渦流預(yù)混燃燒器的制造方法
【專利摘要】一種渦流預(yù)混燃燒器，包括燃料噴嘴、燃料管、氧化劑管、第一級(jí)旋流器、第二級(jí)旋流器和文氏管，氧化劑管套在燃料管外，與燃料管同軸布置；文氏管的收縮管與氧化劑管連接；氧化劑管與燃料管之間和收縮管與燃料噴嘴表面之間構(gòu)成一連通的氧化劑流路，其中最小橫截面設(shè)置在下游出口位置；氧化劑流路內(nèi)同軸布置第一級(jí)旋流器和第二級(jí)旋流器；第二級(jí)旋流器設(shè)置在第一級(jí)旋流器外側(cè)；第一級(jí)旋流器和第二級(jí)旋流器下游出口端面齊平，且兩者的旋向相反；收縮管下游與擴(kuò)張管連接。本實(shí)用新型的氧化劑流路下游會(huì)產(chǎn)生條狀強(qiáng)湍流剪切渦流帶，利用該強(qiáng)湍流剪切帶輔助破碎液體燃料，并加速燃料與氧化劑的混合，可提高燃燒性能。
【專利說明】
滿流預(yù)混燃燒器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種包括噴射燃料和空氣的渦流預(yù)混燃燒器。
【背景技術(shù)】
[0002]公知的燃燒器一般采用單級(jí)旋流技術(shù)，旋流的作用主要是形成回流區(qū)來穩(wěn)定燃燒火焰。但這種單級(jí)旋流式燃燒器存在燃料與氧化劑混合不均造成燃燒不充分的問題。
[0003]另外，還有一種燃燒器，其氧化劑通道中采用中間帶文氏管隔板的雙級(jí)旋流技術(shù)，內(nèi)旋流用來混合燃料與氧化劑，內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)外側(cè)為文氏管隔板，然后在文氏管隔板外側(cè)并與內(nèi)旋流結(jié)構(gòu)間隔一段距離布置外旋流結(jié)構(gòu)，外旋流用來補(bǔ)充氧化劑到燃燒氣氛中，形成二次燃燒。這種結(jié)構(gòu)相較單旋燃燒器提高了燃燒性能，但外旋流出來的氧化劑對(duì)燃料的摻混作用不強(qiáng)，此外文氏管處于高溫區(qū)，容易積碳和被燒蝕。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種渦流預(yù)混燃燒器，從原理和結(jié)構(gòu)上解決當(dāng)前公知技術(shù)存在的不足。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的渦流預(yù)混燃燒器，由燃料噴嘴、燃料管、氧化劑管、第一級(jí)旋流器、第二級(jí)旋流器、文氏管構(gòu)成。
[0006]燃料噴嘴為圓臺(tái)狀；
[0007]燃料噴嘴的大頭與上游的燃料管無縫連接，設(shè)置在燃燒器中心位置；
[0008]氧化劑管套在所述燃料管外，與燃料管同軸布置；
[0009]所述文氏管由收縮管和擴(kuò)張管構(gòu)成；
[0010]收縮管套在所述燃料噴嘴外，與燃料噴嘴同軸布置，并且大頭與上游氧化劑管無縫連接；
[0011]所述氧化劑管與燃料管之間環(huán)狀流路和所述收縮管與燃料噴嘴側(cè)表面之間的環(huán)錐狀流路構(gòu)成一連通的氧化劑流路；
[0012]所述氧化劑流路的最小橫截面設(shè)置在下游出口位置；
[0013]所述氧化劑流路內(nèi)同軸布置第一級(jí)旋流器和第二級(jí)旋流器；
[0014]所述第二級(jí)旋流器設(shè)置在第一級(jí)旋流器外側(cè)；
[0015]所述第一級(jí)旋流器和第二級(jí)旋流器下游出口端面齊平；
[0016]所述第一級(jí)旋流器和第二級(jí)旋流器的旋向相反；
[0017]所述收縮管下游的小頭無縫連接擴(kuò)張管。
[0018]其中，燃料噴嘴為氣體燃料噴嘴或液體燃料噴嘴。
[0019]其中，液體燃料噴嘴的結(jié)構(gòu)為壓力霧化式、氣動(dòng)霧化式或組合式結(jié)構(gòu)。
[0020]其中，兩級(jí)旋流器為葉片式或斜切孔式結(jié)構(gòu)。
[0021]其中，兩級(jí)旋流器布置在氧化劑管與燃料管之間的環(huán)狀流路內(nèi)，或收縮管與燃料噴嘴側(cè)表面之間的環(huán)錐狀流路內(nèi)。
[0022]其中，第一級(jí)旋流器旋流數(shù)為0.6?0.8，第二級(jí)旋流器旋流數(shù)為0.8?1.0。
[0023]其中，收縮管與燃料噴嘴側(cè)表面之間夾角為I?5°。
[0024]其中，擴(kuò)張管長(zhǎng)度為文氏管喉部直徑的0.25?0.35。
[0025]其中，擴(kuò)張管擴(kuò)展錐角比燃料噴嘴燃料噴射錐角小3?8°。
[0026]本實(shí)用新型的第一級(jí)旋流器和第二級(jí)旋流器在下游出口的端面齊平，這樣氧化劑氣流經(jīng)過所述兩級(jí)旋流器結(jié)構(gòu)后，在下游形成強(qiáng)湍流剪切的渦流帶，而公知的燃燒器由于兩級(jí)旋流器出口端面不齊平和中間位置有隔板的緣故，未發(fā)現(xiàn)有強(qiáng)湍流剪切帶效應(yīng)的存在。因此，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)如下:本實(shí)用新型通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化和創(chuàng)新，形成強(qiáng)湍流剪切渦流帶;本實(shí)用新型利用該強(qiáng)湍流剪切渦流帶輔助破碎液體燃料，加速燃料與氧化劑的混合，提高了燃燒性能；同時(shí)，本實(shí)用新型取消了公知技術(shù)中兩級(jí)旋流器中間位置處的文氏管隔板，消除了燃燒器部件積碳和被燒蝕的問題。
【附圖說明】
[0027]圖1是本實(shí)用新型的原理結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1的構(gòu)造圖(外輪廓切去1/4);
[0029]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2的構(gòu)造圖(外輪廓切去1/4);
[0030]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例3的構(gòu)造圖(外輪廓切去1/4)。
[0031]圖中附圖標(biāo)記說明:
[0032]I燃料管;2燃料噴嘴;3氧化劑管;4第一級(jí)旋流器;4a第一級(jí)旋流器下游出口端面；5第二級(jí)旋流器;5a第二級(jí)旋流器下游出口端面;6收縮管;7擴(kuò)張管;8文氏管;9收縮管與燃料噴嘴表面之間夾角；10燃料噴嘴燃料噴射錐角；11擴(kuò)張管擴(kuò)展錐角；12氧化劑流路；12a氧化劑流路最小橫截面;13擴(kuò)張管長(zhǎng)度;14文氏管喉部直徑。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0034]本實(shí)用新型公開了一種渦流預(yù)混燃燒器，其工作原理如下:
[0035]第一級(jí)旋流器4的下游出口端面4a與第二級(jí)旋流器5的下游出口端面5a齊平，氧化劑在環(huán)狀流路12內(nèi)并行通過第一級(jí)旋流器4和第二級(jí)旋流器5后，由于兩級(jí)旋流器的旋向相反，因而會(huì)在出口流路的中間位置形成條狀強(qiáng)湍流剪切帶。由于所述燃料噴嘴2的燃料噴射角10大于擴(kuò)張管的擴(kuò)張角11，那么燃料會(huì)在下游撞擊到強(qiáng)湍流剪切帶，因此燃料(若是液體燃料)會(huì)被加速破碎，同時(shí)在強(qiáng)湍流脈動(dòng)下與氧化劑會(huì)加速混合。因此該結(jié)構(gòu)依靠自身強(qiáng)湍流剪切氣動(dòng)力增強(qiáng)了燃料與氧化劑的摻混效果。
[0036]更具體地，本實(shí)用新型的渦流預(yù)混燃燒器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由燃料管1、燃料噴嘴
2、氧化劑管3、第一級(jí)旋流器4、第二級(jí)旋流器5、文氏管8構(gòu)成。燃料噴嘴2為圓臺(tái)狀;燃料噴嘴2的大頭與上游的燃料管I無縫連接，設(shè)置在燃燒器中心位置;氧化劑管3套在所述燃料管I外，與燃料管I同軸布置;文氏管8由收縮管6和擴(kuò)張管7構(gòu)成;收縮管6套在所述燃料噴嘴2夕卜，與燃料噴嘴2同軸布置，并且收縮管6的大頭與上游氧化劑管3無縫連接;氧化劑管3與燃料管I之間的環(huán)狀流路和收縮管6與燃料噴嘴2側(cè)表面之間環(huán)錐狀流路構(gòu)成一連通的氧化劑流路12;氧化劑流路12的最小橫截面在下游出口位置的截面12a;氧化劑流路12內(nèi)同軸布置第一級(jí)旋流器4和第二級(jí)旋流器5;第二級(jí)旋流器5設(shè)置在第一級(jí)旋流器4的外側(cè)；第一級(jí)旋流器的下游出口端面4a和第二級(jí)旋流器下游出口端面5a齊平，且兩級(jí)旋流器之間無隔板；第一級(jí)旋流器4和第二級(jí)旋流器5的旋向相反;收縮管6下游的小頭無縫連接擴(kuò)張管7。
[0037]燃料噴嘴2可以為氣體燃料噴嘴或液體燃料噴嘴。其中，液體燃料噴嘴的結(jié)構(gòu)為壓力霧化式、氣動(dòng)霧化式或組合式結(jié)構(gòu)。第一級(jí)旋流器4的旋流數(shù)在0.6?0.8之間；第二級(jí)旋流器5的旋流數(shù)在0.8?1.0之間。收縮管6與燃料噴嘴2側(cè)表面之間夾角9為I?5°。擴(kuò)張管長(zhǎng)度13為文氏管喉部直徑14的0.25?0.35，優(yōu)選為0.26。擴(kuò)張管擴(kuò)展錐角11比燃料噴嘴燃料噴射錐角10小3?8°，優(yōu)選為4°。
[0038]本實(shí)用新型中第一級(jí)旋流器4和第二級(jí)旋流器5可以布置在氧化劑管3與燃料管I之間的環(huán)狀流路內(nèi)，也可以布置在收縮管6與燃料噴嘴2側(cè)表面之間的環(huán)錐狀流路內(nèi)；結(jié)構(gòu)可以為葉片式結(jié)構(gòu)，也可以為斜切孔式結(jié)構(gòu)。
[0039]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
[0040]實(shí)施例1
[0041]請(qǐng)參閱圖2，本實(shí)用新型第一個(gè)實(shí)施例中，有如下結(jié)構(gòu):
[0042]本實(shí)用新型的渦流預(yù)混燃燒器由燃料管1、燃料噴嘴2、氧化劑管3、第一級(jí)旋流器
4、第二級(jí)旋流器5、文氏管8構(gòu)成。燃料噴嘴2為圓臺(tái)狀;燃料噴嘴2的大頭與上游的燃料管I無縫連接，設(shè)置在燃燒器中心位置;氧化劑管3套在所述燃料管I外，與燃料管I同軸布置;文氏管8由收縮管6和擴(kuò)張管7構(gòu)成;收縮管6套在所述燃料噴嘴2外，與燃料噴嘴2同軸布置，并且大頭與上游氧化劑管3無縫連接;氧化劑管3與燃料管I之間的環(huán)狀流路和收縮管6與燃料噴嘴2側(cè)表面之間環(huán)錐狀流路構(gòu)成一連通的氧化劑流路12;氧化劑流路12的最小橫截面在下游出口位置的截面12a;氧化劑流路12內(nèi)同軸布置第一級(jí)旋流器4和第二級(jí)旋流器5;第二級(jí)旋流器5設(shè)置在第一級(jí)旋流器4的外側(cè);第一級(jí)旋流器的下游出口端面4a和第二級(jí)旋流器下游出口端面5a齊平;第一級(jí)旋流器4和第二級(jí)旋流器5的旋向相反;收縮管6下游的小頭無縫連接擴(kuò)張管7。
[0043]燃料噴嘴2可以為氣體燃料噴嘴或液體燃料噴嘴。其中，液體燃料噴嘴的結(jié)構(gòu)為壓力霧化式、氣動(dòng)霧化式或組合式結(jié)構(gòu)。第一級(jí)旋流器的旋流數(shù)為0.74;第二級(jí)旋流器的旋流數(shù)為0.92。收縮管6與燃料噴嘴2側(cè)表面之間夾角9為2°。擴(kuò)張管長(zhǎng)度13為文氏管喉部直徑14的0.26。擴(kuò)張管擴(kuò)展錐角11比燃料噴嘴燃料噴射錐角10小4°。
[0044]如圖2所示，本實(shí)施例中兩級(jí)旋流器均布置在氧化劑管3與燃料管I之間的環(huán)狀流路內(nèi)，均為葉片式結(jié)構(gòu)。
[0045]實(shí)施例2
[0046]請(qǐng)參閱圖3，本實(shí)用新型第二個(gè)實(shí)施例，具有如下結(jié)構(gòu):
[0047]本實(shí)用新型的渦流預(yù)混燃燒器由燃料管1、燃料噴嘴2、氧化劑管3、第一級(jí)旋流器
4、第二級(jí)旋流器5、文氏管8構(gòu)成，其中:燃料噴嘴2為圓臺(tái)狀;燃料噴嘴2的大頭與上游的燃料管I無縫連接，設(shè)置在燃燒器中心位置;氧化劑管3套在所述燃料管I外，與燃料管I同軸布置;文氏管8由收縮管6和擴(kuò)張管7構(gòu)成;收縮管6套在所述燃料噴嘴2外，與燃料噴嘴2同軸布置，并且大頭與上游氧化劑管3無縫連接;氧化劑管3與燃料管I之間的環(huán)狀流路和收縮管6與燃料噴嘴2側(cè)表面之間環(huán)錐狀流路構(gòu)成一連通的氧化劑流路12;氧化劑流路12的最小橫截面在下游出口位置的截面12a;氧化劑流路12內(nèi)同軸布置第一級(jí)旋流器4和第二級(jí)旋流器5;第二級(jí)旋流器5設(shè)置在第一級(jí)旋流器4的外側(cè);第一級(jí)旋流器的下游出口端面4a和第二級(jí)旋流器下游出口端面5a齊平;第一級(jí)旋流器4和第二級(jí)旋流器5的旋向相反;收縮管6下游的小頭無縫連接擴(kuò)張管7。
[0048]燃料噴嘴2可以為氣體燃料噴嘴或液體燃料噴嘴。其中，液體燃料噴嘴的結(jié)構(gòu)為壓力霧化式、氣動(dòng)霧化式或組合式結(jié)構(gòu)。第一級(jí)旋流器的旋流數(shù)為0.74;第二級(jí)旋流器旋流數(shù)為0.92。收縮管6與燃料噴嘴2表面之間夾角9為2°。擴(kuò)張管長(zhǎng)度13為文氏管喉部直徑14的0.26。擴(kuò)張管擴(kuò)展錐角11比燃料噴嘴燃料噴射錐角1小4°。
[0049]如圖3所示，本實(shí)施例中兩級(jí)旋流器均布置在氧化劑管3與燃料管I之間的環(huán)狀流路內(nèi)，均為斜切孔式結(jié)構(gòu)。
[0050]實(shí)施例3
[0051]請(qǐng)參閱圖4，本實(shí)用新型第二個(gè)實(shí)施例，具有如下結(jié)構(gòu):
[0052]本實(shí)用新型的渦流預(yù)混燃燒器由燃料管1、燃料噴嘴2、氧化劑管3、第一級(jí)旋流器
4、第二級(jí)旋流器5、文氏管8構(gòu)成，其中:燃料噴嘴2為圓臺(tái)狀;燃料噴嘴2的大頭與上游的燃料管I無縫連接，設(shè)置在燃燒器中心位置;氧化劑管3套在所述燃料管I外，與燃料管I同軸布置;文氏管8由收縮管6和擴(kuò)張管7構(gòu)成;收縮管6套在所述燃料噴嘴2外，與燃料噴嘴2同軸布置，并且大頭與上游氧化劑管3無縫連接;氧化劑管3與燃料管I之間的環(huán)狀流路和所述收縮管6與燃料噴嘴2側(cè)表面之間環(huán)錐狀流路構(gòu)成一連通的氧化劑流路12;氧化劑流路12的最小橫截面在下游出口位置的截面12a;氧化劑流路12內(nèi)同軸布置第一級(jí)旋流器4和第二級(jí)旋流器5;第二級(jí)旋流器5設(shè)置在第一級(jí)旋流器4的外側(cè);第一級(jí)旋流器的下游出口端面4a和第二級(jí)旋流器下游出口端面5a齊平;第一級(jí)旋流器4和第二級(jí)旋流器5的旋向相反;收縮管6下游的小頭無縫連接擴(kuò)張管7。
[0053]燃料噴嘴2可以為氣體燃料噴嘴或液體燃料噴嘴。其中，液體燃料噴嘴的結(jié)構(gòu)為壓力霧化式、氣動(dòng)霧化式或組合式結(jié)構(gòu)。第一級(jí)旋流器的旋流數(shù)為0.74;第二級(jí)旋流器旋流數(shù)為0.92。收縮管6與燃料噴嘴2表面之間夾角9為2°。擴(kuò)張管長(zhǎng)度13為文氏管喉部直徑14的0.26。擴(kuò)張管擴(kuò)展錐角11比燃料噴嘴燃料噴射錐角1小4°。
[0054]如圖4所示，本實(shí)施例中兩級(jí)旋流器均布置在收縮管6與燃料噴嘴2側(cè)表面之間的環(huán)錐狀流路內(nèi)，均以斜切孔式結(jié)構(gòu)為例。
[0055]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種渦流預(yù)混燃燒器，包括燃料噴嘴、燃料管、氧化劑管、第一級(jí)旋流器、第二級(jí)旋流器和文氏管，其特征在于: 所述燃料噴嘴為圓臺(tái)狀； 燃料噴嘴的大頭與所述燃料管無縫連接，設(shè)置在所述渦流預(yù)混燃燒器的中心位置； 所述氧化劑管套在所述燃料管外，與所述燃料管同軸布置； 所述文氏管由收縮管和擴(kuò)張管構(gòu)成； 所述收縮管套在所述燃料噴嘴外，與燃料噴嘴同軸布置，并且所述收縮管與所述氧化劑管無縫連接； 所述氧化劑管與燃料管之間環(huán)狀流路和所述收縮管與燃料噴嘴側(cè)表面之間的環(huán)錐狀流路構(gòu)成一連通的氧化劑流路； 所述氧化劑流路的最小橫截面設(shè)置在下游出口位置； 所述氧化劑流路內(nèi)同軸布置第一級(jí)旋流器和第二級(jí)旋流器； 所述第二級(jí)旋流器設(shè)置在所述第一級(jí)旋流器的外側(cè)； 所述第一級(jí)旋流器和所述第二級(jí)旋流器下游出口端面齊平； 所述第一級(jí)旋流器和第二級(jí)旋流器的旋向相反； 所述收縮管下游的小頭無縫連接所述擴(kuò)張管。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流預(yù)混燃燒器，其中，所述燃料噴嘴為氣體燃料噴嘴或液體燃料噴嘴。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦流預(yù)混燃燒器，其中，所述液體燃料噴嘴的結(jié)構(gòu)為壓力霧化式、氣動(dòng)霧化式或組合式結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流預(yù)混燃燒器，其中，所述第一級(jí)和第二級(jí)旋流器各自獨(dú)立地為葉片式或斜切孔式結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流預(yù)混燃燒器，其中，所述第一級(jí)和第二級(jí)旋流器布置在所述氧化劑管與所述燃料管之間的環(huán)狀流路內(nèi)，或者所述收縮管與所述燃料噴嘴側(cè)表面之間的環(huán)錐狀流路內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流預(yù)混燃燒器，其中，所述第一級(jí)旋流器的旋流數(shù)為0.6?0.8，所述第二級(jí)旋流器的旋流數(shù)為0.8?1.0。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流預(yù)混燃燒器，其中，所述收縮管與所述燃料噴嘴側(cè)表面之間夾角為I?5°。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流預(yù)混燃燒器，其中，所述擴(kuò)張管長(zhǎng)度為文氏管喉部直徑的0.25 ?0.35ο9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦流預(yù)混燃燒器，其中，所述擴(kuò)張管長(zhǎng)度為文氏管喉部直徑的0.26ο10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流預(yù)混燃燒器，其中，所述擴(kuò)張管擴(kuò)展錐角比燃料噴嘴燃料噴射錐角小3?8°。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦流預(yù)混燃燒器，其中，所述擴(kuò)張管擴(kuò)展錐角比燃料噴嘴燃料噴射錐角小4°。
【文檔編號(hào)】F23R3/38GK205481130SQ201620117651
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年2月6日
【發(fā)明人】曾青華, 孔文俊, 王寶瑞, 艾育華
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院工程熱物理研究所