[發明專利]一種放氣方案可調的擴壓器結構及應用

有效

• 申請號: 202210266869.5
• 申請日: 2022-03-17
• 公開（公告）號: CN114719290B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 閆玥;索建秦;梁紅俠;張美月;朱鵬飛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F23R3/04
• 分類號: F23R3/04;F23R3/42;F23R3/58
• 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

本發明一種放氣方案可調的擴壓器結構及應用，屬于燃氣輪機燃燒室領域；主要由擴壓器可轉式內板、擴壓器外板、機匣、火焰筒和內外環腔組成；擴壓器由兩層板組成，內板為可旋轉式，進口段采用齒輪與電機連接，電機帶動齒輪旋轉，齒輪與內板進口的輪尺嚙合傳動，出口段采用軸承連接，通過這種方式實現擴壓器內板的旋轉運動，而內外板開孔方式不同，從而可以旋轉內板以達到進氣方案可調節的目的。本發明放氣方案可調的擴壓器可以使孔布局和孔面積具有可變性，同時放氣方案可調的擴壓器可以調節擴壓器在不同工況下的進氣參數，使其在不同工況下均具有較優的效果，從而拓寬穩定工作的范圍，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，具體涉及一種放氣方案可調的擴壓器結構及應用。

背景技術

航空發動機的三大核心部件分別是壓氣機、燃燒室和渦輪，燃燒室中供入的燃油與來自壓氣機的高壓空氣混合，形成可燃混氣之后進行充分有效的燃燒。燃燒室的功用就是把燃料中的化學能經過燃燒釋放出來，轉變為熱能，從而使氣體的總焓增大，提高燃氣在渦輪和尾噴管中的膨脹做功能力。

隨著航空工業的不斷發展，民機需要滿足越來越嚴格的污染控制條件，所以燃燒室需要在貧油狀態下組織燃燒，環腔空氣量需求減少；對于軍機而言，燃燒室進出口溫升逐步提高，導致所需燃燒空氣量逐漸增多，那么大量空氣需要從頭部進入參與燃燒，所以根據傳統空氣流動特性設計的擴壓器不再滿足先進燃氣輪機燃燒室。這是因為燃燒室火焰筒頭部進入的燃燒空氣量大幅增加，火焰筒的環高也會相應增大，但是擴壓器出口環形高度不能有太大變化，這就帶來擴壓器出口到頭部空氣模進氣的不匹配問題。另一方面壓氣機壓比也在不斷提高，燃燒室進口馬赫數增大，而擴壓器內總壓損失大小與進口馬赫數的平方成正比，那么燃燒室內總壓損失會急劇增大。所以需要研究一種擴壓器滿足燃燒室頭部進氣量80％或以上的要求。

在研究擴壓器的過程中如果幾何參數不可調，有關幾何參數敏感性的試驗研究中所需要的試驗件數量巨大，并且需要不斷拆卸安裝，并且選擇最優性參數時是間斷的，不能達到參數連續變化的效果。擴壓器幾何參數可調節減少拆卸試驗件的次數完成幾何參數的改變，并且試驗件數量會大幅度減少，幾何參數可連續調節。

另一方面，燃燒室需要在不同工況下穩定工作。本課題組提出的專利CN201710608804.3介紹的中心分級燃燒室的頭部結構采用主副模分級分區燃燒的方法調節供油量使燃燒室同時滿足慢車工況和起飛工況下的要求，而本發明提出的結構可以在火焰筒頭部之前完成不同工況下的氣流分配工作，通過改變進氣方式例如進氣量大小和進氣位置的前后可以滿足不同工況下氣體動力學要求，從而在較大的工況范圍內都具有較好的性能，使整個燃燒室內穩定工作范圍拓寬，滿足先進燃氣輪機燃燒室的進一步需求。

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，本發明提出一種放氣方案可調的擴壓器結構，氣流從進口流入后小部分通過擴壓器上的孔進入內外環腔，之后從冷卻孔流入火焰筒進行冷卻，大部分氣流通過火焰筒頭部之后與燃油混合參與燃燒過程。擴壓器由內外兩層組成，內板可旋轉，外板固定，內外板上開孔方式不同，在旋轉角度較小時放氣量得到變化，可以改變流入內外環腔與火焰筒頭部的氣流比例，從而調節燃燒室內的流量分配，使其滿足不同工況的要求，當旋轉至內外兩板開孔再次達到重合時，放氣位置向后移動，這樣可以改變氣流流入內外環腔的位置及沖擊強度，使不同工況下的擴壓器內的性能改善。

本發明的技術方案是：一種放氣方案可調的擴壓器結構，包括擴壓器板、機匣3、火焰筒4和內外環腔5，氣流從壓氣機流出后分別通過擴壓器上的孔和火焰筒頭部28流入內外環腔5和火焰筒4，之后在火焰筒4中參與燃燒冷卻和摻混；所述擴壓器板包括擴壓器可轉式內板1和擴壓器外板2；

所述擴壓器外板2包括同軸設置的內擴壓器外板16和外擴壓器外板17，形成環形通道；內擴壓器外板16和外擴壓器外板17的周面上均開有若干外板進氣孔18；