CN115978582A - 一种带壁面喷射喷嘴的火焰筒 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空燃气涡轮发动机燃烧室设计领域，特别涉及一种带壁面喷射喷嘴的火焰筒，形成环腔的火焰筒外壁与火焰筒内壁；安装在所述环腔前端的头部转接段，所述头部转接段上安装有旋流器，旋流器上安装有朝所述环腔后方喷射燃油的主燃油喷嘴；在所述火焰筒外壁上安装有壁面喷射喷嘴，壁面喷射喷嘴；本申请通过在火焰筒壁上设置壁面喷射喷嘴，可将一定比例燃油经壁面喷射喷嘴直接供入火焰筒外侧回流区，提高外侧回流区局部燃油浓度，形成局部富油燃烧区，从而提高燃烧稳定性、降低燃烧室熄火风险，并改善燃烧室点火性能、提高燃烧室点火成功率。

Description

一种带壁面喷射喷嘴的火焰筒

技术领域

本申请属于航空燃气涡轮发动机燃烧室设计领域，特别涉及一种带壁面喷射喷嘴的火焰筒。

背景技术

现役航空燃气涡轮发动机燃烧室一般采用短环形火焰筒，通过单级或多级旋流器配合压力雾化喷嘴或空气雾化喷嘴形成用于火焰稳定和燃烧的燃烧区。随着航空发动机技术的不断进步，高温升燃烧室油气比(燃油流量与空气流量的比值)逐步提高，更多的燃油需要在火焰筒头部区域进行高效燃烧，为避免燃烧室出现大工况下的燃烧效率降低、排气冒烟、出口温度场恶化等问题，燃烧室头部空气量不断提高，由此导致燃烧室易出现点火困难以及发动机急收油时燃烧室易发生熄火的问题。

现有技术方案中，燃烧室火焰筒一般由燃油喷嘴、旋流器、转接段、火焰筒壁等组成，如图2所示。

旋流器用于在火焰筒内产生回流区，保证稳定和高效的燃烧。燃油经由火焰筒头部的燃油喷嘴供入火焰筒，通过燃油喷嘴喷口处的压差作用和主、副旋流器气流的剪切作用实现雾化。

随着先进高温升燃烧室油气比(燃油流量与空气流量的比值)逐步提高，为避免燃烧室出现大工况下的燃烧效率降低、排气冒烟、出口温度场恶化等问题，燃烧室头部空气量不断提高，由此导致燃烧室易出现点火困难以及发动机急收油时燃烧室易发生熄火的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种带壁面喷射喷嘴的火焰筒，包括：

形成环腔的火焰筒外壁与火焰筒内壁；

安装在所述环腔前端的头部转接段，所述头部转接段上安装有旋流器，旋流器上安装有朝所述环腔后方喷射燃油的主燃油喷嘴；

在所述火焰筒外壁上安装有壁面喷射喷嘴，壁面喷射喷嘴，壁面喷射喷嘴1将燃油喷入火焰筒外壁3与火焰筒内壁4形成的环形空间。壁面喷射喷嘴1喷入燃油主要在外回流区A内燃烧，起到稳定燃烧的作用。

优选的是，旋流器与火焰筒外壁之间的头部转接段在所述环腔中形成外回流区A；壁面喷射喷嘴朝向所述外回流区A。

优选的是，壁面喷射喷嘴中线与头部转接段的轴向距离L小于旋流器出口通道直径R的2倍。

优选的是，壁面喷射喷嘴的喷口的形式包括直射式喷口、离心式喷口或者带空气雾化的复合式喷口。

优选的是，壁面喷射喷嘴1中线与火焰筒外壁3的偏角D在60～120度范围内选取。

优选的是，火焰筒外壁与火焰筒内壁为圆柱面，火焰筒外壁以及火焰筒内壁在末端向所述环腔中线倾斜。

优选的是，旋流器的前端侧壁上具有旋流叶片，旋流器的后端侧壁由前方向后方逐渐收缩。

本申请的优点包括：本申请通过在火焰筒壁上设置壁面喷射喷嘴，可将一定比例燃油经壁面喷射喷嘴直接供入火焰筒外侧回流区，提高外侧回流区局部燃油浓度，形成局部富油燃烧区，从而提高燃烧稳定性、降低燃烧室熄火风险，并改善燃烧室点火性能、提高燃烧室点火成功率。

附图说明

图1是本申请一优选实施方式带壁面喷射喷嘴的火焰筒剖面图。

图2是现有技术方案燃烧室火焰筒。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

如图1所示，本申请提供了一种带壁面喷射喷嘴的火焰筒，包括：

形成环腔的火焰筒外壁3与火焰筒内壁4；

安装在所述环腔前端的头部转接段6，所述头部转接段6上安装有旋流器5，旋流器5上安装有朝所述环腔后方喷射燃油的主燃油喷嘴2；

在所述火焰筒外壁3上安装有壁面喷射喷嘴1，壁面喷射喷嘴1；经由帽罩7进入的空气大部分由旋流器5进入火焰筒外壁3与火焰筒内壁4形成的环形空间，在旋流空气作用下，在环形空间内形成3个主要的燃烧反应区，分别为外回流区A、中心回流区B和内回流区C。大部分燃烧反应在中心回流区B内进行，外回流区A和内回流区C主要用于稳定火焰。经由主燃油喷嘴2喷出的燃油，与旋流器5进入的空气剪切、雾化后大部分进入中心回流区B，小部分进入外回流区A和内回流区C。经由壁面喷射喷嘴1喷出的燃油，大部分进入外回流区A，小部分进入中心回流区B。

当发动机处于大工况时，燃烧室不易发生熄火，此时所有或大部分燃油经主燃油喷嘴2供入火焰筒，主要在中心回流区B内发生燃烧反应，保证充分燃烧；当发动机处于小工况时，燃烧室易发生熄火，此时一定比例燃油经壁面喷射喷嘴1供入火焰筒，提高外回流区A内局部燃油浓度，形成局部富油燃烧区，从而提高燃烧稳定性、降低燃烧室熄火风险；当发动机处于点火工况时，可将一定比例燃油经壁面喷射喷嘴1供入火焰筒，提高外回流区A内局部燃油浓度，形成局部富油燃烧区，从而改善燃烧室点火性能、提高燃烧室点火成功率。

优选的是，旋流器5与火焰筒外壁3之间的头部转接段6在所述环腔中形成外回流区A；壁面喷射喷嘴1朝向所述外回流区A。

优选的是，壁面喷射喷嘴1中线与头部转接段6的轴向距离L小于旋流器5出口通道直径R的2倍，优选的是壁面喷射喷嘴1中线与头部转接段6的轴向距离L小于旋流器5出口通道直径R的1倍，保证壁面喷射喷嘴1供入燃油与外回流区A空气良好匹配,。

优选的是，壁面喷射喷嘴1的喷口8的形式包括直射式喷口、离心式喷口或者带空气雾化的复合式喷口。

优选的是，壁面喷射喷嘴1中线与火焰筒外壁3的偏角D在60～120度范围内选取，保证壁面喷射喷嘴1供入燃油与外回流区A空气良好匹配。

优选的是，火焰筒外壁3与火焰筒内壁4为圆柱面，火焰筒外壁3以及火焰筒内壁4在末端向所述环腔中线倾斜。

优选的是，旋流器5的前端侧壁上具有旋流叶片，旋流器5的后端侧壁由前方向后方逐渐收缩。

本申请的优点包括：本申请通过在火焰筒壁上设置壁面喷射喷嘴，可将一定比例燃油经壁面喷射喷嘴直接供入火焰筒外侧回流区，提高外侧回流区局部燃油浓度，形成局部富油燃烧区，从而提高燃烧稳定性、降低燃烧室熄火风险，并改善燃烧室点火性能、提高燃烧室点火成功率。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种带壁面喷射喷嘴的火焰筒，其特征在于，包括：

形成环腔的火焰筒外壁(3)与火焰筒内壁(4)；

安装在所述环腔前端的头部转接段(6)，所述头部转接段(6)上安装有旋流器(5)，旋流器(5)上安装有朝所述环腔后方喷射燃油的主燃油喷嘴(2)；

在所述火焰筒外壁(3)上安装有壁面喷射喷嘴(1)，壁面喷射喷嘴(1)，壁面喷射喷嘴(1)将燃油喷入火焰筒外壁(3)与火焰筒内壁(4)形成的环形空间，壁面喷射喷嘴(1)喷入燃油主要在外回流区A内燃烧，起到稳定燃烧的作用。

2.如权利要求1所述的带壁面喷射喷嘴的火焰筒，其特征在于，旋流器(5)与火焰筒外壁(3)之间的头部转接段(6)在所述环腔中形成外回流区A；壁面喷射喷嘴(1)朝向所述外回流区A。

3.如权利要求1所述的带壁面喷射喷嘴的火焰筒，其特征在于，壁面喷射喷嘴(1)中线与头部转接段(6)的轴向距离L小于旋流器(5)出口通道直径R的2倍。

4.如权利要求1所述的带壁面喷射喷嘴的火焰筒，其特征在于，壁面喷射喷嘴(1)的喷口(8)的形式包括直射式喷口、离心式喷口或者带空气雾化的复合式喷口。

5.如权利要求1所述的带壁面喷射喷嘴的火焰筒，其特征在于，壁面喷射喷嘴1中线与火焰筒外壁3的偏角D在60～120度范围内选取。

6.如权利要求1所述的带壁面喷射喷嘴的火焰筒，其特征在于，火焰筒外壁(3)与火焰筒内壁(4)为圆柱面，火焰筒外壁(3)以及火焰筒内壁(4)在末端向所述环腔中线倾斜。

7.如权利要求6所述的带壁面喷射喷嘴的火焰筒，其特征在于，旋流器(5)的前端侧壁上具有旋流叶片，旋流器(5)的后端侧壁由前方向后方逐渐收缩。

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