主燃级采用单层预膜径向两级反向旋流的低污染燃烧室制造技术

一种主燃级采用单层预膜径向两级反向旋流的低污染燃烧室，其中预燃级在中心，而主燃级在预燃级外围；主燃级通过头部整体端壁与火焰筒外壁和火焰筒内壁固定，预燃级则通过级间段与主燃级联接，并与主燃级同心；来自燃油喷嘴的主燃级的燃油进入主燃级燃油输油孔，通过主燃级燃油喷孔喷入主燃级预膜板内通道，部分燃油形成主燃级直喷油雾，部分燃油打到主燃级预膜板上形成均匀油膜，在主燃级预膜板外通道、主燃级预膜板内通道形成的外、内反向旋流通过剪切作用能破碎雾化均匀油膜而形成主燃级气动雾化油雾，主燃级气动雾化油雾、直喷油雾进一步与空气发生掺混形成较均匀的油气混合物，均匀的油气混合物进入燃烧区域进行预混燃烧。

The primary combustion stage adopts a single layer pre film radial two stage reverse swirl low pollution combustion chamber

A low pollution combustion chamber of main combustion stage adopts single swirl pre film two radial reverse, the precombustion stage in the center, and the main combustion stage in the precombustion stage outside the main combustion stage; the whole head end wall and the flame tube outer wall and the inner wall of the flame barrel and fixing the precombustion stage through between the section and the main combustion stage connected, and concentric with the main combustion stage; from the fuel nozzle of the main combustion stage of the fuel to the main combustion stage of the fuel oil hole, the main combustion stage of the fuel spray nozzle holes in the fuel channel pre coating plate, forming the main part of the fuel combustion stage direct spray, part of the fuel to the main combustion stage pre coating plate to form a uniform oil film in the main combustion stage of pre plate membrane channel, main fuel channel pre film plate formed in the outer and inner cyclone by reverse shear breaking uniform atomization oil film formed main combustion stage pneumatic atomizing oil mist, main combustion stage pneumatic atomizing oil mist spray, straight into the A homogeneous mixture of oil and gas is mixed with air to produce a homogeneous mixture of oil and gas into the combustion zone for premixed combustion.

【技术实现步骤摘要】
主燃级采用单层预膜径向两级反向旋流的低污染燃烧室
本技术涉及发动机燃烧室。
技术介绍
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(氮氧化物)污染物的排放要求,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早已着手研究低污染燃烧室。GE首先研发了双环腔低污染燃烧室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)技术为其GEnx发动机研制了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6363726、6389815、6354072、6418726、0178732、6381964和6389815，所有这些专利文献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。不管是何种先进的低污染燃烧室，其关键技术就是降低NOx、CO(一氧化碳)、UHC(未燃碳氢化合物)和冒烟的燃烧技术，核心问题是降低燃烧区的温度，同时使燃烧区温度场均匀，即控制整体和局部的当量比，而主燃区当量比的均匀性又主要取决于燃油雾化和油气掺混的均匀性。目前的常规燃烧室无法降低NOx、CO和UHC排放，这是由于目前燃烧室的设计方案所导致的。对于常规燃烧室来说，在大状态时由于采用液雾扩散燃烧方式，燃烧区局部当量比总是在1附近，远超过上述低污染燃烧所需当量比范围要求，此时虽然CO和UHC的排放低，但NOx的排放达到最大；在小状态时，燃烧区当量比又很低，远低于上述低污染燃烧所需当量比区间，此时虽然NOx排放低，但CO和UHC排放又很高。另外，由于常规燃烧室普遍采用扩散燃烧方式，局部当量比不均匀，因此对于常规燃烧室来说，无法满足在整个发动机工作范围内的低污染要求。
技术实现思路
为了克服现有技术不足，本技术运用预混预蒸发燃烧技术，提供了一种主燃级采用单层预膜径向两级反向旋流的低污染燃烧室。本技术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LTO循环的污染排放。本技术是针对航空发动机低污染燃烧的新方法。根据NOx与CO产生的机理及试验结果可知：燃烧室主燃区的当量比在0.6～0.8范围内产生的NOx与CO(UHC和CO的排放规律类似)很少。基于此原理，要兼顾NOx与CO、UHC的排放量都处于低值范围，考虑两个因素：其一是主燃区的平均当量比，其二是主燃区平均当量比的均匀性，并且在航空发动机的所有工作情况下都应如此。而主燃区当量比的均匀性又主要取决于燃油雾化和油气掺混的均匀性，这主要取决于两方面：一是燃油颗粒直径分布的均匀性，即SMD的分布均匀性；二则是燃油油雾浓度分布的均匀性。从燃烧方式讲，应采用均匀的预混燃烧，达到主燃区当量比均匀性要求以降低污染排放。据此，一种主燃级采用单层预膜径向两级反向旋流的低污染燃烧室，该低污染燃烧室采用单环腔结构，由燃烧室外机匣和燃烧室内机匣构成燃烧室外轮廓，外界空气通过扩压器进入；火焰筒外壁、火焰筒内壁和燃烧室头部组成燃烧区域，燃烧用空气全部由燃烧室头部进入火焰筒，掺混空气由火焰筒外壁上的掺混孔射入；采用中心分级燃烧方案，分为预燃级和主燃级，燃油喷嘴供给燃烧室所有燃油，主燃级通过头部整体端壁与火焰筒外壁和火焰筒内壁固定，预燃级则通过级间段与主燃级联接，并与主燃级同心；所述主燃级由主燃级内旋流器、主燃级外旋流器、主燃级预膜板、头部整体端壁及头部整体导流片组成；主燃级燃油通过主燃级燃油管路进入主燃级燃油集油腔，随后进入主燃级燃油输油孔，通过主燃级燃油喷孔喷入主燃级预膜板内通道，部分燃油形成主燃级直喷油雾，部分燃油打到预膜板上形成均匀油膜，在主燃级预膜板内通道和预膜板外通道的两股反向旋流剪切作用下破碎雾化形成主燃级气动雾化油雾，两股油雾进一步与空气发生掺混形成较均匀的油气混合物，均匀的油气混合物进入火焰筒进行预混燃烧。进一步的，所述预燃级采用的旋流器的级数为1≤n≤5；每级旋流器采用旋流器的结构是轴向旋流器，或是径向旋流器，或是切向旋流器；当预燃级的级数n＝1时，旋流器直接与级间段连接；当预燃级的级数1<n≤5时，各级旋流器先连接成一个整体，再与燃级头部端壁连接。进一步的，所述的主燃级采用两级反向旋流器结构，每级旋流器采用旋流器的结构是轴向旋流器，或是径向旋流器，或是切向旋流器，两级旋流器径向布置，大大增强了油气掺混均匀性。进一步的，所述的主燃级燃油采用周向离散横喷，部分燃油形成主燃级直喷油雾，部分燃油打在主燃级预膜板上形成油膜，增加了周向均匀性，在主燃级预膜板内通道和预膜板外通道反向旋流剪切作用下破碎雾化形成主燃级气动雾化油雾。进一步的，所述主燃级预膜板中心剖面的内侧型线包括但不限于直线、曲线或多段线。进一步的，所述的主燃级燃油喷孔开口的几何形状是圆形或矩形或椭圆形，喷孔轴线在喷孔开口所在平面上的投影与头部轴线方向的夹角为0°～60°，喷孔轴线在过喷孔开口中心的头部中轴面上的投影与头部轴线方向的夹角为20°～90°。进一步的，所述的燃油喷嘴供应燃烧室所需的全部燃油，主燃级燃油占总燃油量的比例为50％～90％。进一步的，所述的燃烧室头部沿周向均匀布置，个数为10～60个，燃烧室头部的空气量占燃烧室总空气量的20％～80％，其中主燃级占头部空气量的60％～90％，预燃级占头部空气量的10％～40％。进一步的，所述燃烧室的火焰筒外壁和火焰筒内壁的冷却方式采用气膜冷却、发散冷却或复合冷却方式，以对壁面温度进行控制延长火焰筒的寿命。进一步的，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主燃级采用单层预膜径向两级反向旋流的低污染燃烧室，其特征在于，该低污染燃烧室为单环腔结构，包括由燃烧室外机匣和燃烧室内机匣构成的燃烧室外轮廓，容许外界空气通过并进入该低污染燃烧室的扩压器，以及由火焰筒外壁、火焰筒内壁和燃烧室头部组成的燃烧区域；其中，该低污染燃烧室构造成燃烧用空气全部由所述燃烧室头部进入所述燃烧区域，掺混空气由所述火焰筒外壁上的掺混孔射入；所述燃烧室头部包括燃油喷嘴、预燃级和主燃级，所述燃油喷嘴用于供给该低污染燃烧室所有燃油，所述预燃级在中心，而所述主燃级在所述预燃级外围；所述主燃级包括主燃级内旋流器、主燃级外旋流器、主燃级预膜板、头部整体端壁、头部整体导流片、主燃级预膜板内通道以及主燃级预膜板外通道，所述主燃级通过所述头部整体端壁与所述火焰筒外壁和所述火焰筒内壁固定，所述主燃级预膜板内通道、所述主燃级预膜板外通道分别位于所述主燃级预膜板的径向内外侧，所述主燃级预膜板外通道串接所述主燃级外旋流器，所述主燃级预膜板内通道串接所述主燃级内旋流器；所述预燃级则通过级间段与所述主燃级联接，并与所述主燃级同心；在所述主燃级中，来自所述燃油喷嘴的所述主燃级的燃油通过主燃级燃油管路进入主燃级燃油集油腔，随后进入主燃级燃油输油孔，通过所述主燃级燃油喷孔喷入所述主燃级预膜板内通道，部分燃油形成主燃级直喷油雾，部分燃油打到所述主燃级预膜板上形成均匀油膜，所述主燃级外旋流器用于在所述主燃级预膜板外通道形成外旋流，所述主燃级内旋流器用于在所述主燃级预膜板内通道形成内旋流，反向的外旋流和内旋流通过剪切作用能破碎雾化所述均匀油膜而形成主燃级气动雾化油雾，主燃级气动雾化油雾、所述直喷油雾进一步与空气发生掺混形成较均匀的油气混合物，均匀的油气混合物进入所述燃烧区域进行预混燃烧。...

【技术特征摘要】
2015.10.16 CN 20151067414541.一种主燃级采用单层预膜径向两级反向旋流的低污染燃烧室，其特征在于，该低污染燃烧室为单环腔结构，包括由燃烧室外机匣和燃烧室内机匣构成的燃烧室外轮廓，容许外界空气通过并进入该低污染燃烧室的扩压器，以及由火焰筒外壁、火焰筒内壁和燃烧室头部组成的燃烧区域；其中，该低污染燃烧室构造成燃烧用空气全部由所述燃烧室头部进入所述燃烧区域，掺混空气由所述火焰筒外壁上的掺混孔射入；所述燃烧室头部包括燃油喷嘴、预燃级和主燃级，所述燃油喷嘴用于供给该低污染燃烧室所有燃油，所述预燃级在中心，而所述主燃级在所述预燃级外围；所述主燃级包括主燃级内旋流器、主燃级外旋流器、主燃级预膜板、头部整体端壁、头部整体导流片、主燃级预膜板内通道以及主燃级预膜板外通道，所述主燃级通过所述头部整体端壁与所述火焰筒外壁和所述火焰筒内壁固定，所述主燃级预膜板内通道、所述主燃级预膜板外通道分别位于所述主燃级预膜板的径向内外侧，所述主燃级预膜板外通道串接所述主燃级外旋流器，所述主燃级预膜板内通道串接所述主燃级内旋流器；所述预燃级则通过级间段与所述主燃级联接，并与所述主燃级同心；在所述主燃级中，来自所述燃油喷嘴的所述主燃级的燃油通过主燃级燃油管路进入主燃级燃油集油腔，随后进入主燃级燃油输油孔，通过所述主燃级燃油喷孔喷入所述主燃级预膜板内通道，部分燃油形成主燃级直喷油雾，部分燃油打到所述主燃级预膜板上形成均匀油膜，所述主燃级外旋流器用于在所述主燃级预膜板外通道形成外旋流，所述主燃级内旋流器用于在所述主燃级预膜板内通道形成内旋流，反向的外旋流和内旋流通过剪切作用能破碎雾化所述均匀油膜而形成主燃级气动雾化油雾，主燃级气动雾化油雾、所述直喷油雾进一步与空气发生掺混形成较均匀的油气混合物，均匀的油气混合物进入所述燃烧区域进行预混燃烧。2.如权利要求1所述的低污染燃烧室，其特征在于，所述预燃级采用的旋流器的级数为1≤n≤5，且每级旋流器采用旋流器的结构是轴向旋流器，或是径向旋流器，或是切向旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，王波，林宇震，韩啸，何沛，徐榕，鄂亚佳，吴昊，陈盼，
申请(专利权)人：中航商用航空发动机有限责任公司，北京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：上海,31