內置油桿的凹腔支板火焰穩定器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種噴油系統和凹腔支板火焰穩定裝置一體化設計方案，將噴油桿內置于凹腔支板內部空腔中，這樣可以減少加力燃燒室的零部件數目，降低部件帶來的流動損失，提高加力燃燒室的整體性能。同時，內置的噴油桿可以利用流過凹腔支板內的冷卻氣流進行氣動霧化，與傳統的直射式噴油方式相比，其霧化效果更好，進一步提高了火焰穩定器的組織燃燒能力和加力燃燒室的燃燒效率。
【專利說明】內置油桿的凹腔支板火焰穩定器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種新型一體化的燃氣渦輪發動機中加力燃燒室的火焰穩定裝置，其噴油系統內置于火焰穩定器內部，實現噴油與火焰穩定一體化設計。
【背景技術】
[0002]加力燃燒室是現代軍用發動機必不可少的部件之一，通過對渦輪后燃氣再次噴入燃油，將渦輪后燃氣中剩余的氧氣進一步組織燃燒，可以在短時間內極大提高發動機的推力。然而，渦輪出口的燃氣速度非常快，故一般在加力燃燒室中通過布置周向和徑向鈍體火焰穩定器，利用高速氣流繞過鈍體結構形成的回流區來穩定火焰和組織燃燒。但是，該方案有著明顯的缺點，當發動機沒有工作在加力狀態時，加力燃燒室內的鈍體火焰穩定器則完全不起到作用，增大了發動機的流動損失和重量。另外，傳統加力燃燒室中的噴油桿直接暴露在高溫來流中，噴油桿容易在高溫下發生結碳結膠，影響發動機正常工作，同時，噴油系統與火焰穩定器相互獨立，這也增加了部件安裝與維修上的困難。
[0003]為了解決傳統加力燃燒室方案對發動機造成的負面影響，有人提出了一種將渦輪后支板與火焰穩定器一體化設計的方案(中國專利申請號:201010135627.X)，該方案將傳統的流線型渦輪后支板改為帶凹腔的尾緣突擴形狀，使得渦輪后支板同時兼任火焰穩定器的功能，從而取消了傳統的鈍體火焰穩定器。但是，該方案中火焰穩定器與噴油系統依然相互獨立，限制了凹腔支板火焰穩定器的性能。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術的上述技術不足，本發明在不明顯改變凹腔支板的形狀的前提下，將噴油系統內置于凹腔支板內部，實現噴油系統與凹腔支板的一體化設計。同時利用支板內部的冷卻空氣流動，提高燃油的霧化蒸發效果，從而提高火焰穩定器的工作性能。同時兼顧結構簡單，易于維護。
[0005]在根據本發明的一個方面的技術方案中，凹腔支板內部設計兩個空腔，前腔內安裝充填供油噴油桿，后腔用于引入冷卻空氣，兩個腔體之間用兩個圓形通道連接。將值班供油噴油桿安裝在前擋板與支板圍成的空腔內。
[0006]根據本發明的一個方面，冷卻氣流進入凹腔支板內部后，首先在支板后腔內流動，對支板尾部進行冷卻；之后從兩個圓形連接通道進入支板前腔，一部分冷卻空氣與充填供油噴油桿上四個噴油孔中噴出的燃油混合之后，從凹腔支板兩側的4個長條形的噴油孔噴出，形成類似氣動霧化噴嘴的作用；剩余的冷卻空氣從凹腔支板頭部的12個小圓形導氣孔進入前擋板與凹腔支板圍成的空腔中，在空腔中與從值班供油噴油桿上三個噴油孔中噴出的燃油進行混合與霧化蒸發。燃油混合氣從前擋板兩側的城垛形縫槽中流出支板，在支板的凹腔與尾緣處組織燃燒。
[0007]根據本發明的一個方面，提供了一種內置油桿的凹腔支板火焰穩定器，其特征在于包括:
[0008]凹腔支板；
[0009]一個半長條形的前擋板，其與凹腔支板焊接在一起；
[0010]前擋板與凹腔支板圍成的空腔；
[0011]設置在凹腔支板內部的后腔和前腔；
[0012]設置在前腔中的充填供油噴油桿；
[0013]設置在空腔中的值班供油噴油桿；
[0014]后腔和前腔之間由兩個圓形連接通道相連接。
[0015]本發明的優點包括:
[0016]本發明利用冷卻空氣對支板后半部進行冷卻，從而降低了支板表面的壁面溫度，減小紅外福射，提聞發動機的隱身性能。
[0017]本發明的噴油系統內置于凹腔支板內部，噴油桿與凹腔支板一體化設計，減少了直接暴露在發動機流道中的零件數量，從而簡化了加力燃燒室的結構，降低了流動損失。
[0018]本發明中，噴油桿噴出的燃油利用了冷卻空氣進行輔助霧化，相較于傳統的加力燃燒室采用的直射式噴油，本發明的燃油霧化效果更好，燃油的燃燒效率更高。
[0019]本發明結構簡單，充分利用了凹腔支板的內部空間，對凹腔支板進行合理的改造，在實現設計目標的情況下，沒有過度的增加凹腔支板的流動損失和堵塞面積。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是帶凹腔的支板火焰穩定器的剖面圖
[0021]圖2是內置油桿的凹腔支板火焰穩定器的剖面圖
[0022]圖3是內置油桿的凹腔支板火焰穩定器內部冷卻空氣流動示意圖
[0023]附圖標記:
[0024]I是凹腔支板火焰穩定器，2是空心凹腔支板，3是后腔，4是圓形連接通道，5是前腔，6是充填供油噴油桿，7是噴油孔，8是小圓形導氣孔，9是前擋板，10是值班供油噴油桿，11是城垛型縫槽，12是充填供油噴油桿噴油孔，13是值班供油噴油桿噴油孔，14是空腔，15是冷卻空氣，16是加力燃燒室來流燃氣
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖及【具體實施方式】詳細介紹本發明。
[0026]根據本發明的一個實施例，對于中國專利申請201010135627.X號中提出的凹腔支板火焰穩定器1(見圖1)進行改造設計，取消了原本凹腔支板火焰穩定器的頭部結構，取而代之的是如圖2所示的方案，其中包括一個半長條形的前擋板9，前擋板9與凹腔支板2焊接在一起。同時，將原本的實心凹腔支板內部設計兩個空腔，即后腔3和前腔5，兩個空腔之間由兩個圓形連接通道4(圖2中只顯示了其中之一)相連接。
[0027]在根據本發明的噴油系統與凹腔支板一體化設計中，將值班供油噴油桿10安置在前擋板9與凹腔支板2圍成的空腔14中，將充填供油噴油桿6安置在凹腔支板2內部的前腔5中。
[0028]圖3示意了凹腔支板火焰穩定器工作時內部冷卻空氣流動的情況。其中冷卻空氣15從后腔3進入支板2內部后,首先在后腔3內流動,對支板2的尾緣處進行冷卻,之后從兩個圓形連接通道4進入前腔5。冷卻空氣在前腔5中，部分冷卻空氣伴隨著充填供油噴油桿6上四個噴油孔12中噴出的燃油，從凹腔支板表面兩側的噴油孔7流出，起到類似氣動霧化噴嘴的作用，剩余的冷卻空氣從支板前部的小圓形導氣孔8進入前擋板9與凹腔支板2圍成的空腔14中，并在該空腔14內與值班供油噴油桿10上三個噴油孔13中噴出的燃油進行混合與霧化，混合后的燃油蒸汽從頭部兩側的城垛型縫槽11中流出支板。從城垛型縫槽11和噴油孔7中流出的燃油混合氣，隨著加力燃燒室來流燃氣16向下游流動，最后在凹腔和支板尾緣處組織燃燒。
[0029]本發明的優點包括:
[0030]本發明利用冷卻空氣對支板后半部進行冷卻，從而降低了支板表面的壁面溫度，減小紅外福射，提聞發動機的隱身性能。
[0031]本發明的噴油系統內置于凹腔支板內部，噴油桿與凹腔支板一體化設計，減少了直接暴露在發動機流道中的零件數量，從而簡化了加力燃燒室的結構，降低了流動損失。
[0032]本發明中，噴油桿噴出的燃油利用了冷卻空氣進行輔助霧化，相較于傳統的加力燃燒室采用的直射式噴油，本發明的燃油霧化效果更好，燃油的燃燒效率更高。
[0033]本發明結構簡單，充分利用了凹腔支板的內部空間，對凹腔支板進行合理的改造，在實現設計目標的情況下，沒有過度的增加凹腔支板的流動損失和堵塞面積。
[0034]應當理解的是，在以上敘述和說明中對本發明所進行的描述只是說明而非限定性的，且在不脫離如所附權利要求書所限定的本發明的前提下，可以對上述實施例進行各種改變、變形、和/或修正。
【權利要求】
1.內置油桿的凹腔支板火焰穩定器，其特征在于包括: 凹腔支板⑵； 一個半長條形的前擋板(9)，其與凹腔支板(2)焊接在一起； 前擋板(9)與凹腔支板(2)圍成的空腔(14)； 設置在凹腔支板⑵內部的后腔⑶和前腔(5)； 設置在前腔(5)中的充填供油噴油桿(6)； 設置在空腔(14)中的值班供油噴油桿(10)； 后腔(3)和前腔(5)之間由兩個圓形連接通道(4)相連接。
2.根據權利I所述的凹腔支板火焰穩定器，其特征在于: 前擋板(9)邊緣設有兩排城垛形縫槽(11)， 前腔(5)的兩側處各設有2個長條形的噴油孔(7)，共4個噴油孔(7)， 后腔(3)用于引入冷卻空氣(15)， 前腔(5)頭部處設有小圓形導氣孔(8)。
3.根據權利2所述的內置油桿的凹腔支板火焰穩定器，其特征在于: 充填供油噴油桿(6)在兩側各開有兩個噴油孔(12)，共4個噴油孔，這4個噴油孔的位置分別正對著支板前腔上的4個長條形的噴油孔(7)，其噴油方向與加力燃燒室來流(16)方向垂直。
4.根據權利3所述的內置油桿的凹腔支板火焰穩定器，其特征在于:值班供油噴油桿(10)的一側開有噴油孔(13)，每個噴油孔(13)的位置正對著小圓形導氣孔⑶中間，其噴油方向與加力燃燒室來流(16)方向相反。
5.根據權利3所述的內置油桿的凹腔支板火焰穩定器，其特征在于 充填供油噴油桿(6)共設置有兩根， 充填供油噴油桿(6)在兩側開有兩個噴油孔(12)，共4個噴油孔(12)。
6.根據權利3所述的內置油桿的凹腔支板火焰穩定器，其特征在于 值班供油噴油桿(10)的一側開有3個噴油孔(13)， 前腔(5)頭部處設有12個小圓形導氣孔(8)。
【文檔編號】F23R3/18GK104373964SQ201410559548
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月20日 優先權日:2014年10月20日
【發明者】金捷, 王方, 劉鄧歡, 劉玉英, 岳明 申請人:北京航空航天大學