用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒及氢扩散回流燃烧室

本发明涉及航空发动机，尤其涉及一种用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒及氢扩散回流燃烧室。

背景技术：

1、微混扩散燃烧是一种燃烧方式，它通过将燃料和空气进行短距离快速掺混，然后在燃烧室中进一步混合和燃烧，实现了一种柔和的、稳定的燃烧过程。由于燃烧时不会出现强烈的火焰和高温区域，可以确保燃烧器的安全运行，并且可以降低氮氧化物等有害物质的排放，因此，微混扩散燃烧是成为了航空发动机、空天推进系统和燃气轮机发展的关键技术之一。

2、涡轴发动机作为航空发动机的一种，其普遍采用回流燃烧室作为燃烧室。涡轴发动机中，将回流燃烧室与其上游的离心压气机相匹配，可以有效地缩短发动机轴系长度，这对高转速的涡轴发动机而言，可以有效地缓解转子动力学难题。

3、但是，从离心压气机流出的空气需要经过180度转弯才能进入回流燃烧室，转弯后的空气很难分布均匀，在与氢气微混时容易出现掺混不均匀的问题，从而在回流燃烧室燃烧时极容易出现局部热点，导致回流燃烧室内温度分布不均匀，易出现温度高于1850k的局部热点，当温度高于1850k时，氮氧化物的排放量急剧增加，失去了微混扩散燃烧的意义。

4、因此，如何解决现有技术中的回流燃烧室不适用于微混扩散燃烧技术的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒、氢扩散回流燃烧室及涡轴发动机，用以解决现有技术中的回流燃烧室不适用于微混扩散燃烧技术的缺陷。

2、本发明提供一种用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒，设置于燃烧室机匣的内部，所述用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒包括：

3、筒体，内部具有空腔，所述筒体的第一端具有安装孔，所述筒体的第二端具有与所述筒体的空腔相连通的燃气出口；

4、氢气集气盒，第一端位于所述筒体的外部，所述氢气集气盒的第二端与所述安装孔密封连接，所述氢气集气盒的内部具有集气腔，所述氢气集气盒的第一端设置有氢气进气口，所述氢气进气口与所述集气腔相连通；

5、空气微管，贯穿所述氢气集气盒的两端，所述空气微管的第一端与所述筒体的外部空间相连通，所述空气微管的第二端与所述筒体的空腔相连通，所述空气微管的两端分别与所述氢气集气盒的两端密封连接，所述空气微管的第二端的侧壁上设置有用于将所述空气微管的内部空间与所述集气腔相连通的氢气喷射孔，所述空气微管设置有多个，各个所述空气微管间隔分布。

6、根据本发明提供的一种用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒，所述氢气集气盒呈圆环状，所述空气微管设置有多组，每组所述空气微管沿所述氢气集气盒的周向均匀分布，多组所述空气微管沿所述氢气集气盒的径向均匀分布。

7、根据本发明提供的一种用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒，所述氢气集气盒呈圆环状，所述空气微管包括：

8、直管段，所述直管段的轴线与所述氢气集气盒的轴线相平行，所述直管段的第一端与所述氢气集气盒的第一端相连接；

9、斜管段，所述斜管段的轴线与所述直管段的轴线具有夹角，所述斜管段的第一端与所述直管段的第二端平滑连接，所述斜管段的第二端与所述氢气集气盒的第二端相连接，所述斜管段相对于所述直管段的轴线沿所述氢气集气盒的周向延伸。

10、根据本发明提供的一种用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒，所述氢气喷射孔设置于所述斜管段的第二端，所述氢气喷射孔的轴线与所述斜管段的轴线相垂直；

11、和/或，所述斜管段的轴线与所述直管段的轴线之间的夹角为30～45度。

12、根据本发明提供的一种用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒，所述氢气集气盒呈圆环状，所述筒体包括：

13、外筒体，两端均具有开口，所述外筒体的横截面呈圆形，所述外筒体的轴线与所述氢气集气盒的轴线重合，所述外筒体的第一端与所述氢气集气盒的外圆面密封连接；

14、内筒体，两端均具有开口，所述内筒体的横截面呈圆形，所述内筒体的轴线与所述氢气集气盒的轴线重合，所述内筒体的第一端与所述氢气集气盒的内圆面密封连接，所述内筒体的第二端与所述外筒体之间的距离小于所述内筒体的第一端与所述外筒体之间的距离。

15、根据本发明提供的一种用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒，所述外筒体上设置有第一通孔和第一引导环，所述第一通孔沿所述外筒体的周向间隔设置有多个；

16、所述第一引导环设置于所述外筒体的内部，所述第一引导环的轴线与所述外筒体的轴线重合，所述第一引导环的第一端位于所述第一通孔远离所述外筒体的第二端的一侧且所述第一引导环的第一端与所述外筒体密封连接，所述第一引导环的第二端沿靠近所述外筒体的第二端的方向延伸。

17、根据本发明提供的一种用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒，所述第一通孔设置有至少两组，各组所述第一通孔沿所述外筒体的轴向间隔分布，每组所述第一通孔对应设置一个所述第一引导环。

18、根据本发明提供的一种用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒，所述内筒体的第一端设置有第二通孔和第二引导环，所述第二通孔沿所述内筒体的周向间隔设置有多个；

19、所述第二引导环设置于所述内筒体的内部，所述第二引导环的轴线与所述内筒体的轴线重合，所述第二引导环的第一端位于所述第二通孔远离所述内筒体的第二端的一侧且所述第二引导环的第一端与所述内筒体密封连接，所述第二引导环的第二端沿靠近所述内筒体的第二端的方向延伸。

20、本发明还提供一种氢扩散回流燃烧室，包括燃烧室机匣、火焰筒和进气管，所述火焰筒为上述的用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒；

21、所述火焰筒设置于所述燃烧室机匣的内部，所述火焰筒的外侧壁与所述燃烧室机匣之间以及所述火焰筒的第一端与所述燃烧室机匣之间均形成有气体流道，所述火焰筒的第二端与所述燃烧室机匣的第二端之间形成有与所述气体流道相连通的空气进气口，所述空气进气口处的空气经所述气体流道在所述火焰筒的第一端位置处产生180度转向，形成回流；

22、所述进气管的第一端贯穿所述燃烧室机匣的第一端，所述进气管的第二端与所述火焰筒的氢气进气口相连接。

23、本发明还提供一种涡轴发动机，包括上述的用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒，或者，包括上述的氢扩散回流燃烧室。

24、本发明提供的用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒，设置于燃烧室机匣的内部，用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒包括筒体、氢气集气盒和空气微管。筒体的内部具有空腔，筒体的第一端具有安装孔，用于安装氢气集气盒。筒体的第二端具有燃气出口，燃气出口与筒体的空腔相连通，供筒体的空腔内的燃气排出。氢气集气盒设置于安装孔内，氢气集气盒的第二端与安装孔密封连接，氢气集气盒的第一端位于筒体的外部。氢气集气盒的内部具有集气腔，氢气集气盒的第一端设置有氢气进气口，氢气进气口与集气腔相连通。氢气进气口与燃烧室机匣的外部空间相连通，用于与氢气源相连接，以供氢气进入氢气集气盒的集气腔内。空气微管设置于氢气集气盒的内部，且空气微管的两端贯穿氢气集气盒的两端。空气微管的第一端与筒体的外部空间相连通，空气微管的第二端与筒体的空腔相连通，空气微管的两端分别与氢气集气盒的两端密封连接，空气微管的第一端位于燃烧室机匣的内部，用于供燃烧室机匣内的空气进入筒体的空腔内。在空气微管的第二端的侧壁上设置有氢气喷射孔，氢气喷射孔用于将空气微管的内部空间与集气腔相连通，以供集气腔内的氢气通过极小尺度的氢气喷射孔高速横向喷射进入空气微管内高速流动的主流空气中掺混，并随空气一同进入筒体的空腔内。空气微管设置有多个，各个空气微管间隔分布。如此设置，将本发明提供的用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒应用于回流燃烧室，离心压气机排出的空气在燃烧室机匣内流通后，通过多个空气微管进入筒体的空腔内，有利于空气在筒体的空腔内的均匀分布，而且每个空气微管上均设置有氢气喷射孔，每个空气微管内的空气单独与氢气掺混，减小反应区域的尺度，在小空间内实现短距离快速掺混，有利于空气与氢气掺混均匀，从而可以避免燃烧时出现局部热点的问题，能够确保回流燃烧室内温度分布均匀，减少氮氧化物的排放量，提高了微混扩散燃烧技术在回流燃烧室的适用性，解决了现有技术中的回流燃烧室不适用于微混扩散燃烧技术的问题。

25、进一步，在本发明提供的氢扩散回流燃烧室中，由于具备如上所述的用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒，因此同样具备如上所述的各种优势。

26、进一步，在本发明提供的涡轴发动机中，由于具备如上所述的用于氢扩散回流燃烧室的火焰筒或者氢扩散回流燃烧室，因此同样具备如上所述的各种优势。