一种在航空燃油燃烧中加氢减排的低污染燃烧室

摘要

本发明涉及一种在航空燃油燃烧中加氢减排的低污染燃烧室，该燃烧室总体上采用预混贫燃方式，头部采用了预燃级和主燃级中心分级燃烧，火焰筒总体结构为单环腔。预燃级采用扩散燃烧方式，保证稳定燃烧；主燃级采用预混燃烧方式，降低大工况污染排放。而预燃级和主燃级可以分别或同时采取加氢辅助燃烧，保证极贫燃烧的效率和稳定性，拓宽贫燃极限，降低燃烧区温度和燃烧脉动，达到减少氮氧化物NOx污染排放的目的。本发明对航空燃油燃烧实施加氢辅助，通过极低贫燃烧大幅降低NOx污染排放，燃料仍然以航空燃油为主，加氢只起辅助燃烧作用，氢气总消耗量小，对发动机和飞行器硬件改造要求低，具有燃料灵活性特征。

主权项

一种在航空燃油燃烧中加氢减排的低污染燃烧室，其特征在于：所述低污染燃烧室采用单环腔结构，由扩压器（10）、燃烧室外机匣（6）、燃烧室内机匣（7）、火焰筒外壁（8）、火焰筒内壁（9）和燃烧室头部（14）组成，扩压器（10）通过内、外壁和燃烧室外机匣（6）和燃烧室内机匣（7）焊接在一起，火焰筒外壁（8）通过后缘的支板和燃烧室外机匣（6）连接在一起，火焰筒内壁（9）同样通过后部的支板和燃烧室内机匣（7）连接固定；所述燃烧室头部（14）采用中心分级燃烧，周向个数为10～30，它由主燃级（21）和预燃级（15）组成；燃油杆（11）供给燃烧室（3）所有燃油，燃油分为两路，包括预燃级油路（19）和主燃级油路（18）；所述主燃级（21）通过头部整体端壁（17）与火焰筒外壁（8）和火焰筒内壁（9）固定；预燃级（15）通过隔离段（20）与主燃级（21）联接，并与主燃级（21）同心；所述主燃级（21）包括主燃级油路系统、主燃级空气雾化系统和主燃级加氢系统，其中主燃级油路系统由主燃级油路（18）、主燃级一级集油槽端壁（26）、主燃级一级集油槽（27）、燃油节流孔（28）、主燃级二级集油槽（29）、主燃级直射式喷嘴（30）组成，主燃级直射式喷嘴（30）采用同一圆周上多点喷射方式，通过安装孔焊接在主燃级二级集油槽（29）端壁上，在主燃级二级集油槽（29）上铣有定位安装面，主燃级一级集油槽（27）插入安装定位面内焊接固定；主燃级空气雾化系统包括一级切向孔旋流器（31）、二级切向槽旋流器（32）、主燃级预混段外环旋流器（35）和主燃级预混段内环旋流器（40），一级切向孔旋流器（31）通过安装环面嵌入到二级切向槽旋流器（32）中通过焊接构成主燃级空气雾化的两级轴向排布的初始雾化旋流装置，二级切向槽旋流器（32）和主燃级预混段外环旋流器（35）、主燃级预混段内环旋流器（40）采用一体成型加工为一个整体；主燃级加氢系统共有两路，第一路由主燃级一级氢气流道（12）、主燃级一级氢气集气箱（33）、主燃级一级氢气集气箱端壁（42）、主燃级一级氢气喷射孔（34）组成，在主燃级预混段外环旋流器（35）端壁上通过铣切加工出主燃级一级氢气集气箱（33），主燃级一级氢气集气箱端壁（42）通过定位面与主燃级一级氢气集气箱（33）焊接固定，主燃级第一路氢气经主燃级一级氢气流道（12）进入主燃级一级氢气集气箱（33），再经主燃级一级氢气喷射孔（34）进入主燃级预混预蒸发段内与油气进行混合，利用氢气保证了主燃级贫油燃烧时的稳定性和燃烧效率，通过铣切加工在主燃级预混段外环端壁出开有主燃级二级氢气集气箱（37），同样主燃级二级氢气集气箱端壁（41）通过定位面与主燃级一级氢气集气箱（37）焊接固定，并与主燃级二级氢气流道（13）焊接构成主燃级第二路加氢系统，主燃级第二路氢气经主燃级二级氢气流道（13）、 主燃级二级氢气集气箱（37）、主燃级二级氢气喷射孔（38）直接进入火焰筒进行燃烧，降低污染排放，同时避免自燃；所述预燃级（15）为扩散燃烧，同样由预燃级油路系统、预燃级空气雾化系统和预燃级加氢系统组成；燃油杆（11）与预燃级喷嘴（24）螺纹连接形成预燃级油路，安装于预燃级喷嘴安装孔（46）内；预燃级一级旋流器槽道（48）、文氏管（59）、预燃级二级旋流器槽道（50）和预燃级套筒（51）通过安装环面焊接构成了预燃级空气雾化系统；预燃级加氢系统由三路组成，预燃级一级氢气流道（44）、预燃级一级氢气集气箱（47）、预燃级一级氢气集气箱端壁（56）和预燃级一级氢气喷射孔（57）构成了预燃级第一路加氢系统，采用铣切加工出预燃级一级氢气集气箱（47）并通过焊接与预燃级一级氢气集气箱端壁（56）构成密闭腔体，预燃级一级氢气喷射孔（57）通过钻孔得到，方向垂直于壁面，预燃级一级氢气流道（44）焊接在预燃级一级氢气集气箱端壁（56），预燃级第一路氢气经预燃级一级氢气流道（44）进入预燃级一级氢气集气箱（47），然后通过预燃级一级氢气喷射孔（57）喷入预燃级一级旋流器槽道（48）内与油气进行掺混，形成预混燃气；预燃级第二路加氢系统由预燃级二级氢气流道（43）、预燃级二级氢气集气箱（49）、预燃级二级氢气喷射孔（55）、预燃级二级氢气集气箱端壁（58）组成，在文氏管（59）上铣出预燃级二级氢气集气箱（49）并通过定位面与预燃级二级氢气集气箱端壁（58）焊接形成密闭环腔，预燃级二级氢气喷射孔（55）位于文氏管（59）上，通过钻孔得到，方向垂直于壁面，预燃级第二路氢气经预燃级二级氢气流道（43）进入预燃级二级氢气集气箱（49），然后由预燃级二级氢气喷射孔（55）喷入预燃级二级旋流器槽道（50）内，与进入的旋流空气进行强烈的混合，形成第二股预混燃气；预燃级第二路加氢系统由预燃级三级氢气流道（45）、预燃级三级氢气集气箱端壁（52）、预燃级三级氢气集气箱（53）、预燃级三级氢气喷射孔（54）组成，燃级三级氢气集气箱（53）开在预燃级套筒（51）上，通过铣切加工而成，可以有效减轻预燃级的重量，预燃级三级氢气集气箱端壁（52）焊接在燃级三级氢气集气箱（53）上，预燃级三级氢气喷射孔（54）为斜孔，与轴向成一定角度，预燃级第三路氢气流经预燃级三级氢气流道（45）、预燃级三级氢气集气箱（53），最后经预燃级三级氢气喷射孔（54）喷入预燃级旋转射流空气中，形成半预混的可燃气体。在航空发动机慢车、进场等小工况时，只有预燃级（15）喷油工作，预燃级一级氢气喷射孔（57）和预燃级二级氢气喷射孔（55）单独或者共同喷注氢气，与预燃级燃油、空气混合，保证小工况的燃烧稳定性和燃烧效率，降低污染排放；在航空发动机巡航中等工况时，由于燃烧室进口温度不太高，预燃级（15）和主燃级（21）均喷油工作，预燃级一级氢气喷射孔（57）、预燃级二级氢气喷射孔（55）、预燃级三级氢气喷射孔（54）、主燃级一级氢气喷射孔（34）、主燃级二级氢气喷射孔（38）均可喷注氢气，相互配合，保证贫油燃烧的稳定性和燃烧效率，降低污染排放；在航空发动机爬升、 起飞大工况时，预燃级（15）和主燃级（21）均喷油工作，预燃级三级氢气喷射孔（54）和主燃级二级氢气喷射孔（38）共同喷注氢气，既保证贫油燃烧的稳定性和燃烧效率，降低污染排放，又可以防止氢气自燃。