涡流预混燃烧器制造技术

一种涡流预混燃烧器，包括燃料喷嘴、燃料管、氧化剂管、第一级旋流器、第二级旋流器和文氏管，氧化剂管套在燃料管外，与燃料管同轴布置；文氏管的收缩管与氧化剂管连接；氧化剂管与燃料管之间和收缩管与燃料喷嘴表面之间构成一连通的氧化剂流路，其中最小横截面设置在下游出口位置；氧化剂流路内同轴布置第一级旋流器和第二级旋流器；第二级旋流器设置在第一级旋流器外侧；第一级旋流器和第二级旋流器下游出口端面齐平，且两者的旋向相反；收缩管下游与扩张管连接。本实用新型专利技术的氧化剂流路下游会产生条状强湍流剪切涡流带，利用该强湍流剪切带辅助破碎液体燃料，并加速燃料与氧化剂的混合，可提高燃烧性能。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及航空发动机或燃气轮机
，具体地涉及一种包括喷射燃料和空气的涡流预混燃烧器。
技术介绍
公知的燃烧器一般采用单级旋流技术，旋流的作用主要是形成回流区来稳定燃烧火焰。但这种单级旋流式燃烧器存在燃料与氧化剂混合不均造成燃烧不充分的问题。另外，还有一种燃烧器，其氧化剂通道中采用中间带文氏管隔板的双级旋流技术，内旋流用来混合燃料与氧化剂，内旋流结构外侧为文氏管隔板，然后在文氏管隔板外侧并与内旋流结构间隔一段距离布置外旋流结构，外旋流用来补充氧化剂到燃烧气氛中，形成二次燃烧。这种结构相较单旋燃烧器提高了燃烧性能，但外旋流出来的氧化剂对燃料的掺混作用不强，此外文氏管处于高温区，容易积碳和被烧蚀。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种涡流预混燃烧器，从原理和结构上解决当前公知技术存在的不足。为实现上述目的，本技术提供的涡流预混燃烧器，由燃料喷嘴、燃料管、氧化剂管、第一级旋流器、第二级旋流器、文氏管构成。燃料喷嘴为圆台状；燃料喷嘴的大头与上游的燃料管无缝连接，设置在燃烧器中心位置；氧化剂管套在所述燃料管外，与燃料管同轴布置；所述文氏管由收缩管和扩张管构成；收缩管套在所述燃料喷嘴外，与燃料喷嘴同轴布置，并且大头与上游氧化剂管无缝连接；所述氧化剂管与燃料管之间环状流路和所述收缩管与燃料喷嘴侧表面之间的环锥状流路构成一连通的氧化剂流路；所述氧化剂流路的最小横截面设置在下游出口位置；所述氧化剂流路内同轴布置第一级旋流器和第二级旋流器；所述第二级旋流器设置在第一级旋流器外侧；所述第一级旋流器和第二级旋流器下游出口端面齐平；所述第一级旋流器和第二级旋流器的旋向相反；所述收缩管下游的小头无缝连接扩张管。其中，燃料喷嘴为气体燃料喷嘴或液体燃料喷嘴。其中，液体燃料喷嘴的结构为压力雾化式、气动雾化式或组合式结构。其中，两级旋流器为叶片式或斜切孔式结构。其中，两级旋流器布置在氧化剂管与燃料管之间的环状流路内，或收缩管与燃料喷嘴侧表面之间的环锥状流路内。其中，第一级旋流器旋流数为0.6～0.8，第二级旋流器旋流数为0.8～1.0。其中，收缩管与燃料喷嘴侧表面之间夹角为1～5°。其中，扩张管长度为文氏管喉部直径的0.25～0.35。其中，扩张管扩展锥角比燃料喷嘴燃料喷射锥角小3～8°。本技术的第一级旋流器和第二级旋流器在下游出口的端面齐平，这样氧化剂气流经过所述两级旋流器结构后，在下游形成强湍流剪切的涡流带，而公知的燃烧器由于两级旋流器出口端面不齐平和中间位置有隔板的缘故，未发现有强湍流剪切带效应的存在。因此，本技术与现有技术相比的优点如下：本技术通过结构优化和创新，形成强湍流剪切涡流带；本技术利用该强湍流剪切涡流带辅助破碎液体燃料，加速燃料与氧化剂的混合，提高了燃烧性能；同时，本技术取消了公知技术中两级旋流器中间位置处的文氏管隔板，消除了燃烧器部件积碳和被烧蚀的问题。附图说明图1是本技术的原理结构图；图2是本技术实施例1的构造图(外轮廓切去1/4)；图3是本技术实施例2的构造图(外轮廓切去1/4)；图4是本技术实施例3的构造图(外轮廓切去1/4)。图中附图标记说明：1燃料管；2燃料喷嘴；3氧化剂管；4第一级旋流器；4a第一级旋流器下游出口端面；5第二级旋流器；5a第二级旋流器下游出口端面；6收缩管；7扩张管；8文氏管；9收缩管与燃料喷嘴表面之间夹角；10燃料喷嘴燃料喷射锥角；11扩张管扩展锥角；12氧化剂流路；12a氧化剂流路最小横截面；13扩张管长度；14文氏管喉部直径。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术作进一步的详细说明。本技术公开了一种涡流预混燃烧器，其工作原理如下：第一级旋流器4的下游出口端面4a与第二级旋流器5的下游出口端面5a齐平，氧化剂在环状流路12内并行通过第一级旋流器4和第二级旋流器5后，由于两级旋流器的旋向相反，因而会在出口流路的中间位置形成条状强湍流剪切带。由于所述燃料喷嘴2的燃料喷射角10大于扩张管的扩张角11，那么燃料会在下游撞击到强湍流剪切带，因此燃料(若是液体燃料)会被加速破碎，同时在强湍流脉动下与氧化剂会加速混合。因此该结构依靠自身强湍流剪切气动力增强了燃料与氧化剂的掺混效果。更具体地，本技术的涡流预混燃烧器的结构如图1所示，由燃料管1、燃料喷嘴2、氧化剂管3、第一级旋流器4、第二级旋流器5、文氏管8构成。燃料喷嘴2为圆台状；燃料喷嘴2的大头与上游的燃料管1无缝连接，设置在燃烧器中心位置；氧化剂管3套在所述燃料管1外，与燃料管1同轴布置；文氏管8由收缩管6和扩张管7构成；收缩管6套在所述燃料喷嘴2外，与燃料喷嘴2同轴布置，并且收缩管6的大头与上游氧化剂管3无缝连接；氧化剂管3与燃料管1之间的环状流路和收缩管6与燃料喷嘴2侧表面之间环锥状流路构成一连通的氧化剂流路12；氧化剂流路12的最小横截面在下游出口位置的截面12a；氧化剂流路12内同轴布置第一级旋流器4和第二级旋流器5；第二级旋流器5设置在第一级旋流
器4的外侧；第一级旋流器的下游出口端面4a和第二级旋流器下游出口端面5a齐平，且两级旋流器之间无隔板；第一级旋流器4和第二级旋流器5的旋向相反；收缩管6下游的小头无缝连接扩张管7。燃料喷嘴2可以为气体燃料喷嘴或液体燃料喷嘴。其中，液体燃料喷嘴的结构为压力雾化式、气动雾化式或组合式结构。第一级旋流器4的旋流数在0.6～0.8之间；第二级旋流器5的旋流数在0.8～1.0之间。收缩管6与燃料喷嘴2侧表面之间夹角9为1～5°。扩张管长度13为文氏管喉部直径14的0.25～0.35，优选为0.26。扩张管扩展锥角11比燃料喷嘴燃料喷射锥角10小3～8°，优选为4°。本技术中第一级旋流器4和第二级旋流器5可以布置在氧化剂管3与燃料管1之间的环状流路内，也可以布置在收缩管6与燃料喷嘴2侧表面之间的环锥状流路内；结构可以为叶片式结构，也可以为斜切孔式结构。以下结合附图和实施例对本技术的技术方案作进一步的说明。实施例1请参阅图2，本技术第一个实施例中，有如下结构：本技术的涡流预混燃烧器由燃料管1、燃料喷嘴2、氧化剂管3、第一级旋流器4、第二级旋流器5、文氏管8构成。燃料喷嘴2为圆台状；燃料喷嘴2的大头与上游的燃料管1无缝连接，设置在燃烧器中心位置；氧化剂管3套在所述燃料管1外，与燃料管1同轴布置；文氏管8由收缩管6和扩张管7构成；收缩管6套在所述燃料喷嘴2外，与燃料喷嘴2同轴布置，并且大头与上游氧化剂管3无缝连接；氧化剂管3与燃料管1之间的环状流路和收缩管6与燃料喷嘴2侧表面之间环锥状流路构成一连通的氧化剂流路12；氧化剂流路12的最小横截面在下游出口位置的截面12a；氧化剂流路12内同轴布置第一级旋流器4和第二级旋流器5；第二级旋流器5设置在第一级旋流器4的外侧；第一级旋流器的下游出口端面4a和第二级旋流器下游出口端面5a齐平；第一级旋流器4和第二级旋流器5的旋向相反；收缩管6下游的小头无缝连接扩张管7。燃料喷嘴2可以为气体燃料喷嘴或液体燃料喷嘴。其中，液体燃料喷嘴的结构为压力雾化式、气动雾化式或组合式结构。第一级旋流器的旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡流预混燃烧器，包括燃料喷嘴、燃料管、氧化剂管、第一级旋流器、第二级旋流器和文氏管，其特征在于：所述燃料喷嘴为圆台状；燃料喷嘴的大头与所述燃料管无缝连接，设置在所述涡流预混燃烧器的中心位置；所述氧化剂管套在所述燃料管外，与所述燃料管同轴布置；所述文氏管由收缩管和扩张管构成；所述收缩管套在所述燃料喷嘴外，与燃料喷嘴同轴布置，并且所述收缩管与所述氧化剂管无缝连接；所述氧化剂管与燃料管之间环状流路和所述收缩管与燃料喷嘴侧表面之间的环锥状流路构成一连通的氧化剂流路；所述氧化剂流路的最小横截面设置在下游出口位置；所述氧化剂流路内同轴布置第一级旋流器和第二级旋流器；所述第二级旋流器设置在所述第一级旋流器的外侧；所述第一级旋流器和所述第二级旋流器下游出口端面齐平；所述第一级旋流器和第二级旋流器的旋向相反；所述收缩管下游的小头无缝连接所述扩张管。

【技术特征摘要】
1.一种涡流预混燃烧器，包括燃料喷嘴、燃料管、氧化剂管、第一级旋流器、第二级旋流器和文氏管，其特征在于：所述燃料喷嘴为圆台状；燃料喷嘴的大头与所述燃料管无缝连接，设置在所述涡流预混燃烧器的中心位置；所述氧化剂管套在所述燃料管外，与所述燃料管同轴布置；所述文氏管由收缩管和扩张管构成；所述收缩管套在所述燃料喷嘴外，与燃料喷嘴同轴布置，并且所述收缩管与所述氧化剂管无缝连接；所述氧化剂管与燃料管之间环状流路和所述收缩管与燃料喷嘴侧表面之间的环锥状流路构成一连通的氧化剂流路；所述氧化剂流路的最小横截面设置在下游出口位置；所述氧化剂流路内同轴布置第一级旋流器和第二级旋流器；所述第二级旋流器设置在所述第一级旋流器的外侧；所述第一级旋流器和所述第二级旋流器下游出口端面齐平；所述第一级旋流器和第二级旋流器的旋向相反；所述收缩管下游的小头无缝连接所述扩张管。2.根据权利要求1所述的涡流预混燃烧器，其中，所述燃料喷嘴为气体燃料喷嘴或液体燃料喷嘴。3.根据权利要求2所述的涡流预混燃烧器，其中，所述液体燃料喷嘴的结构为压力雾化...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾青华，孔文俊，王宝瑞，艾育华，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11