一种对冲式预热燃烧室
技术领域
本发明属于燃气轮机燃烧室技术领域，具体涉及一种对冲式预热燃烧室。
背景技术
燃气轮机作为一种重要的热功转换装置，在航空、航海等领域得到日益广泛的应用，是国家高技术水平和科技实力的重要标志之一，具有十分突出的战略地位。现代航空燃气轮机的基本性能尽管已经达到相当高的水平，但对于现代航空燃气轮机燃烧室来说，仍然存在着大量的难题和挑战，因此在结构设计和性能上仍然具有一定的上升空间，例如新材料、新工艺、新结构、新概念的发展应用，这些都是保证其技术持续进步的源泉。
燃气轮机燃烧室是一种用耐高温合金材料制作的燃烧设备，燃气轮机运行时，燃烧室在宽广的工况范围内工作。在燃气轮机变工况的过程中，燃烧室进口的空气流量、温度、压力、速度以及燃油消耗量都会发生变化，这些变化反过来又会影响整台燃气轮机的性能。所以，理解并针对燃烧室的变工况特性设计合理的燃烧室结构，对整台燃气轮机的变工况运行有积极地意义。
衡量燃气轮机燃烧室优劣的一项重要性能指标是它的循环效率，高的燃烧效率对于经济效率、污染排放、能源损耗都有着积极的影响。循环效率的提高主要依靠燃烧室排气温度的增加，同时燃气轮机燃烧室的工作环境也十分恶劣，如燃烧室内部压力较高、热负荷大、高温高速、流场复杂，因此，保证在燃烧室高燃烧效率的基础上提高燃气轮机性能是现阶段燃气轮机需要解决的问题和难点。
为了提高航空发动机燃烧室的性能，其内部油气混合程度是重要的一环，油气混合程度、燃油空间分布均匀程度的好坏决定着燃烧室工作特性的好坏。本发明通过对燃气轮机燃烧室机匣和火焰筒进行改进，对燃油进行预热，并将原本油气同向混合设计为对冲式混合，可以使燃油和空气充分混合，燃油的多点喷射可以使燃油均匀布满在整个火焰筒内，可以有效提高燃烧室的燃烧效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种对冲式预热燃烧室。与现有的技术结构相比，本发明的优点是对燃烧室机匣和火焰筒结构进行了合理改进，将燃油总管布置在燃烧室外机匣进气道处，进气道内设置一圈导流叶片，一方面可以使从压气机流出的气流产生一个旋向角并对气流进行更好扩压，另一方面流过导流叶片的气流已具有一定的温度，可对导流叶片内流过的燃油进行初步预热。初步预热后的燃油经过汇油通道沿燃烧室内机匣流向燃烧室下游；合理设计火焰筒壁面内的燃油通道，可利用火焰筒内燃烧温度对燃油进行二次预热，两次预热的燃油蒸发效果较一次预热蒸发效果好，可避免温度过高导致管内堵塞结焦。设计的喷油孔全部在火焰筒内壁面上，设计的主燃孔、掺混孔、冷却孔全部在火焰筒外壁面上，从旋流器进入的空气流和火焰筒上壁面进入的空气流与喷油孔喷出的油蒸汽形成对冲式混合，可以对油气充分混合。设计的喷油孔沿火焰筒壁面周向布置，使火焰筒内形成多点喷射多点混合，可以使燃油均匀布满在整个火焰筒内，提高燃烧效率。所设计火焰筒头部结构较常规燃烧室火焰筒头部缩小一倍，头部旋流器缩小一倍，燃烧室外机匣到火焰筒外壁距离约为燃烧室内机匣到火焰筒内壁面距离的2倍，减小火焰筒头部进气量，让大部分气流往外机匣与火焰筒外壁面间通道流过，增大燃油空气对冲量，内机匣与火焰筒内壁面间通道通入少量空气对火焰筒壁面进行冷却，即保证火焰筒内充分燃烧的同时确保冷却效果，提高燃烧室性能。
技术方案
本发明的目的在于提供一种对冲式预热燃烧室，可以使火焰筒内燃烧更充分，提高燃烧室性能。
本发明技术方案如下：
一种对冲式预热燃烧室，由改进后的燃烧室机匣和火焰筒结构组合而成。本发明中，燃油先从发动机燃油泵流入进气机匣外壁面环形燃油总管，再通过进口导流叶片进行预热，到达燃烧室内机匣，沿机匣壁面到达燃烧室中部位置，最后沿油管从火焰筒内壁喷出，与火焰筒头部旋流器和火焰筒外壁面喷入的空气对冲混合进行燃烧。
所述一种对冲式预热燃烧室，其特征在于：环形燃油总管布置在燃烧室外机匣进气道位置，总管直径8～10mm；燃烧室进气道布置一圈导流叶片，相邻叶片间隔10°，共36片，导流叶片厚度为7～10mm，每个导流叶片上设置3个通油孔，孔径5mm；燃烧室内机匣设置汇油通道，流过导流叶片的所有燃油汇入一条通道，通道沿机匣壁面流向燃烧室下游，到达火焰筒主燃区和掺混区位置由导管导出流向火焰筒壁，导管和通道直径5mm；火焰筒内壁上布置有燃油通道，呈周向布置，主燃区和掺混区各有一道，在火焰筒外壁面主燃孔和掺混孔对应的内壁面设置喷油孔，喷油孔直径1mm，每道36个孔；火焰筒内壁面上无主燃孔、掺混孔、冷却孔，火焰筒外壁面上无喷油孔；火焰筒头部结构较常规燃烧室火焰筒头部缩小一倍，头部旋流器缩小一倍；所述燃烧室外机匣到火焰筒外壁距离约为燃烧室内机匣到火焰筒内壁面距离的2倍。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明的油路结构设计，可以使燃油流经导流叶片时进行初步预热，流经火焰筒内壁进行二次预热，两次预热的燃油蒸发效果较一次预热蒸发效果好，可避免温度过高导致管内堵塞结焦。
2.本发明的喷油孔和气流孔设计，可以使油气进行对冲式混合，使油气混合程度更充分，同时多点喷射可以使燃油均匀布满在整个火焰筒内，提高燃烧效率。
3.本发明的火焰筒头部及火焰筒位置设计，减小火焰筒头部进气量，让大部分气流往外机匣与火焰筒外壁面间通道流过，增大燃油空气对冲量，内机匣与火焰筒内壁面间通道通入少量空气对火焰筒壁面进行冷却，即保证火焰筒内充分燃烧的同时确保冷却效果，提高燃烧室性能。
附图说明
图1：对冲式预热燃烧室整体结构示意图
图2：燃烧室机匣进口结构放大图
图3：供油管路局部示意图
图4：导流叶片结构示意图
图中：1-进气道，2-燃油总管，3-导流叶片，4-汇油通道，5-燃烧室外机匣，6-燃油通道，7-火焰筒头部，8-旋流器，9-导管，10-喷油孔，11-气膜冷却孔，12-气流孔。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述：
结合图1-4，本发明提供一种对冲式预热燃烧室的技术方案。图1为对冲式预热燃烧室整体结构示意图，图2为燃烧室机匣进口结构放大图，图3为供油管路局部示意图，图4为导流叶片结构示意图。
当燃气轮机工作时，燃油从燃油泵流入燃烧室外机匣5进口位置的燃油总管2，布满整个环腔后，靠压力作用均匀进入导流叶片3。从压气机出来的空气经过燃烧室进气道1时，具有一定温度的气流冲击导流叶片，对叶片内的燃油进行初步预热。预热后的燃油在燃烧室内机匣汇合到汇油通道4，沿内机匣壁面内燃油通道6向下游流动，到达火焰筒主燃区和掺混区位置由导管9导出流向火焰筒壁，燃油在火焰筒内壁面内燃油通道流动，通道为环形绕火焰筒内壁面一周，且主燃区和掺混区各有一道，在火焰筒外壁面主燃孔和掺混孔对应的内壁面设置喷油孔10，油蒸汽从喷油孔10喷出与从旋流器8进入的空气流和火焰筒壁面气流孔12进入的空气流形成对冲式混合，使混合更加充分。另一方面，喷油孔沿火焰筒壁面在主燃区和掺混区周向布置，使火焰筒内形成多点喷射，使燃油均匀布满在整个火焰筒内，提高燃烧效率。此外，对空气流进行分析，从进气道进入燃烧室，经过导流叶片3产生一个旋向角，可以进一步增大气流压力。通过进气道，气流到达火焰筒头部7，由于头部设计为中间更窄的状态，从头部进入火焰筒的气流量减少，大部分流向外机匣与火焰筒外壁面间通道，增大燃油空气对冲量，还有一小部分流向内机匣与火焰筒内壁面间通道，通过气膜冷却孔11进入火焰筒，目的是充分混合燃油空气的同时有效冷却火焰筒壁面，提高燃烧室性能。
