[发明专利]一种宽广工作范围氢燃料燃烧室及其工作方法

说明书

本发明公开了一种宽广工作范围氢燃料燃烧室，包括气态燃料旋流喷注器，气态燃料旋流喷注器包括第一锥台、第二锥台、连接管和燃料管，第二锥台设于第一锥台内部，并与第一锥台同轴布置，第二锥台顶部为封闭结构，且其与第一锥台之间形成有进料腔，第一锥台侧壁上形成有贯穿至第一锥台底壁的空气旋流孔，第二锥台内部形成有中心流道，第二锥台侧壁上开设有贯通至中心流道的气态燃料旋流孔，连接管为锥形结构，其一端与第一锥台顶部连接，另一端与燃料管连通。该燃烧室不仅结构简单，设计合理，操作方便，而且充分实现了气态燃料与空气高效混合以保证燃烧室稳定燃烧的技术效果，有效满足了气态燃料的燃烧组织需求，具有良好的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及燃烧设备技术领域，更具体的说是涉及一种宽广工作范围氢燃料燃烧室及其工作方法。

背景技术

当前，国内外航空涡轮发动机均基于液态碳氢燃料(航空煤油)，在此基础上根据减少排放的需求也开展了部分掺氢燃烧的方案研究，即主燃料仍然使用碳氢燃料，只是在燃烧室中加入一部分氢气辅助燃烧，从而提高燃烧效率并减少排放，但是目前还没有完全使用气态燃料的航空发动机技术方案。

针对未来更宽速域的推进要求，国内外提出了几种基于高效预冷技术的动力方案，如英国提出的“佩刀(SABRE)”和“弯刀(Scimitar)”发动机方案，以及日本提出的“ATREX”发动机方案等，上述发动机方案中虽然强预冷系统不尽相同，但均需要使用氢作为冷却剂兼燃料。因此，纯气态燃料的航空发动机有可能成为未来宽速域推进系统的发展趋势，而气态燃料的燃烧组织是其中的关键问题之一。目前还没有气态燃料涡轮发动机燃烧室的相关技术方案。

因此，提供一种结构简单，设计合理，操作方便，具有高效混合性能，能够有效保证燃烧室稳定燃烧，充分满足气态燃料燃烧组织需求的宽广工作范围氢燃料燃烧室及其工作方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中燃烧室无法满足气态燃料燃烧需求等技术问题，本发明提供了一种结构简单，设计合理，操作方便，具有高效混合性能，能够有效保证燃烧室稳定燃烧，充分满足气态燃料燃烧组织需求的宽广工作范围氢燃料燃烧室及其工作方法。

为了实现上述目的，本发明一方面采用如下技术方案：

一种宽广工作范围氢燃料燃烧室，包括气态燃料旋流喷注器，所述气态燃料旋流喷注器包括第一锥台、第二锥台、连接管和燃料管，所述第二锥台设于所述第一锥台内部，并与所述第一锥台同轴布置，所述第二锥台顶部为封闭结构，且其与所述第一锥台之间形成有进料腔，所述第一锥台侧壁上形成有贯穿至所述第一锥台底壁的空气旋流孔，所述第二锥台内部形成有中心流道，所述第二锥台侧壁上开设有贯通至所述中心流道的气态燃料旋流孔，所述连接管为锥形结构，其一端与所述第一锥台顶部连接，另一端与所述燃料管连通。

经由上述的技术方案可知，与现有技术方案相比，本发明公开提供了一种宽广工作范围氢燃料燃烧室，通过利用气态燃料旋流喷注器中的连接管与燃料管和第一锥台的连接结构，能够使气态燃料依次经由燃料管和连接管到达第二锥台处，并经由气态燃料旋流孔进入中心流道内，同时外部空气经由第一锥台上的空气旋流孔与经由中心流道排出的气态燃料在距离第一锥台底部一定距离处高效混合，并使得混合后的气体在气态燃料旋流喷注器下游的火焰筒内进行正常燃烧，从而实现了使用气态燃料为涡轮发动机提供动力的技术效果。本发明的一种宽广工作范围氢燃料燃烧室，不仅结构简单，设计合理，操作方便，而且充分实现了气态燃料与空气高效混合以保证燃烧室稳定燃烧的技术效果，有效满足了气态燃料的燃烧组织需求，具有良好的市场应用前景。

进一步的，所述空气旋流孔为多个，多个所述空气旋流孔均匀间隔排布在所述第一锥台侧壁上。

采用上述技术方案产生的有益效果是，能够充分保证足够空气的进入，便于使旋流后的空气与气态燃料高效混合后稳定燃烧。