(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211230965.0 (22)申请日 2022.10.10 (71)申请人 中国航发四川燃气涡轮 研究院 地址 610500 四川省成 都市新都区新都学 府路999号 (72)发明人 黄维娜　郑明新　梁勇　邢力　 李银怀　吴悠　杨会评　黎武　 李晓明　徐华胜　姜东　李华东　 陈立　 (74)专利代理 机构 北京清大紫荆知识产权代理 有限公司 1 1718 专利代理师 周晓飞 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种主燃烧室扩压 器与帽罩匹配设计方法 (57)摘要 本发明涉及燃气轮机设计领域， 公开了一种 主燃烧室扩压器与帽罩匹配设计方法， 根据主燃 烧室气动及结构参数， 确定前置扩压器的扩张 比、 长度及中心倾角， 并完成前置扩压器型面设 计； 在前置扩压器设计结果的基础上， 利用火焰 筒高度及前置扩压器出口高度确定突扩段长度； 根据前置扩压器、 突扩段长度， 以及火焰筒设计 结果， 设计帽罩型面及开孔尺寸。 本发明通过前 置扩压器、 突扩 段及帽罩各参数之间的强关联设 计， 实现主燃烧室前置扩压器与帽罩设计匹配 性， 克服了传统的前置扩压器和帽罩独立设计而 导致的方案设计不合理等弊端， 有利于改善燃烧 室内流动稳定性， 保证主燃烧室能获取较好的综 合性能； 而且可以节省方案迭代设计成本， 缩短 研制周期。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115292856 A 2022.11.04 CN 115292856 A 1.一种主燃烧室扩压器与帽罩匹配设计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1、 根据主燃烧室气动及结构参数， 首先确定主燃烧室前置扩压器的扩张比、 长度 及中心倾角， 并根据主燃烧室 设计依据的关系式， 代入参数完成前置扩压器型面设计； 步骤2、 在前置扩压器设计结果的基础上， 利用包含了火焰筒高度及前置扩压器出口高 度的关系式确定突扩段长度； 步骤3、 根据前置扩压器、 突扩段长度， 以及火焰筒设计结果， 设计帽罩型面及开孔尺 寸。 2.根据权利要求1所述的主燃烧室扩压器与帽罩匹配设计方法， 其特征在于， 步骤1中 前置扩压器的扩张比确定流程包括， 根据主燃烧室进口压力、 温度、 流量及燃烧室进口面积 确定燃烧室进口马赫数变化范围， 根据 马赫数变化范围选取 前置扩压器扩张比。 3.根据权利要求2所述的主燃烧室扩压器与帽罩匹配设计方法， 其特征在于， 步骤1中 前置扩压器的长度确定流程为： 根据燃烧室流量分配设计确定燃烧室内、 外环腔及头部三 部分进气比例， 以及确定的扩张比数据， 代入拟合公式 计算得 到前置扩压器的长度； 其中，AR为前置扩压器扩张比， L为前置扩压器长度， H0为前置扩压器进口高度， C0及C1 为常数。 4.根据权利要求3所述的主燃烧室扩压器与帽罩匹配设计方法， 其特征在于， 步骤1中 前置扩压器的中心倾角确定 流程为： 根据主 燃烧室火焰筒的倾角， 按照公式｜ a0‑a1｜≤∆a确 定前置扩压器的中心倾角； 其中， a0为火焰筒倾角， a1为前置扩压器倾角， ∆a为常数。 5.根据权利要求4所述的主燃烧室扩压器与帽罩匹配设计方法， 其特征在于， 前置扩压 器型面设计是根据计算的前置扩压器长度、 扩张比及中心 倾角， 采用等压力 梯度、 等速度梯 度或直壁式方法进行设计。 6.根据权利要求1所述的主燃烧室扩压器与帽罩匹配设计方法， 其特征在于， 步骤2中 突扩段长度根据步骤1计算得出 的前置扩压器出 口高度及火焰筒高度， 按照相对突扩长度 计算公式D/H1=B0+B1(Dp/H1)+B2(Dp/H1)2计算而得； 其中， D为突扩段长度， Dp为火焰筒高度， H1 为前置扩压器出口高度， B0、B1及B2为常数。 7.根据权利要求6所述的主燃烧室扩压器与帽罩匹配设计方法， 其特征在于， 依据突扩 段的内、 外突扩角角度差满足公式｜ β0‑βi｜≤∆β， 确定内突扩角、 外突扩角角度； 其中， β0为 外突扩角， βi为内突扩角， ∆β为常数。 8.根据权利要求1所述的主燃烧室扩压器与帽罩匹配设计方法， 其特征在于， 步骤3中 帽罩型面及开 孔尺寸设计流 程为： 将前置扩压器出口内外、 内环的连线沿前置扩压器出口方向向后平移， 平移距离为步 骤2确定的突扩段长度， 平 移后的连线为帽罩 边界线； 根据确定的前置扩压器型面， 分别连接前置扩压器外、 内环型面进出口， 得到前置扩压 器进口连线， 并延 长该连线与前置扩压器出口连线的平移线相交， 分别得到帽罩外、 内环的 起始点， 分别以火焰筒外、 内型面的起点为帽罩外、 内环的终点， 采用双圆弧或三段圆弧连 接外、 内环的起 点和终点， 确定 头部帽罩型面； 根 据出口 连 线的 平 移 线 及 帽 罩 型 面 确定 帽 罩 开 孔 ， 开 孔 面 积 按 照公 式权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115292856 A 2进行确定； 其中， Ac为帽罩开孔面积， Ao为外环腔进口面积， Ai 为内环腔进口面积， Whead为头部空气进气量， W3为燃烧室进口总空气流 量，n为常数系数； 帽罩开孔数量按照公式 N=Nd/m进行确定； 其中， N为帽罩开孔数量， Nd为火焰筒头部数 量，m为开孔数量与头 部数量之比； 根据帽罩 开孔面积、 径向开 孔最大高度、 帽罩 开孔数量计算得 出帽罩长度。 9.根据权利要求1 ‑8中任意一项所述的主燃烧室扩压器与帽罩匹配设计方法， 其特征 在于： 在前置扩压器、 突扩段， 以及帽罩型面及开孔尺寸设计完成后， 采用仿真软件进行初 步仿真分析， 对 前置扩压器局部流场、 静压恢复系数、 总压恢复系数、 阻力系数进 行评估， 若 计算得出 的结果满足设计要求， 可输出结果； 若不满足设计要求， 则 返回步骤1重新对前置 扩压器或帽罩部分参数进行调整设计。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115292856 A 3