[发明专利]双涡燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及一种双涡燃烧室，属于发动机领域。

背景技术

燃烧室是发动机的一个重要组成部分，燃料在此燃烧，使化学能转化为热能。好的燃 烧室应具有点火性能好，温度分布均匀，流阻损失小，排气污染少和结构紧凑等基本特 征。

传统的飞机发动机燃烧室头部主要采用旋流器与喷嘴的组合配置。空气通过旋流器后 产生一回流区，高温的燃烧产物在回流区的作用下流向前端，点燃新鲜的燃料与空气的 混合物，回流区起到了稳定的点火源的作用。驻涡燃烧室(Trapped vortex combustor 简称TVC)，它摈弃了过去40年的传统燃烧室设计。它主要由两部分组成，即预燃室 和主燃室。预燃室用来稳焰，主燃烧室用来提供动力。预燃烧室由凹腔提供稳定火焰所 必需的回流区，燃料与空气以一定的方式注入凹腔内，达到改善燃料浓度场和加强涡的 强度的作用。典型的旋流稳焰燃烧器布置在其进口处的旋流器产生主回流区。这个区域 传送部分热的燃烧产物于射入燃烧器的空气燃料混合，形成连续的点火源和稳定的火焰。 这个回流区也会使得整个燃烧器的燃烧变得稳定。如果燃烧器的进口流速增大，这个主 回流区就会变得不稳定，这将对火焰的稳定和燃烧效率造成不利的影响。同时，随着世 界各国对航空发动机排放污染关注的增强，传统的燃烧室也面临着污染环境的难题。

国外的TVC相关研究表明，TVC全被应用为航空发动机或排放要求较高的地面燃气 轮机的主燃烧室。其主要特征为在环形形式的TVC中，分为内涵和外涵。燃烧室入口采 用扩压器，扩压器包括一个或者几个环形斜面，其作用是把射入的空气分成不同的导向， 进入扩压器流道。主流区的燃料喷嘴放置在扩压器的出口，在主燃室前方进口有一块和 凹腔前方相同的支板，支板沿周向开有许多通道，这些通道用于将燃烧产物疏运到凹腔 外。支板后面的凹腔回流区就像在加力燃烧室内的火焰稳定器。在凹腔内部的空气和燃 料的快速混合有助于提供燃烧速度，这种结构还可以在不用喷射装置的情况下，形成使 得排除气体形成合理的温度场。同时在凹腔后体还有空气与燃油喷入，相关资料表明， 国内外现有TVC的供油装置均采用旋流喷嘴或者空气雾化喷嘴。

公开号CN1858498中介绍了一种切向驻涡燃烧室，其说明书中明确的介绍了驻涡燃烧 室的结构，利用切向旋流产生的高离心加速度加强两相液雾燃烧。在公开号CN1467407A 中介绍了一种气体涡轮发动机燃烧室筒组件，在预混合器内油气预先混和，然后供入主流， 喷入到燃烧室内进行燃烧；利用分级燃烧的原理降低其NO_X排放。在申请号5791148，申 请日Aug，11，1998，LINER OF A GAS TURBINE ENGINE COMBUSTOR HAVING  TRAPPED VORTEX CAVITY(应用驻涡凹腔的燃气轮机燃烧室)中介绍了驻涡燃烧室应用 于航空发动机主燃烧室的设计，其说明书中明确介绍了该燃烧室的结构，主流采用三通道扩 压器结合喷油杆结构，由扩压器支板负责高温燃气与主流的混合，凹腔供油采用气孔包围油 孔的结构。公开号CN101070961A中介绍了一种单驻涡燃烧室，其说明书中明确介绍了燃 烧室的结构，在凹腔前后壁开进气孔和在其上采用挡板结构，对进入凹腔的气流进行导向， 形成单驻涡结构。

上述燃烧室中，公开号CN1858498中介绍的切向驻涡燃烧室，采用离心喷嘴或者气动 雾化喷嘴，形成的周向漩涡与凹腔内的驻涡相互影响。在公开号CN1467407A中介绍的一 种气体涡轮发动机燃烧室筒组件，采取燃料与空气预混气；主流没采取扩压器结构，一定程 度限制主流流速，采取花瓣式支板结构，增加了重量。在申请号5791148，申请日 Aug，11，1998，LINER OF A GAS TURBINE ENGINE COMBUSTOR HAVING  TRAPPED VORTEX CAVITY(应用驻涡凹腔的燃气轮机燃烧室)中介绍的驻涡燃烧室应用 于航空发动机主燃烧室的设计中，主流采取喷油杆供油，重量较大；采用支板扩压器结构， 重量较大；凹腔供油与进气孔采取环绕结构，对驻涡的形成不利。公开号CN101070961A 中介绍的单涡燃烧室，凹腔上采用挡板结构，增加了重量；凹腔内形成的单涡结构，使得燃 料浓度场分布不够均匀，其在凹腔内燃烧的停留时间不够长，在一定程度上限制了燃烧性能 的进一步提升。

发明内容