一种气态燃料发动机燃料总管及发动机的制作方法

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1.本发明属于燃气涡轮发动机技术领域，尤其涉及一种气态燃料发动机燃料总管及发动机。

背景技术：

2.随着全球气候变暖的加剧，化石能源地球储量的减少，各主要国家均在需可替代化石能源的再生清洁能源，其中，甲烷、甲醇、乙醇、氢气等成为可再生清洁能源应用研究的热点。
3.人类所使用各式能源大多来自于燃料燃烧后的转化，其中，航空航天动力、地面电站、船舶动力等领域的能源大多借助于燃气涡轮动力装置。目前燃气涡轮发动机主要采用液体作为燃料，其燃料系统特别燃料总管无法适用于气体燃料或接近于气体特性的液体燃料的组织燃料、高效实现能源转化。
4.目前，由于燃气涡轮发动机的燃料多采用航空煤油、轻柴油、重油等液体燃料，燃气涡轮发动机现有燃料总管一般依液态燃料特性设计的单管型燃油总管；经大直径总管稳压后支管出口的燃油压力基本一致，但采用气体燃料情况下，经仿真及试验验证，单管型总管无法保证燃料或接近于气体特性的液体燃料在各支管出口的压力、流量均衡；因此，单管型燃油总管对于气体燃料或接近于气体特性的液体燃料不适用。

技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于改善燃料总管中各支管出口处压力、流量不均的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种气态燃料发动机燃料总管，包括，输气管道，其内部具有圆环状空腔，沿其轴线方向具有出口端和入口端；
7.隔板组，安装在输气管道内，由n个沿输气管道的轴线方向排列的隔板构成，每个隔板内设置有至少两个轴向的通孔，n个所述隔板将所述输气管道内的空腔分隔成n+1个腔室，n≥1；
8.多个圆周均匀分布的支管出口，安装在输气管道的出口端上，与输气管道连通；
9.至少一个燃料进口，设置在输气管道的入口端。
10.进一步地，相邻的两个所述隔板中，通孔交错设置。
11.进一步地，越靠近出口端处的隔板上的通孔数量越多。
12.进一步地，所述支管出口的数量为n1，最靠近出口端的隔板内通孔的数量为n2，当n1为偶数时，n1＝2n2，当n1为奇数时，n2为n1的一半值向最近的偶数取整。
13.进一步地，相邻的两个所述隔板中，更靠近出口端的隔板内通孔的数量为n3，更靠近入口端的隔板内通孔的数量为n4，当n3为偶数时，n3＝2n4，当n3为奇数时，n4为n3的一半值向最近的偶数取整。
14.进一步地，相邻的两个所述隔板包括更靠近出口端的隔板a和更靠近入口端的隔
板b，其中，隔板a内设有通孔a，隔板b内设置有通孔b；
15.通孔b的两侧具有两个与其相邻的通孔a，两个通孔a与通孔b的距离相等。
16.进一步地，最靠近所述入口端的隔板上具有两个与所述燃料进口相邻的通孔，并且，两个所述通孔与所述燃料进口的距离相等。
17.进一步地，所述燃料进口的横截面面积之和以及单个所述隔板内所有所述通孔的横截面面积之和都大于或等于所有所述支管出口内孔的横截面面积之和。
18.进一步地，任何一个所述腔室的横截面面积都大于所有所述支管出口内孔的横截面面积之和。
19.进一步地，所述燃料进口包括：连接段以及螺纹段，所述连接段插设在输气管道内并与所述输气管道连接，所述螺纹段与所述连接段连通并一体化设置。
20.进一步地，所述螺纹段的两侧对称设有两个挂台，所述挂台内设有挂台螺纹。
21.一种发动机，包括：机匣、安装在所述机匣内的燃烧室、一种气态燃料发动机燃料总管、压气机以及涡轮，所述一种气态燃料发动机燃料总管安装在所述机匣内，用于为所述燃烧室提供气体燃料；所述压气机与所述燃烧室连接；所述涡轮与所述压气机的驱动轴连接。
22.本发明的技术效果和优点：
23.本发明中，可通过隔板，将燃料逐级稳压后均匀地输送至支管出口处，保证了各个支管出口处的流体压力均衡以及流体流量均衡，从而提高气态燃料发动机热循环效率，解决了再生清洁能源在航空航天动力、地面能源、船舶动力等领域应用的一大障碍。
附图说明
24.图1为现有技术中气态燃料发动机燃料总管的结构示意图；
25.图2为本发明一种气态燃料发动机燃料总管的结构示意图；
26.图3为本发明一种气态燃料发动机燃料总管的剖视图；
27.图4为本发明一种气态燃料发动机燃料总管中燃料进管的结构示意图；
28.图5为本发明一种气态燃料发动机燃料总管中第一隔板的结构示意图；
29.图6为本发明一种气态燃料发动机燃料总管中第二隔板的结构示意图；
30.图7为本发明一种气态燃料发动机燃料总管中第三隔板的结构示意图；
31.图8为本发明一种发动机的结构示意图；
32.图中：1、环形主管路；
33.2、支管出口；
34.3、燃料进管；
35.4、输气管道；401、第一腔室；402、第二腔室；403、第三腔室；404、第四腔室；
36.5、隔板组；501、第一隔板；5011、第一通孔；502、第二隔板；5021、第二通孔；503、第三隔板；5031、第三通孔；
37.6、燃料进口；601、连接段；602、螺纹段；603、挂台；604、挂台螺孔；
38.101、机匣；102、燃料总管；103、涡轮；104、燃烧室；105、压气机。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.另外，在发明中，术语“第一”、“第二”和其它类似词语并不意在暗示任何顺序、数量和重要性，而是仅仅用于对不同的元件进行区分，术语“上”、“下”、“左”、“右”和其它类似词语仅仅是附图中的位置关系。
41.现有的气态燃料发动机燃料总管，如图1所示，由环形主管路1、16个支管出口2以及两个燃气进管3构成，通过燃气进管3将燃料送入环形主管路1内，随后通过若干个支管出口2将燃料均匀地送出，然而，实际情况在于越靠近燃气进管3的支管出口2的气压越高，越远离燃气进管3的支管出口2的气压越低，因此，无法保证燃料在各支管出口的压力、流量均衡。下列若干个实施例中，将详细说明如何通过本技术中的技术方案解决上述问题。
42.实施例1：
43.参阅图2-7，一种气态燃料发动机燃料总管，包括：输气管道4、隔板组5、支管出口2以及燃料进口6；所述输气管道4的内部具有圆环状空腔，并且，沿输气管道4轴线方向其具有出口端和入口端；所述隔板组5由沿输气管道4的轴线方向排列的第一隔板501、第二隔板502以及第三隔板503构成，上述3个隔板将所述输气管道4内的空腔分隔成第一腔室401、第二腔室402、第三腔室403以及第四腔室404；
44.如图5-7所示，第一隔板501、第二隔板502以及第三隔板503内分别设置有若干个轴向设置的第一通孔5011、第二通孔5021以及第三通孔5031，其中，第一通孔5011连通第一腔室401与第二腔室402，第二通孔5021连通第二腔室402与第三腔室403，第三通孔5031连通第三腔室403与第四腔室404，第一通孔5011、第二通孔5021以及第三通孔5031之间交错设置，即，第一通孔5011与第二通孔5021之间以及第二通孔5021与第三通孔5031之间不存在相交区域，并且，第一通孔5011、第二通孔5021以及第三通孔5031的数量逐渐减少；
45.另一方面，所述燃料进口6安装在所述第四腔室404的外侧壁上，而输气管道4的出口端处安装有若干个支管出口2，燃料通过进料口6进入第四腔室404内后，通过第三通孔5031进入第三腔室403，通过第二通孔5021进入第二腔室402，通过第一通孔5011进入第一腔室401，燃料在四个腔室内移动时，通过三组通孔进行逐层稳压，最后均匀地从支管出口2排出。
46.进一步地，如图5所示，支管出口2的数量为16个，第一通孔5011的数量为8个，每个第一通孔5011的两侧都分别设有一个支管出口2，相邻的两个第一通孔5011之间设有两个支管出口2；
47.作为本实施例中的最优方案，每个第一通孔5011距离其两侧的支管出口2的距离相等，从而进一步地保证了每个支管出口2处的流体压力、流量均匀；
48.同理，如图6所示，第二通孔5021的数量为四个，每个第二通孔5021的两侧都分别设有一个第一通孔5011，相邻的两个第二通孔5021之间设有两个第一通孔5011；
49.作为本实施例中的最优方案，每个第二通孔5021距离其两侧的第一通孔5011的距离相等，从而进一步地保证了每个第一通孔5011内的压力、流量均匀；
50.同理，如图7所示，第三通孔5031的数量为两个，每个第三通孔5031的两侧都分别设有一个第二通孔5021，相邻的两个第三通孔5031之间设有两个第二通孔5021；
51.作为本实施例中的最优方案，每个第三通孔5031距离其两侧的第二通孔5021的距离相等，从而进一步地保证了每个第一通孔5021内的压力、流量均匀。
52.进一步地，为保证第三通孔5031处的流体压力、流量相同，燃料进管3的数量可以是两个也可以是一个，当燃料进管3的数量为两个时，只要两个燃料进管3之间的连线经过输气管道4的轴线即可，两个燃料进管3的位置不会影响到第三通孔5031处的流体压力、流量；当燃料进管3的数量为一个时，只要燃料进管3位于两个第三通孔5031的中间位置即可。
53.另外，上述第一通孔5011、第二通孔5021、第三通孔5031以及支管出口2都应圆周均匀分布，此外，为保证输气管道4内气压的稳定性以及支管出口2处气压的稳定性，还应确保每个隔板上通孔的总面积都不小于支管出口2的截面积之和，却又远远小于各个腔室的截面积，即：
54.s
燃料进口截面积之和
、s
第一通孔截面积和
、s
第二通孔截面积和
、s
第三通孔截面积和
≥s
支管出口截面积和
。
55.进一步地，参阅图4，燃料进口6包括：连接段601、螺纹段602、挂台603以及挂台螺纹604，其中，连接段601插设在输气管道4内，与输气管道4焊接连接，螺纹段602与连接段601连通，用于与外部管道连接，挂台603以及挂台螺纹604用于固定安装整个燃料总管。
56.需要说明的是，本实施例中所描述的隔板、第一通孔5011、第二通孔5021、第三通孔5031以及支管出口2的数量只是示例，现实情况中，根据支管出口2的数量的不同，可调整隔板的数量以及隔板内通孔的数量，如：当支管出口2的数量为32个时，隔板的数量可以是3个也可以是4个，隔板的数量为4个时，隔板内通孔的数量依次为16、8、4、2，隔板的数量为3个时，隔板内通孔的数量依次为16、8、4；
57.再次对上述示例进行说明，根据支管出口2的数量设置第一隔板501以及第一通孔5011的数量，第一通孔5011的数量为支管出口2数量的一半，当支管出口2的数量为奇数时，第一通孔5011的数量则向最近的偶数值取整，第二通孔5021的数量为第一通孔5011的数量的一半，依次类推，当某个隔板内通孔的数量为两个或三个或四个时，则不需再设置隔板。
58.实施例2：
59.实施例1中详细说明了本发明中一种气态燃料发动机燃料总管的组成及其工作原理，本实施例为在实施例1一种气态燃料发动机燃料总管的基础上，提供一种气态燃料发动机，具体的：
60.如图8所示，一种气态燃料发动机，包括：机匣101、燃料总管102、涡轮103、燃烧室104以及压气机105；
61.所述燃烧室104固定安装在所述机匣101内，燃料总管102安装在所述燃烧室104的右侧，其中，燃料总管102内的支管出口2的出口端插设在燃烧室104内，用于向燃烧室104内通入气体燃料，而压气机105安装在机匣101的内部左侧，用于压缩气体燃料，并将压缩后的气体燃料送入燃料总管102内，所述涡轮103安装在机匣101的内部右侧，涡轮103的转轴与压气机105的驱动轴连接，涡轮103在气流的带动下转动，从而为压气机105提供动力。
62.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种气态燃料发动机燃料总管，其特征在于，包括：输气管道(4)，其内部具有圆环状空腔，沿其轴线方向具有出口端和入口端；隔板组(5)，安装在输气管道(4)内，由n个沿输气管道(4)的轴线方向排列的隔板构成，每个隔板内设置有至少两个轴向的通孔，n个所述隔板将所述输气管道(4)内的空腔分隔成n+1个腔室，n≥1；多个圆周均匀分布的支管出口(2)，安装在输气管道(4)的出口端上，与输气管道(4)连通；至少一个燃料进口(6)，设置在输气管道(4)的入口端。2.根据权利要求1所述的一种气态燃料发动机燃料总管，其特征在于，相邻的两个所述隔板中，通孔交错设置。3.根据权利要求1所述的一种气态燃料发动机燃料总管，其特征在于，越靠近出口端处的隔板上的通孔数量越多。4.根据权利要求3所述的一种气态燃料发动机燃料总管，其特征在于，所述支管出口(2)的数量为n1，最靠近出口端的隔板内通孔的数量为n2，当n1为偶数时，n1＝2n2，当n1为奇数时，n2为n1的一半值向最近的偶数取整。5.根据权利要求4所述的一种气态燃料发动机燃料总管，其特征在于，相邻的两个所述隔板中，更靠近出口端的隔板内通孔的数量为n3，更靠近入口端的隔板内通孔的数量为n4，当n3为偶数时，n3＝2n4，当n3为奇数时，n4为n3的一半值向最近的偶数取整。6.根据权利要求5所述的一种气态燃料发动机燃料总管，其特征在于，相邻的两个所述隔板包括更靠近出口端的隔板a和更靠近入口端的隔板b，其中，隔板a内设有通孔a，隔板b内设置有通孔b；通孔b的两侧具有两个与其相邻的通孔a，两个通孔a与通孔b的距离相等。7.根据权利要求1所述的一种气态燃料发动机燃料总管，其特征在于，最靠近所述入口端的隔板上具有两个与所述燃料进口(6)相邻的通孔，并且，两个所述通孔与所述燃料进口(6)的距离相等。8.根据权利要求1所述的一种气态燃料发动机燃料总管，其特征在于，所述燃料进口(6)的横截面面积之和以及单个所述隔板内所有所述通孔的横截面面积之和都大于或等于所有所述支管出口(2)内孔的横截面面积之和。9.根据权利要求1所述的一种气态燃料发动机燃料总管，其特征在于，任何一个所述腔室的横截面面积都大于所有所述支管出口(2)内孔的横截面面积之和。10.根据权利要求1-9任一所述的一种气态燃料发动机燃料总管，其特征在于，所述燃料进口(6)包括：连接段(601)以及螺纹段(602)，所述连接段(601)插设在输气管道(4)内并与所述输气管道(4)连接，所述螺纹段(602)与所述连接段(601)连通并一体化设置。11.根据权利要求10所述的一种气态燃料发动机燃料总管，其特征在于，所述螺纹段(602)的两侧对称设有两个挂台(603)，所述挂台(603)内设有挂台螺纹(604)。12.一种发动机，其特征在于，包括：机匣(101)；燃烧室(104)，安装在所述机匣(101)内；权利要求1-11任一所述的一种气态燃料发动机燃料总管，安装在所述机匣(101)内，用
于为所述燃烧室(104)提供气体燃料；压气机(105)，与所述燃烧室(104)连接；涡轮(103)，其与所述压气机(105)的驱动轴连接。

技术总结

本发明公开了一种气态燃料发动机燃料总管及发动机，燃料总管包括：输气管道，其内部具有圆环状空腔，沿其轴线方向具有出口端和入口端；隔板组，安装在输气管道内，由N个沿输气管道的轴线方向排列的隔板构成，每个隔板内设置有至少两个轴向的通孔，N个所述隔板将所述输气管道内的空腔分隔成N+1个腔室，N≥1；多个圆周均匀分布的支管出口，安装在输气管道的出口端上，与输气管道连通；至少一个燃料进口，设置在输气管道的入口端。可通过隔板，将燃料逐级稳压后均匀地输送至支管出口处，保证了各个支管出口处的流体压力均衡以及流体流量均衡。管出口处的流体压力均衡以及流体流量均衡。管出口处的流体压力均衡以及流体流量均衡。