CN115218222B - 一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其包括燃油喷嘴、绝缘套管和旋流器；旋流器为一体结构且其包括一级旋流器和二级旋流器，一级旋流器包括一级旋流器内套筒、一级旋流器导流叶片、一级旋流器外套筒和文氏管，一级旋流器导流叶片的一端与一级旋流器内套筒的外侧壁面固定连接，一级旋流器导流叶片的另一端与一级旋流器外套筒的内侧壁面固定连接，文氏管气流入口端的管口与一级旋流器外套管气流出口端的管口对接；其中，一级旋流器内套筒套装在绝缘套管的外侧且与绝缘套管固定连接。本发明促进了燃油的雾化裂解、活性成分与雾化的燃油的充分掺混，简化了基于等离子体激励的燃烧室旋流器结构，增强了旋流器的强度。
Description
技术领域
本发明属于燃气涡轮发动机技术领域，具体是涉及一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置。
背景技术
目前航空发动机燃烧室存在高空燃油雾化质量差、燃烧效率低、点/熄火包线不足的重大现实问题，而滑动弧等离子体在提高航空发动机点火能力、拓宽航空发动机稳定燃烧范围等方面存在明显的优势。如图1所示，2018年中国人民解放军空军工程大学在公开号CN108180075A的发明创造中公开了一种航空发动机燃烧室旋转滑动弧等离子体燃油裂解头部，该装置不改变原有燃烧室的结构特征，能够提高燃料与空气混合的均匀性，产生可以加速燃烧化学反应的活性粒子；但该装置放电区域受流场影响较大,适应不同来流能力弱，且只有在燃油雾化锥角较大的条件下，才能保证有一定的燃油经过，导致燃油裂解效果不理想。同时，其旋流器主体采用Al2O3陶瓷材料加工而成，陶瓷材料具有良好的耐高温性和绝缘性，但是其脆性大，耐冲击能力低、易碎的特点难以满足航空发动机在实际使用中的强度要求，在飞行时容易受到振动而发生破坏，工作可靠性差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其一方面促进了燃油的雾化裂解、活性成分在旋流器作用下与雾化的燃油的充分掺混，另一方面旋流器采用一体结构，避免了旋流器上安装电极的结构，简化了旋流器结构，增强了旋流器的强度，解决了现有基于等离子体激励的燃烧室陶瓷旋流器难以满足航空发动机在实际使用中的强度要求，在飞行时容易受到振动而发生破坏，工作可靠性差的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，包括燃油喷嘴、绝缘套管和旋流器，所述绝缘套管套装在燃油喷嘴的外侧，且与燃油喷嘴间隙配合；所述旋流器为一体结构且其包括一级旋流器和二级旋流器，所述二级旋流器设置在一级旋流器的外侧，所述一级旋流器包括一级旋流器内套筒、一级旋流器导流叶片、一级旋流器外套筒和文氏管，所述一级旋流器导流叶片的一端与一级旋流器内套筒的外侧壁面固定连接，所述一级旋流器导流叶片的另一端与一级旋流器外套筒的内侧壁面固定连接，所述文氏管气流入口端的管口与一级旋流器外套筒气流出口端的管口对接；其中，所述一级旋流器内套筒套装在绝缘套管的外侧且与绝缘套管固定连接。
上述的一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，所述旋流器采用导电金属材料制成且与阳极高压电缆连接。
上述的一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，所述绝缘套管为耐高温陶瓷绝缘套管，且设置在旋流器和燃油喷嘴之间，使燃油喷嘴和旋流器之间绝缘，在施加高电压时放电产生滑动弧等离子体。
上述的一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，所述绝缘套管与一级旋流器内套筒采用胶接的方式固定连接。
上述的一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，所述二级旋流器包括二级旋流器导流叶片、二级旋流器外套筒和喇叭口，所述二级旋流器导流叶片的一端与一级旋流器外套筒的外侧壁面连接，所述二级旋流器导流叶片的另一端与二级旋流器外套筒的内侧壁面连接，所述喇叭口气流入口端的管口与二级旋流器外套筒气流出口端的管口对接，所述二级旋流器导流叶片出气端方向与一级旋流器导流叶片出气端方向相反。
上述的一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，所述燃油喷嘴的出口位于所述文氏管的入口端，所述燃油喷嘴连接油管的入口安装在航空发动机燃烧室外机匣上。
上述的一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，所述燃油喷嘴、绝缘套管一级旋流器和二级旋流器同轴设置。
上述的一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，所述文氏管的内表面为弧形面，所述弧形面分别在所述文氏管的进气端形成收敛段、在所述文氏管的出气端形成扩张段。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明一方面促进了燃油的雾化裂解、活性成分在旋流器作用下与雾化的燃油的充分掺混，另一方面旋流器采用一体结构，避免了旋流器上安装电极的结构，简化了旋流器结构，增强了旋流器的强度，解决了现有基于等离子体激励的燃烧室陶瓷旋流器难以满足航空发动机在实际使用中的强度要求，在飞行时容易受到振动而发生破坏，工作可靠性差的问题。
2、本发明等离子体放电部位距离燃油喷嘴较近，通过一级旋流使电弧旋转拉长，提高放电效率，并且该放电部位在燃油喷射入燃烧室中的必经之路上，有利于增强燃烧的稳定性、扩宽燃烧室稳定工作范围、提高航空发动机燃烧室的燃烧效率。
3、本发明可以在目前发动机旋流燃烧室采用的金属旋流器的基础上，不改变原有结构和参数，因而更容易实现，且工作可靠，使用寿命高。
4、本发明根据已有技术中存在的问题，采用旋流器与燃烧室头部一体化设计并增加陶瓷绝缘套，经过多次设计与改造，并经过多次试验，证明其切实可行并具有实用价值。
下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明剖视图。
图3为本发明正面示意图。
附图标记说明：
10—燃油喷嘴；20—绝缘套管；30—旋流器；31—一级旋流器内套筒；32—一级旋流器导流叶片；33—一级旋流器外套筒；34—文氏管；35—二级旋流器导流叶片；36—二级旋流器外套筒；37—喇叭口。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
如图1至图3所示，本发明公开了一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其包括燃油喷嘴10、绝缘套管20和旋流器30，所述绝缘套管20套装在燃油喷嘴10的外侧，且与燃油喷嘴10间隙配合；所述旋流器30为一体结构且其包括一级旋流器和二级旋流器，所述二级旋流器设置在一级旋流器的外侧，所述一级旋流器包括一级旋流器内套筒31、一级旋流器导流叶片32、一级旋流器外套筒33和文氏管34，所述一级旋流器导流叶片32的一端与一级旋流器内套筒31的外侧壁面固定连接，所述一级旋流器导流叶片32的另一端与一级旋流器外套筒33的内侧壁面固定连接，所述文氏管34气流入口端的管口与一级旋流器外套筒33气流出口端的管口对接；其中，所述一级旋流器内套筒31套装在绝缘套管20的外侧且与绝缘套管20固定连接。
本实施例中，燃油喷嘴10与发动机燃油管路连接并共同接地，作为激励器的阴极，旋流器30作为阳极，阴极和阳极之间通过绝缘套管20隔开，在强电场的激励下阴极和阳极之间产生等离子体电弧，在旋流器旋转气流的驱动下形成旋转滑动弧放电。一方面滑动弧等离子体促进了燃油的雾化裂解，另一方面滑动弧放电产生的活性成分在旋流器的作用下与雾化的燃油进行充分的掺混，同时在滑动弧等离子体放电的温升作用下完成航空发动机燃烧室的点火及助燃。旋流器30采用一体结构，减少了旋流器30与电极的安装，增强了旋流器的强度，解决了现有基于等离子体激励的燃烧室陶瓷旋流器难以满足航空发动机在实际使用中的强度要求，在飞行时容易受到振动而发生破坏，工作可靠性差的问题。
本实施例中，所述旋流器30采用导电金属材料制成且与阳极高压电缆连接。
本实施例中，所述绝缘套管20为耐高温陶瓷绝缘套管，且设置在旋流器30和燃油喷嘴10之间，使燃油喷嘴和旋流器30之间绝缘，在加载电压时放电产生滑动弧。
本实施例中，所述绝缘套管20与一级旋流器内套筒31采用胶接的方式固定连接。
如图1至图3所示，所述二级旋流器包括二级旋流器导流叶片35、二级旋流器外套筒36和喇叭口37，所述二级旋流器导流叶片35的一端与一级旋流器外套筒33的外侧壁面连接，所述二级旋流器导流叶片35的另一端与二级旋流器外套筒36的内侧壁面连接，所述喇叭口37气流入口端的管口与二级旋流器外套筒36气流出口端的管口对接，所述二级旋流器导流叶片35出气端方向与一级旋流器导流叶片32出气端方向相反。
本实施例中，所述燃油喷嘴10的出口位于所述文氏管34的入口端，所述燃油喷嘴10连接油管的入口安装在航空发动机燃烧室外机匣上。
如图2所示，所述燃油喷嘴10、绝缘套管20一级旋流器和二级旋流器同轴设置。
如图2所示，所述文氏管34的内表面为弧形面，所述弧形面分别在所述文氏管34的进气端形成收敛段、在所述文氏管34的出气端形成扩张段。
本实施例中，文氏管344的内表面形状采用现有技术，为一凸弧面结构，由该弧面的两端分别在所述文氏管34进气端形成了收敛段、在所述文氏管34出气端形成了扩张段。所述文氏管34外圆周面为阶梯面，其中位于所述文氏管34后端的外径小于前端的外径。所述文氏管34位于燃烧室火焰筒内。电缆穿过航空发动机燃烧室火焰筒的电缆安装孔，接在旋流器壁面上，另一端接入高压交流电。旋流器上的文氏管34与燃油喷嘴10在强电场的激励下产生等离子体放电电弧，在旋流器旋转气流的驱动下形成旋转滑动弧放电。一方面滑动弧等离子体促进了燃油的雾化裂解，另一方面滑动弧放电产生的活性成分在旋流器的作用下与雾化的燃油进行充分的掺混，同时在滑动弧放电等离子体的高温作用下完成燃烧室的点火及燃烧调控。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，包括：
燃油喷嘴（10）；
绝缘套管（20），所述绝缘套管（20）套装在燃油喷嘴（10）的外侧，且与燃油喷嘴（10）间隙配合；
旋流器（30），所述旋流器（30）为一体结构且其包括一级旋流器和二级旋流器，所述二级旋流器设置在一级旋流器的外侧，所述一级旋流器包括一级旋流器内套筒（31）、一级旋流器导流叶片（32）、一级旋流器外套筒（33）和文氏管（34），所述一级旋流器导流叶片（32）的一端与一级旋流器内套筒（31）的外侧壁面固定连接，所述一级旋流器导流叶片（32）的另一端与一级旋流器外套筒（33）的内侧壁面固定连接，所述文氏管（34）气流入口端的管口与一级旋流器外套筒（33）气流出口端的管口对接；
其中，所述一级旋流器内套筒（31）套装在绝缘套管（20）的外侧且与绝缘套管（20）固定连接；
所述旋流器（30）采用导电金属材料制成且与阳极高压电缆连接。
2.如权利要求1所述的一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，所述绝缘套管（20）为耐高温陶瓷绝缘套管，且设置在旋流器（30）和燃油喷嘴（10）之间，使燃油喷嘴和旋流器（30）之间绝缘，在施加高电压时放电产生滑动弧等离子体。
3.如权利要求1所述的一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，所述绝缘套管（20）与一级旋流器内套筒（31）采用胶接的方式固定连接。
4.如权利要求1所述的一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，所述二级旋流器包括二级旋流器导流叶片（35）、二级旋流器外套筒（36）和喇叭口（37），所述二级旋流器导流叶片（35）的一端与一级旋流器外套筒（33）的外侧壁面连接，所述二级旋流器导流叶片（35）的另一端与二级旋流器外套筒（36）的内侧壁面连接，所述喇叭口（37）气流入口端的管口与二级旋流器外套筒（36）气流出口端的管口对接，所述二级旋流器导流叶片（35）出气端方向与一级旋流器导流叶片（32）出气端方向相反。
5.如权利要求4所述的一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，所述燃油喷嘴（10）的出口位于所述文氏管（34）的入口端，所述燃油喷嘴（10）连接油管的入口安装在航空发动机燃烧室外机匣上。
6.如权利要求4所述的一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，所述燃油喷嘴（10）、绝缘套管（20）一级旋流器和二级旋流器同轴设置。
7.如权利要求4所述的一种旋转滑动弧等离子体强化燃烧旋流装置，其特征在于，所述文氏管（34）的内表面为弧形面，所述弧形面分别在所述文氏管（34）的进气端形成收敛段、在所述文氏管（34）的出气端形成扩张段。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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