[发明专利]一种蒸发管燃烧室

说明书

本发明提供了一种蒸发管燃烧室，在蒸发管的进口处和出口处均设置带有带有中心通道和旋流通道的旋流器。进口处的旋流器可以加速燃油的破碎雾化蒸发，初次旋流作用加强蒸发管内燃油和空气的掺混程度，同时可以增加油气混合物在蒸发内的停留时间；出口处的旋流器通过空气的二次旋流作用，在蒸发管下游至火焰筒头部之间形成低速回流区，用来提高火焰稳定性，防止燃烧室在低负荷时熄火。本发明的特征在于将旋流燃烧室的旋流作用用在蒸发管燃烧室上面，具有加强油气掺混和提高燃烧稳定性的双重优势。本发明提出的蒸发管燃烧室可用于微小型航空发动机和地面燃气轮机。

技术领域

本发明属于航空发动机和燃气轮机领域，具体涉及一种蒸发管燃烧室，能改善燃油破碎雾化，通过两次旋流作用促进燃油和空气掺混，提高燃烧稳定性和燃烧效率。

背景技术

采用蒸发管结构方案广泛应用于航空发动机和地面燃气轮机燃烧室，尤其是微小型动力设备，如法国Turbomeca Arriel、荷兰AMT等一系列航空发动机。采用蒸发管方案的燃烧室具有结构简单、易于加工、成本低和综合燃烧性能好等优势，但是由于它一般不采用离心喷嘴，燃油雾化效果相对较差，燃油液滴粒径较大，发动机在大状态时容易冒烟，且由于没有专用的稳焰器，发动机在慢车以下或者巡航状态工作时熄火风险较大。

在加强油气掺混方面，现有技术中有在蒸发管内部采用肋片结构，通过增加燃油与空气的接触面积来强化换热，另外肋片可以降低气流的流速，延长油气混合物在蒸发管内的停留时间，增强换热效果。现有技术中还提出了凹腔壁面蒸发管，也是通过增加气流与蒸发管接触面积，达到增强换热并提高燃油雾化蒸发效果的目的。技术中还提出了花瓣型壁面蒸发管燃烧室方案，改变蒸发管壁面的形状，提高管壁与高温气体的接触面积，增加换热效果，从而提高在蒸发管内燃油的雾化效果。以上所述方案都是通过增加燃油和空气在蒸发管内的换热面积来改善燃油和空气的掺混效果，但是这些措施仅仅在强化油气换热，而没有改变液滴从大尺度颗粒向小尺度颗粒的破碎速度，因此仅仅通过强化换热对大尺度粒径液滴的雾化效果十分有限。

发明内容

本发明解决的技术问题：为克服上述现有蒸发管燃烧室的不足，本发明提供了一种蒸发管燃烧室方案，在蒸发管进口处和出口处增加带有中心通道和旋流通道的旋流器，油气混合物经进口处的旋流器进入蒸发管，燃油在初次旋流空气的作用下加速破碎雾化；而后经蒸发管出口处的旋流后进入燃烧室头部区域，在二次旋流作用下提高雾化质量，最大限度减少大颗粒燃油，改善发动机冒烟，提高燃烧效率；此外旋流在头部形成一定尺寸的低速回流区，有利于火焰稳定，提高燃烧室在低负荷工况下工作的稳定性，拓宽燃烧室工作边界。

本发明的解决技术方案：本发明提出了一种蒸发管燃烧室方案，在常规蒸发管燃烧室方案基础上，在蒸发管进口处和出口处分别安装带有中心通道和旋流通道的旋流器，燃油和空气混合物通过旋流后强化油气掺混，燃油在初次旋流空气作用下加速破碎，提升雾化质量，改善发动机冒烟。在二次旋流作用下在头部形成具有一定尺寸的低速回流区，提高火焰稳定性。

具体地，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种蒸发管燃烧室，包括火焰筒外筒、火焰筒内筒、火焰筒头部，所述火焰筒头部沿周向均布有多个蒸发管，其特征在于，

所述蒸发管的进口处以及出口处均内置有旋流器，所述旋流器包括中心通道以及设置在所述中心通道周向外围由多个旋流叶片与蒸发管内壁构成的旋流通道，并且所述中心通道的长度与各旋流叶片的长度相同，

油气混合物从进口处旋流器的中心通道和旋流通道进入蒸发管内，燃油在中心气流以及初次旋流空气的作用下加速破碎雾化；而后经出口处旋流器的中心通道和旋流通道进入火焰筒头部区域，油气混合物在中心气流以及二次旋流气流作用下进一步掺混雾化，并在所述火焰筒头部形成具有一定尺寸的低速回流区。

优选地，所述蒸发管包括依次连通的蒸发管进口段、蒸发管中间段和蒸发管出口段，所述蒸发管整体呈L型或者T型。