一種基于煙氣循環燃燒的多級旋流燃燒室的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及潛艇動力燃燒領域，具體地涉及一種基于煙氣循環燃燒的多級旋流燃燒室。
【背景技術】
[0002]公知的潛艇動力燃燒室的燃燒頭部為單旋流燃燒器，即中心燃料噴嘴，燃料噴嘴的外圈開設單級旋流器。單級旋流器在混合燃料和氧化劑方面，存在混合不均、摻混性能不佳的問題。燃料和氧化劑的混合不均導致燃燒室的工作性能不佳。此外，公知的這類燃燒室的火焰筒與燃燒室壁之間采用徑向雙環腔形式，這種形式的內環腔流動的是煙氣，外環腔流動的是氧化劑，在這種結構下，燃燒室不存在補燃用氧化劑，導致出現燃燒效率偏低的問題。也有公知的這類燃燒室的火焰筒與燃燒室壁之間采用單環腔形式，在這種結構下，環腔流動的是氧化劑，大量氧化劑用于燃燒室的尾部摻混，導致燃燒室出現氧化劑利用率偏低的問題。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種基于煙氣循環燃燒的多級旋流燃燒室，以解決公知技術存在的問題。
[0004]為實現上述目的，本實用新型提供的基于煙氣循環燃燒的多級旋流燃燒室，包括燃燒頭部、火焰筒、隔流板、燃燒室壁、換熱器和混合器。其中:
[0005]燃燒頭部開設有燃料噴嘴和多個同軸心徑向布置的旋流器；
[0006]燃料噴嘴的噴口與旋流器相間布置；
[0007]徑向相鄰旋流器設置為反旋向布置；
[0008]火焰筒的壁上開設有多排氣孔，火焰筒與燃燒室壁之間通過隔流板設置有沿軸向串聯式的上下游兩個環腔，上游環腔為第一環腔，第一環腔通過火焰筒壁上氣孔及燃燒頭部的燃燒器與火焰筒內腔相連通；
[0009]隔流板下游環腔為第二環腔，第二環腔通過火焰筒壁上氣孔與火焰筒內腔相連通；
[0010]火焰筒出口通過一煙氣管道連接換熱器，然后分成三個通道，第一通道通過流量閥連接至混合器，由該混合器連接第一環腔的第一環腔接口 ；第二通道通過流量閥連接第二環腔的第二環腔接口 ；第三通道連接燃燒室下游。
[0011]引入第一環腔的是經過混合器混合后的煙氣與氧化劑的混合氣，自火焰筒中部進入后逆流至燃燒頭部，部分混合氣沿途通過火焰筒壁上的補燃型氣孔和冷卻型氣孔進入火焰筒內腔，剩余混合氣經過燃燒頭部上的燃燒器進入火焰筒內腔。引入第二環腔內煙氣進入環腔后，通過火焰筒壁上的摻混型氣孔和冷卻型氣孔進入火焰筒內腔。
[0012]所述的基于煙氣循環燃燒的多級旋流燃燒室，其中，燃料噴嘴沿徑向開設一個或多個燃料噴口。
[0013]所述的基于煙氣循環燃燒的多級旋流燃燒室，其中，旋流器的級數多2。
[0014]所述的基于煙氣循環燃燒的多級旋流燃燒室，其中，旋流器為軸向葉片式結構、徑向葉片式結構、軸向斜切孔式結構或徑向斜切孔式結構。
[0015]所述的基于煙氣循環燃燒的多級旋流燃燒室，其中，旋流器的出口連接混合段。
[0016]所述的基于煙氣循環燃燒的多級旋流燃燒室，其中，旋流器出口混合段是擴張段或文氏管段。
[0017]所述的基于煙氣循環燃燒的多級旋流燃燒室，其中，火焰筒的冷卻方式為氣膜冷卻、發散冷卻或復合冷卻方式。
[0018]本實用新型與現有公知技術相比的優點如下:
[0019](I)本實用新型在燃燒室本體的燃燒頭部開設多個旋流器，徑向相鄰旋流器采用反旋向布置，旋流器與燃料噴嘴噴口相間布置，以加強燃燒頭部的旋流剪切作用，增強摻混強度，提高燃料與氧化劑的混合均勻程度。解決了公知技術存在的燃料和氧化劑的混合不均導致工作性能不佳的問題。
[0020](2)本實用新型的燃燒室的排煙有兩個回路，其中一路煙氣與燃燒室的氧化劑在混合器中進行混合后，回流至第一環腔，然后向燃燒室頭部逆流，其中部分混合氣沿途通過火焰筒壁上的補燃型氣孔進入火焰筒內腔，用于補充燃燒此處尚未燃盡的燃料，部分混合氣沿途通過火焰筒壁上的冷卻型氣孔進入火焰筒內腔，用于冷卻火焰筒壁面，剩余混合氣最終逆流至燃燒頭部，通過燃燒器進入火焰筒內腔，用于混合燃料燃燒。該回路起到如下作用:(a)回流煙氣稀釋了氧化劑，降低了火焰筒內的燃燒強度，保護火焰筒不被燒毀，延長了燃燒室的使用壽命，(b)回流煙氣預熱了氧化劑，提高了氧化劑的溫度，從而減少火用損失，(C)含氧混合氣通過頭部和補燃型氣孔合理分配進氣，能夠實現充分燃盡的目的。本回路利用煙氣降低了燃燒溫度，減小不可逆損失，同時合理分配氧化劑實現燃料的高效燃燒。
[0021]另一回路煙氣回流至第二環腔，部分煙氣通過火焰筒壁上的摻混型氣孔進入火焰筒內腔，用于調節火焰筒出口溫度分布，剩余煙氣通過火焰筒壁上的冷卻型氣孔進入火焰筒內腔，用于冷卻火焰筒壁面。本回路在不消耗氧化劑的情況下實現了火焰筒出口溫度調節和和壁面的冷卻，節約了燃燒室的氧化劑使用量，提高了燃燒室的氧化劑的利用率。
[0022]本實用新型采用的雙路煙氣回流和軸向串聯式的雙環腔結構，解決了公知技術存在的燃燒效率偏低和氧化劑利用率偏低的問題。
[0023]本實用新型的基于煙氣循環燃燒的多級旋流燃燒室，可以提高燃料與氧化劑的混合均勻程度，增強燃燒性能，降低燃料消耗量；可以降低燃燒溫度，延長火焰筒使用壽命；可以提高氧化劑初始溫度，減小燃燒室不可逆損失；可以合理分配頭部和補燃氣量，實現高效率燃燒；可以在不消耗氧化劑的情況下實現了火焰筒出口溫度分布調節和和壁面的冷卻，提高燃燒室內氧化劑的利用率。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實用新型的多級旋流燃燒室結構示意圖。
[0025]圖2是本實用新型實施例一的燃燒頭部圖；
[0026]圖3是本實用新型實施例二的燃燒頭部圖。
[0027]附圖中符號說明:
[0028]I燃燒頭部；2火焰筒；3隔流板；4燃燒室壁；5燃燒器；6燃料噴嘴；7旋流器；8第一環腔；9第二環腔；10第一環腔接口 ；11第二環腔接口 ；12換熱器；13火焰筒排出的煙氣；14、15、16煙氣；17氧化劑與煙氣的混合器；18點火器；19第一級旋流器；20第二級旋流器；21混合段；22、23、24燃料噴口 ；25補燃型氣孔；26摻混型氣孔；27冷卻型氣孔。
【具體實施方式】
[0029]本實用新型的基于煙氣循環燃燒的多級旋流燃燒室，由燃燒頭部、火焰筒、隔流板、燃燒室壁、換熱器和混合器組成。其中，燃燒頭部開設有燃料噴嘴和多個同軸心徑向布置的旋流器，徑向相鄰旋流器設置為反旋向布置，旋流器與燃料噴嘴的噴口相間布置，以加強燃燒頭部的旋流剪切作用，增強摻混強度，提高燃料與氧化劑的混合均勻程度。
[0030]火焰筒的壁上開設有多排氣孔，火焰筒與燃燒室壁之間通過隔流板設置有沿軸向串聯式的上下游兩個環腔，上游環腔為第一環腔，第一環腔通過火焰筒壁上氣孔及燃燒頭部的燃燒器與火焰筒內腔相連通；隔流板下游環腔為第二環腔，第二環腔通過火焰筒壁上氣孔與火焰筒內腔相連通。火焰筒出口通過一煙氣管道連接換熱器，然后分成三個通道，第一通道通過流量閥連接至混合器，由該混合器連接第一環腔的