一种利用沿面等离子体放电处理火焰筒积碳的装置及方法与流程

本发明涉及航空燃气轮机技术领域，具体涉及一种利用沿面等离子体放电处理火焰筒积碳的装置及方法。

背景技术：

在航空燃气轮机研制的过程中,积碳是燃烧室部件中较为突出的问题之一。在燃烧室工作过程中,火焰筒内如果油气混合不好、存在过浓区，有可能会造成壁面积碳结焦，这直接导致火焰筒烧蚀，从而影响燃烧效率和飞机安全性。随着军用航空发动机推重比的增大,对燃烧室温升的要求也越来越高，同时要求燃烧室具有更高可靠性和更长使用寿命,因而解决火焰筒积碳问题显得更紧迫。

现有技术中，申请号为201811384340.3，名称为一种航空发动机火焰筒吹除积碳收集车的专利申请，由推车、吸尘器、积碳收集箱、火焰筒、密封胶垫、上顶板、中间隔板、支架梁、箱体、下挡块、交叉隔板、密封圈、固定块、导流板、吸尘接口、通风孔、凹孔构成。其存在的缺点是需要将火焰筒频繁拆装来进行积碳处理，这将导致对火焰筒可能会造成二次伤害，且浪费人工成本；无法准确判断何时需处理积碳，这将导致处理积碳周期长，不能及时处理积碳，处理效率变低。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种利用沿面等离子体放电处理火焰筒积碳的装置及方法，其能够及时处理积碳，避免频繁对火焰筒拆装而造成二次伤害，节省积碳处理成本；并且使冷却效果更好，降低制造难度。

为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种利用沿面等离子体放电处理火焰筒积碳的装置，包括在火焰筒内壁上设有多个沿面放电等离子体激励结构a，每个沿面放电等离子体激励结构a包括石墨烯高压电极a和陶瓷介质层a，所述陶瓷介质层a一侧与火焰筒内壁紧贴固定，另一侧紧贴固定有石墨烯高压电极a。在火焰筒外壁上设有多个沿面放电等离子体激励结构b，每个沿面放电等离子体激励结构b包括石墨烯高压电极b和陶瓷介质层b，所述陶瓷介质层b一侧与火焰筒外壁紧贴固定，另一侧紧贴固定有石墨烯高压电极b。

通过上述装置处理火焰筒积碳方法，具体包括如下步骤：

沿面放电等离子体激励结构安装步骤：在火焰筒内壁的每个出气部位旁均安装有沿面放电等离子体激励结构a，在火焰筒外壁的每个进气部位旁均安装有沿面放电等离子体激励结构b；

油气混合燃烧步骤：经由扩压器扩压后的空气被火焰筒分为两部分，第一部分空气经旋流器减速后在火焰筒内与燃油喷嘴喷射的燃油组成适合燃烧的燃气，第二部分空气从腔体中经过，部分空气通过火焰筒上的冷却进气孔进入火焰筒中；剩余部分空气进入火焰筒中后部补充空气使燃烧更充分；

结碳焦化步骤：由于火焰筒及燃烧室中的油气混合不充分导致燃油不能完全燃烧进而产生结碳焦化，一部分结碳焦化会附着于火焰筒内壁及外壁上；

产生等离子体层步骤：正弦交流电源分别为石墨烯高压电极a、石墨烯高压电极b供电，冷却空气经过石墨烯高压电极a和/或石墨烯高压电极b时会在对应的陶瓷介质层产生一层均匀的等离子体层，所述等离子体层中富含臭氧、羟基等强氧化性粒子，这些强氧化性粒子提高结碳的活性，从而高效降低火焰筒内壁及外壁上的结碳焦化；

去除积碳步骤：当沿面放电等离子体激励结构a、沿面放电等离子体激励结构b稳定持续工作一段时间后，等离子体层会一直提高积碳活性，从而达到高效减少甚至彻底清除火焰筒内壁和外壁附着的积碳。

本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：

1.无需频繁拆卸火焰筒以清除积碳，从而降低在拆卸过程中对火焰筒造成的二次伤害以及拆卸时造成的人工消耗，节约积碳清除成本；

2.在火焰筒工作时及工作后都能一直清除积碳，有助于积碳的及时清除，且清除效果好，使火焰筒壁保持低结碳量，有利于空气从火焰筒壁的进入，有效提高火焰筒燃烧效率，减少不充分燃烧造成的燃油浪费以及污染物排放，节约燃烧成本；

3.及时清除结碳，从而提升火焰筒燃烧稳定性，减少燃烧猝熄和火焰吹熄的可能性，使火焰筒更易完成各工况下燃烧，提高发动机工作安全性；

4.冷却进气孔呈v形结构，能增大进气流的湍动，使得空气能在较低进气压力下进入火焰筒，有效促进流动掺混，提升火焰筒冷却效率；还有利于等离子体的产生，可提升积碳清除效率。

5.冷却进气孔能够在壁面形成更大面积的气体分布，改善火焰筒机械性能，保护火焰筒内壁，并且使冷却效果更好；可以减少气模孔的数量，降低制造难度，降低成本。

附图说明

图1为本申请装置的剖视图；

图2为火焰筒积碳示意图；

图3为图1中a处局部放大示意图；

图4为图2中b处局部放大示意图；

图5为图2中c处局部放大示意图；

图6为图2中d处局部放大示意图；

图7为火焰筒壁面剖面结构；

图8为本装置部分结构示意图。

图中序号说明：1、进气口，2、沿面放电等离子体激励结构a，3、火焰筒外壁，4、火焰筒出口，5、冷却进气孔，6、火焰筒内壁，7、结碳焦化，8、等离子体层，9、通孔a，10、通孔b，11、燃烧室壳体，12、旋流器，21、石墨烯高压电极b，22、陶瓷介质层b，71、活性提高后的积碳层，72、剩余积碳层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：以此为例对本申请做进一步的描述说明。

实施例1

如图1-8所示，本实施例提供一种利用沿面等离子体放电处理火焰筒积碳的装置，包括在火焰筒内壁上设有多个沿面放电等离子体激励结构a，每个沿面放电等离子体激励结构a包括石墨烯高压电极a和陶瓷介质层a，所述陶瓷介质层a一侧与火焰筒内壁紧贴固定，另一侧紧贴固定有石墨烯高压电极a；在火焰筒外壁上设有多个沿面放电等离子体激励结构b，每个沿面放电等离子体激励结构b包括石墨烯高压电极b和陶瓷介质层b，所述陶瓷介质层b一侧与火焰筒外壁紧贴固定，另一侧紧贴固定有石墨烯高压电极b。

所述陶瓷介质层a的长度尺寸大于石墨烯高压电极a的长度尺寸；所述陶瓷介质层b的长度尺寸大于石墨烯高压电极b的长度尺寸。所述石墨烯高压电极a、石墨烯高压电极b分别连接有正弦交流电源，所述火焰筒接地；在陶瓷介质层a上未覆盖有石墨烯高压电极a的部位产生等离子体层，在陶瓷介质层b上未覆盖有石墨烯高压电极b的部位产生等离子体层。

在火焰筒侧壁上开有多个冷却进气孔，每个冷却进气孔呈v形结构，其包括通孔a和通孔b，所述通孔a、通孔b的进气部位位于火焰筒外壁上，通孔a、通孔b的出气部位相连通且位于火焰筒内壁上。所述火焰筒侧壁与燃烧室壳体之间的空间设有腔体，该腔体上开有用于输送冷却气流(空气)的进气口。所述通孔a、通孔b的进气部位旁设有沿面放电等离子体激励结构b，通孔a、通孔b的出气部位旁设有沿面放电等离子体激励结构a。

火焰筒一端为进气口，其上设有旋流器，另一端为火焰筒出口。

通过上述装置处理火焰筒积碳方法，具体包括如下步骤：

沿面放电等离子体激励结构安装步骤：在火焰筒内壁的每个出气部位旁均安装有沿面放电等离子体激励结构a，在火焰筒外壁的每个进气部位旁均安装有沿面放电等离子体激励结构b；

油气混合燃烧步骤：经由扩压器扩压后的空气被火焰筒分为两部分，第一部分空气经旋流器减速后在火焰筒内与燃油喷嘴喷射的燃油组成适合燃烧的燃气，第二部分空气从腔体中经过，部分空气通过火焰筒上的冷却进气孔进入火焰筒中；剩余部分空气进入火焰筒中后部补充空气使燃烧更充分；

结碳焦化步骤：由于火焰筒及燃烧室中的油气混合不充分导致燃油不能完全燃烧进而产生结碳焦化，一部分结碳焦化会附着于火焰筒内壁及外壁上；

产生等离子体层步骤：正弦交流电源分别为石墨烯高压电极a、石墨烯高压电极b供电，冷却空气经过石墨烯高压电极a和/或石墨烯高压电极b时会在对应的陶瓷介质层产生一层均匀的等离子体层，所述等离子体层中富含臭氧、羟基等强氧化性粒子，这些强氧化性粒子提高结碳的活性，从而高效降低火焰筒内壁及外壁上的结碳焦化；如图5所示，火焰筒上有活性提高后的积碳层71，所述积碳层由结碳焦化形成；

去除积碳步骤：当沿面放电等离子体激励结构a、沿面放电等离子体激励结构b稳定持续工作一段时间后，等离子体层会一直提高积碳活性，从而达到高效减少甚至彻底清除火焰筒内壁和外壁附着的积碳。如图6所示，火焰筒上剩余积碳层72明显减少。

利用沿面放电等离子体对火焰筒积碳进行处理以降低拆装火焰筒频率，缩短积碳处理周期，减少对火焰筒的二次伤害，并节约成本。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。