一种智能点熄火的燃烧室及点火方法与流程

本发明属于燃气涡轮发动机，特别涉及一种智能点熄火的燃烧室及点火方法。

背景技术：

1、现有低排放的贫油中心分级燃烧室主要由机匣2、火焰筒3、点火电嘴801和点火装置12等组成(如图1所示)，其在发动机中的功用是燃烧燃油，将燃料中的化学能转变为热能，使进入燃烧室的空气总焓增加，并变为燃气驱动燃气涡轮做功。具体工作过程为：由压气机压缩而成的高压空气由扩压器进入燃烧室，随后空气分三股，分别进入头部、外环通道和内环通道，其中大部分气体通过头部的主燃级涡流器和预燃级涡流器进入火焰筒；燃油通过燃油喷嘴进入火焰筒，与高压空气在火焰筒内进行混合并随之流动；在燃烧室点火起动时，由位于火焰筒壁面附件的点火电嘴产生的电火花点燃其附近区域的油气混合物，产生火核11；火核11经传播，点燃回流区内的油气混合物，形成稳定的火焰，从而点火成功；在燃烧室正常工作状态中，燃烧室内生成的高温燃气，沿着轴向进入涡轮，推动其做功。

2、现有技术方案主要有以下三个缺点。1.贫油中心分级燃烧室为了保证低nox排放，火焰筒头部进气量急剧增大，由常规燃烧室20％左右增长到70％及以上，头部油气比大幅降低；主燃级的进气量在头部中占比较大，其下游会存在高速剪切层，点火电嘴出口附近区域的气流速度通常很高；燃油喷嘴的油气难以到达点火电嘴出口附近区域；以上三点通常会造成火核11生成困难。2.此类型的燃烧室的腔高通常远大于常规燃烧室，使得火核11由点火电嘴出口附近传播到回流区内的行程增大；同时高速剪切层的存在使得传播路径中穿越的难度增大；以上两点大幅降低了初始火核成功传播到回流区内的概率。3.火焰筒内的主燃区主要用于维持火焰稳定，而中心分级燃烧室头部进气量占比大，主燃区油气比大幅降低，贫油熄火边界窄，特别是在飞机极限机动状态容易发生熄火事故。4.该类型燃烧室的设计中，为了保证燃烧室的点火性能，通常主燃级与预燃级的气量比、主燃级与预燃级的台阶高度、燃油喷嘴的插入深度和雾锥角度等设计都有诸多限制，限制了nox排放进一步下降的潜力。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中至少一个问题，本发明提出一种智能点熄火的燃烧室。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种智能点熄火的燃烧室，包括：

4、扩压器，连接有机匣；

5、所述机匣内部安装有火焰筒，所述火焰筒的内部有回流区，所述回流区周侧为高速剪切层；

6、点火系统，包括点火电嘴；

7、当火焰筒点火时，或火焰筒内压力低于预设值时，或火焰筒内压力变化率超过预设范围时，所述点火电嘴穿过高速剪切层移动至回流区。

8、优选地，所述扩压器沿朝向机匣的方向内径逐渐增大。

9、优选地，所述机匣与火焰筒的一端连接。

10、优选地，所述火焰筒朝向扩压器的一端设置有若干预燃进气口和若干主燃进气口；

11、所述预燃进气口位于主燃进气口内侧；

12、所述预燃进气口和主燃进气口均位于火焰筒的进口处；

13、所述预燃进气口与主燃进气口的进气比为15:1；

14、所述预燃进气口与主燃进气口之间为台阶段，所述台阶段的高度为火焰筒的腔高的5％～30％。

15、优选地，所述预燃进气口内安装有预燃级涡流器，所述主燃进气口内安装有主燃级涡流器。

16、优选地，所述火焰筒朝向扩压器的一端还安装有燃油喷嘴，所述燃油喷嘴位于火焰筒朝向扩压器的端部；

17、所述燃油喷嘴的雾锥角为0～150°。

18、优选地，在点火系统中，所述点火电嘴远离火焰筒的一端设置有永磁体，所述永磁体带动所述点火电嘴沿火焰筒径向滑动连接；

19、所述永磁体远离火焰筒的一侧安装有电磁体，所述电磁体相对火焰筒静止设置；

20、当所述电磁体通电时，所述电磁体和永磁体的s极或n极相向设置。

21、优选地，所述点火电嘴和电磁体均连接有点火装置，所述点火装置用于检测机匣内的气压，并基于气压控制点火电嘴和电磁体的工作状态。

22、一种点火方法，用于上述的一种智能点熄火的燃烧室。

23、优选地，点火方法包括以下步骤：

24、当燃烧室点火时，或检测到机匣内部气压低于预设值时，或检测到机匣内部气压变化率超过预设范围时，通过给点火系统中的电磁体通电，使电磁体产生与点火系统中的永磁体相斥；

25、永磁体的磁场相斥作用力大于进入机匣的压缩空气的推力，进而带动点火电嘴从高速剪切层移动至回流区；

26、当电磁体断电时，通过进入机匣的压缩空气推动点火电嘴从回流区移动至高速剪切层。

27、本发明的有益效果：

28、1、该燃烧室具有创新性的电磁/气动力耦合点火系统，将点火位置从高速剪切层移动至回流器，从而有利于火焰稳定，可以极大地提高初始火核的生成概率，同时由于初始火核位于回流区内，可以显著缩短甚至消除初始火核的传播行程，大幅拓宽发动机点火包线范围。

29、2、该燃烧室采用点火系统，通过点火装置检测燃烧室内的气体压力数据，然后控制点火电嘴的位置，自动给燃烧室提供额外能量，维持火焰稳定，避免燃烧室熄火。

30、3、最后，基于新型点火系统带来中心分级燃烧室结构与气动创新性设计：1.燃烧室设计时可以采用更加自由的主燃级与预燃级气量比分配设计，可由原来的3～6，拓宽到1～15；2.燃烧室设计时可以采用更加自由的主燃级与预燃级台阶高度设计，可由火焰筒腔高的8％～12％，拓宽到火焰筒腔高的5％～30％；3.燃烧室设计时可以采用更加自由预燃级燃油喷嘴设计，喷嘴的雾锥角度可由原来的80°～150°，拓宽到0°～150°。

31、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种智能点熄火的燃烧室，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种智能点熄火的燃烧室，其特征在于，所述扩压器(1)沿朝向机匣(2)的方向内径逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的一种智能点熄火的燃烧室，其特征在于，所述机匣(2)与火焰筒(3)的一端连接。

4.根据权利要求1所述的一种智能点熄火的燃烧室，其特征在于，所述火焰筒(3)朝向扩压器(1)的一端设置有若干预燃进气口(301)和若干主燃进气口(302)；

5.根据权利要求4所述的一种智能点熄火的燃烧室，其特征在于，所述预燃进气口(301)内安装有预燃级涡流器(5)，所述主燃进气口(302)内安装有主燃级涡流器(4)。

6.根据权利要求5所述的一种智能点熄火的燃烧室，其特征在于，所述火焰筒(3)朝向扩压器(1)的一端还安装有燃油喷嘴(7)，所述燃油喷嘴(7)位于火焰筒(3)朝向扩压器(1)的端部；

7.根据权利要求1所述的一种智能点熄火的燃烧室，其特征在于，在点火系统(8)中，所述点火电嘴(801)远离火焰筒(3)的一端设置有永磁体(10)，所述永磁体(10)带动所述点火电嘴(801)沿火焰筒(3)径向滑动连接；

8.根据权利要求7所述的一种智能点熄火的燃烧室，其特征在于，所述点火电嘴(801)和电磁体(9)均连接有点火装置(12)，所述点火装置(12)用于检测机匣(2)内的气压，并基于气压控制点火电嘴(801)和电磁体(9)的工作状态。

9.一种点火方法，用于权利要求1-8任一项所述的一种智能点熄火的燃烧室。

10.根据权利要求9所述的一种点火方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明属于燃气涡轮发动机技术领域，提供了一种智能点熄火的燃烧室及点火方法，包括包括：扩压器，连接有机匣；所述机匣内部安装有火焰筒，所述火焰筒的内部有回流区，所述回流区周侧为高速剪切层；点火系统包括点火电嘴；当火焰筒点火时，或火焰筒内压力低于预设值时，或火焰筒内压力变化率超过预设范围时，所述点火电嘴穿过高速剪切层移动至回流区。本发明的燃烧室具有的电磁/气动力耦合点火系统，将点火位置从高速剪切层移动至回流器，从而有利于火焰稳定，可以极大地提高初始火核的生成概率，同时由于初始火核位于回流区内，可以显著缩短甚至消除初始火核的传播行程，大幅拓宽发动机点火包线范围。技术研发人员：陈敏敏,李佳玲,李彩云,成丁南,陶焰明,郭政言,陈长国,扶春达,杨敏受保护的技术使用者：中国航发湖南动力机械研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/8