CN115899769B - 一种内级凹腔与外级旋流耦合的燃烧室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内级凹腔与外级旋流耦合的燃烧室，包括机匣、前端盖、前导气筒、后导气筒、固定筒、隔板、主流进气管、后壁引气管、N个前壁引气管、火花塞、旋流器、若干支柱、若干固定杆、以及若干连接杆。本发明将前导气筒和后导气筒设置在机匣内，使其之间形成凹腔，凹腔内旋涡受到壁面的保护，因而稳定性更好，可作为稳定的值班级不断去点燃主流；同时主流为旋流，提高了凹腔气流与主流的掺混程度，提高了燃烧效率。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧技术领域，尤其涉及一种内级凹腔与外级旋流耦合的燃烧室。
背景技术
燃烧室作为一种能源转换装置，可以将燃料的化学能通过燃烧这一化学反应转换为热能，利用热能提供动力或者实现其它各种用途。本燃烧室在旋流燃烧与驻涡燃烧两种经典燃烧组织原理的基础上发展而来。
旋流燃烧采用旋流器实现大的回流区组织燃烧，旋流燃烧方式燃烧过程稳定，对扰动的敏感性小。旋流燃烧作为经典的燃烧组织方式，广泛应用在航空发动机的燃烧室中。
凹腔驻涡燃烧是从20世纪90年代开始发展起来的一种燃烧组织方式。驻涡燃烧室采用了分级燃烧，包括值班级和主燃级。值班级一般由凹腔组成，通过合理组织供入凹腔的空气可以在凹腔内部形成驻定的旋涡，该旋涡由于受到凹腔保护对燃烧室工况的变化并不敏感；主燃级的油气混合物进入主燃烧区后由值班级点燃。近20年的研究工作取得了丰硕成果，验证了驻涡燃烧室的优越性能：火焰稳定性好、燃烧效率高、氮氧化物排放低等。
针对采用这两种燃烧组织方式的燃烧室，国内开展了大量的研究工作。在此研究基础上，凹腔与旋流的组合方式成为燃烧室的研究热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种内级凹腔与外级旋流相耦合的燃烧室。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种内级凹腔与外级旋流耦合的燃烧室，包括机匣、前端盖、前导气筒、后导气筒、固定筒、隔板、主流进气管、后壁引气管、N个前壁引气管、火花塞、旋流器、若干支柱、若干固定杆、以及若干连接杆，N为大于等于3的自然数；
所述机匣为两端开口的空心圆柱体；
所述前端盖为圆形，和所述机匣位于上游的一端同轴密闭固连；
所述前导气筒为一端开口、一端封闭的空心圆柱体，且前导气筒封闭端的中心设有供所述后壁引气管穿过的通孔；所述前导气筒设置在所述机匣内，其开口端和所述前端盖同轴密闭固连；
所述后导气筒为一端开口、一端封闭的空心圆柱体，所述固定筒为两端开口的空心圆柱体；所述后导气筒、固定筒均设置在所述机匣内；所述若干固定杆周向均匀设置在所述固定筒和机匣之间，均一端和所述机匣固连、另一端和所述固定筒固连，使得固定筒和所述机匣同轴；所述固定筒上游的一端和所述后导气筒的封闭端同轴固连；
所述隔板为圆形，设置在所述后导气筒内、和所述后导气筒的上游端齐平，其中心设有和所述后壁引气管相配合的通孔；所述若干连接杆周向均匀设置在所述隔板和后导气筒封闭端之间，均一端和所述隔板固连，另一端和所述后导气筒封闭端固连；所述隔板和后导气筒侧壁之间留有间隙；
所述前端盖中心设有和所述后壁引气管相配合的通孔；
所述后壁引气管一端依次穿过前端盖中心的通孔、前导气筒封闭端中心的通孔后和所述隔板中心的通孔密闭固连，且所述后壁引气管和前端盖密闭固连、和前导气筒封闭端中心的通孔之间留有间隙；
所述N个前壁引气管绕所述后壁引气管周向均匀设置，均和所述前端盖垂直固连且均穿过所述前端盖，使得前导气筒和外界联通；
所述前导气筒封闭端、后壁引气管、隔板之间形成凹腔；
所述火花塞依次穿过所述前端盖、前导气筒封闭端后伸入凹腔，用于点火，且所述火花塞和所述前端盖、前导气筒封闭端均密闭固连；
所述主流进气管和所述机匣上游联通，用于将外部气流引入机匣和前导气筒之间；
所述若干支柱在所述前导气筒封闭端的侧壁外周向均匀设置，均一端和所述机匣的内壁固连、另一端和所述前导气筒的外壁固连；
所述旋流器采用一级轴向旋流器，设置在所述机匣和所述前导气筒之间，且位于所述若干支柱的上游。
作为本发明一种内级凹腔与外级旋流耦合的燃烧室进一步的优化方案，所述N取4。
作为本发明一种内级凹腔与外级旋流耦合的燃烧室进一步的优化方案，所述旋流器的旋流数在0.6至1.2之间。
所述支柱为正四棱柱。
所述所述火花塞的点火处和所述前导气筒封闭端位于下游的表面平齐。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明采用分级分区的燃烧概念，凹腔内旋涡受到壁面的保护，因而稳定性更好，可作为稳定的值班级不断去点燃主流；同时主流为旋流，提高了凹腔气流与主流的掺混程度，提高了燃烧效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明沿火花塞轴线和前导气筒轴线的剖面结构及气流流动示意图；
图3为本发明沿前导气筒轴线和一个前壁引气管轴线的剖面结构及气流流动示意图；
图中，1-后壁引气管，2-前壁引气管，3-火花塞，4-主流进气管，5-旋流器，6-支柱，7-前导气筒，8-后导气筒，9-固定筒，10-隔板，11-固定杆，12-连接杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本发明教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。
如图1、图2、图3所示，本发明公开了一种内级凹腔与外级旋流耦合的燃烧室，包括机匣、前端盖、前导气筒、后导气筒、固定筒、隔板、主流进气管、后壁引气管、N个前壁引气管、火花塞、旋流器、若干支柱、若干固定杆、以及若干连接杆，N为大于等于3的自然数；
所述机匣为两端开口的空心圆柱体；
所述前端盖为圆形，和所述机匣位于上游的一端同轴密闭固连；
所述前导气筒为一端开口、一端封闭的空心圆柱体，且前导气筒封闭端的中心设有供所述后壁引气管穿过的通孔；所述前导气筒设置在所述机匣内，其开口端和所述前端盖同轴密闭固连；
所述后导气筒为一端开口、一端封闭的空心圆柱体，所述固定筒为两端开口的空心圆柱体；所述后导气筒、固定筒均设置在所述机匣内；所述若干固定杆周向均匀设置在所述固定筒和机匣之间，均一端和所述机匣固连、另一端和所述固定筒固连，使得固定筒和所述机匣同轴；所述固定筒上游的一端和所述后导气筒的封闭端同轴固连；
所述隔板为圆形，设置在所述后导气筒内、和所述后导气筒的上游端齐平，其中心设有和所述后壁引气管相配合的通孔；所述若干连接杆周向均匀设置在所述隔板和后导气筒封闭端之间，均一端和所述隔板固连，另一端和所述后导气筒封闭端固连；所述隔板和后导气筒侧壁之间留有间隙；
所述前端盖中心设有和所述后壁引气管相配合的通孔；
所述后壁引气管一端依次穿过前端盖中心的通孔、前导气筒封闭端中心的通孔后和所述隔板中心的通孔密闭固连，且所述后壁引气管和前端盖密闭固连、和前导气筒封闭端中心的通孔之间留有间隙；
所述N个前壁引气管绕所述后壁引气管周向均匀设置，均和所述前端盖垂直固连且均穿过所述前端盖，使得前导气筒和外界联通；
所述前导气筒封闭端、后壁引气管、隔板之间形成凹腔；
所述火花塞依次穿过所述前端盖、前导气筒封闭端后伸入凹腔，用于点火，且所述火花塞和所述前端盖、前导气筒封闭端均密闭固连；
所述主流进气管和所述机匣上游联通，用于将外部气流引入机匣和前导气筒之间；
所述若干支柱在所述前导气筒封闭端的侧壁外周向均匀设置，均一端和所述机匣的内壁固连、另一端和所述前导气筒的外壁固连；
所述旋流器采用一级轴向旋流器，设置在所述机匣和所述前导气筒之间，且位于所述若干支柱的上游。
所述N优先取4，旋流器的旋流数在0.6至1.2之间，支柱优先采用正四棱柱。
所述火花塞的点火处和所述前导气筒封闭端位于下游的表面平齐；机匣则可以设置为多段环形结构，段和段之间通过法兰连接。
气态燃料与空气的混合气由N个前壁引气管经前导气筒封闭端和后壁引气管之间的间隙从凹腔前壁进入凹腔，新鲜空气则经过后壁引气管经隔板和后导气筒侧壁之间的间隙从凹腔后壁进入凹腔。凹腔前壁进气径向位置上位于凹腔后壁进气内侧，由于凹腔后壁进气对凹腔前壁进气的封闭作用，在凹腔值班级内形成稳定的旋涡结构。该旋涡结构可以起到稳定火焰的作用。
燃烧室启动时，火花塞将凹腔值班级内的可燃混合气点燃。
主流进气通道供入气态燃料与空气的混合气经过旋流器产生旋向后流过支柱，支柱下游形成低压区，产生引流作用将凹腔内的高温燃气引入入主流气中与主流的新鲜可燃气进行掺混，然后燃烧。本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种内级凹腔与外级旋流耦合的燃烧室，其特征在于，包括机匣、前端盖、前导气筒、后导气筒、固定筒、隔板、主流进气管、后壁引气管、N个前壁引气管、火花塞、旋流器、若干支柱、若干固定杆、以及若干连接杆，N为大于等于3的自然数；
所述机匣为两端开口的空心圆柱体；
所述前端盖为圆形，和所述机匣位于上游的一端同轴密闭固连；
所述前导气筒为一端开口、一端封闭的空心圆柱体，且前导气筒封闭端的中心设有供所述后壁引气管穿过的通孔；所述前导气筒设置在所述机匣内，其开口端和所述前端盖同轴密闭固连；
所述后导气筒为一端开口、一端封闭的空心圆柱体，所述固定筒为两端开口的空心圆柱体；所述后导气筒、固定筒均设置在所述机匣内；所述若干固定杆周向均匀设置在所述固定筒和机匣之间，均一端和所述机匣固连、另一端和所述固定筒固连，使得固定筒和所述机匣同轴；所述固定筒上游的一端和所述后导气筒的封闭端同轴固连；
所述隔板为圆形，设置在所述后导气筒内、和所述后导气筒的上游端齐平，其中心设有和所述后壁引气管相配合的通孔；所述若干连接杆周向均匀设置在所述隔板和后导气筒封闭端之间，均一端和所述隔板固连，另一端和所述后导气筒封闭端固连；所述隔板和后导气筒侧壁之间留有间隙；
所述前端盖中心设有和所述后壁引气管相配合的通孔；
所述后壁引气管一端依次穿过前端盖中心的通孔、前导气筒封闭端中心的通孔后和所述隔板中心的通孔密闭固连，且所述后壁引气管和前端盖密闭固连、和前导气筒封闭端中心的通孔之间留有间隙；
所述N个前壁引气管绕所述后壁引气管周向均匀设置，均和所述前端盖垂直固连且均穿过所述前端盖，使得前导气筒和外界联通；
所述前导气筒封闭端、后壁引气管、隔板之间形成凹腔；
所述火花塞依次穿过所述前端盖、前导气筒封闭端后伸入凹腔，用于点火，且所述火花塞和所述前端盖、前导气筒封闭端均密闭固连；
所述主流进气管和所述机匣上游联通，用于将外部气流引入机匣和前导气筒之间；
所述若干支柱在所述前导气筒封闭端的侧壁外周向均匀设置，均一端和所述机匣的内壁固连、另一端和所述前导气筒的外壁固连；
所述旋流器采用一级轴向旋流器，设置在所述机匣和所述前导气筒之间，且位于所述若干支柱的上游。
2.根据权利要求1所述的内级凹腔与外级旋流耦合的燃烧室，其特征在于，N取4。
3.根据权利要求1所述的内级凹腔与外级旋流耦合的燃烧室，其特征在于，所述旋流器的旋流数在0.6至1.2之间。
4.根据权利要求1所述的内级凹腔与外级旋流耦合的燃烧室，其特征在于，所述支柱为正四棱柱。
5.根据权利要求1所述的内级凹腔与外级旋流耦合的燃烧室，其特征在于，所述火花塞的点火处和所述前导气筒封闭端位于下游的表面平齐。
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