一种预燃级部分预混预蒸发的低污染燃烧室

摘要

一种预燃级部分预混预蒸发的低污染燃烧室，采用单环腔结构，包括扩压器、燃烧室外机匣、燃烧室内机匣、火焰筒外壁、火焰筒内壁和燃烧室头部；燃烧用空气全部由燃烧室头部进入火焰筒，采用分级燃烧方案，分为预燃级和主燃级；主燃级采用预混燃烧方式，预燃级采用旋流稳定的扩散燃烧与旋流预混燃烧相结合的方式。预燃级采用扩散燃烧和预混燃烧相结合的方式，在不影响稳定燃烧的同时降低了小工况下的污染物排放。本发明预燃级结构简单，在不影响燃烧稳定性的同时，降低了小工况下的污染排放，从而使航空发动机燃烧室的整个着陆起飞循环(Landing and Take-off，LTO)的污染排放得到进一步降低。

主权项

一种预燃级部分预混预蒸发的低污染燃烧室，其特征在于：所述燃烧室采用单环腔结构，它由燃烧室外机匣(6)和燃烧室内机匣(7)构成其外轮廓；燃油喷嘴(16)向燃烧室供给所有燃油；外界空气通过扩压器(10)进入，火焰筒外壁(8)、火焰筒内壁(9)和燃烧室头部(13)组成燃烧区域，燃烧用空气全部由燃烧室头部(13)进入火焰筒，掺混空气由火焰筒外壁(8)上的外掺混孔(11)和火焰筒内壁(9)上的内掺混孔(12)射入；所述燃烧室头部(13)采用分级燃烧方案，分为主燃级(14)和预燃级(15)，主燃级(14)通过头部整体端壁(71)与火焰筒外壁(8)和火焰筒内壁(9)连接固定；预燃级(15)通过预燃级头部端壁(73)与主燃级(14)联接，并与主燃级(14)同心；所述预燃级(15)由预燃级旋流器(20)组成，其中预燃级旋流器(20)包括预燃级外环管(21)、预燃级内环管(22)、预燃级旋流器叶片(23)；预燃级外环管(21)为一整体结构，分为预燃级外环管前直段(25)、预燃级外环管后弯段(26)两部分；预燃级内环管(22)为一整体结构，分为预燃级内环管前直段(27)、预燃级内环管后弯段(28)两部分；预燃级旋流器叶片(23)沿预燃级外环管前直段(25)和预燃级内环管前直段(27)周向均匀布置，并连接在预燃级外环管前直段内表面(29)和预燃级内环管前直段外表面(31)上，从而将预燃级外环管(21)和预燃级内环管(22)连接在一起；预燃级外环管(21)和预燃级内环管(22)形成预燃级外通道(32)，预燃级外通道(32)包括三部分，预燃级叶片通道(34)、预燃级上游外通道(35)和预燃级下游外通道(36)，其中预燃级外环管前直段(25)、预燃级内环管前直段(27)以及各预燃级旋流器叶片(23)形成多个预燃级叶片通道(34)，在预燃级叶片通道(34)上游的预燃级外通道(32)称为预燃级上游外通道(35)，预燃级叶片通道(34)下游的预燃级外通道(32)称为预燃级下游外通道(36)，预燃级内环管(22)形成预燃级内通道(33)，预燃级内通道(33)包括两部分，预燃级喷嘴定位环上游内通道(37)和预燃级喷嘴定位环下游内通道(38)；预燃级内环管前直段内表面(30)有凸出的预燃级喷嘴定位环(24)，预燃级喷嘴定位环(24)将预燃级内通道(33)分为预燃级喷嘴定位环上游内通道(37)和预燃级喷嘴定位环下游内通道(38)；在预燃级内环管前直段(27)或预燃级内环管后弯段(28)开有预燃级内通道进气孔(39)；经过预燃级叶片通道(34)的来流一部分经过预燃级内通道进气孔(39)进入预燃级喷嘴定位环下游内通道(38)，一部分仍在预燃级外通道(32)里流动；在预燃级内环管前直段(27)开有预燃级周向喷油孔(40)，预燃级周向喷油孔(40)沿预燃级内环管前直段(27)周向均匀分布，预燃级周向喷油孔(40)处在预燃级叶片通道 (34)里或预燃级下游外通道(36)里；预燃级(15)通过预燃级旋流器安装边(43)与预燃级头部端壁(73)相连；所述主燃级(14)由预混预蒸发环管外环(49)、预混预蒸发环管内环(50)、主燃级出口导流支撑(52)和主燃级旋流器(48)、主燃级旋流器安装环(46)、主燃级进口挡板(47)构成，其中预混预蒸发环管外环(49)和预混预蒸发环管内环(50)构成了预混预蒸发环腔(51)；主燃级旋流器(48)嵌在主燃级进口挡板(47)的主燃级旋流器定位孔(58)中，主燃级进口挡板(47)与预混预蒸发环管外环(49)、预混预蒸发环管内环(50)焊接在一起，主燃级旋流器安装环(46)将主燃级旋流器(48)紧压在主燃级进口挡板(47)上，将主燃级旋流器(48)与预混预蒸发环管外环(49)、预混预蒸发环管内环(50)联接在一起；所述燃油喷嘴(16)包括预燃级一级喷油嘴(62)、预燃级二级喷油嘴(63)和主燃级喷油嘴(70)，燃油喷嘴(16)从燃烧室头部(13)的上游直接插入主燃级(14)和预燃级(15)中；其中预燃级一级喷油嘴(62)为单个喷嘴，直接插入到预燃级喷嘴定位环下游内通道(38)里，经过预燃级燃油管路(61)的燃油一部分通过预燃级一级喷油嘴(62)形成预燃级一级油雾(17)，预燃级一级油雾(17)打在预燃级旋流器文氏管内壁面(42)上形成油膜，在经过预燃级内通道进气孔(39)的来流作用下进行雾化，在预燃级出口(45)进行扩散燃烧；预燃级二级喷油嘴(63)由预燃级二级燃油集油箱(64)组成，预燃级二级喷油嘴(63)直接插入预燃级喷嘴定位环上游内通道(37)中，并通过预燃级喷嘴定位环(24)对预燃级二级喷油嘴(63)进行轴向定位，同时保证了预燃级一级喷油嘴(62)插入到预燃级喷嘴定位环下游内通道(38)里；预燃级二级燃油集油箱(64)为环形结构，开有预燃级二级燃油集油箱环腔(65)，预燃级二级燃油集油箱环腔(65)上沿周向均匀开设了多个预燃级集油环腔直射喷口(67)，多个预燃级集油环腔直射喷口(67)与对应的预燃级周向喷油孔(40)是同心的；在预燃级燃油管路(61)上沿周向均匀开设了若干个预燃级燃油分级孔(66)，经过预燃级燃油管路(61)的燃油一部分通过预燃级燃油分级孔(66)进入预燃级二级燃油集油箱环腔(65)，然后依次经过预燃级集油环腔直射喷口(67)、预燃级周向喷油孔(40)形成多股预燃级二级油雾(18)，向预燃级叶片通道(34)或预燃级下游外通道(36)内喷射，在预燃级叶片通道(34)或预燃级下游外通道(36)内，预燃级二级油雾(18)在旋流的作用下进行蒸发和预混，然后经过预燃级外通道出口(44)进入预燃级出口(45)进行预混燃烧；预燃级(15)采用预燃级一级喷油嘴(62)扩散燃烧和预燃级二级喷油嘴(63)预混燃烧相结合的方式，在不影响稳定燃烧的同时降低了小工况下的污染物排放；主燃级喷油嘴(70)为直射式喷嘴，主燃级喷油嘴(70)沿主燃级燃油环管(69)均匀布置，各主燃级喷油嘴(70)也分别插入到对应的主燃级喷油嘴安装孔(56)中，从而也对预燃级二级喷油嘴(63)进行了周向定位，使各预燃级集油环腔直射喷口(67) 与同心的预燃级周向喷油孔(40)一一对应；经过主燃级燃油管路(68)的燃油经过主燃级喷油嘴(70)形成主燃级油雾(19)，在经过主燃级旋流器(48)的空气作用下对燃油进行初始雾化，在预混预蒸发环腔(51)内旋流实施二次雾化、蒸发和掺混，在较短的几何尺寸内实现燃油快速蒸发并与空气均匀掺混，最后燃油蒸汽与空气的预混气以一定的旋流形式进入火焰筒燃烧，保证较低的污染排放。