[發明專利]一種可變幾何的燃燒室擴壓器結構及應用

有效

• 申請號: 202210268119.1
• 申請日: 2022-03-17
• 公開（公告）號: CN114777157B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 閆玥;索建秦;梁紅俠;黎明;張美月
• 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

本發明一種可變幾何的燃燒室擴壓器結構及應用，屬于燃氣輪機燃燒室領域；包括擴壓器、火焰筒、機匣和內外環腔，氣流從壓氣機流入內外環腔和火焰筒頭部，之后流入火焰筒參與燃燒冷卻和摻混；擴壓器包括內擴壓器和外擴壓器，外擴壓器包括外擴壓器板、擴壓器進口控制部分和擴壓器出口連接部分；外擴壓器板由多塊弧形擴壓板沿周向均布構成，相鄰擴壓板的邊緣相互重疊；擴壓器進口控制部分安裝于外擴壓器板的前端，通過調整各擴壓板前端的徑向位置，實現外擴壓器進氣口的內徑變化；擴壓板的后端通過擴壓器出口連接部分沿周向鉸接于火焰筒的頭部法蘭板外緣。本發明調節擴壓器在不同工況下環腔和頭部的進氣比例，使其在不同工況下均具有較優的效果。

技術領域

本發明屬于燃氣輪機燃燒室領域，具體涉及一種可變幾何的燃燒室擴壓器結構及應用。

背景技術

航空發動機是飛機的“心臟”，為飛機提供飛行所需的動力，而航空發動機燃燒室是飛機“心臟”的“心臟”，將燃油的化學能轉化為熱能，推動渦輪做功，最終將燃油的化學能轉化為發動機的機械能。

擴壓器是燃燒室最重要的部件之一，它是燃燒室進口的第一個部件，主要將進入燃燒室的氣流進行減速增壓，使燃燒可以穩定發生。因為一般情況下航空發動機燃燒室進口的空氣馬赫數會達到0.3左右，絕對速度可能達到120-220m/s，并且隨著先進航空發動機的發展，壓氣機壓比不斷提高，這會造成燃燒室進口速度更高，而在這么高的速度下無法組織穩定可靠的燃燒，即使可以穩定壓力損失也會很大，而燃燒室內壓力損失每增大1％，單位燃油消耗率增大0.5％，所以擴壓器內壓力損失過大對飛行成本等是十分不利的。

擴壓器主要類型有流線型擴壓器和突擴擴壓器等，流線型擴壓器因其在氣流分成不同流路之后不能再得到平衡所以對加工誤差等十分敏感，并且隨著工況的變化擴壓器性能也有較大改變，但是流線型擴壓器擴壓性能較好。為了解決流線型擴壓器氣流無法再次平衡的問題學者們提出了突擴擴壓器，但突擴擴壓器因突擴區的存在必然會產生較大的旋渦，所以壓力損失相對較大。而本文所提出的可變幾何擴壓器可以在進口根據不同的工況要求和不同加工工藝調節氣流分配比例，解決了流線型擴壓器氣流分配固定不能改變的問題，所以不再存在其固有的一系列缺點，同時也不存在突擴擴壓器總壓損失太大的問題，并且可以對其擴壓板的壁面造型進行優化，進一步降低壓損，提高靜壓恢復，同時改善擴壓器出口氣流的均勻性。

可變幾何擴壓器的使用可以按流量需求分配進入內外環腔和火焰筒頭部的氣流流量，使燃燒室在小工況下頭部進氣降低，環腔進氣增多，在大工況下頭部進氣增多，環腔進氣減少，使燃油與空氣在不同油氣比下達到不同的匹配效果，從而提高燃燒室的性能。

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，本發明提出一種可變幾何的燃燒室擴壓器結構及應用，外擴壓器包括八塊擴壓板，每塊擴壓板中心與推拉桿固定，推拉桿被移動塊帶動移動，齒輪進行旋轉運動，通過軌道一圈徑向尺寸發生變化從而使移動塊帶動推拉桿發生徑向位移，氣流從進口由內外兩個通道分別流入環腔和火焰筒頭部，流入內外環腔的氣流從火焰筒上的冷卻孔進入火焰筒內參與冷卻過程，流入火焰筒頭部的氣流與噴嘴噴出的燃油霧化進行燃燒，使用上述的調節機構使環腔和頭部氣流比例發生變化，從而滿足燃燒室慢車、起飛等不同工況下的氣流分配要求。

本發明的技術方案是：一種可變幾何的燃燒室擴壓器結構，包括擴壓器1、火焰筒2、機匣3和內外環腔4，氣流從壓氣機流出后分別流入內外環腔4和火焰筒頭部16，之后流入火焰筒2參與燃燒冷卻和摻混；所述擴壓器1包括內擴壓器5和外擴壓器6，外擴壓器6包括外擴壓器板、擴壓器進口控制部分8和擴壓器出口連接部分9；

所述外擴壓器板由多塊弧形擴壓板7沿周向均布構成，相鄰擴壓板7的邊緣相互重疊、并為間隙配合；所述擴壓器進口控制部分8安裝于外擴壓器板的前端，通過調整各擴壓板7前端的徑向位置，實現外擴壓器6進氣口的內徑變化；所述擴壓板7的后端通過擴壓器出口連接部分9沿周向鉸接于火焰筒2的頭部法蘭板17外緣。