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、第一級旋流器、第二級旋流器和文氏管，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)同軸布置第一級旋流器和第二級旋流器；第二級旋流器設(shè)置在第一級旋流器外側(cè)；第一級旋流器和第二級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。本實用新型的氧化劑流路下游會產(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]本實用新型涉及航空發(fā)動機(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。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本實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]為實現(xiàn)上述目的，本實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、第一級旋流器、第二級旋流器、文氏管構(gòu)成。
[0006]燃料噴嘴為圓臺狀；
[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)同軸布置第一級旋流器和第二級旋流器；
[0014]所述第二級旋流器設(shè)置在第一級旋流器外側(cè)；
[0015]所述第一級旋流器和第二級旋流器下游出口端面齊平；
[0016]所述第一級旋流器和第二級旋流器的旋向相反；
[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、氣動霧化式或組合式結(jié)構(gòu)。
[0020]其中，兩級旋流器為葉片式或斜切孔式結(jié)構(gòu)。
[0021]其中，兩級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，第一級旋流器旋流數(shù)為0.6?0.8，第二級旋流器旋流數(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]本實用新型的第一級旋流器和第二級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，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)如下:本實用新型通過結(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，本實用新型取消了公知技術(shù)中兩級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是本實用新型的原理結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖2是本實用新型實施例1的構(gòu)造圖(外輪廓切去1/4);
[0029]圖3是本實用新型實施例2的構(gòu)造圖(外輪廓切去1/4);
[0030]圖4是本實用新型實施例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第一級旋流器;4a第一級旋流器下游出口端面；5第二級旋流器;5a第二級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)張管長度;14文氏管喉部直徑。
【具體實施方式】
[0033]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0034]本實用新型公開了一種渦流預(yù)混燃燒器，其工作原理如下:
[0035]第一級旋流器4的下游出口端面4a與第二級旋流器5的下游出口端面5a齊平，氧化劑在環(huán)狀流路12內(nèi)并行通過第一級旋流器4和第二級旋流器5后，由于兩級旋流器的旋向相反，因而會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，那么燃料會在下游撞擊到強(qiáng)湍流剪切帶，因此燃料(若是液體燃料)會被加速破碎，同時在強(qiáng)湍流脈動下與氧化劑會加速混合。因此該結(jié)構(gòu)依靠自身強(qiáng)湍流剪切氣動力增強(qiáng)了燃料與氧化劑的摻混效果。
[0036]更具體地，本實用新型的渦流預(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、第一級旋流器4、第二級旋流器5、文氏管8構(gòu)成。燃料噴嘴2為圓臺狀;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)同軸布置第一級旋流器4和第二級旋流器5;第二級旋流器5設(shè)置在第一級旋流器4的外側(cè)；第一級旋流器的下游出口端面4a和第二級旋流器下游出口端面5a齊平，且兩級旋流器之間無隔板；第一級旋流器4和第二級旋流器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、氣動霧化式或組合式結(jié)構(gòu)。第一級旋流器4的旋流數(shù)在0.6?0.8之間；第二級旋流器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]本實用新型中第一級旋流器4和第二級旋流器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)合附圖和實施例對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
[0040]實施例1
[0041]請參閱圖2，本實用新型第一個實施例中，有如下結(jié)構(gòu):
[0042]本實用新型的渦流預(yù)混燃燒器由燃料管1、燃料噴嘴2、氧化劑管3、第一級旋流器
4、第二級旋流器5、文氏管8構(gòu)成。燃料噴嘴2為圓臺狀;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)同軸布置第一級旋流器4和第二級旋流器5;第二級旋流器5設(shè)置在第一級旋流器4的外側(cè);第一級旋流器的下游出口端面4a和第二級旋流器下游出口端面5a齊平;第一級旋流器4和第二級旋流器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、氣動霧化式或組合式結(jié)構(gòu)。第一級旋流器的旋流數(shù)為0.74;第二級旋流器的旋流數(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，本實施例中兩級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]實施例2
[0046]請參閱圖3，本實用新型第二個實施例，具有如下結(jié)構(gòu):
[0047]本實用新型的渦流預(yù)混燃燒器由燃料管1、燃料噴嘴2、氧化劑管3、第一級旋流器
4、第二級旋流器5、文氏管8構(gòu)成，其中:燃料噴嘴2為圓臺狀;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)同軸布置第一級旋流器4和第二級旋流器5;第二級旋流器5設(shè)置在第一級旋流器4的外側(cè);第一級旋流器的下游出口端面4a和第二級旋流器下游出口端面5a齊平;第一級旋流器4和第二級旋流器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、氣動霧化式或組合式結(jié)構(gòu)。第一級旋流器的旋流數(shù)為0.74;第二級旋流器旋流數(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，本實施例中兩級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]實施例3
[0051]請參閱圖4，本實用新型第二個實施例，具有如下結(jié)構(gòu):
[0052]本實用新型的渦流預(yù)混燃燒器由燃料管1、燃料噴嘴2、氧化劑管3、第一級旋流器
4、第二級旋流器5、文氏管8構(gòu)成，其中:燃料噴嘴2為圓臺狀;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)同軸布置第一級旋流器4和第二級旋流器5;第二級旋流器5設(shè)置在第一級旋流器4的外側(cè);第一級旋流器的下游出口端面4a和第二級旋流器下游出口端面5a齊平;第一級旋流器4和第二級旋流器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、氣動霧化式或組合式結(jié)構(gòu)。第一級旋流器的旋流數(shù)為0.74;第二級旋流器旋流數(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，本實施例中兩級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]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、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，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實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)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種渦流預(yù)混燃燒器，包括燃料噴嘴、燃料管、氧化劑管、第一級旋流器、第二級旋流器和文氏管，其特征在于: 所述燃料噴嘴為圓臺狀； 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)同軸布置第一級旋流器和第二級旋流器； 所述第二級旋流器設(shè)置在所述第一級旋流器的外側(cè)； 所述第一級旋流器和所述第二級旋流器下游出口端面齊平； 所述第一級旋流器和第二級旋流器的旋向相反； 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，所述第一級和第二級旋流器各自獨(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，所述第一級和第二級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，所述第一級旋流器的旋流數(shù)為0.6?0.8，所述第二級旋流器的旋流數(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】F23R3/38GK205481130SQ201620117651
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月6日
【發(fā)明人】曾青華, 孔文俊, 王寶瑞, 艾育華
【申請人】中國科學(xué)院工程熱物理研究所