航空发动机构造第3章燃烧室PPT文档格式.ppt

1、（2）余气系数很大（3.O4.5）。当飞行条件和工作状态改变时，余气系数还要大得多，如猛收油门时，4050。,余气系数,Ga实际空气流量；Gf燃油流量；l01公斤燃油完全燃烧所需要的理论空气量。,保证燃烧室内混合气稳定完全燃烧的基本措施（1）空气分股（2）反向回流（3）在燃烧室内形成非均一的混合气,二、燃烧室工作条件 航空燃气涡轮发动机上的燃烧室处在十分恶劣的条件下工作。（1）燃烧室是在高速气流中及贫混合气情况下进行工作的。（2）燃烧室是在大负荷及高温下工作。（3）因为发动机在各种不同的飞行条件下及不同的转速下工作，所以燃烧室的工作状态变化很大。（4）燃烧室内燃烧过程是复杂的物理化学过程。,三

2、、对燃烧室的基本要求（1）在地面和空中起动点火可靠，在飞行包线内，在发动机所有工作状态下，燃烧室应保证稳定完全燃烧，具有高的完全燃烧度和小的散热损失和流动损失。（2）燃烧要在短距离内完成，出口的燃气温度场沿圆周要均匀，沿叶高应保证按涡轮要求的规律分布。（3）燃烧室的零组件及其联接处应具有足够的强度和刚性，良好的冷却和可靠的热补偿。（4）燃烧室的尺寸要小、重量要轻，要有高的容热强度。（5）燃烧室的结构要简单、维修检查方便、使用寿命长。,第3.2节 燃烧室的基本结构形式,燃气涡轮发动机的燃烧室有三种基本结构形式：分管燃烧室；联管燃烧室；环形燃烧室。无论哪种燃烧室，为了满足燃烧室的基本功能，都采用了

3、减速扩压、分股进气、反向回流、非均匀混合气成分等基本措施，在燃烧室条件非常恶劣的情况下，在燃烧室局部区域内创造有利于燃烧的条件，以保证燃烧稳定而完全。在结构上，为了保证上述基本措施的实现，燃烧室都是由进气装置（扩压器），火焰筒、喷嘴、点火装置和壳体等基本构件组成。,3.2.1 分管燃烧室,分管燃烧室的组成是在内、外壳体之间有6-16个单管燃烧室，每个单管燃烧室有它自己单独的火焰筒和外套，火焰筒前安装有旋流器，喷油嘴，通常在两个单管燃烧室上装有点火装置，各个单管燃烧室之间有联焰管相连。,优点：试验和修正比较容易，不需要庞大的试验设备；维护、检查和更换也比较方便，不需要分解整台发动机；从发动机总体

4、结构安排上，与离心压气机的配合比较协调。因而，在早期发动机上，分管燃烧室得到广泛采用。缺点：环形截面积的利用率低（仅70一80），因而燃烧室内气流平均速度大，这对稳定燃烧是不利的，总压损失也较大；在高空依靠传馅管传递起动火焰，起动性能差；火焰筒表面积与燃烧室容积之比较大，因而火焰筒壁面气膜冷却所需空气量较多；燃烧室出口温度场分布不均匀；燃烧室较重；由发动机承力系统看，只能内传力。这些缺点使得分管燃烧室已不再使用。,分管燃烧室的优缺点,3.2.2 联管燃烧室,联管燃烧室又称为环管燃烧室，多用于轴流式压气机的发动机上。联管燃烧室是由若干个单独的管形火焰筒沿周向均匀排列在内、外壳体之间形成的环形腔里

5、，相邻火焰筒之间用联焰管连接。在每个火焰筒前安装有旋流器、喷油嘴，通常只在两个火焰筒上装有点火装置。联管燃烧室的优点是结构比较紧凑，直径较小，外壳体可以传递扭矩，从而改善发动机整体刚性，有利于减轻发动机的结构重量。,斯贝发动机的联管燃烧室,3.2.3 环形燃烧室,环形燃烧室的结构特点是在燃烧室内、外壳体之间的环形腔内安装了一个共同的火焰筒内外壁构成的环形燃烧区和掺混区。根据气体在燃烧室内流动的情况，环形燃烧室可分为直流环形燃烧室、回流环形燃烧室和折流环形燃烧室三种。环形燃烧室由四个同心圆筒组成，最内、最外的两个圆筒为燃烧室的内、外壳体，中间两个圆筒为火焰筒，在火焰筒的头部装有一圈旋流器和喷油嘴

6、。环形燃烧室多用于轴流式压气机的发动机，由于其结构最紧凑，性能比较好，近来很多发动机都采用环形燃烧室。我国民用航空飞机上所用的JT9D，CFM56，PW4000，RB211 等发动机都是这种燃烧室。,第3.3节 燃烧室的构造,如前所述，目前民用航空所使用的涡轮风扇发动机大都采用环形燃烧室。根据气体在燃烧室内流动的情况，环形燃烧室可分为三种类型：直流环形燃烧室回流环形燃烧室折流环形燃烧室,一、带单独头部的环形燃烧室 为了便于在火焰筒的头部组织燃烧，把环形火焰筒的头部作成若干个类似联管燃烧室火焰筒的头部结构，在这些单独的头部后面再转接成环形的掺混区，这种形式的燃烧室又称为混合式燃烧室。,1.带单独

7、头部的直流环形燃烧室2.全环形燃烧室,3.3.1 直流环形燃烧室,带单独头部的环形燃烧室,JT9D发动机的燃烧室就是这种带有20个头部的环形燃烧室。如图3-11所示。在头部的旋流器中央装有双路离心喷油嘴。火焰筒头部与外壁焊成一体，用三个定位销固定在燃烧室扩压器机匣上。火焰筒内壁与燃烧室内壳体一起用螺栓固定在第一级涡轮导向器支座上。在燃烧室外壳上开有五个观察孔，可以用孔探仪观察火焰筒内部的故障情况。若有需要，外壳可向前拉出，以便对火焰筒外壁直接进行目视检查或更换涡轮第一级导向器叶片。火焰筒头部布置在扩压器机匣内，缩短了燃烧室长度。采用20个单独头部使环形火焰筒刚性也有所加强。,JT9D发动机的环

8、形燃烧室,图3-12所示为涡桨5发动机带单独头部的环形燃烧室结构，它由扩压器壳体、燃烧室外套、火焰筒、工作喷嘴、起动点火器等几部分组成。在扩压器壳体上，前面焊有安装边，用此安装边将扩压器壳体与压气机机匣连接，安装边用来固定燃烧室外套。在扩压器壳体外壁上焊有：沿圆周均匀分布的八个工作喷嘴的安装座；八个火焰筒固定销安装座，座上装有固定销，用此固定销将火焰筒固定在壳体内。扩压器壳体外壁和扩压器锥形内壳之间，用八个流线型空心肋焊成为一整体。锥形内壳前后焊有轴承座。,涡桨5发动机的环形燃烧室,火焰筒是用耐热钢钣焊接而成的（图3-13）。由装有旋流器的头部、正面环、外环带、内环带、外罩和内罩所组成。旋流器

9、用氢弧焊点焊在火焰筒头部上，旋流器上沿圆周均匀钻有十二个孔，各孔与轴线成40角，使引入的第一股空气改变流动方向。在旋流器上还钻有一系列斜气孔，用于引入气流吹除旋流器端面的积炭。在旋流器内壁上钻有十二个气孔，用于引入空气吹除喷嘴头部的积炭。,涡桨5发动机的环形燃烧室的火焰筒,全环形燃烧室的火焰筒由内、外壁及环形头部组成。,二、全环形燃烧室,CF6-80E1机械加工的火焰筒,RB211发动机的全环形燃烧室,V2500发动机的全环形燃烧室,小型燃气涡轮发动机流量小、转速高，往往采用离心式压气机和燃油从发动机轴内腔经甩油盘离心甩出的供油方式。为了充分利用空间尺寸，缩短转子支点的距离，常采用折流环形燃烧

10、室。,3.3.2 折流环形燃烧室,涡喷11发动机的折流环形燃烧室,3.3.3 回流环形燃烧室,JT15D-4发动机的回流环形燃烧室,PT6T涡桨发动机的回流环形燃烧室,第3.4节 燃烧室基本构件的结构,扩压器；涡流器；燃油喷嘴；点火装置；联焰管；气膜冷却；火焰筒进气孔；燃烧室机匣；漏油活门。,燃烧室的结构型式虽然多种多样，但它们都是由扩压器、壳体、火焰筒、燃油喷嘴、点火装置等基本构件组成。本节介绍以下基本构件：,第5.3节 燃烧室基本构件的结构,3.4.1 扩压器,扩压器安装在压气机和燃烧室之间，其通道是扩张形的。它的功用是使气流速度下降，为燃烧室内的稳定燃烧创造条件。一般扩压器进出口截面积之

11、比F出/F进=3.05.5，使压气机出口气流速度由120180米/秒降低到3050米/秒。扩压器出口处是整台发动机静压的最高点。现代发动机的扩压器是发动机的主要承力件之一，由于存在流动损失，气流总压有所下降，约占燃烧室总压损失的1/3，扩压器的长度约占燃烧室总长的1/4。,型式：根据扩压器内气流通道型面的不同，目前常见的扩压器有以下三种形式：一级扩压式二级扩压式突然扩张式,一、一级扩压式的扩压器一级扩压的扩压器，气流通道横截面积按一定的规律变化，使压力较均匀地增加。气流的变化规律有：等压力梯度 等速度梯度两者兼有的混合型,涡喷7乙发动机燃烧室的扩压器（等压力梯度）总压恢复系数90%,斯贝发动机

12、燃烧室的扩压器（等压力梯度）总压恢复系数98%99%,T56发动机燃烧室的扩压器,二、二级扩压式的扩压器当扩压器进、出口面积相差很大时，为了缩短扩压器的长度，可以采用二级扩压。,JT3D发动机的扩压器,JT3D发动机压气机出口的气流速度为140.5米/秒，经扩压角为3230的一级扩压段后，气流速度下降为60米/秒左右，然后进入突然扩张的第二级扩压段，到火焰筒进口处，气流速度下降为18.7米/秒。,三、突然扩张式的扩压器目前最短的扩压器是突然扩张式的扩压器。压气机出口气流经过很短的略为扩张的环形通道，使气流速度略为下降后就突然扩张。这种扩压器不但短，而且燃烧室工作较少受压气机出口流场变化的干扰，

13、但其总压损失要大些。这种扩压器除了用在短环形燃烧室上外，还广泛用在带离心甩油的折流环形燃烧室中。,RB199发动机燃烧室,F100发动机燃烧室,JT9D发动机的扩压器,扩压器是燃烧室部件中结构复杂，且重量较大的组件，它又是发动机的主要承力构件，压气机后轴承就安装在扩压器里面，因此要解决传力、轴承润滑、封油和封气等问题。在结构设计中，扩压器的型面除了要考虑力求减少损失外，还必须考虑其强度、刚度和全台发动机的结构特点。,3.4.2 火焰筒,一、火焰筒筒体 火焰筒筒体的结构应保证合理地进气。在前部使空气与燃油混合，形成回流区，在此点燃混合气，稳定而完全地进行燃烧；在后部使燃气得到掺混降温。由于筒体既

14、承受高温，又接触冷却空气，因此受热很不均匀，热应力很大，所以，要特别注意筒壁的冷却和火焰筒各组成部分之间的热变形协调。此外，筒体通常用板料焊接而成，因而保证它具有足够的刚度也很重要，这对环形火焰筒尤为突出。火焰筒在燃烧室中要有正确的定位支承，定位支承要保证火焰筒受热时能自由膨胀。,筒体头部通常装有旋流器、进气斗、燃烧碗、整流罩、稳定器等构件。在头部侧壁上开有进气孔，以形成合适的进气条件，利于燃烧。此外，还应合理选择头部锥角，使它与旋流器的工作相适应。在有些发动机燃烧室火焰筒前面还专门装有进气口，这是为了进一步改善火焰筒头部的进气情况。,火焰筒上进气孔有不同的型式，其大小、形状、数量和分布，取决

15、于组织燃烧的需要和涡轮前燃气温度的要求。为提高抗振、抗热疲劳强度，孔边应抛光和加强，如加箍套或作成弯边。为加大进气深度，可采用弯边孔和进气斗。为改善受热不均匀情况，在筒壁上孔稀少而孔径大的部位或在大孔之间可开若干小孔。经过长方形孔引入的气流，由于流线型得到改善，流量系数增加，气流流入的深度大并很好混合，而且能在火焰筒壁产生空气膜。此种构造简单，但火焰筒壁的强度却大大削弱。,图3-24 火焰筒壁上的进气孔型式,二、火焰筒的冷却,火焰筒往往是发动机寿命最短的部件。为了延长火焰筒的寿命，改善火焰筒的冷却是非常重要而有效的措施。筒壁的冷却方式有气膜式和散热片式两种。实践证明，散热片式冷却效果差，重量大，而且费工费料，