[发明专利]后台阶式预燃级加v型槽式主燃级一体化燃烧器

说明书

技术领域

本发明是一种适用于转子发动机的燃烧装置，特别是一种后台阶式预燃级加v型槽式主燃级一体化燃烧器。

背景技术

国外目前已研制出一种集冲压发动机技术和燃气涡轮发动机技术为一体的新概念发动机-冲压转子发动机。该种发动机可分为两类：一类冲压转子发动机是采用冲压转子压缩空气，其后紧跟燃烧室及涡轮进行燃烧和做功；另一类是在一个转子上实现气体压缩、燃烧和膨胀做功。美国Ramgen公司针对这两类冲压转子发动机都进行了研究和运行试验，其主要目的还是将冲压转子发动机应用在工业燃气轮机方面提供动力，并且均采用气体燃料。

特别是第二类冲压转子发动机，它是将冲压模型、燃烧室和尾喷管安装在一个转子轮缘上组成冲压推进模块，以实现空气压缩、燃烧和膨胀做功三大功能，成为一个独立工作的转子式发动机。由于燃烧系统跟随转子高速旋转，其进口来流相对速度高，要实现高效稳定燃烧，对燃烧组织形式、可靠稳火技术以及燃气密封等提出了新的挑战。

Ramgen公司在转子上的燃烧室采用气体燃料(天然气+氢气)成功地实现了点火、冲压和稳定运行。为了给燃烧室提供可靠的稳火源，Ramgen公司在转子上采用三种稳定火焰方式：纯后台阶方式，旋涡发生器+后台阶方式以及灯塔+后台阶方式。后台阶火焰稳定器是依靠台阶内的驻涡回流区形成稳定点火源，将高温燃烧产物传播到新鲜来流，以点燃剪切层，但是引燃气和主流气的掺混很差，大部分引燃气直接进入了回流区，导致该处富油熄火，在离心效应和油气浓度分布共同作用下，火焰向燃烧室中心偏移。而旋涡发生器通过产生旋涡来增强引燃气和主流的掺混而使燃烧区径向扩展，但掺混强度和燃烧稳定性需要平衡，湍流度过大可能导致熄火。后台阶式稳定器能够提供灵活的供油方式，在径向明显增强燃烧强度，能够增大火焰表面积和放热率，提供更均匀的温度分布、更高的燃烧强度和燃烧室压力，但目前所采用的灯塔堵塞率过小，在燃烧区展向扩展不够充分。

转子发动机上的燃烧系统随转子高速旋转，会产生强烈的离心力场，以及随之而生的浮升力效应，这对燃料的分布以及火焰传播将产生深远影响。第二类冲压转子发动机试验研究还表明，当该发动机转速在2000rpm以上时，其离心加速度在3800g以上，随着燃烧室离心力增大和驻留时间下降，剪切层火焰稳定性变差，只有回流区内的局部驻留时间利于燃烧，而其正常工作转速达到4300rpm，此时离心加速度高达17600g。而Ramgen公司还是采用火焰传播速率较高的气体燃料，如果要采用液体燃料，例如航空煤油等，对其燃烧性能影响将更大。

因此，在转子发动机上，转子转速高，气流相对马赫数达到0.2以上，燃烧室内气流具有离心力场，离心加速度达到1000g～50000g，高流速和高离心力场给燃烧室内的火焰稳定带来非常大的困难，需要对稳火装置进行精心设计。

现有的转子发动机或附带有离心力的燃烧室中对两相液雾的燃烧还没有可在较宽的工作范围内都可以提供稳定高效燃烧的方案，个别的只是针对气态燃料或对两相液雾的燃烧只是提供稳定的点火源，并不能应用在实际上有较宽工作范围的发动机上，尤其是在发动机的各个工作状态都取得稳定的工作及较高的工作效率，并且由于转子发动机的特有离心力场的影响出口温度场的分布也是一个技术难题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种后台阶式预燃级加v型槽式主燃级一体化燃烧器，它能为转子发动机的燃烧系统提供稳定的高位稳火源和良好的低位燃烧效率，保证整个燃烧系统具有宽广的稳定工作范围和高效的燃烧；且一体化设计保证了结构的简单、紧凑同时节省了重量。

本发明的技术解决方案是：后台阶式预燃级加v型槽式主燃级一体化燃烧器由后台阶式预燃级和v型槽式主燃级构成，其中后台阶式预燃级包括后台阶头部、预燃级喷嘴、预燃级喷油孔和后台阶挡板，其中预燃级喷嘴通过螺纹或焊接与后台阶头部连接为一体，预燃级喷油孔和后台阶挡板单独加工好后与后台阶头部焊接为一整体；v型槽式主燃级包括预燃级进油管，主燃级进油管，主燃级喷油孔、后台阶安装座，主燃级v型槽火焰稳定器；主燃级喷油孔开在主燃级进油管上；预燃级进油管套在主燃级进油管内为一体化设计成型，并与后台阶预燃级的安装座固定连接；主燃级v型槽火焰稳定器和后台阶挡板固定连接。