[发明专利]一种带有级间燃烧室的涡轮静子叶片

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机或燃气轮机的涡轮静子叶片，尤其是涉及一种带有级间燃烧室的涡轮静子叶片。

背景技术

为了提升航空发动机或燃气轮机的动力性能，通常有增大压气机增压比、提高涡轮前温度等方法，但此类研究可挖掘的潜力已较小。

涡轮级间燃烧室（Interstage Turbine Burner，ITB）作为一种新的思路于近年被提出，它通过在航空发动机的高压和低压涡轮之间加入一个燃烧室来提升循环加热量，从而提升发动机动力。由于该燃烧室被布置在两个涡轮级间，所以相比于主燃烧室，其进口气流温度和速度都要高，对稳焰要求高；相比于加力燃烧室，由于要考虑其后低压涡轮的耐受极限，温度上升不能太高，故而对贫油燃烧性能要求高；同时由于涡轮级间的空间有限，燃烧室设计还需考虑紧凑性。

驻涡燃烧室（Trapped Vortex Combustor，TVC）是一种可作为级间燃烧室的方案。它由凹腔和主流组成，空气和燃料在凹腔中快速混合并燃烧形成回流区。由于凹腔从主流区域屏蔽出来，单独形成了火焰，所以其在很宽的流动条件下都能保持稳定工作。驻涡燃烧室具有稳定工作范围宽，贫熄性能优越，结构简单，污染排放低等优点。但是其应用于航空发动机级间燃烧时需要增加一定的轴向长度，不利于发动机的重量控制。

公开号为CN1858498的专利申请公开了一种切向驻涡燃烧室，利用切向旋流产生的高离心加速度加强液雾燃烧，在燃烧室出口前的位置设有掺混孔以保证其良好的出口温度分布。

超紧凑燃烧室（Ultra-Compact Combustior，UCC）是2002年由美国空军研究实验室（Air Force Research Laboratory，AFRL）提出的另一种可作为级间燃烧室的方案。其结构特征是在涡轮静叶机匣外环上沿周向布置有一环形空腔，类似TVC方案。在空腔内气流绕轴线旋转流动，加强油气和燃气的掺混，由于旋转流动产生的离心力导致径向压力梯度的存在，也加强了径向上燃气传播。切向空腔为富油燃烧提供了足够的驻留时间，燃烧产物的循环转动也稳定了火焰。高离心力在一定程度上可以加快火焰传播速度，这对燃烧效率和燃烧稳定性都有很大的改善。而轴线附近旋转线速度小，形成低速区，可作为稳定的高温源。火焰通过静子叶片上特殊形状的凹槽传播到轴向主流中。简单来说，可以把切向空腔看作主燃区，叶片上的径向凹槽是中间区域，而主流的叶片后部则是掺混区。UCC方案的最大优点是能与涡轮静子叶片轴向尺寸相当，仅增加少量径向空间而不占用轴向空间，同时没有增加单独部件，避免了造成发动机整体重量的增加。但目前关于UCC的不论是实验研究还是数值模拟都处于初步阶段。

发明内容

本发明的目的是提供可克服进口气流流速大、温度高所产生的困难，能解决贫油燃烧，稳焰及叶片冷却等问题，具有良好贫油熄火特性，可显著提高雾化效果、降低阻塞比的一种带有级间燃烧室的涡轮静子叶片。

本发明包括内环、外环和多个导向叶片；外环设有冷却腔，冷却腔设有进气口，各导向叶片设于内环与外环之间，各导向叶片之间为主流道；其特点在于：

导向叶片设有导向叶片主体和导向叶片盖，导向叶片盖设于导向叶片主体上端，导向叶片主体设有前部的喷油腔、中部的回流腔和后部的冷却腔；导向叶片盖后部也设有冷却腔，喷油腔内部有喷杆插槽，喷油腔与主流道连通；导向叶片主体的冷却腔与导向叶片盖的冷却腔及外环的冷却腔连通，导向叶片主体的冷却腔及导向叶片盖的冷却腔均设有冷却孔；

所述带有级间燃烧室的涡轮静子叶片还设有点火装置和多个喷杆装置，点火装置设有点火座和点火电嘴，点火座安装在外环上，点火电嘴固定在点火座上并穿过外环的冷却腔；喷杆装置安装在所述导向叶片上，喷杆装置外端穿过并露出外环，喷杆装置内端伸入导向叶片的喷油腔，喷杆装置设有油管、气管和喷嘴，油管设于气管内部，喷嘴设于油管和气管上，喷嘴设有喷油口和多个喷气口，喷油口与油管连通，各喷气口均与气管连通，油管和气管分别与供油管和供气管连接。

所述点火座和点火电嘴一般可设2个；所述喷杆装置一般可设6～12个，且呈均布设置。喷杆装置的数量与导向叶片数量对应相等。

所述喷嘴的喷油口最好设于喷嘴中央，喷气口可设有4个，4个喷气口为偏置的斜孔，均布设于喷油口周边。

所述喷油腔尾端设有挡板，挡板前设有窄缝，通过窄缝，喷油腔与主流道连通。所述挡板为呈120°的角形挡板。

与现有技术比较，本发明的有益效果如下：