1.本发明属于燃气轮机燃烧技术领域，具体是一种扩压比智能可调的燃气轮机主燃烧室多通道扩压器。
背景技术：
2.分级和分层燃烧技术是实现低污染燃烧的主要技术手段，双环腔燃烧室采用径向分级，由环形中心体将火焰筒分隔为内外两个燃烧区，即主燃级和预燃级，其组织燃烧特点是不改变空气分配比例，而是根据发动机工况调节从一个区到另一个区的燃油分配来改变油气比，从而控制燃烧温度。径向分级导致双环形燃烧室径向高度远大于普通燃烧室，燃烧室扩压器后气流需通过大角度转向从而与主燃级和预燃级匹配，双环腔燃烧室进口流场主要由扩压器的性能决定，燃烧室扩压器的最主要功能就是在最小的总压损失和最大的静压恢复下降低燃烧室进口气流的速度，以便组织燃烧。
3.传统空气动力学扩压器总压损失小，但存在长度过长、扩压器流动稳定性对进口速度分布的变化敏感等缺点，限制了其应用场景；短环形突扩扩压器因其长度短，对压气机出口流场不敏感而被航空燃气轮机燃烧室广泛应用，但应用于双环腔燃烧室的突扩扩压器在外环区域压损过大，导致不可接受的总压损失，同时在高推重比下存在气流分离现象。此外双环腔燃烧室在介于高、低工况之间的中间工况下，由于两级燃烧区都偏离其最优设计点，燃烧室出口温度场均匀性不易保证，使得低污染排放性能降低。现有的燃烧室扩压器结构已经无法满足现代高性能航空发动机对燃烧室扩压器的需求，因而设计一种新型的扩压器具有重大的现实意义。
技术实现要素：
4.本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种扩压比智能可调的燃气轮机主燃烧室多通道扩压器，本发明能够保证燃烧室入口高马赫数下扩压器性能的同时解决不同工况下燃烧组织的矛盾，满足新一代高温升燃烧室和低污染燃烧室的发展需要。
5.本发明是这样实现的：一种扩压比智能可调的燃气轮机主燃烧室多通道扩压器，包括扩压器机匣，所述的扩压器机匣内部设置有分流锥体，所述的分流锥体位置和扩张角度智能可调，分流锥体包括锥体上翼、锥体下翼、调节机构；通过调节位于扩压器机匣内部的分流锥体扩张角度，可以对流经外扩压通道和内扩压通道的扩压比进行智能设定，根据不同工况设定每个通道目标扩压比，使得扩压器摩阻损失和分离损失之和最小。
6.所述的锥体上翼和锥体下翼的一侧通过可旋支杆铰接，将扩压器通道的下游部分分隔为两个扩压通道，分别为外扩压通道和内扩压通道，通过调节分流锥体扩张角度进而对流经外扩压通道和内扩压通道的扩压比进行设定；所述的分流锥体将扩压器通道的下游部分分隔为两个扩压通道，分别为外扩压通道和内扩压通道，通过调节位于扩压器机匣内部的分流锥体的扩张角度可以对流经外扩压通道和内扩压通道的扩压比进行智能设定，根
据不同工况设定每个通道目标扩压比，使得扩压器摩阻损失和分离损失之和最小。
7.所述的调节机构包括空心支杆，以及空心支杆内部嵌套的滑动支杆，所述的空心支杆依次穿过扩压器机匣、锥体上翼后，空心支杆的下端和锥体下翼焊接，空心支杆在穿过锥体上翼时，在锥体上翼上的狭缝开孔处与步进电机相连，通过驱动空心支杆进而实现分流锥体在扩压器通道的轴向和径向移动。
8.进一步，所述的滑动支杆位于空心支杆内部，滑动支杆下端焊接有支点圆柱，所述的支点圆柱通过空心支杆上的条形开孔与锥体上翼下表面接触，滑动支杆上端和步进电机相连，通过驱动滑动支杆沿空心支杆轴线滑动，以此通过调节滑动支杆位置进而驱动锥体上翼绕可旋支杆旋转，实现锥体上翼和锥体下翼之间张角可以在0
°
~40
°
范围内可调。
9.进一步，燃烧室采用径向分级，由环形中心体将火焰筒分隔为内外两个燃烧区，即所述的锥体上翼、锥体下翼的正后方为主燃级、预燃级，通过调节位于扩压器机匣内部的分流锥体位置可对双环腔燃烧室的主燃级和预燃级流量进行智能分配。通过调节位于扩压器机匣内部的分流锥体位置可对双环腔燃烧室主燃级和预燃级流量进行智能分配，根据不同工况进而调节各区域分配流量达到各区域设定油气比，以获得良好的燃烧特性和较低的污染排放性能。
10.进一步，所述的分流锥体将压气机出口气流分成两股同轴的环形气流并分别引导至双环腔燃烧室头部，通过调节位于扩压器机匣内部的分流锥体位置对双环腔燃烧室主燃级和预燃级流量进行智能分配，根据不同工况通过调节各区域分配的空气流量，获得各区域设定油气比，以获得良好的燃烧特性和较低的污染排放性能。
11.进一步，所述的锥体上翼和锥体下翼横截面构型为流线型。可在大工况高马赫数下无明显失速的前提下提供目标所需的扩压比，保证扩压过程良好和稳定。
12.进一步，所述的空心支杆下端和锥体下翼中心部位焊接，并由步进电机驱动滑动支杆调节分流锥体张角，这种设计使得步进电机只需提供必要的驱动力，提高了装置的可靠性。
13.进一步，所述的多通道扩压器的工作方式为：在启动点火和慢车状态只有预燃级喷油工作，预燃级保持较高的油气比、且进口气流速度低，通过调节分流锥体位置和张角，使得供给预燃级空气流量降低，外扩压通道扩压比增高，保证前置扩压器内气流稳定无大范围失速前提下且避开污染物排放较大的当量比区间，从而实现点火成功和低污染燃烧；高工况下，主燃级和预燃级同时喷油工作，形成均匀贫油混气，通过调节分流锥体位置和张角，使得预燃级空气流量增高和外扩压通道扩压比适当降低，以获得良好的燃烧特性和较低的污染排放性能；在介于高、低工况之间的中间工况下，根据不同来流马赫数调节分流锥体位置和张角改变流场分布，使得两级燃烧区贴近最佳位置。
14.本发明与现有技术的有益效果在于：本发明通过调节位于扩压器机匣内部的锥体扩张角度，可以对流经内外扩压通道的扩压比进行智能设定，根据不同工况设定每个通道目标扩压比，使得扩压器摩阻损失和分离损失之和最小。此外多通道扩压器将两股气流引导至双环腔燃烧室头部指定区域，通过调节位于扩压器机匣内部的分流锥体位置可对双环腔燃烧室主燃级和预燃级空气流量
进行智能分配，根据不同工况通过调节各区域分配空气流量，获得各区域设定油气比，以获得良好的燃烧特性和较低的污染排放性能，本发明解决目前扩压器存在的总压损失过大、气流分离等问题，并实现对双环腔燃烧室头部各环腔进气流量分配可智能实时调节。
15.与传统扩压器设计相比，扩压比智能可调的多通道扩压器，并将来自压气机出口导流叶片的核心发动机气流由内外两个扩压通道分隔，避免出现大范围失速的同时保证良好和稳定的流动，可以在较短的距离高扩压比下减速。
16.本发明扩压器的扩压比智能可调，能够缩短扩压器的长度并且减轻发动机的重量，锥体上翼和下翼使用流线构型提高了扩压通道压力恢复系数，可适用于高马赫数工况下的扩压工作。
17.本发明多通道扩压器内外两股通道气流流向分别正对双环腔燃烧室主燃级和预燃级，能够根据不同工况要求智能分配空气流量，并使火焰筒头部气流总压损失降低，解决不同工况下组织燃烧的矛盾。
附图说明
18.图1是本发明扩压比智能可调的燃气轮机主燃烧室多通道扩压器示意图；图2是本发明扩压比智能可调的燃气轮机主燃烧室多通道扩压器结构示意图；图3是本发明扩压比智能可调的燃气轮机主燃烧室多通道扩压器三种典型实施构型变化；其中，1-扩压器机匣，2-分流锥体，3-锥体上翼，4-锥体下翼，5-调节机构，6-外扩压通道，7-内扩压通道，8-主燃级，9-预燃级，10-步进电机，11-可旋支杆，12-空心支杆，13-滑动支杆，14-狭缝开孔，15-支点圆柱，16-条形开孔。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.如图1和图2所示，为本发明一种扩压比智能可调的燃气轮机主燃烧室多通道扩压器结构示意图，本发明包括扩压器机匣1，所述的扩压器机匣1内部设有位置和扩张角度智能可调的分流锥体2，所述的分流锥体2分为三个部分，分别为锥体上翼3、锥体下翼4和调节机构5。所述的锥体上翼3和锥体下翼4通过可旋支杆11铰接，将扩压器通道的下游部分分隔为两个扩压通道，分别为外扩压通道6和内扩压通道7，通过调节位于扩压器机匣内部的分流锥体2扩张角度可以对流经外扩压通道6和内扩压通道7的扩压比进行设定。
21.所述的调节机构包括空心支杆12和滑动支杆13两个部分，其中空心支杆12下端和锥体下翼4焊接，空心支杆12上端通过锥体上翼3上的狭缝开孔14和步进电机10相连，通过设定程序输出调节信号驱动空心支杆12进而实现分流锥体2在扩压器通道轴向和径向方向一定范围内移动。通过调节位于扩压器机匣1内部的分流锥体2位置可对双环腔燃烧室主燃级8和预燃级9流量进行智能分配，所述的滑动支杆13位于空心支杆12内部，滑动支杆13下端和支点圆柱15焊接，支点圆柱15通过空心支杆12上的条形开孔16与锥体上翼3接触，滑动支杆13上端和步进电机10相连，通过设定程序输出调节信号驱动滑动支杆13沿空心支杆12轴线滑动，以此通过调节滑动支杆13位置进而驱动锥体上翼3绕可旋支杆（11）旋转，实现锥
体上翼3和锥体下翼4之间张角可以在0
°
~40
°
范围内可调。
22.在本实施例中，分流锥体2的锥体上翼3和锥体下翼4为简单的流线构型，在实际应用中，也可根据实际需要进行各参数和翼型轮廓的调整。环腔燃烧室采用径向分级，由环形中心体将火焰筒分隔为内外两个燃烧区,即主燃级8和预燃级9，分流锥体2将扩压器通道的下游部分分隔为两个扩压通道，分别为内外扩压通道7和外扩压通道6，两股气流流向分别正对双环腔燃烧室主燃级8和预燃级9。根据不同工况所需燃烧室头部流场分布，控制终端调取所需的工况模式下多通道扩压器分流锥体2位置和张角数据，实时控制步进电机10对空心支杆12和滑动支杆13进行独立调整，在保证多通道扩压器摩阻损失和分离损失之和最小的前提下，同时保证多通道扩压器提供双环腔燃烧室主燃级8和预燃级9所需空气流量和气流速度等进气参数。
23.在启动点火和慢车状态只有预燃级9喷油工作，预燃级9按设计需保持较高的油气比、且进口气流速度不能过高，如图3中a构型所示，通过调节分流锥体2位置和张角，使得供给预燃级9空气流量降低和外扩压通道6扩压比增高，保证前置扩压器内气流稳定无大范围失速前提下且避开污染物排放较大的当量比区间，从而实现点火成功和低污染燃烧。高工况下，主燃级8和预燃级9同时喷油工作，形成均匀贫油混气，如图3中b构型所示，通过调节分流锥体2位置和张角，使得预燃级9空气流量增高和外扩压通道6扩压比适当降低，以获得良好的燃烧特性和较低的污染排放性能。在介于高、低工况之间的中间工况下，如图3中c构型所示，根据不同来流马赫数调节分流锥体2位置和张角改变流场分布，使得两级燃烧区贴近其最优设计点。
24.因此本发明所提出的扩压比智能可调的燃气轮机主燃烧室多通道扩压器，根据双环腔燃烧室不同工况所需模式，控制终端调取多通道扩压器分流锥体位置和锥体张角数据，实时控制步进电机对空心支杆和滑动支杆进行独立调整，解决目前扩压器存在的总压损失过大、气流分离问题，并实现对双环腔燃烧室头部各环腔进气流量分配可智能实时调节，以获得良好的燃烧特性和较低的污染排放性能。
25.上面结合附图所描述的本发明优选具体实施例仅用于说明本发明的实施方式，而不是作为对前述发明目的和所附权利要求内容和范围的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术和权利保护范畴。