一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部制造技术

本发明专利技术公开了一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部，属于低污染燃烧室领域，本发明专利技术的7点贫油直接喷射头部分为值班级、第一主燃级、第二主燃级，均可独立控制；值班级采用离心喷嘴形成扩散燃烧方式，主燃级采用贫油直接喷射燃烧方式，在7%推力工况时，仅值班级工作；在30%推力工况时，值班级和第一主燃级同时工作，兼顾该工况下高燃烧效率与低排放；在85%和100%推力工况时，值班级和第一主燃级、第二主燃级同时工作，燃烧室主级内平均温度较低，有效降低污染物排放；该设计能够保证燃烧室在全工况范围内正常稳定工作的同时，有效降低污染物排放，同时兼顾燃烧效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部
本专利技术属于低污染燃烧室领域，具体是一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部。
技术介绍
近年来，随着人们对环保问题越来越重视，航空发动机的环保性在研制要求中越来越突出，降低污染、延长寿命是燃气涡轮发动机的主要发展目标。为此，世界各国都对低污染燃烧技术进行广泛的研究，发展了不同形式的低污染燃烧室。例如，早在20世纪70年代美国就发展了分级燃烧技术、贫油预混预蒸发燃烧室(LPP)、富油燃烧-猝熄-贫油燃烧技术(RQL)、催化燃烧室以及变几何燃烧室（VGC）等，其主要目的都是为了大幅度减少氮氧化物的生成。但是这些技术都有其不足之处，RQL燃烧技术在中间区很难保证快速充分混合，从而燃烧效率降低；LPP燃烧技术有着回火、自燃、燃烧不好维持稳定等问题。因此，贫油直接喷射技术(LDI)受到了重视，LDI技术将燃油直接喷射到燃烧室中与空气混合燃烧，由于不与空气预混，所以LDI技术不存在自燃和回火等问题。许多研究机构研究表明，分级LDI燃烧方案，能有效降低氮氧化物排放，其NOX排放比CAEP/6规定低80%以上。但目前现有技术存在的问题在于：虽然降低了污染物的排放，但是燃烧效率有所降低，特别是在小工况的条件下，燃烧效率极低。现有技术中的设计限制了燃烧室的工作范围。因此，设计一种低污染的燃烧室能够保证燃烧室在全工况范围内正常稳定工作的同时，有效降低污染物排放，同时兼顾燃烧效率，一直是本领域技术人员厄待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的问题，公开了一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部，通过在喷射头部设置中心值班旋流器以及多个相同结构的贫油直接喷射旋流器，且均可独立控制分级燃烧，以适应不同的工况条件，解决了现有技术中存在的问题。本专利技术是这样实现的：一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部，包括喷油杆，7点贫油直接喷射头部包括值班3、值班级中心两侧外环上的两个第一主燃级、值班级外环上四周剩余的四个旋流喷嘴第二主燃级；值班级为7点贫油直接喷射头部的中心值班旋流器，为离心式喷嘴；第一主燃级、第二主燃级为主燃级直射式喷嘴，第一主燃级、第二主燃级结构相同且周向分布于中心值班旋流器周围，周向分布的主燃级直射式喷嘴中：位于两侧的定义为第一主燃级，其他为第二主燃级；值班级、第一主燃级和第二主燃级的喷嘴燃油均可独立控制，第二主燃级5也形成分级燃烧。值班级采用离心喷嘴形成扩散燃烧方式，主燃级采用贫油直接喷射燃烧方式，有效避免自燃和回火等问题发生；值班级旋流器出口与主燃级旋流器出口平齐，在7%推力工况时，仅值班级工作；在30%推力工况时，值班级和第一主燃级同时工作，兼顾该工况下高燃烧效率与低排放；在85%和100%推力工况时，值班级、第一主燃级、第二主燃级同时工作，燃烧室主级内平均温度较低，有效降低污染物排放。主燃级出口当量比偏贫，保证保证主燃级出口燃烧区域平均温度较低，有效降低污染物排放。值班级的结构包括值班级扩张通道、值班级扩张通道上的值班扩张通道斜切孔、值班级离心喷嘴出口；主燃级直射式喷嘴的结构包括主燃级扩张通道、主燃级直射式喷嘴出口；喷油杆的头部中心连接于值班级离心喷嘴出口，在值班级离心喷嘴出口周围均匀分布有主燃级直射式喷嘴出口，且主燃级直射式喷嘴出口与主燃级旋流器相匹配，喷油杆的主燃级喷嘴与旋流器相匹配。喷油杆中共有3股油路，分别为值班级离心喷嘴油路、第一主燃级的两个直射式喷嘴燃油油路和第二主燃级的四个直射式喷嘴燃油油路，从而可以分别对值班级喷嘴、第一主燃级上直射式喷嘴、第二主燃级上直射式喷嘴分别进行控制，实现分级燃烧。进一步，所述的值班级扩张通道的出口端面与主燃级扩张通道出口端面平齐，且值班级出口扩张通道出口直径与主燃级扩张通道出口直径比为1.1～2。进一步，所述的值班级扩张通道与中心轴的水平夹角为200～700；主燃级扩张通道与中心轴的水平夹角为200～800。进一步，所述的值班扩张通道斜切孔与中心轴的水平夹角为20o～70o，与中心轴的垂直夹角为20o～70o。进一步，所述的值班级还包括值班级离心喷嘴圆台、值班级离心喷嘴出口和与值班级离心喷嘴出口相通的值班级离心喷嘴内通道。进一步，所述的主燃级直射式喷嘴还包括主燃级二级旋流器、与主燃级二级旋流器连接的主燃级一级旋流器、与主燃级一级旋流器连接的主燃级中心轴向空气加速通道；主燃级二级旋流器上还设置有主燃级直射式喷嘴燃油外通道，主燃级直射式喷嘴燃油外通道出口与主燃级直射式喷嘴出口连接；主燃级一级旋流器与主燃级二级旋流器之间为主燃级一级旋流器收敛通道；主燃级二级旋流器外侧为主燃级二级旋流器收敛通道。进一步，所述的主燃级一级旋流器的旋流叶片数量为6～20个，旋流叶片安装角度为20o～70o；主燃级二级旋流器的旋流叶片数量为6～20个，旋流叶片安装角度为20o～70o；主燃级一级旋流器和主燃级二级旋流器旋向相同或相反。进一步，所述的主燃级一级旋流器收敛通道与中心轴的水平夹角为100～450，主燃级二级旋流器收敛通道与中心轴的水平夹角为00～800。进一步，所述的主燃级一级旋流器内直径与主燃级中心轴向空气加速通道(14)的中心圆柱形轴向气流出口直径比为1.5～3；主燃级一级旋流器收敛通道出口直径与主燃级一级旋流器外直径比为0.4～1。进一步，具体根据燃气轮机低污染燃烧室工况而发生变化，控制第一主燃级、第二主燃级出口当量比为0.4～0.9，主燃级出口燃烧温度低，从而降低污染物排放；值班级出口当量比为0.6～1.6，具体根据燃烧室工况，控制不同的值班级出口当量比，为燃烧室提供可靠稳定值班火焰。本专利技术与现有技术相比的有益效果在于：1）本专利技术的7点贫油直接喷射头部分为值班级、第一主燃级、第二主燃级，均可独立控制；值班级采用离心喷嘴形成扩散燃烧方式，主燃级采用贫油直接喷射燃烧方式，有效避免自燃和回火等问题发生，结构简单，污染物排放较低，适用于低污染燃烧室；2）根据不同的工况，即在7%推力工况时，仅值班级工作；在30%推力工况时，值班级和第一主燃级同时工作，兼顾该工况下高燃烧效率与低排放；在85%和100%推力工况时，值班级和第一主燃级、第二主燃级同时工作，燃烧室主级内平均温度较低，有效降低污染物排放；该设计能够保证燃烧室在全工况范围内正常稳定工作的同时，有效降低污染物排放，同时兼顾燃烧效率。3）7点贫油直接喷射头部分的主燃级也实现分级燃烧，有效解决了贫油燃烧室在小工况（30%推力工况）效率很低的问题，拓宽了燃烧室的工作范围，降低了污染物排放；主燃级采用贫油直接喷射方式，避免了回火和自燃等问题，降低了燃烧室烧毁的风险；4）采用7点贫油直接喷射方式，主燃级的两级轴向旋流器保证燃油与空气快速均匀混合，提高了燃烧效率，降低燃烧室平均温度。附图说明图1为本专利技术一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部的正视图；图2为本专利技术一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部的剖视图图3为本专利技术本专利技术一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部的喷油杆的侧视图；图4为本专利技术应用于环形燃烧室示意图；图中，1-7点贫油直接喷射头部，2-喷油杆，3-值班级，4-第一主燃级，5-第二主燃级，6-值班扩张通道斜切孔，7-值班级离心喷嘴内通道，8-值班级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部，包括喷油杆（2），其特征在于，所述的7点贫油直接喷射头部包括值班级（3）、值班级（3）中心两侧外环上的两个旋流喷嘴为第一主燃级（4）、值班级（3）圆周上剩余的四个旋流喷嘴为第二主燃级（5）；所述的值班级（3）为7点贫油直接喷射头部（1）的中心值班旋流器，为离心式喷嘴；所述的第一主燃级（4）、第二主燃级（5）为主燃级直射式喷嘴，第一主燃级（4）、第二主燃级（5）结构相同且周向分布于中心值班旋流器周围，其中值班级（3）中心两侧的为第一主燃级（4），其他为第二主燃级（5）；所述的值班级（3）的结构包括值班级扩张通道（10）、值班级扩张通道（10）上的值班扩张通道斜切孔（6）、值班级离心喷嘴出口（8）；所述的主燃级直射式喷嘴的结构包括主燃级扩张通道（11）、主燃级直射式喷嘴出口（12）；喷油杆（2）的头部中心连接于值班级离心喷嘴出口（8），在值班级离心喷嘴出口（8）周围均匀分布有主燃级直射式喷嘴出口（12），且主燃级直射式喷嘴出口（12）与主燃级旋流器相匹配。

【技术特征摘要】
1.一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部，包括喷油杆（2），其特征在于，所述的7点贫油直接喷射头部包括值班级（3）、值班级（3）中心两侧外环上的两个旋流喷嘴为第一主燃级（4）、值班级（3）圆周上剩余的四个旋流喷嘴为第二主燃级（5）；所述的值班级（3）为7点贫油直接喷射头部（1）的中心值班旋流器，为离心式喷嘴；所述的第一主燃级（4）、第二主燃级（5）为主燃级直射式喷嘴，第一主燃级（4）、第二主燃级（5）结构相同且周向分布于中心值班旋流器周围，其中值班级（3）中心两侧的为第一主燃级（4），其他为第二主燃级（5）；所述的值班级（3）的结构包括值班级扩张通道（10）、值班级扩张通道（10）上的值班扩张通道斜切孔（6）、值班级离心喷嘴出口（8）；所述的主燃级直射式喷嘴的结构包括主燃级扩张通道（11）、主燃级直射式喷嘴出口（12）；喷油杆（2）的头部中心连接于值班级离心喷嘴出口（8），在值班级离心喷嘴出口（8）周围均匀分布有主燃级直射式喷嘴出口（12），且主燃级直射式喷嘴出口（12）与主燃级旋流器相匹配。2.根据权利要求1所述的一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部，其特征在于，所述的值班级扩张通道（10）的出口端面与主燃级扩张通道（11）出口端面平齐，且值班级出口扩张通道(10)出口直径与主燃级扩张通道(11)出口直径比为1.1～2。3.根据权利要求1或2所述的一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部，其特征在于，所述的值班级扩张通道（10）与中心轴（19）的水平夹角为200～700；主燃级扩张通道(11)与中心轴（19）的水平夹角为200～800。4.根据权利要求1所述的一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部，其特征在于，所述的值班扩张通道斜切孔（6）与中心轴（19）的水平夹角为20o～70o，与中心轴（19）的垂直夹角为20o～70o。5.根据权利要求1所述的一种用于低污染燃烧室的7点贫油直接喷射头部，其特征在于，所述的值班级（3）还包括值班级离心喷嘴...

【专利技术属性】
技术研发人员：何昌升，颜应文，刘云鹏，李井华，刘勇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32