一种主燃级采用气泡雾化喷嘴的低污染燃烧室制造技术

本发明专利技术公开了一种主燃级采用气泡雾化喷嘴的低污染燃烧室，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、火焰筒内壁及燃烧室头部。燃烧室采用分级燃烧方案，燃烧头部分为预燃级和主燃级，预燃级采用旋流稳定的扩散燃烧方式，作为燃烧室的稳火源；主燃级采用预混预蒸发燃烧方式，有利于均匀燃烧。本发明专利技术采用中心分级的结构，预燃级结构简单；主燃级采用独特的气泡雾化喷嘴进行燃油喷射，使燃油具有高的雾化质量，利于燃油雾化与掺混，进一步增加了燃油分布的均匀性，从而使航空发动机燃烧室的整个着陆起飞循环的污染排放得到进一步降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航空燃气轮机的
，具体涉及一种主燃级采用气泡雾化喷嘴的低污染燃烧室，该燃烧室采用分级燃烧的模式，预燃级在中心，采用扩散燃烧和预混燃烧相结合的方式，在保证燃烧室稳定燃烧的同时，降低小工况下的污染排放；主燃级在预燃级外围，采用预混预蒸发燃烧的方式，主要用于降低大工况下的污染排放，从而降低航空发动机整个着陆起飞循环(LandingandTake-off,LTO)循环的污染排放。
技术介绍
代航空发动机燃烧室的基本性能和结构分布已经达到相当高的水平，但是对于现代航空发动机燃烧室来说，仍然存在大量的难题和挑战，新材料、新工艺、新结构、新概念的发展应用才是保证其持续进步的源泉。现代民用航空发动机燃烧室的主要发展趋势是低污染燃烧。民用航空发动机燃烧室必须满足日益严格的航空发动机污染排放标准。目前采用的CAEP6(CommitteeonAviationEnvironmentalProtection)标准对污染排放物的规定已经非常严格，特别是对NOx污染排放要求；而最新的CAEP8标准提出了将NOx的排放在CAEP6的排放标准上降低15％，随着航空业的迅猛发展和人们环保意识的不断提高，未来对燃气轮机燃烧室污染排放会提出更高的要求。美国航空发动机的两个著名公司GE和PW对低污染燃烧室早已着手研究，GE首先研发了双环腔低污染燃烧DAC(用于GE90和CFM56)，PW公司采用了RQL(富油燃烧-淬熄-贫油燃烧，Richburn-Quench-Leanburn，简称RQL)低污染燃烧室TALONII(用于PW4000和6000系列)。在下一代低污染燃烧室方面，GE公司采用LDM(LeanDirectMixingCombustion，贫油直接混合燃烧室)技术为其GEnx发动机研制的TAPS(TwinAnnularPremixingSwirler)低污染燃烧室。该燃烧室在台架全环试验验证中，NOx污染排放比CAEP2排放标准降低了50％。GE公司申请了多项美国专利：申请号US6363726、US6389815、US6354072、US6418726、US01/078732、US6381964和US6389815，所有这些专利都是预燃级采用扩散燃烧、主燃级采用预混燃烧的燃烧组织方式，目的是降低污染指数最大的大工况下的NOx排放。PW公司继续采用RQL方式提出了降低NOx污染排放的低污染燃烧室为TALONX，采用的头部形式是PW公司发展的空气雾化喷嘴，燃烧室为单环腔，在V2500发动机扇型试验段上的试验结果比CAEP2标准降低了50％。Rolls-Royce公司采用LDM技术发展的低污染燃烧室是ANTLE，该燃烧室是一个单环腔分级燃烧室，其NOx污染排放比CAEP2标准降低了50％，用于其新一代发动机湍达1000。中国的北京航空航天大学对低污染燃烧室也申请了CN200910238793.X、CN201010101574.X、CN201010034141.7、CN201010277014.X等多项专利，采用的方案是预燃级采用扩散燃烧方式，主燃级采用预混燃烧方式，主燃级为环形结构，轴向或径向供油，采用多点喷射或是预膜雾化方式，目的是降低大工况下的NOx排放，从而使整个LTO循环的NOx的排放得到降低，但要进一步降低整个LTO循环的NOx的排放水平难度较大。以上所述的专利，都是针对在大工况下降低污染排放，而根据国际民航组织(InternationalCivilAviationOrganization,ICAO)规定的一个标准循环下的排放物指数，用LTOEmission来表达这个参数，计算如下式： L T O E m i s s i o n ( g / k N ) = D p F o o = Σ i N EI m , i m · m f , i T m , i F o o ]]>由上式可知，LTOEmission跟四个工况下的NOx排放量有关，即既与大工况下的NOx排放有关，还与小工况下的NOx排放有关。标准LTO循环中的运行模式、每个运行模式下的推力和运行时间，如下表所示。表1ICAO规定的LTO循环中的运行模式和时间运行模式推力设置运行时间(min)起飞(Take-off)100％Foo0.7爬升(Climb)85％Foo2.2进场(Approach)30％Foo4.0滑行/地面慢车(Taxi/ground idle)7％Foo26.0常规或者现役的推力在140KN的CFM56-5B/3发动机的NOx排放如下表,数据来源于ICAOEmissiondatabank。表2CFM56-5B/3的NOx排放水平燃烧室采用分级燃烧，预燃级为扩散燃烧方式，主燃级为预混燃烧方式，降低了大工况下的NOx排放，可以达到的NOx排放如下表所示：表3主燃级采用预混燃烧可以达到的NOx排放水平参数单位慢车进场爬升起飞NOx排放指数(EI)g/(kgf)4.459.2844.1燃油流量kg/s0.1120.4481.0861.325运行时间g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主燃级采用气泡雾化喷嘴的低污染燃烧室，其特征在于：该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(13)组成；燃烧用空气全部由燃烧室头部(13)进入火焰筒，掺混空气由掺混孔射入；采用分级燃烧方案，分为预燃级(14)和主燃级(15)，燃油喷嘴(16)供给燃烧室所有燃油，主燃级(15)通过头部整体端壁(35)、头部整体导流片(36)与火焰筒外壁(8)和火焰筒内壁(9)固定，预燃级(14)则通过级间连接段(19)与主燃级(15)联接，并与主燃级(15)同心；所述预燃级(14)由预燃级一级涡流器(37)、预燃级二级涡流器(38)、预燃级文氏管(39)和预燃级喷嘴(30)组成，预燃级燃油通过预燃级燃油管路(33)进入预燃级喷嘴(30)雾化形成预燃级油雾(17)，所述主燃级(15)由主燃级外壁(20)、主燃级内壁(21)、主燃级端壁(23)和气泡雾化喷嘴(29)组成，主燃级外壁(20)上开有主燃级进气斜孔(22)，主燃级空气通过斜孔进入主燃级预混通道(34)，气泡雾化喷嘴(29)由气泡雾化喷嘴外壁(24)、气泡小管(25)、燃油喷孔(27)、主燃级进油环(40)组成，主燃级燃油通过主燃级燃油管路(31)和主燃级进油环(40)进入气泡雾化喷嘴(29)的喷嘴腔体(28)，雾化空气在扩压器(10)前引气，通过雾化气管路(32)进入气泡雾化喷嘴(29)的喷嘴腔体(28)，雾化气和燃油在预燃级气泡雾化喷嘴(29)和主燃级气泡雾化喷嘴(30)内部形成泡状两相流动，泡状流体通过燃油喷孔(27)喷入燃烧室，气泡由于喷嘴内外压力差爆炸形成高质量主燃级油雾(18)，主燃级油雾(18)在主燃级预混通道内与旋流空气快速掺混，并进行预蒸发，进入燃烧室后均匀燃烧，降低污染排放。...

【技术特征摘要】
1.一种主燃级采用气泡雾化喷嘴的低污染燃烧室，其特征在于：该低污染燃烧室采用
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(13)组成；燃烧用空气全部由燃烧室头部(13)进入火焰
筒，掺混空气由掺混孔射入；采用分级燃烧方案，分为预燃级(14)和主燃级(15)，燃油
喷嘴(16)供给燃烧室所有燃油，主燃级(15)通过头部整体端壁(35)、头部整体导流片
(36)与火焰筒外壁(8)和火焰筒内壁(9)固定，预燃级(14)则通过级间连接段(19)
与主燃级(15)联接，并与主燃级(15)同心；所述预燃级(14)由预燃级一级涡流器(37)、
预燃级二级涡流器(38)、预燃级文氏管(39)和预燃级喷嘴(30)组成，预燃级燃油通过
预燃级燃油管路(33)进入预燃级喷嘴(30)雾化形成预燃级油雾(17)，所述主燃级(15)
由主燃级外壁(20)、主燃级内壁(21)、主燃级端壁(23)和气泡雾化喷嘴(29)组成，主
燃级外壁(20)上开有主燃级进气斜孔(22)，主燃级空气通过斜孔进入主燃级预混通道(34)，
气泡雾化喷嘴(29)由气泡雾化喷嘴外壁(24)、气泡小管(25)、燃油喷孔(27)、主燃级
进油环(40)组成，主燃级燃油通过主燃级燃油管路(31)和主燃级进油环(40)进入气泡
雾化喷嘴(29)的喷嘴腔体(28)，雾化空气在扩压器(10)前引气，通过雾化气管路(32)
进入气泡雾化喷嘴(29)的喷嘴腔体(28)，雾化气和燃油在预燃级气泡雾化喷嘴(29)和
主燃级气泡雾化喷嘴(30)内部形成泡状两相流动，泡状流体通过燃油喷孔(27)喷入燃烧
室，气泡由于喷嘴内外压力差爆炸形成高质量主燃级油雾(18)，主燃级油雾(18)在主燃
级预混通道内与旋流空气快速掺混，并进行预蒸发，进入燃烧室后均匀燃烧，降低污染排放。
2.根据权利要求1所述的一种主燃级采用气泡雾化喷嘴的低污染燃烧室，其特征在于：
所述预燃级(14)采用的旋流器的级数为n，其中1≤n≤5；每级旋流器采用旋流器的结构是
轴向旋流器，或是径向旋流...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，王波，肖荣洪，林宇震，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11