[发明专利]涡轮发动机循环加热多级燃烧系统

说明书

本发明公开了涡轮发动机循环加热多级燃烧系统，包括穿过火焰筒外壳设置的进气通道，火焰筒外壳包括预热保温层和燃料预混层，预热保温层的内部为相互连通的蜂窝状结构，预热保温层外缠绕有燃料总管，燃料总管的末端穿入预热保温层且与内部的蜂窝状结构连通，预热保温层与燃料预混层之间设置有燃料通道，燃料通道的外侧设置有与蜂窝状结构连通的进口、内侧设置有喷向燃烧室的燃料喷嘴，燃烧室包括预燃段、收缩段和扩张段，所述燃烧室内设置有与进气通道相连的空气喷嘴。本发明可以保证燃烧效率的前提下，使燃烧稳定高效，温度分布均匀，产生的噪声和污染物排放更低，保证有足够长的使用寿命与可靠性。

技术领域

本发明涉及涡轮发动机燃烧技术领域，特别是指涡轮发动机循环加热多级燃烧系统。

背景技术

燃料涡轮发动机简称为燃料轮机，燃料轮机在空气和燃料的主要流程中，只有压气机（Compressor）、燃烧室（Combustor）和燃料涡轮（Turbine）这三大部件组成的燃料轮机循环，通称为简单循环。燃料轮机在工作时燃烧室内的火焰筒温度高，工作环境十分恶劣，材料无法承受在远超过其正常工作温度的恶劣环境下长时间工作，因此必须对燃烧室火焰筒进行冷却，以防止火焰筒出现裂纹或被烧坏而降低发动机寿命。

但是矛盾的是，燃料轮机循环效率的提高主要依靠燃烧室排气温度的增加，当燃烧室排气温度增加时燃烧室内的温度必然增高，燃烧室内的氮氧化合物的排放也将随之增加，同时燃烧室的工作环境也变得恶劣，如压力高、热负荷大、高温高速、流场复杂。当燃烧室温度升高后，对火焰筒进行冷却不仅会降低燃烧效率，而且还会造成热量损失。

因此，现有技术中，在保证燃烧室高燃烧效率的基础上，如何提高燃料轮机的性能及排放物低污染性是需要解决的难点。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出涡轮发动机循环加热多级燃烧系统，解决了现有燃料涡轮发动机燃烧效率、排放物及结构寿命之间无法同时提高的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：涡轮发动机循环加热多级燃烧系统，包括火焰筒外壳，穿过火焰筒外壳设置有延伸至燃烧室的进气通道，所述火焰筒外壳包括外部的预热保温层和内部的燃料预混层，预热保温层的内部为相互连通的蜂窝状结构，预热保温层的前端设置有燃料总管，燃料总管缠绕在预热保温层的外壁上，燃料总管的末端穿入预热保温层且与内部的蜂窝状结构连通，预热保温层与燃料预混层之间设置有燃料通道，燃料通道的后端封闭、前端设置有与压气机连通的前部进气通道，燃料通道的外侧设置有与蜂窝状结构连通的进口、内侧设置有喷向燃烧室的燃料喷嘴，所述燃烧室包括预燃段、收缩段和扩张段，所述燃烧室内设置有与进气通道相连的空气喷嘴，所述空气喷嘴与燃料喷嘴成对设置在预燃段、收缩段和扩张段，，扩张段的长度大于预燃段、收缩段的长度之和。

进一步地，所述前部进气通道包括前部的蜂窝状连通段，蜂窝状连通段与空气喷嘴相连且与燃料通道之间设置有毛细通道。

进一步地，所述收缩段包括向内突出的径向收缩结构，径向收缩结构的截面为半圆形，半圆形内设置有与燃料通道相连的若干个支管道，两个支管道的末端连接同一个燃料喷嘴。

进一步地，沿所述预燃段和收缩段的周向方向均设置有一环的燃料喷嘴，沿扩张段的周向方向设置有三环的燃料喷嘴，扩张段中每一环的燃料喷嘴的数量与预燃段中每一环的燃料喷嘴的数量相等，收缩段中燃料喷嘴的数量大于预燃段中燃料喷嘴的数量。

进一步地，所述预热保温层的前端设置有向外周凸起的凸起段，燃料总管的前端通过凸起段穿入预热保温层后穿出，燃料总管穿入凸起段的部位设置有与内部的蜂窝状结构连通的连通孔。

进一步地，所述燃料总管穿过凸起段后伸出的部分为半圆形管，半圆形管沿预热保温层的轴向方向呈螺旋状均匀设置。

进一步地，所述进气通道包括设置在预热保温层外壁上的进气斗，与进气斗相连设置有穿过预热保温层和燃料预混层的进气支管，所述空气喷嘴设置在进气支管的末端。