[发明专利]燃烧室掺混燃烧导向耦合结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机全环燃烧室的掺混导向耦合结构，适用于燃烧室的掺混燃烧，导向增速的耦合，满足出口的切向气流条件，为涡轮驱动提供预旋，实现高效的冷却结构和冷却效果，可简化结构，减轻重量，实现燃气轮机紧凑化。

背景技术

现代燃气轮机燃烧室的基本性能和结构分布已经达到相当高的水平，但是对于现代燃气轮机燃烧室来说，仍在存在一些难题和挑战，新材料、新工艺、新结构、新概念的发展应用才是保证其持续进步的源泉。

传统的燃气轮机，一般由环形压缩系统、燃烧系统和环形的涡轮膨胀系统构成。空气经压缩系统进入燃烧室与燃油混合形成油气混合物燃烧，然后再进入涡轮的环形通道。从常规燃气轮机燃烧室的气动布局来看，主要是以轴向流动为主。以燃烧室与涡轮为例，压缩空气在燃烧室内与燃油混合形成混合物燃烧后，燃气仍沿燃气轮机轴线方向流动，以涡轮导向器为界线，而后进入涡轮，进入涡轮前，燃气在涡轮导向器的作用下，改变流动方向，为了利用高温燃气冲击涡轮产生轴功则要求其具有切向分量，并且希望该切向分量足够的大，这就需要涡轮导向器来疏导燃气产生切向速度。而传统燃气轮机各系统之间的存在人为定义的明显的界线，在燃烧室出口为了满足常规燃烧室正常加温工作并保证燃烧性能，不得不添加导向器，必然增加发动机不必要的长度和重量，使结构更加复杂，并且导向器内的气流摩擦与转折会导致一定的气动损失，这亦降低了发动机的整机性能。

此外，迫于航空燃气轮机的尺寸和重量减小的压力，常规燃烧室的长度也随之大大缩短。然而在各部件尺寸，重量减小已趋极限的情况下，需要在系统级的水平上提出新的解决重量减轻的方案，需要考虑在先进燃烧室技术研究中打破燃气轮机各系统之间的人为界线。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种掺混导向耦合结构，将燃烧室掺混段与涡轮导向器合二为一，实现了掺混气流与高温燃气的掺混与导向增速，改善涡轮导向器的冷却效果，从而简化发动机结构，减轻重量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：燃烧室掺混燃烧导向耦合结构，在火焰筒内，掺混孔下游放置涡轮导向器叶片，实现了掺混、燃烧、导向和冷却的耦合设计。涡轮导向器叶片沿周向均匀布置在外火焰筒和内火焰筒之间的收缩通道，涡轮导向器叶片与掺混孔处在相同的周向位置，与外火焰筒和内火焰筒通过焊接或螺栓连接，涡轮导向器叶片的后缘与外火焰筒和内火焰筒出口处在同一轴向位置。掺混孔下游至火焰筒和内火焰筒出口，包含了涡轮导向器通道，进行掺混气流与高温头部燃气的掺混，调节燃烧室出口温度分布；掺混气流在外火焰筒和内火焰筒内部与燃烧的高温头部燃气在外火焰筒和内火焰筒内部通道及与涡轮导向器叶片形成的收缩通道内实现掺混、导向和进一步的燃烧，涡轮导向器叶片与发动机轴线存在一定角度，掺混后的空气在涡轮导向器叶片通道内实现折转，为高压涡轮动叶提供切向气流条件；正对涡轮导向器叶片的掺混气流为涡轮导向器叶片提供了外部冷却空气，改善了涡轮导向叶片的工作环境，增强了冷却效果，减少了涡轮导向器冷却气的用量。涡轮导向叶片内部的冷却空气由燃烧室外环腔和燃烧室内环腔经过火焰筒壁面火焰筒涡轮冷却孔进入，简化了涡轮导向器叶片冷却气引气结构，同时降低了由于涡轮导向器叶片冷却引起的燃气轮机的压力损失。