[发明专利]抑制文氏管积碳的高温升燃烧室头部

说明书

本发明涉及一种抑制文氏管积碳的高温升燃烧室头部，包括一级斜轴向旋流器(30)、文氏管(31)、二级斜轴向旋流器(32)、套筒(33)和挡溅盘(35)。文氏管(31)下层包含内收敛段(39)、内喉道(40)和内扩张段(41)，上层包含外收敛段(42)、外喉道(43)和外扩张段(44)，下层和上层之间构成一个内部腔道(37)，内扩张段(41)开有用于冷却及吹除积碳的气膜小孔或狭缝(45)。采取主动抑制文氏管积碳措施，通过在文氏管内部增设一个腔道，并在内壁扩张段开设冷却小孔或狭缝，使得在文氏管内壁形成一道气膜，有效降低文氏管内壁温度，主动抑制燃油因为高温裂解产生积碳。

技术领域

本发明属于航空发动机领域，涉及一种抑制文氏管积碳的高温升燃烧室头部。

背景技术

航空燃气轮机自诞生起就以军用为主要应用对象，现代高性能战斗机普遍采用小涵道比涡扇发动机，为了实现高速机动，其对发动机推重比的要求越来越高(由8～10增至16～20)，发动机的循环参数也因此不断提高，总增压比已达到40以上，燃烧室进出口温度由800～1650K提高到1000～2150K。目前，各大航空发动机厂商正在大力开展军用高温升燃烧室的研究。

燃油雾化和油气匹配是决定高性能燃烧室综合性能的关键，为了实现燃油雾化和油气匹配，现代高性能燃烧室头部广泛采用一种集燃油雾化和油气混合于一体的双旋流气动雾化装置，由双级旋流器、文氏管和双油路离心喷嘴组成，它既能保证燃油充分雾化和油气充分混合，并能在燃烧室头部下游形成良好的热回流区实现高速气流中火焰的稳定和完全燃烧。但随着现代高推重比航空发动机循环参数的进一步提高，采用传统头部双旋流气动雾化装置的高温升燃烧室将面临由于进口空气温度和总管内燃油温度升高带来的燃烧室头部积碳问题，尤其是文氏管内壁积碳故障更为严重。文氏管如果长期积碳将极大地降低燃烧室性能和寿命。为了保证航空发动机燃烧室在更高的空气进口温度和燃油温度条件下文氏管不积碳，美国GE公司通过不断调整文氏管喉道直径及文氏管喉道至一级旋流器出口的距离对E3双环腔燃烧室进行一系列试验，得到了防止喷嘴和文氏管积碳的积碳准则用于指导喷嘴、旋流器和文氏管一体化设计，这种防止产生积碳的方法主要是从气动上考虑，一方面在文氏管喉道处形成高速流动，降低燃油在喉道处的停留时间，另一方面阻止了高温燃气回流到文氏管内，在一定程度上抑制了燃油在文氏管内壁产生积碳，但是不能从根本上解决文氏管积碳问题。随着高温升燃烧室进口空气温度及总管内燃油温度的不断升高，燃烧室头部尤其是文氏管积碳故障越来越突出，必须对文氏管进行热防护设计，降低该处湿壁温度，主动防止和抑制碳的生成，解决文氏管积碳问题。

发明内容

本发明的目的：提供一种抑制文氏管积碳的高温升燃烧室头部，能够有效抑制文氏管积碳。

本发明的技术方案是：

本发明对文氏管采取了新型热防护设计，使得在其内壁形成了保护气膜，有效地降低文氏管内壁温度和抑制碳粒子在文氏管内壁的附着，主动防止了燃油因高温而在文氏管内壁产生积碳，从根本上解决文氏管积碳问题，即在双旋流气动雾化装置的一、二级旋流器之间分配一股冷却空气流入文氏管内部腔道，再从文氏管内壁小孔或狭缝流出，从而在文氏管内壁形成一道冷却气膜，显著降低文氏管内壁温度，有效抑制燃油因为高温裂解产生积碳，达到主动抑制产生积碳的目的，该气膜同时阻止了已经生成的碳粒子附着在文氏管内壁，防止其沉积产生积碳。为了兼顾燃烧室的综合性能，一、二级旋流器中间的引气从二级旋流器进气量中单独分配或从一级和二级旋流器进气量中共同分配，保证了整个头部进入燃烧室的气量分配不变，即保证了主燃区的油气匹配不变。此外，引入的这股空气形成的气膜使得文氏管内部气流流管收缩，增大了文氏管内流道气流的流速，加强了气流与燃油的剪切作用，改善了燃油雾化。引气气量占二级旋流器进气量的比例较小，二级旋流器出口的流速基本没有降低，保证了燃油在文氏管唇口附近一、二级旋流器反向旋转气流的剪切作用下充分雾化，保证了高温升燃烧室良好的综合性能。