一种宽广工作范围氢燃料燃烧室制造技术

本实用新型专利技术公开了一种宽广工作范围氢燃料燃烧室，包括气态燃料旋流喷注器，气态燃料旋流喷注器包括第一锥台、第二锥台、连接管和燃料管，第二锥台设于第一锥台内部，并与第一锥台同轴布置，第二锥台顶部为封闭结构，且其与第一锥台之间形成有进料腔，第一锥台侧壁上形成有贯穿至第一锥台底壁的空气旋流孔，第二锥台内部形成有中心流道，第二锥台侧壁上开设有贯通至中心流道的气态燃料旋流孔，连接管为锥形结构，其一端与第一锥台顶部连接，另一端与燃料管连通。该燃烧室不仅结构简单，设计合理，操作方便，而且充分实现了气态燃料与空气高效混合以保证燃烧室稳定燃烧的技术效果，有效满足了气态燃料的燃烧组织需求，具有良好的市场应用前景。市场应用前景。市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种宽广工作范围氢燃料燃烧室


[0001]本技术涉及燃烧设备
，更具体的说是涉及一种宽广工作范围氢燃料燃烧室。

技术介绍

[0002]当前，国内外航空涡轮发动机均基于液态碳氢燃料(航空煤油)，在此基础上根据减少排放的需求也开展了部分掺氢燃烧的方案研究，即主燃料仍然使用碳氢燃料，只是在燃烧室中加入一部分氢气辅助燃烧，从而提高燃烧效率并减少排放，但是目前还没有完全使用气态燃料的航空发动机技术方案。
[0003]针对未来更宽速域的推进要求，国内外提出了几种基于高效预冷技术的动力方案，如英国提出的“佩刀(SABRE)”和“弯刀(Scimitar)”发动机方案，以及日本提出的“ATREX”发动机方案等，上述发动机方案中虽然强预冷系统不尽相同，但均需要使用氢作为冷却剂兼燃料。因此，纯气态燃料的航空发动机有可能成为未来宽速域推进系统的发展趋势，而气态燃料的燃烧组织是其中的关键问题之一。目前还没有气态燃料涡轮发动机燃烧室的相关技术方案。
[0004]因此，提供一种结构简单，设计合理，操作方便，具有高效混合性能，能够有效保证燃烧室稳定燃烧，充分满足气态燃料燃烧组织需求的宽广工作范围氢燃料燃烧室是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，为了解决现有技术中燃烧室无法满足气态燃料燃烧需求等技术问题，本技术提供了一种结构简单，设计合理，操作方便，具有高效混合性能，能够有效保证燃烧室稳定燃烧，充分满足气态燃料燃烧组织需求的宽广工作范围氢燃料燃烧室及其工作方法。
[0006]为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：
[0007]一种宽广工作范围氢燃料燃烧室，包括气态燃料旋流喷注器，所述气态燃料旋流喷注器包括第一锥台、第二锥台、连接管和燃料管，所述第二锥台设于所述第一锥台内部，并与所述第一锥台同轴布置，所述第二锥台顶部为封闭结构，且其与所述第一锥台之间形成有进料腔，所述第一锥台侧壁上形成有贯穿至所述第一锥台底壁的空气旋流孔，所述第二锥台内部形成有中心流道，所述第二锥台侧壁上开设有贯通至所述中心流道的气态燃料旋流孔，所述连接管为锥形结构，其一端与所述第一锥台顶部连接，另一端与所述燃料管连通。
[0008]经由上述的技术方案可知，与现有技术方案相比，本技术公开提供了一种宽广工作范围氢燃料燃烧室，通过利用气态燃料旋流喷注器中的连接管与燃料管和第一锥台的连接结构，能够使气态燃料依次经由燃料管和连接管到达第二锥台处，并经由气态燃料旋流孔进入中心流道内，同时外部空气经由第一锥台上的空气旋流孔与经由中心流道排出
的气态燃料在距离第一锥台底部一定距离处高效混合，并使得混合后的气体在气态燃料旋流喷注器下游的火焰筒内进行正常燃烧，从而实现了使用气态燃料为涡轮发动机提供动力的技术效果。本技术的一种宽广工作范围氢燃料燃烧室，不仅结构简单，设计合理，操作方便，而且充分实现了气态燃料与空气高效混合以保证燃烧室稳定燃烧的技术效果，有效满足了气态燃料的燃烧组织需求，具有良好的市场应用前景。
[0009]进一步的，所述空气旋流孔为多个，多个所述空气旋流孔均匀间隔排布在所述第一锥台侧壁上。
[0010]采用上述技术方案产生的有益效果是，能够充分保证足够空气的进入，便于使旋流后的空气与气态燃料高效混合后稳定燃烧。
[0011]进一步的，所述空气旋流孔的中心线与所述第一锥台中心轴线的夹角为64
°‑
68
°
，所述空气旋流孔的中心线与所述第一锥台径向的夹角为14
°‑
18
°
。
[0012]采用上述技术方案产生的有益效果是，便于使空气经过空气旋流孔后具有一定的径向速度与轴向速度，从而保证旋流后的空气与气态燃料高效混合。
[0013]进一步的，所述气态燃料旋流孔为两排以上，两排以上所述气态燃料旋流孔沿所述第二锥台轴向均匀布置，每排所述气态燃料旋流孔均包括多个均匀间隔排布的所述气态燃料旋流孔，且两排以上所述气态燃料旋流孔中的多个所述气态燃料旋流孔均匀交错布置。
[0014]采用上述技术方案产生的有益效果是，能够有效保证气态燃料的喷注速度，避免气态燃料的喷注速度过高或过低影响其燃烧效率。
[0015]进一步的，所述气态燃料旋流孔倾斜布置，且所述气态燃料旋流孔的中心线与所述第二锥台中心轴线的夹角为25
°‑
35
°
。
[0016]采用上述技术方案产生的有益效果是，能够有效保证气态燃料经过气态燃料旋流孔后的喷注速度，从而使其与空气高效混合，提高气态燃料的燃烧效率。
[0017]进一步的，所述气态燃料旋流孔的孔径为1
‑
4mm。
[0018]采用上述技术方案产生的有益效果是，使得该燃烧室结构设计合理，燃烧效率高。
[0019]进一步的，所述燃料管的流通面积不小于多个所述气态燃料旋流孔流通面积总和的4倍。
[0020]采用上述技术方案产生的有益效果是，有效实现对燃烧室内气态燃料的持续供应，提高气态燃料的燃烧效率。
[0021]本技术的一种宽广工作范围氢燃料燃烧室的工作方法，包括以下步骤：首先，将气态燃料以一定的旋流速度和轴向速度从喷注器中喷出至燃料管内，并经由燃料管输送至进料腔，使得进料腔内的气态燃料以一定的径向速度和轴向速度经由气态燃料旋流孔进入中心流道；其次，气态燃料经由中心流道流出后，在气态燃料旋流喷注器下游与经由空气旋流孔进入的旋流空气高效混合，实现气态燃料与空气的一次掺混；再次，一次掺混后的混合气体进入二级旋流器中，与进入二级旋流器内的空气实现二次掺混；最后，二次掺混后的混合气体在火焰筒中部进行正常燃烧。
[0022]经由上述的技术方案可知，通过采用上述方法，能够有效增强气态燃料与空气的混合速度及混合效率，使其在距离气态燃料旋流喷注器更短的时间内实现燃烧，缩短燃烧室的长度，减轻燃烧室的重量，同时还便于操作人员有效控制好火焰分布位置，形成脱体火
焰，避免结构热防护失效。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0024]图1附图为本技术提供的一种宽广工作范围氢燃料燃烧室的结构示意图；
[0025]图2附图为本技术提供的一种宽广工作范围氢燃料燃烧室中气态燃料旋流喷注器的结构示意图；
[0026]图3附图为本技术提供的一种宽广工作范围氢燃料燃烧室中气态燃料旋流喷注器的俯视图；
[0027]图4附图为图3附图在A
‑
A断面下的剖视图；
[0028]图5附图为本技术提供的一种宽广工作范围氢燃料燃烧室中第一锥台和第二锥台的结构示意图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽广工作范围氢燃料燃烧室，其特征在于，包括气态燃料旋流喷注器(100)，所述气态燃料旋流喷注器(100)包括第一锥台(1)、第二锥台(2)、连接管(3)和燃料管(4)，所述第二锥台(2)设于所述第一锥台(1)内部，并与所述第一锥台(1)同轴布置，所述第二锥台(2)顶部为封闭结构，且其与所述第一锥台(1)之间形成有进料腔(5)，所述第一锥台(1)侧壁上形成有贯穿至所述第一锥台(1)底壁的空气旋流孔(6)，所述第二锥台(2)内部形成有中心流道(7)，所述第二锥台(2)侧壁上开设有贯通至所述中心流道(7)的气态燃料旋流孔(8)，所述连接管(3)为锥形结构，其一端与所述第一锥台(1)顶部连接，另一端与所述燃料管(4)连通。2.根据权利要求1所述的一种宽广工作范围氢燃料燃烧室，其特征在于，所述空气旋流孔(6)为多个，多个所述空气旋流孔(6)均匀间隔排布在所述第一锥台(1)侧壁上。3.根据权利要求1或2所述的一种宽广工作范围氢燃料燃烧室，其特征在于，所述空气旋流孔(6)的中心线与所述第一锥台(1)中心轴线的夹角为64
°‑
68
°
，所述空气旋流孔(6)的中心线与所述第一锥台(1)径向的夹角为14
°‑
18
°
。4.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：周瑜，张弯洲，谢松柏，母忠强，杨顺华，罗佳茂，向周正，游进，
申请(专利权)人：中国人民解放军三二八零四部队，
类型：新型
国别省市：