[发明专利]火焰筒头部结构、火焰筒及燃气轮机发动机

权利要求书

1.一种火焰筒头部结构，其特征在于，

包括安装于火焰筒(100)入口端上的用于隔绝内部燃气与外部空气的头部壁体(1)以及安装于头部壁体(1)的入口端上的用于使气流形成旋流后引入头部壁体(1)内的旋流结构(2)，

头部壁体(1)上设有发散孔(11)，且发散孔(11)的中轴线向旋流的旋向倾斜，

通过发散孔(11)引导头部壁体(1)外的一部分空气射入头部壁体(1)内形成朝旋流的旋向倾斜的射流，使头部壁体(1)内的射流和旋流相互作用在头部壁体(1)的内壁面处旋转形成贴合于头部壁体(1)的内壁面上的壁面旋转气膜，从而实现对头部壁体(1)的保护；

旋流结构(2)包括一级涡流器(21)，一级涡流器(21)包括多个沿周向间隔设置的一级叶片，多个一级叶片朝同一旋向顺次旋扭形成第一旋流通道，以使气流形成第一旋流后引入头部壁体(1)内；

旋流结构(2)还包括安装于一级涡流器(21)的出气端与头部壁体(1)之间二级涡流器(22)，二级涡流器(22)包括多个沿周向间隔设置的二级叶片，多个二级叶片朝同一旋向顺次旋扭形成第二旋流通道，以使气流形成第二旋流后引入头部壁体(1)内；

第二旋流比第一旋流靠近头部壁体(1)内壁面；

旋流结构(2)还包括安装于一级涡流器(21)与二级涡流器(22)之间的文氏管(3)，用于引导第一旋流通道产生的第一旋流向头部壁体(1)内的中心区域输送以及第二旋流向头部壁体(1)内的边缘区域输送，以使第二旋流通道产生的第二旋流更贴合于头部壁体(1)的内壁面；

通过发散孔(11)进入头部壁体(1)内的射流与贴合于头部壁体(1)的内壁面的第二旋流相互作用旋转形成壁面旋转气膜；

第二旋流的旋向与第一旋流的旋向相反，发散孔(11)的中轴线向第二旋流的旋向倾斜；

燃油喷嘴(200)沿旋流结构(2)的轴向插入且插入深度不超过文氏管(3)，燃油喷嘴(200)将燃油雾化后向火焰筒头部结构内喷射形成锥形油雾，中心区域的油雾随第一旋流直接进入头部壁体1内的中心区域发生燃烧反应；

外围区域的油雾则被第一旋流带动沿文氏管(3)的内侧壁面旋转流动形成油膜，然后流动至文氏管(3)的出口端时被旋向相反的第二旋流高速剪切，进一步破碎成细小的油滴并随第二旋流进入头部壁体1内的边缘区域，从而头部壁体1内的整个空间内形成更均匀的油雾分布；

壁面旋转膜的一部分旋流在吸收完头部壁体1的热量后与头部壁体1内边缘区域的油滴混合均匀发生燃烧反应。

2.根据权利要求1所述的火焰筒头部结构，其特征在于，

发散孔(11)的中轴线在发散孔(11)的法截面上向旋流的旋向倾斜，发散孔(11)的中轴线与发散孔(11)处头部壁体(1)的法线之间的夹角为50度-70度。

3.根据权利要求1所述的火焰筒头部结构，其特征在于，

多个发散孔(11)从头部壁体(1)与旋流结构(2)的边界处沿头部壁体(1)的延伸方向均匀排列至头部壁体(1)边缘；

多个发散孔(11)在头部壁体(1)呈周向均匀分布，且多个发散孔(11)法截面内切圆半径为发散孔(11)中轴线距旋流结构(2)中心的距离。

4.根据权利要求1所述的火焰筒头部结构，其特征在于，

发散孔(11)为圆孔或沿射流的发射方向孔径逐渐变大的喇叭形孔。

5.一种火焰筒，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的火焰筒头部结构。

6.一种燃气轮机发动机，其特征在于，包括权利要求5所述的火焰筒(100)。