[发明专利]凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器及航空发动机

说明书

本发明公开了一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器，包括一级旋流器与二级旋流器，所述一级旋流器与所述二级旋流器之间设置有文氏管，所述二级旋流器上设置有套筒，所述一级旋流器套设于中心喷嘴上，还包括：混流部，所述混流部设置于所述套筒的端部，所述混流部用于对燃烧室内的油气进行再次充分混合；冷却部，所述冷却部设置于所述套筒上，所述冷却部用于输送冷却气体且对燃烧室旋流器外壳进行冷却保护，同时具有解决双级轴向旋流器流场普遍存在的旋涡核心进动(PVC)流动不稳定，会引发燃烧不稳定性以及使燃烧室火焰稳定性降低，不利于火焰稳定的效果。

技术领域

本发明涉及航空燃气涡轮发动机燃烧室的技术领域，特别地，涉及一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器，此外，本发明还涉及一种包括上述凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器的航空发动机。

背景技术

高性能燃烧室的发展对燃油雾化技术提出了更高的要求，需要在更短的燃烧区内实现完全燃烧，以缩短燃烧室长度、减轻其重量；需要更好地组织主燃区浓度场，以应对高温升燃烧室用于调整出口温度场造成的气量短缺；需要具有更高要求的点火性能、贫油熄火范围和更低的污染物排放等。

一般的空气雾化喷嘴难以全面满足上述要求，特别是点火性能差和贫油熄火范围窄，因此国内外发展了喷嘴加旋流器的燃油雾化装置，典型结构以CFM56发动机燃烧室双级旋流器为代表，可以根据燃烧性能的需求进行灵活设计，并实现不同工况下燃油的分级调节，从而获得所需要的燃烧室头部气流结构和燃油浓度分布，以保证在宽广的工作状态下实现良好的点火性能、燃烧性能以及宽广的稳定燃烧范围。

现有的双级轴向旋流器结构主要由一级旋流器、文氏管、二级旋流器和套筒等结构组成。现有的双级轴向旋流器流场普遍存在旋涡核心进动(PVC)流动不稳定，会引发燃烧不稳定性以及使燃烧室火焰稳定性降低，不利于火焰稳定。

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器。

发明内容

本发明提供了一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器，以解决现有的双级轴向旋流器流场普遍存在旋涡核心进动(PVC)流动不稳定，会引发燃烧不稳定性以及使燃烧室火焰稳定性降低，不利于火焰稳定的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种凹腔强化油气掺混的双级轴向旋流器，包括：包括一级旋流器与二级旋流器，所述一级旋流器与所述二级旋流器之间设置有文氏管，所述二级旋流器上设置有套筒，所述一级旋流器套设于中心喷嘴上，还包括：

混流部，所述混流部设置于所述套筒的端部，所述混流部用于对燃烧室内的油气进行充分混合，所述混流部用于产生负压，从而产生回流区，并于混流部内形成稳定的回流区，减少文氏管两侧的一级旋流器、二级旋流器气流与燃油发生剪切作用后容易出现的PVC现象；

冷却部，所述冷却部设置于所述套筒上，所述冷却部用于输送冷却气体且对所述套筒的外壳进行冷却保护。

通过采用上述技术方案，根据不同燃烧室需求选取不同长度、型面等结构特征的文氏管，中心喷嘴喷出的燃油冲击在文氏管内型面上形成预膜雾化，和/或不冲击文氏管任何壁面而直接由一级旋流器和二级旋流器的气流剪切雾化，通过套筒上的混流部对油气进行充分掺混，将均匀掺混的油气传递至燃烧室内进行燃烧，通过套筒上的冷却部对旋流器外壳以及混流部进行冷却，避免流经的燃气温度过高而对套筒与发动机外壳造成损坏，提高了发动机燃烧室及旋流器的使用寿命，空气流经混流部靠近套筒端部的外壁后发生突扩，卷吸内外两侧流体，进而在混流部出现负压区，从而产生气体回流，使得混流部内形成稳定的回流区，通过简单的凹腔结构形式有效缓解或避免文氏管两侧的一级旋流器、二级旋流器气流与燃油发生剪切作用后容易出现的PVC现象，具有解决双级轴向旋流器流场普遍存在旋涡核心进动(PVC)流动不稳定，而引发燃烧不稳定性以及使燃烧室火焰稳定性降低的后果，不利于火焰稳定的问题。