[发明专利]一种带有整流板的扩压器及其应用

说明书

本发明一种带有整流板的扩压器及其应用，属于燃气轮机燃烧室领域；扩压器沿轴向依次包括前置扩压器、整流板、突扩扩压段、火焰筒和内外环腔，整流板位于突扩扩压段内，前置扩压器1的出口相对，并垂直于燃烧室的轴向，包括导流孔和导流板；多个导流孔与燃烧室上的火焰筒头部一一对应设置，包括位于中心的圆孔、扇形孔、冷却小孔和导流板；导流板包括对称设置于整流板上、下端的上板和下板，倾斜角均为α。本发明能够有效降低扩压器内的总压损失，减小燃烧室内的无用损失，降低燃油消耗率，并且在进口马赫数较高时总压损失也在可以承受的范围之内；同时对气流进行合理精准分配后流入下游各个部件，进一步满足先进燃烧室的气动需求。

技术领域

本发明属于燃气轮机燃烧室领域，具体涉及一种带有整流板的扩压器及其应用。

背景技术

压气机、燃烧室和涡轮是航空发动机的三大核心部件。在发动机的热力循环中，燃烧室完成定压加热过程，其主要功能就是把燃料中的化学能释放出来转变为热能，使气体的总焓增大，提高燃气在涡轮和尾喷管中膨胀做功的能力。从这一点来说，燃烧室工作的好坏，直接影响发动机的工作和性能，所以燃烧室的性能直接决定了发动机的好坏。

现今大多数航空发动机压气机出口气流速度在170m/s甚至更高，在这么高的速度下根本不可能稳定燃烧，这对燃烧组织带来了很大的困难，即使可以点着燃烧室内压力损失也会很大，例如，对于一个速度为170m/s的气流，燃烧时压力损失接近25％。而压力损失增大会影响整个燃烧室其他性能，压力损失每增大1％，燃烧室内燃油消耗率就会增大0.5％，这样会使飞行成本增加。因此，在燃烧过程进行之前气流速度必须大幅度降低，并且将降低的动能转换为静压升高，这个过程由扩压器完成。目前比较常用的有流线型扩压器和突扩扩压器。流线型扩压器流路在不同工况下会有很大的变化，扩压器性能对工况及加工误差等十分敏感；突扩扩压器虽然不存在上述问题，但是由于突扩段的存在，流道面积突然扩张，使气流无法再附着在壁面，流体在此处形成角回流区，总压损失突增，静压恢复降低。随着燃烧室的不断发展，头部进气量不断增大，急需一种新型扩压器满足先进燃烧室的要求。

在上世纪美国NACA Report 949上提出了一种针对解决大扩张角锥形扩压器流动分离问题的方法，即在扩压器内某处放置一个流阻挡板，挡板上开相同大小并且均匀排布的孔，这个挡板相当于一个湍流发生器，可以增大下游流动的湍流度，从而抑制大锥角扩压器内的分离，提高扩压器的性能；但是该结构对气流不能进行分配，只能解决大锥角扩压器的流动分离，不适用其他先进燃烧室。西北工业大学燃烧团队为了解决突扩扩压器固有的总压损失大和静压恢复小的问题，基于此想法对挡板进行改进，提出了这种带有整流板的扩压器，使扩压器不仅有减速增压的作用，在火焰筒头部之前对气流进行合理分配，决定好某部分应流入气流的量，并且导流板对流入内外环腔气流进行导流，这样扩压器性能提高，更加适用于头部进气量大的低污染先进燃烧室。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种带有整流板的扩压器及其应用，整流板上的导流板使外侧气流沿一定倾斜角度直接流入内外环腔，使突扩段角回流区减小，并且导流板的存在使整流板的迎风面积减小，从而减弱流阻板的节流作用，降低扩压器总压损失，减小整个燃烧室的无用损失，降低耗油率，从而降低飞行成本；另一方面，气流分别沿整流板上不同的孔和导流板流入火焰筒不同位置，精准参与燃烧、头部冷却和掺混过程，使各部分气流“各司其职，各尽其责”，充分满足新型燃烧室的气动需求。

本发明的技术方案是：一种带有整流板的扩压器，沿轴向依次包括前置扩压器1、突扩扩压段3、火焰筒4和内外环腔5，火焰筒4内为燃烧室；突扩扩压段3位于前置扩压器1的出口与火焰筒头部法兰18之间，火焰筒4内、外壁面的外表面分别与燃烧室机匣内、外壁面的内表面之间形成内外环腔5；其特征在于：还包括位于突扩扩压段3的整流板2，整流板2与前置扩压器1的出口相对，并垂直于燃烧室的轴向，包括导流孔和导流板；