一种一体式双级轴向旋流器

本发明属于航空发动机燃烧室，具体涉及一种一体式双级轴向旋流器。

背景技术：

1、旋流器是影响航空发动机燃烧室流动组织的关键部件之一，为了使高速气流的火焰保持稳定，以及通过提升燃料雾化效果来提高效率并且降低污染排放，双级旋流器、文氏管与离心喷嘴的空气雾化火焰筒头部组合装置系统的设计，在现代航空发动机燃烧室上得到普遍应用。其中，双级轴向旋流器凭借优异的综合燃烧性能在燃烧室设计中应用更为广泛。旋流器除了要满足流动、雾化和燃烧性能外，同样要考虑自身加工装配，以及与燃烧室头部、火焰筒、燃油喷嘴等部件的对接和固定，目前采用传统机械加工和数控加工时间较长，加工成本较高，效率低。尤其在小型航空发动机燃烧室上空间有限，装配困难繁琐，这也是一直存在的问题。此外，针对环形燃烧室和单燃烧室结构，目前旋流器结构差异性较大，适用性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种一体式双级轴向旋流器，该装置的集成度高、功能性强，采用双通道旋流的方法，有效保证了燃油雾化效果和回流区的回流强度，一、二级旋流叶片通道互相独立，可避免通道中的气体互相的扰动，该旋流器能够同时适用于航空发动机和工业燃气轮机的环形燃烧室和单燃烧室结构，尤其适合小型航空发动机燃烧室。

2、为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

3、一种一体式双级轴向旋流器，包括组合体和单体双级轴向旋流器；

4、组合体包括连接支架以及开设在连接支架上的固定孔，连接支架上固定有若干圆周阵列排布的单体双级轴向旋流器，且每个单体双级轴向旋流器向组合体的中心轴倾斜5°-10°，使得该一体式双级轴向旋流器在用于航空发动机和工业燃气轮机的单燃烧室时，增强中心燃烧效果；

5、组合体的入口侧与内环壁侧分别开设置有与单体双级轴向旋流器数量一致且圆周阵列的固定孔，固定孔用于与燃烧室内外部套管固定。

6、本发明进一步的改进在于，该一体式双级轴向旋流器还用于安装在航空发动机和工业燃气轮机的环形燃烧室。

7、本发明进一步的改进在于，单体双级轴向旋流器包括一级旋流叶片、二级旋流叶片、一级连接环、二级连接环、二级旋流进气口、喷嘴套筒和文氏管；

8、喷嘴套筒置于单体双级轴向旋流器的中心，用于固定喷嘴；一级旋流叶片固定于喷嘴套筒与一级连接环之间，二级旋流叶片固定在一级连接环与二级连接环之间，且二级连接环连接了组合体和二级旋流叶片；一级旋流叶片和二级旋流叶片能够使得燃料与空气充分混合，并在中心形成稳定的回流区；二级旋流进气口位于二级旋流叶片的外侧；文氏管位于一级旋流叶片与喷嘴的出口处，用于改善燃油的雾化，防止燃油回流造成喷嘴结焦积碳。

9、本发明进一步的改进在于，二级旋流进气口为一个方形进气孔。

10、本发明进一步的改进在于，每个单体双级轴向旋流器中3/4气流由二级旋流进气口经由二级旋流叶片进入燃烧室，1/4的气流流经一级旋流叶片由文氏管进入燃烧室。

11、本发明进一步的改进在于，一级旋流叶片的安装角为55°，二级旋流叶片的安装角为45°，用于增大切向速度，提高旋流数，进而保证燃油雾化和回流区的回流强度，提高燃烧稳定性。

12、本发明进一步的改进在于，一级旋流叶片与二级旋流叶片通道的流量比为1:3。

13、本发明进一步的改进在于，文氏管在其狭窄处能够产生一个低压区，吸附周围的燃油与空气，增加燃油的雾化和混合。

14、本发明进一步的改进在于，该一体式双级轴向旋流器整体采用钛合金或陶瓷3d打印而成。

15、本发明进一步的改进在于，固定孔内有螺纹，通过沉头孔螺钉与燃烧室内外部套管固定。

16、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：

17、本发明提供的一体式双级轴向旋流器，其中一级叶片角度为55°，二级叶片角度为45°，能够增大切向速度，提高旋流数，进而保证燃油雾化效果和回流区的回流强度，提高燃烧稳定性。所述一级叶片通道流量和二级通道流量比为1:3，进入一、二级旋流通道的气流不受扰动，二级旋流能够有效提升燃烧室火焰筒壁面的冷却特性，避免对燃烧室火焰筒壁面的烧蚀。

18、本发明采用钛合金或陶瓷3d打印的方式，可以直接应用于环形燃烧室结构，整体制作和安装简单，避免了多种零件装配的复杂化，能够满足轻量化设计，结构强度高，使用寿命长，成本低。

19、本发明同样可直接应用于单燃烧室结构，其中所述的各单体双级轴向旋流器中心轴线向一体式双级轴向旋流器中心偏转5°-10°，有利于提高单燃烧室的中心燃烧效果，显著提升壁面冷却特性，延长燃烧室使用寿命。

20、综上，本发明适用于航空发动机和工业燃气轮机燃烧室领域，提高了旋流器的通用性和灵活性，尤其适用于小型航空发动机燃烧室，有效解决了小型燃烧室空间有限、安装困难的问题，实现小型航空发动机轻量化的要求，为双级旋流器在航空发动机燃烧室等方面应用提出一种新的方案。

技术特征：

1.一种一体式双级轴向旋流器，其特征在于，包括组合体和单体双级轴向旋流器；

2.根据权利要求1所述的一种一体式双级轴向旋流器，其特征在于，该一体式双级轴向旋流器还用于安装在航空发动机和工业燃气轮机的环形燃烧室。

3.根据权利要求1所述的一种一体式双级轴向旋流器，其特征在于，单体双级轴向旋流器包括一级旋流叶片、二级旋流叶片、一级连接环、二级连接环、二级旋流进气口、喷嘴套筒和文氏管；

4.根据权利要求3所述的一种一体式双级轴向旋流器，其特征在于，二级旋流进气口为一个方形进气孔。

5.根据权利要求3所述的一种一体式双级轴向旋流器，其特征在于，每个单体双级轴向旋流器中3/4气流由二级旋流进气口经由二级旋流叶片进入燃烧室，1/4的气流流经一级旋流叶片由文氏管进入燃烧室。

6.根据权利要求3所述的一种一体式双级轴向旋流器，其特征在于，一级旋流叶片的安装角为55°，二级旋流叶片的安装角为45°，用于增大切向速度，提高旋流数，进而保证燃油雾化和回流区的回流强度，提高燃烧稳定性。

7.根据权利要求3所述的一种一体式双级轴向旋流器，其特征在于，一级旋流叶片与二级旋流叶片通道的流量比为1:3。

8.根据权利要求3所述的一种一体式双级轴向旋流器，其特征在于，文氏管在其狭窄处能够产生一个低压区，吸附周围的燃油与空气，增加燃油的雾化和混合。

9.根据权利要求1所述的一种一体式双级轴向旋流器，其特征在于，该一体式双级轴向旋流器整体采用钛合金或陶瓷3d打印而成。

10.根据权利要求1所述的一种一体式双级轴向旋流器，其特征在于，固定孔内有螺纹，通过沉头孔螺钉与燃烧室内外部套管固定。

技术总结本发明公开了一种一体式双级轴向旋流器，包括组合体和单体双级轴向旋流器；组合体包括连接支架以及开设在连接支架上的固定孔，包括连接支架上固定有若干圆周阵列排布的单体双级轴向旋流器，且每个单体双级轴向旋流器向组合体的中心轴倾斜5°‑10°，使得该一体式双级轴向旋流器在用于航空发动机和工业燃气轮机的单燃烧室时，增强中心燃烧效果；组合体的入口侧与内环壁侧分别开设置有与单体双级轴向旋流器数量一致且圆周阵列的固定孔，固定孔用于与燃烧室内外部套管固定。本发明适用于小型航空发动机燃烧室，提高了装置的集成度和功能性，整体制作和安装简单，质量轻，成本低。技术研发人员：范学领,马荣,褚召辉,杨京生,冯圣,杜廷琛受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16