[发明专利]一种用于微型涡轮发动机的收扩式环形蒸发管

说明书

本发明公开了一种用于微型涡轮发动机的收扩式环形蒸发管，涉及微型发动机燃烧室技术领域，该收扩式环形蒸发管与涡轮导向器为一体化结构用于将燃油与空气混合雾化后的油气混合物喷入火焰筒内，包括蒸发管外环和蒸发管内环，二者皆与涡轮导向器连接且为一体化结构；收扩段，由环形凹陷部和环形突出部组成用于改变燃油流速与压力从而充分雾化燃油，收扩段包括收缩角α为15°‑25°的收缩段对油气混合物降压增速，扩张角度β为20°‑30°的扩张段对油气混合物增压减速。本发明与涡轮导向器为一体化结构，可以简化发动机的装配，提高发动机前后的同轴度，通过油气混合物在收扩段速度和压力的变化以实现空气对燃油的充分雾化。

技术领域

本发明属于微型发动机燃烧室技术领域，具体是一种用于微型涡轮发动机的收扩式环形蒸发管。

背景技术

近年来，微型动力系统已成为国内研究热点，微型涡轮发动机多采用蒸发管式燃烧室及整体式涡轮导向器，其中蒸发管用于对燃油充分地掺混、雾化和蒸发，涡轮导向器的作用是使得燃气温度和压力降低。

现有技术中的微型涡轮发动机蒸发管和涡轮导向器结构为10-18个的蒸发管通过焊接均布固定在支承环上，导向器与安装环、火焰筒通过搭接连接，个数为10-18个。蒸发管为管材机加成型、支承环为棒料机加成型、涡轮导向器为整体铸造后机加工成型。

目前，发动机在装配时，火焰筒尾部与涡轮导向器连接时，会造成涡轮导向器与火焰筒头部的同轴度较差，严重影响发动机的装配效率。蒸发管为直筒均匀壁厚式结构，燃油在蒸发管内的蒸发速率较慢、与空气掺混不充分导致雾化不理想。并且由于多个蒸发管采用氩弧焊焊接的方式与支承环相连、均布在环形燃烧室中，焊接会导致蒸发管进气口存在不同程度的焊疤，使得进入各个蒸发管的空气流量不一致，影响每个蒸发管内的油气混合物浓度。相邻蒸发管管体之间存在较大的空间，燃油蒸汽从多个蒸发管出口进入火焰筒时会造成火焰筒内燃油分布不均匀、存在局部高温热点，导致燃烧室出口温度分布不均匀，影响燃烧室和涡轮寿命。

因此，本发明提供了一种用于微型涡轮发动机的收扩式环形蒸发管，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于微型涡轮发动机的收扩式环形蒸发管与涡轮导向器为一体化结构，以解决现有技术中发动机装配复杂、蒸发管油气混合均匀性差、蒸发管内的燃油雾化蒸发速率低导致的燃烧室燃烧效率低、燃烧室出口温度分布不均匀等问题。

根据本发明的一个方面，提供一种用于微型涡轮发动机的收扩式环形蒸发管，该收扩式环形蒸发管与涡轮导向器为一体化结构用于将燃油与空气混合雾化后喷入火焰筒内，包括蒸发管外环，所述蒸发管外环整体呈圆台状且其内部中空，所述蒸发管外环大圆口的一端与涡轮导向器连接且为一体化结构，所述蒸发管外环靠近涡轮导向器的一端设有环形凹陷部；蒸发管内环，所述蒸发管内环整体呈圆台状与蒸发管外环处处等距且其内部中空，所述蒸发管内环大圆口的一端与涡轮导向器连接且为一体化结构，所述蒸发管内环靠近涡轮导向器的一端设有与环形凹陷部适配的环形突出部；收扩段，所述收扩段由环形凹陷部和环形突出部组成用于改变燃油流速与压力从而充分雾化燃油。

根据本发明的一个实例性的实施例，所述蒸发管外环小圆口与蒸发管内环小圆口处的结构包括全通和半通。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述蒸发管外环、蒸发管内环分别与涡轮导向器之间的一体化结构皆通过增材制造技术成型，可以避免发动机在装配过程中，火焰筒尾部与涡轮导向器连接时，会造成涡轮导向器与火焰筒头部的同轴度较差、导致发动机装配时需要对涡轮导向器或火焰筒进行修配。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述蒸发管外环小圆口与蒸发管内环小圆口处的结构为半通时，收扩式环形蒸发管存在出口端面，所述出口端面上均匀分布有若干喷油孔。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述喷油孔至少设为2排，任意一排的喷油孔数量至少设有30个，任意相邻两排的喷油孔呈错位分布，所述喷油孔直径至少为0.2mm。