CN115978583A - 一种轴向旋流掺混强化的火焰筒 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种轴向旋流掺混强化的火焰筒，火焰筒外壁与火焰筒内壁形成环状的燃烧室，火焰筒外壁与火焰筒内壁的前端之间安装头部转接段，头部转接段上沿周向安装多个旋流器与喷嘴，旋流器将燃烧室机匣与火焰筒之间的空气与喷嘴的燃油混合并通入燃烧室中；火焰筒外壁与火焰筒内壁上均具有掺混孔，所述掺混孔上安装轴向旋流掺混装置，轴向旋流掺混装置包括圆柱侧壁，整流锥，以及连接在圆柱侧壁与整流锥之间的多个旋流叶片，多个旋流叶片与所示圆柱侧壁形成多个使空气流入燃烧室的旋流通道，旋流通道的进口截面与空气流线面相切，本发明可有效解决传统火焰筒掺混孔进气对燃烧室温度场调节能力不足的问题。

Description

一种轴向旋流掺混强化的火焰筒

技术领域

本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种轴向旋流掺混强化的火焰筒。

背景技术

传统火焰筒掺混孔一般为简单的圆形或马蹄形开孔，由其进入火焰筒的掺混气与主流燃气换热能力有限，对燃烧室温度场的调节能力不强；同时，传统火焰筒未对掺混空气进行有效组织，掺混孔进气为简单的空气射流，其射流空气柱沿火焰筒周向宽度较窄，不利于对燃烧室出口温度场进行调节。另外，未来高温升燃烧室的掺混空气量会越来越少，届时传统形式的掺混孔进气将无法满足燃烧室对出口温场的调节需求。

现有技术的缺点，首先，现有火焰筒掺混孔一般为简单的圆形或马蹄形开孔，由其进入火焰筒的掺混气与主流燃气换热能力有限，对燃烧室温度场的调节能力不强；

其次，现有火焰筒未对掺混空气进行有效组织，掺混孔进气为简单的空气射流，其射流空气柱沿火焰筒周向宽度较窄，不利于对燃烧室出口温度场进行调节；

最后，现有火焰筒掺混孔进气形式无法满足未来高温升燃烧室掺混空气量变少后，燃烧室对出口温场的调节需求。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种轴向旋流掺混强化的火焰筒，

火焰筒装配在燃烧室机匣内部，火焰筒包括火焰筒外壁和火焰筒内壁，旋流器、头部转接段以及轴向旋流掺混装置；

火焰筒外壁与火焰筒内壁形成环状的燃烧室，火焰筒外壁与火焰筒内壁的前端之间安装头部转接段，头部转接段上沿周向安装多个旋流器与喷嘴，旋流器将燃烧室机匣与火焰筒之间的空气与喷嘴的燃油混合并通入燃烧室中；

火焰筒外壁与火焰筒内壁上均具有掺混孔，所述掺混孔上安装轴向旋流掺混装置，轴向旋流掺混装置包括圆柱侧壁，整流锥，以及连接在圆柱侧壁与整流锥之间的多个旋流叶片，多个旋流叶片与所示圆柱侧壁形成多个使空气流入燃烧室的旋流通道，旋流通道的进口截面与空气流线面相切。

优选的是，所述掺混孔上具有掺混套筒，掺混套筒包括延伸到火焰筒外侧的圆柱筒，以及延伸至火焰筒内侧的逐渐扩张的锥筒，轴向旋流掺混装置安装在掺混套筒内部，轴向旋流掺混装置的整流锥延伸至锥筒内。

优选的是，所述圆柱筒的内壁面具有内螺纹与限位止口，轴向旋流掺混装置的圆柱侧壁具有外螺纹，轴向旋流掺混装置通过内螺纹与外螺纹与掺混套筒螺纹连接，限位止口用于轴向旋流掺混装置的轴向定位。

优选的是，火焰筒外壁在与掺混套筒连接处具有沿掺混套筒周向分布的冷却孔，火焰筒内壁在与掺混套筒连接处具有沿掺混套筒周向分布的冷却孔。

优选的是，火焰筒外壁和火焰筒内壁上安装的轴向旋流掺混装置数量相等，且为旋流器的整数倍。

优选的是，轴向旋流掺混装置的周向排布方式为顺排或叉排，顺排为火焰筒外壁和火焰筒内壁的轴向旋流掺混装置的角向位置相同，叉排为火焰筒外壁的轴向旋流掺混装置和火焰筒内壁的轴向旋流掺混装置在周向位置上相互错开。

优选的是，掺混套筒的锥筒的锥角α为60度～120度。

优选的是，相邻冷却孔之间的弧长为5～8mm，冷却孔的直径为0.8～1.8mm。

优选的是，旋流叶片可为直叶片、弯扭叶片或螺旋线叶片，旋流叶片的叶片角度β为25度～45度。

优选的是，旋流叶片的数量为6～12个。

本申请的优点包括：本发明可有效解决传统火焰筒掺混孔进气对燃烧室温度场调节能力不足的问题，其优点和带来的收益为：首先，沿轴向旋流结构进入火焰筒的掺混空气可在火焰筒内形成掺混回流区，与主流燃气充分进行换热，以提高对燃烧室温度场的调节能力；其次，进入火焰筒内的掺混空气由于旋流作用，可形成较宽的锥形掺混气柱，进一步增加了对燃烧室温度场的调节作用；最后，其优异的温场调节能力，可在较少掺混空气情况下对燃烧室温度场进行有效调节，以满足未来高温升燃烧室对低掺混空气量的使用需求。

附图说明

图1为装配轴向旋流掺混强化火焰筒的燃烧室剖视图；

图2为轴向旋流掺混强化的火焰筒正等侧剖视图；

图3为火焰筒外壁掺混进气孔正等侧旋转剖视图；

图4为轴向旋流掺混装置正等侧1/3剖视图；

图5为掺混套筒剖视图；

图6为旋流叶片透视图。

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。

为了解决上述问题，本申请提供了一种轴向旋流掺混强化的火焰筒，

火焰筒A装配在燃烧室机匣B内部，燃烧室机匣B具有环状的空腔，火焰筒A装配在所述空腔中，火焰筒A包括导流罩1、外导流罩2、火焰筒外壁5和火焰筒内壁6，旋流器3、头部转接段4以及轴向旋流掺混装置7；

火焰筒外壁5与火焰筒内壁6形成环状的燃烧室，火焰筒外壁5以及火焰筒内壁6与燃烧室机匣B内壁面具有间隙，形成空气流动的通道；

内导流罩1、外导流罩2、火焰筒外壁5和火焰筒内壁6采用螺栓连接，共同构成火焰筒的主体部分；旋流器3钎焊于头部转接段4上，主要用于火焰筒头部的组织进气，火焰筒外壁5与火焰筒内壁6的前端之间螺栓连接由安装头部转接段4，头部转接段4上沿周向安装多个旋流器3与喷嘴，旋流器3将燃烧室机匣B与火焰筒A之间的空气与喷嘴的燃油混合并通入燃烧室中；

火焰筒外壁5与火焰筒内壁6上均具有掺混孔，所述掺混孔上安装轴向旋流掺混装置7，轴向旋流掺混装置7包括圆柱侧壁，整流锥7-3，以及连接在圆柱侧壁与整流锥7-3之间的多个旋流叶片7-2，多个旋流叶片7-2与所示圆柱侧壁形成多个使空气流入燃烧室的旋流通道，旋流通道的进口截面与空气流线面相切，轴向旋流掺混装置7主要用于对掺混进气进行旋流组织，对掺混进气进行旋转和加速；以在火焰筒内产生掺混回流区A-1，从而加强与主流高温燃气的换热和掺混，进而调节燃烧室出口温度场。

在一些可选实施方式中，所述掺混孔上具有掺混套筒5-1，掺混套筒5-1包括延伸到火焰筒A外侧的圆柱筒，以及延伸至火焰筒A内侧的逐渐扩张的锥筒，轴向旋流掺混装置7安装在掺混套筒5-1内部，轴向旋流掺混装置7的整流锥7-3延伸至锥筒内，锥筒用于控制旋流掺混进气锥角和穿透深度，掺混套筒5-1形成整流孔5-5，整流孔5-5一方面用与对旋流掺混进气进行整流，另一方面用于加强掺混气的穿透深度，整流锥7-3与整流孔5-5共同作用，对旋流掺混进气进行导引和整流，以防止不同旋流通道进气发生碰撞形成乱流。

在一些可选实施方式中，所述圆柱筒的内壁面具有内螺纹5-3与限位止口5-4，轴向旋流掺混装置7的圆柱侧壁具有外螺纹7-1，轴向旋流掺混装置7通过内螺纹5-3与外螺纹7-1与掺混套筒5-1螺纹连接，限位止口5-4用于轴向旋流掺混装置7的轴向定位。

在一些可选实施方式中，火焰筒外壁5在与掺混套筒5-1连接处具有沿掺混套筒5-1周向分布的冷却孔5-2，火焰筒内壁6在与掺混套筒5-1连接处具有沿掺混套筒5-1周向分布的冷却孔5-2，冷却孔5-2用于进气冷却掺混套筒5-1，防止其被高温燃气烧蚀。

在一些可选实施方式中，火焰筒外壁5和火焰筒内壁6上安装的轴向旋流掺混装置7数量相等，且为旋流器3的整数倍。

在一些可选实施方式中，轴向旋流掺混装置7的周向排布方式为顺排或叉排，顺排为火焰筒外壁5和火焰筒内壁6的轴向旋流掺混装置的角向位置相同，叉排为火焰筒外壁5的轴向旋流掺混装置和火焰筒内壁6的轴向旋流掺混装置在周向位置上相互错开。

在一些可选实施方式中，掺混套筒5-1的锥筒的锥角α为60度～120度。

在一些可选实施方式中，相邻冷却孔5-2之间的弧长为5～8mm，冷却孔5-2的直径为0.8～1.8mm。

在一些可选实施方式中，旋流叶片7-2可为直叶片、弯扭叶片或螺旋线叶片，旋流叶片7-2的叶片角度β为25度～45度。

在一些可选实施方式中，旋流叶片7-2的数量为6～12个。

本申请的优点包括：本发明可有效解决传统火焰筒掺混孔进气对燃烧室温度场调节能力不足的问题，其优点和带来的收益为：首先，沿轴向旋流结构进入火焰筒的掺混空气可在火焰筒内形成掺混回流区，与主流燃气充分进行换热，以提高对燃烧室温度场的调节能力；其次，进入火焰筒内的掺混空气由于旋流作用，可形成较宽的锥形掺混气柱，进一步增加了对燃烧室温度场的调节作用；最后，其优异的温场调节能力，可在较少掺混空气情况下对燃烧室温度场进行有效调节，以满足未来高温升燃烧室对低掺混空气量的使用需求。

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 (10)

1.一种轴向旋流掺混强化的火焰筒，其特征在于，

火焰筒(A)装配在燃烧室机匣(B)内部，火焰筒(A)包括火焰筒外壁(5)和火焰筒内壁(6)，旋流器(3)、头部转接段(4)以及轴向旋流掺混装置(7)；

火焰筒外壁(5)与火焰筒内壁(6)形成环状的燃烧室，火焰筒外壁(5)与火焰筒内壁(6)的前端之间安装头部转接段(4)，头部转接段(4)上沿周向安装多个旋流器(3)与喷嘴，旋流器(3)将燃烧室机匣(B)与火焰筒(A)之间的空气与喷嘴的燃油混合并通入燃烧室中；

火焰筒外壁(5)与火焰筒内壁(6)上均具有掺混孔，所述掺混孔上安装轴向旋流掺混装置(7)，轴向旋流掺混装置(7)包括圆柱侧壁，整流锥(7-3)，以及连接在圆柱侧壁与整流锥(7-3)之间的多个旋流叶片(7-2)，多个旋流叶片(7-2)与所示圆柱侧壁形成多个使空气流入燃烧室的旋流通道，旋流通道的进口截面与空气流线面相切。

2.如权利要求1所述的轴向旋流掺混强化的火焰筒，其特征在于，所述掺混孔上具有掺混套筒(5-1)，掺混套筒(5-1)包括延伸到火焰筒(A)外侧的圆柱筒，以及延伸至火焰筒(A)内侧的逐渐扩张的锥筒，轴向旋流掺混装置(7)安装在掺混套筒(5-1)内部，轴向旋流掺混装置(7)的整流锥(7-3)延伸至锥筒内。

3.如权利要求1所述的轴向旋流掺混强化的火焰筒，其特征在于，所述圆柱筒的内壁面具有内螺纹(5-3)与限位止口(5-4)，轴向旋流掺混装置(7)的圆柱侧壁具有外螺纹(7-1)，轴向旋流掺混装置(7)通过内螺纹(5-3)与外螺纹(7-1)与掺混套筒(5-1)螺纹连接，限位止口(5-4)用于轴向旋流掺混装置(7)的轴向定位。

4.如权利要求2所述的轴向旋流掺混强化的火焰筒，其特征在于，火焰筒外壁(5)在与掺混套筒(5-1)连接处具有沿掺混套筒(5-1)周向分布的冷却孔(5-2)，火焰筒内壁(6)在与掺混套筒(5-1)连接处具有沿掺混套筒(5-1)周向分布的冷却孔(5-2)。

5.如权利要求1所述的轴向旋流掺混强化的火焰筒，其特征在于，火焰筒外壁(5)和火焰筒内壁(6)上安装的轴向旋流掺混装置(7)数量相等，且为旋流器(3)的整数倍。

6.如权利要求1所述的轴向旋流掺混强化的火焰筒，其特征在于，轴向旋流掺混装置(7)的周向排布方式为顺排或叉排。

7.如权利要求1所述的轴向旋流掺混强化的火焰筒，其特征在于，掺混套筒(5-1)的锥筒的锥角α为60度～120度。

8.如权利要求1所述的轴向旋流掺混强化的火焰筒，其特征在于，相邻冷却孔(5-2)之间的弧长为5～8mm，冷却孔(5-2)的直径为0.8～1.8mm。

9.如权利要求1所述的轴向旋流掺混强化的火焰筒，其特征在于，旋流叶片(7-2)可为直叶片、弯扭叶片或螺旋线叶片，旋流叶片(7-2)的叶片角度β为25度～45度。

10.如权利要求1所述的轴向旋流掺混强化的火焰筒，其特征在于，旋流叶片(7-2)的数量为6～12个。

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