一种预膜式分三级预混预蒸发的低污染燃烧室

摘要

一种预膜式分三级预混预蒸发的低污染燃烧室，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，分为预燃级一级和主燃级两级；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方式。主燃级结构上分为两级，避免了主燃级一级的情况下，转级时主级油气混合变差导致的污染排放的增加，在不影响稳定燃烧的同时降低了30％工况下的污染物排放。主燃级第二级采取预膜式喷嘴，使燃油分布更加均匀，相比离散喷嘴污染物在大工况下进一步降低。本发明在不影响燃烧稳定性的同时，降低了航空发动机燃烧室的整个着陆起飞循环的污染排放。

主权项

一种预膜式分三级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；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)；所述预燃级(15)通过预燃级头部端壁(22)与主燃级(14)连接，并与主燃级(14)同心，预燃级(15)由中心向外包括预燃级旋流器组件(20)、预燃级喷嘴(21)、预燃级头部端壁(22)，预燃级喷嘴(21)和预燃级旋流器组件(20)配合定位，预燃级旋流器组件(20)和预燃级头部端壁(22)连接；预燃级(15)利用由预燃级旋流器组件(20)进入燃烧室的旋流空气产生的低速回流区稳定火焰，预燃级旋流器组件(20)通过预燃级头部端壁(22)与主燃级预混预蒸发段内环(33)相连接；预燃级喷嘴(21)位于预燃级旋流器组件(20)内，并与预燃级旋流器组件(20)同轴；预燃级头部端壁(22)连接于主燃级预混蒸发段内环(33)和预燃级外环管(23)上；其中预燃级旋流器(20)包括预燃级外环管(23)、预燃级文氏管(24)、预燃级旋流器叶片(25)、预燃级喷嘴定位环(26)，预燃级旋流器叶片(25)依次连接预燃级外环管(23)、预燃级文氏管(24)、预燃级喷嘴定位环；所述主燃级(14)由预混预蒸发外环(31)、预混预蒸发环内环(33)、主燃级燃油环(48)、预膜式喷嘴内环(42)、预膜式喷嘴外环(43)、主燃级外旋流器(34)、主燃级内旋流器(35)和预膜式喷嘴内旋流器(32)构成，其中主燃级内旋流器(35)与预膜式喷嘴内环(42)、预混预蒸发环内环(33)连接在一起主燃级内环腔(37)，主燃级外旋流器(34)与预混预蒸发环外环(31)一起构成主燃级外环(44)，主燃级外环(44)和预膜式喷嘴外环(43)构成了主燃级外环腔(36)，主级内外环腔(36，37)在预膜式喷嘴之后合并成预混段(38)；主燃级外环(44)通过头部整体端壁(51)与火焰筒外壁(8)和火焰筒内壁(9)连接固定，主燃级内环腔(37)和燃油喷嘴(16)为一体；所述燃油喷嘴(16)向燃烧室供给所有燃油，燃油喷嘴(16)由中心向外包括预燃级喷油嘴(39)、主燃级内喷油嘴(40)和预膜式喷油嘴(41)为一整体，预燃级喷油嘴(39)和预燃级喷嘴定位环(26)连接，预膜式喷油嘴(41)和主燃级外环(44)配合定位；燃油喷嘴(16)从燃烧室头部(13)的上游直接插入主燃级外环(44)中；其中预燃级喷油嘴(21)为单个喷嘴，直接插入到预燃级喷嘴定位环(26)下游内通道(27)里，经过预燃级燃油管路(28)的燃油通过预燃级喷油嘴(21)形成预燃级油雾(17)，预燃级油雾(17)打在预燃级旋流器文氏管内壁面(29)上形成油膜，在经过预燃级内通道(27)的来流作用下进行雾化，在预燃级出口(30)进行扩散燃烧；主燃级内喷油嘴(40)由主燃级内燃油通道(45)和主燃级内直射喷孔(50)组成，固定于预混预蒸发环内环(33)内侧，主燃级内燃油环(48)和预混预蒸发环内环(33)一起构成环形结构的主燃级燃油内通道(45)；预混预蒸发环内环(33)上沿周向均匀开有多个主燃级内直射喷孔(50)，燃油通过主燃级内燃油管(46)进入主燃级燃油通道(45)，然后经过主燃级内直射喷孔(50)形成多股主燃级内环喷雾(18)，向预混段(38)喷射；主燃级内环油雾(18)在主燃级内旋流的作用下进行蒸发和预混和掺混，实现燃油快速蒸发并与空气均匀掺混，然后经过预混段(38)进入主燃级出口(49)进行预混燃烧，保证较低的污染排放；预膜式喷油嘴(41)由预膜式喷嘴内环(42)、外环(43)和预膜式旋流器(32)组成，预膜式喷嘴内环(42)和预膜式喷嘴外环(43)连接形成环缝，预膜式旋流器嵌于环缝中；燃油通过预膜式喷油嘴(41)经过预膜式旋流器(32)形成一层均匀主燃级油膜(19)向预混段(38)喷射；主燃级油膜(19)在主燃级内外旋流的作用下进行蒸发和预混和掺混，实现燃油快速蒸发并与空气均匀掺混，然后经过预混段(38)进入主燃级出口(49)进行预混燃烧，保证较低的污染排放。