发散孔311外的气流通过发散孔311 进入火焰筒头部环31内并形成旋转射流，旋转射流的旋向与第二高速旋流的旋向相反。

本发明的火焰筒头部结构30，装设有如上述中任一项的双级整体式涡流器10，通过双级 整体式涡流器10产生的周向分布均匀的第一旋转气流和第二旋转气流，本发明的火焰筒头部 结构30中，燃油雾化粒径微小、雾化效果好，从而可以有效改善燃烧室头部气流结构和燃油 浓度分布，保证燃烧室在宽广工作状态下具有良好的点熄火性能、良好的出口温度场以及低 污染排放性能，从而使本发明的结构更好地适用于高温升、低排放的燃烧室；通过设置浮动 安装座143，还可有效补偿燃油喷嘴20的中心与火焰筒头部环31固定的双级整体式涡流器 10的中心两者由于热膨胀不一而产生的偏差，减小气流泄露，进而减小因气流泄露导致的燃 油雾化恶化；通过第二旋转气流和旋转射流，可以对火焰筒头部环31的内壁面进行保护，有 效隔绝燃油油滴与高温头部壁面接触，有利于防止头部积碳形成，冷却效果好，可最大限度 的实现对火焰筒头部的热防护，减小了变形、烧蚀、裂纹发生的可能性，提高了火焰筒头部 寿命与可靠性，且旋转覆盖气膜离开火焰筒头部环31壁面后与燃油均匀混合并发生燃烧反应， 进一步提高空气利用率，同时减小局部高油气比区域，有利于降低污染排放。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、 改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双级整体式涡流器，设于燃油喷嘴(20)和火焰筒头部环(31)之间用于将燃油喷嘴(20)喷射的燃油剪切雾化并输送至火焰筒头部环(31)的内腔内，其特征在于，

所述双级整体式涡流器呈筒状并在中部形成沿轴线布设的内通道(11)，所述双级整体式涡流器上设有分别与内通道(11)连通的斜切孔(12)和曲面流道(13)，所述斜切孔(12)靠近所述双级整体式涡流器的输入端设置，所述曲面流道(13)设于所述斜切孔(12)远离输入端的一侧，

通过所述斜切孔(12)将处于所述斜切孔(12)外的气流引入所述内通道(11)中并在所述内通道(11)内形成沿周向高速旋转流动的第一旋转气流，通过所述曲面流道(13)将处于所述曲面流道(13)外的气流引入所述内通道(11)中并在所述内通道(11)内形成沿周向高速旋转流动的第二旋转气流，第二旋转气流的旋转方向与第一旋转气流的旋转方向相反，通过第一旋转气流和第二旋转气流共同作用将由燃油喷嘴(20)喷射的燃油剪切成粒径微小的油滴，以实现燃油的雾化，通过第二旋转气流与从火焰筒头部环(31)外部进入的旋转射流共同作用形成沿周向旋转并紧贴火焰筒头部环(31)内壁面流动的旋转覆盖气膜，以实现对火焰筒头部环(31)的冷却；

所述双级整体式涡流器包括用于装配燃油喷嘴(20)的一级涡流器(14)和用于安装在火焰筒头部环(31)上的二级涡流器(15)；

所述一级涡流器(14)的外周壁上设有外凸且呈环形的第一连接凸缘(142)，所述第一连接凸缘(142)处于所述一级涡流器(14)的输入端和输出端之间，所述二级涡流器(15)的外周壁上设有外凸且呈环形的第二连接凸缘(152)，所述第二连接凸缘(152)设于所述二级涡流器(15)的输入端上；

所述第一连接凸缘(142)的侧壁上凹设有沿轴向贯穿所述第一连接凸缘(142)的弧形通槽(1421)，多个所述弧形通槽(1421)朝同一旋向顺次旋扭形成一个圆周，所述第二连接凸缘(152)朝向所述第一连接凸缘(142)的侧壁面上凸设有弧形叶片(1521)，多个所述弧形叶片(1521)朝同一旋向顺次旋扭形成一个圆周，所述弧形叶片(1521)与所述弧形通槽(1421)一一对应布设，通过所述弧形叶片(1521)与所述弧形通槽(1421)沿轴向插装配合以使所述第二连接凸缘(152)定位安装在所述第一连接凸缘(142)上进而通过焊接固定，相邻两个所述弧形叶片(1521)在所述第一连接凸缘(142)和所述第二连接凸缘(152)之间围合形成一个所述曲面流道(13)。

2.根据权利要求1所述的双级整体式涡流器，其特征在于，

所述斜切孔(12)呈螺旋状布设，所述斜切孔(12)的数量为多个，多个所述斜切孔(12)沿所述双级整体式涡流器的周向依次间隔排布，

所述曲面流道(13)呈螺旋状布设，所述曲面流道(13)的数量为多个，多个所述曲面流道(13)沿所述双级整体式涡流器的周向依次间隔排布，多个所述曲面流道(13)形成的气流通道与多个所述斜切孔(12)形成的气流通道的旋向相反。

3.根据权利要求1所述的双级整体式涡流器，其特征在于，

所述一级涡流器(14)、所述二级涡流器(15)均为空心圆筒状结构，所述一级涡流器(14)和所述二级涡流器(15)同轴布设且连接成整体结构，

所述内通道(11)包括布设于所述一级涡流器(14)内的内通道前段(141)、布设于所述二级涡流器(15)内的内通道后段(151)以及由所述一级涡流器(14)和所述二级涡流器(15)之间的径向间隙形成的环状通道(111)，所述内通道前段(141)与所述内通道后段(151)相互连通，所述环状通道(111)在输出端与所述内通道前段(141)的末端连通；

所述二级涡流器(15)套设在所述一级涡流器(14)的输出端的外周，所述斜切孔(12)贯穿所述一级涡流器(14)的筒壁设置，所述斜切孔(12)与所述内通道前段(141)连通，所述一级涡流器(14)与所述二级涡流器(15)之间的轴向间隙形成所述曲面流道(13)，所述曲面流道(13)的输出端与所述环状通道(111)的输入端连通。

4.根据权利要求3所述的双级整体式涡流器，其特征在于，

所述斜切孔(12)设于所述第一连接凸缘(142)靠近输入端的一侧，所述第一连接凸缘(142)和所述第二连接凸缘(152)之间的轴向间隙形成所述曲面流道(13)，所述一级涡流器(14)和所述二级涡流器(15)的筒体之间的径向间隙形成所述环状通道(111)。

5.根据权利要求3所述的双级整体式涡流器，其特征在于，

所述内通道前段(141)的形状为径向尺寸沿输入端朝向输出端的方向逐渐外扩的喇叭形，

所述内通道后段(151)的形状为径向尺寸沿输入端朝向输出端的方向逐渐外扩的喇叭形。

6.根据权利要求3所述的双级整体式涡流器，其特征在于，

所述一级涡流器(14)的输入端上设有用于浮动安装燃油喷嘴(20)的浮动安装座(143)，通过将燃油喷嘴(20)插装在所述浮动安装座(143)上使燃油喷嘴(20)沿所述一级涡流器(14)的径向可活动地设置，以补偿由于所述一级涡流器(14)与所述燃油喷嘴(20)热膨胀不同而导致的燃油喷嘴(20)偏离。

7.根据权利要求6所述的双级整体式涡流器，其特征在于，

所述浮动安装座(143)包括用于从燃油喷嘴(20)的输出端固定燃油喷嘴(20)的活动衬套(1431)和用于将所述活动衬套(1431)沿轴向定位在所述一级涡流器(14)的输入端的端面上的衬套盖板(1432)，

所述活动衬套(1431)沿轴向卡合设于所述衬套盖板(1432)和所述一级涡流器(14)之间且沿所述一级涡流器(14)的径向可活动地设置，

所述一级涡流器(14)的输入端的内径大于所述活动衬套(1431)的内径。

8.根据权利要求7所述的双级整体式涡流器，其特征在于，

所述活动衬套(1431)包括安装环和沿所述安装环的径向向外延伸的安装边，所述衬套盖板(1432)包括固定环和沿所述固定环的径向向内延伸的限位边，

所述安装环用于套设于燃油喷嘴(20)的输出端上，通过将所述安装边压装在所述限位边和所述一级涡流器(14)的输入端之间使所述活动衬套(1431)沿径向可滑动地设置。

9.一种火焰筒头部结构，其特征在于，

包括呈筒状的火焰筒头部环(31)以及装设于所述火焰筒头部环(31)的入口端上的如上述权利要求1至8中任一项所述的双级整体式涡流器，

所述火焰筒头部环(31)上设有供外部气流进入所述火焰筒头部环(31)的内侧并形成与第二高速旋流的旋向相同的旋转射流的发散孔(311)，通过旋转射流和第二高速旋流相互作用在火焰筒头部环(31)的内壁面处形成贴合于火焰筒头部环(31)的内壁面上的壁面旋转气膜，实现对火焰筒头部环(31)的冷却保护。

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