[發明專利]一種帶有整流板的擴壓器及其應用

有效

• 申請號: 202110628477.4
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113324261B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 閆玥;索建秦;梁紅俠;李樂;孫付軍;朱鵬飛;馮翔洲;李岳;李前東
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F23R3/04
• 分類號: F23R3/04
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 云燕春

本發明一種帶有整流板的擴壓器及其應用，屬于燃氣輪機燃燒室領域；擴壓器沿軸向依次包括前置擴壓器、整流板、突擴擴壓段、火焰筒和內外環腔，整流板位于突擴擴壓段內，前置擴壓器1的出口相對，并垂直于燃燒室的軸向，包括導流孔和導流板；多個導流孔與燃燒室上的火焰筒頭部一一對應設置，包括位于中心的圓孔、扇形孔、冷卻小孔和導流板；導流板包括對稱設置于整流板上、下端的上板和下板，傾斜角均為α。本發明能夠有效降低擴壓器內的總壓損失，減小燃燒室內的無用損失，降低燃油消耗率，并且在進口馬赫數較高時總壓損失也在可以承受的范圍之內；同時對氣流進行合理精準分配后流入下游各個部件，進一步滿足先進燃燒室的氣動需求。

技術領域

本發明屬于燃氣輪機燃燒室領域，具體涉及一種帶有整流板的擴壓器及其應用。

背景技術

壓氣機、燃燒室和渦輪是航空發動機的三大核心部件。在發動機的熱力循環中，燃燒室完成定壓加熱過程，其主要功能就是把燃料中的化學能釋放出來轉變為熱能，使氣體的總焓增大，提高燃氣在渦輪和尾噴管中膨脹做功的能力。從這一點來說，燃燒室工作的好壞，直接影響發動機的工作和性能，所以燃燒室的性能直接決定了發動機的好壞。

現今大多數航空發動機壓氣機出口氣流速度在170m/s甚至更高，在這么高的速度下根本不可能穩定燃燒，這對燃燒組織帶來了很大的困難，即使可以點著燃燒室內壓力損失也會很大，例如，對于一個速度為170m/s的氣流，燃燒時壓力損失接近25％。而壓力損失增大會影響整個燃燒室其他性能，壓力損失每增大1％，燃燒室內燃油消耗率就會增大0.5％，這樣會使飛行成本增加。因此，在燃燒過程進行之前氣流速度必須大幅度降低，并且將降低的動能轉換為靜壓升高，這個過程由擴壓器完成。目前比較常用的有流線型擴壓器和突擴擴壓器。流線型擴壓器流路在不同工況下會有很大的變化，擴壓器性能對工況及加工誤差等十分敏感；突擴擴壓器雖然不存在上述問題，但是由于突擴段的存在，流道面積突然擴張，使氣流無法再附著在壁面，流體在此處形成角回流區，總壓損失突增，靜壓恢復降低。隨著燃燒室的不斷發展，頭部進氣量不斷增大，急需一種新型擴壓器滿足先進燃燒室的要求。

在上世紀美國NACA Report 949上提出了一種針對解決大擴張角錐形擴壓器流動分離問題的方法，即在擴壓器內某處放置一個流阻擋板，擋板上開相同大小并且均勻排布的孔，這個擋板相當于一個湍流發生器，可以增大下游流動的湍流度，從而抑制大錐角擴壓器內的分離，提高擴壓器的性能；但是該結構對氣流不能進行分配，只能解決大錐角擴壓器的流動分離，不適用其他先進燃燒室。西北工業大學燃燒團隊為了解決突擴擴壓器固有的總壓損失大和靜壓恢復小的問題，基于此想法對擋板進行改進，提出了這種帶有整流板的擴壓器，使擴壓器不僅有減速增壓的作用，在火焰筒頭部之前對氣流進行合理分配，決定好某部分應流入氣流的量，并且導流板對流入內外環腔氣流進行導流，這樣擴壓器性能提高，更加適用于頭部進氣量大的低污染先進燃燒室。

發明內容

要解決的技術問題：

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種帶有整流板的擴壓器及其應用，整流板上的導流板使外側氣流沿一定傾斜角度直接流入內外環腔，使突擴段角回流區減小，并且導流板的存在使整流板的迎風面積減小，從而減弱流阻板的節流作用，降低擴壓器總壓損失，減小整個燃燒室的無用損失，降低耗油率，從而降低飛行成本；另一方面，氣流分別沿整流板上不同的孔和導流板流入火焰筒不同位置，精準參與燃燒、頭部冷卻和摻混過程，使各部分氣流“各司其職，各盡其責”，充分滿足新型燃燒室的氣動需求。

本發明的技術方案是：一種帶有整流板的擴壓器，沿軸向依次包括前置擴壓器1、突擴擴壓段3、火焰筒4和內外環腔5，火焰筒4內為燃燒室；突擴擴壓段3位于前置擴壓器1的出口與火焰筒頭部法蘭18之間，火焰筒4內、外壁面的外表面分別與燃燒室機匣內、外壁面的內表面之間形成內外環腔5；其特征在于：還包括位于突擴擴壓段3的整流板2，整流板2與前置擴壓器1的出口相對，并垂直于燃燒室的軸向，包括導流孔和導流板；