双环形燃烧室的燃料供给系统技术方案

双环形燃烧室的一种燃烧供给系统，有一个辅助级歧管，一个第一主级歧管，和一个第二主级歧管，三个歧管都与一个三位置分级阀相连接。分级阀由一个燃烧／空气数字电子控制装置（ＦＡＤＥＣ）控制，ＦＡＤＥＣ则根据分级阀燃料／空气比控制计划控制分级阀，使其关闭（分级）、部分打开（部分分级）或打开（不分级）。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及双环形燃烧室，例如飞机燃气涡轮发动机用的那一种双环形燃烧室。更具体地说，本专利技术涉及一种改进的双环形燃烧室燃料供给系统。通过用燃料/空气数字电子控制装置(FADEC)调整带三位置分级阀的三歧管燃料供给系统，本专利技术对双环形燃烧室在降低排气污染程度和提高燃烧室使用寿命和操作性能方面进行了改进。附图说明图1为现有技术双环形燃烧室的示意图。燃烧室组件10装在机匣12中。扩压器14将增压空气通入敷有多孔衬垫17的燃烧室16中。衬垫上的孔在燃烧室工作期间温度变得非常高时起循环空气冷却衬垫的作用。空气通道33A和33B形成一条从扩散器绕燃烧室循环流通的冷却空气通路。来自扩压器的压缩空气大部分进入燃烧室的前区。燃烧室的这个前区由辅助穹舱22和主穹舱24组成，两穹舱为中心体34所分隔，形成辅助级区26和主级区28。穹舱22和24配置成双环形结构，两者即以这种结构形成环形燃烧室经分隔、径向间隔一段距离的两部分的前部界面，即辅助级区26和主级区28。中心体34前面设有一个罩，进一步用来分隔辅助穹舱与主穹舱。两穹舱用螺栓之类连接到衬垫17上。穹舱22和24中分别配置有汽化器31A和31B，汽化器中装有许多燃料杯和离心式喷嘴。各燃料杯和离心式喷嘴在燃烧室16前区彼此间隔一段距离排列成圈。辅助级的各燃料杯径向地配置在主级各燃料杯外。燃料用燃料喷管19加到有双喷管进口20A和20B的各燃料杯中。喷管进口20A通过燃料喷管总管18将燃料供到辅助穹舱22中，喷管进口20B则通过燃料喷管总管18将燃料供到主穹舱24中。图2是沿图1的A-A线截取的一部分前视剖视示意图。参看图2，燃料从燃料喷管总管18引入燃料喷嘴21A和21B中，再引入燃料杯37A和37B中。燃料喷嘴21A和21B可滑动地配置在燃料杯37A和37B中，燃料杯37A和37B则如上面说过的那样围绕辅助穹舱22和主穹舱24装在彼此间隔一段距离成圈排列的多个位置上。辅助穹舱和主穹舱内的各汽化器配备有主离心式喷嘴30A和30B围绕着燃料喷嘴和燃料杯提供混有燃料的旋涡空气。燃料与空气燃烧所产生的生成物从辅助级和主级出来，通过下游的涡轮段36膨胀(图1)。多年来，从环境保护和市场竞争方面考虑，迫切需要降低燃气涡轮发动机的排气污染程度。双环形燃烧室比传统的单环形燃烧室有利，因为双环形燃烧室的两分开供给燃料的穹舱，可以降低通常在低功率运行时经常发生的排出烃类(HC)和一氧化碳(CO)的排出量。此外，双环形设计可以减少高功率运行时氮的氧化物(NOx)和黑烟的排出量。上述性能是这样达到的在需用低能量时(例如起动和慢车期间)，完全只使用辅助穹舱，需要进一步提高功率时，才使用主穹舱和辅助穹舱。随着需用功率的提高，主穹舱接收的燃料越来越多。为达到上述性能，还采取了这样的措施提高在起动和低功率运行期间点火的辅助穹舱中的燃料空气比值(F/A)，并在高功率运行期间降低主穹舱中的F/A。在单环形设计几何条件固定的情况下，要达到实现降低排气污染程度的这些相互矛盾的低功率/高功率的F/A的要求实质上是不可能的。因此，单环形燃烧室的设计要妥善处理上述两种情况之间的关系，即一方面要在低功率运行期间不仅使HC和CO的排出量低，而且要使其具有起动良好和能进行贫油熄火的性能，另一方面要在高功率运行期间达到NOx排出量、烟流谱和非最优流谱以及分布因数都高的情况。双环形燃烧室的基本原理可以在功率谱的两端都达到最佳情况。图3给出一般双环形燃烧室燃料供给系统的原理图。燃料调节器40将燃料引到调节分级阀42，阀42打开时，燃料就可以通到主级歧管44中。阀42是通过将其阀位调到“通”或“关”的位置进行调节的。阀42关闭时，燃料只能进入辅助级歧管46中。无论阀42打开或关闭，歧管46都接收适量的燃料。在一般的双环形燃烧室中，主级燃料的供应是根据分级阀(例如分级阀42)的位置进行的，阀42一般是液压控制的。图4比较了单环形燃烧室50与一般的双环形燃烧室52在推力级和穹舱离心式喷嘴比值变化时的穹舱离心式喷嘴的Φ比值(即等值比)。Φ比值的定义是FAR(燃料空气比)实际值与FAR化学计算值的比值。穹舱离心式喷嘴Φ比值为穹舱中的FAR实际值与所消耗燃料的FAR化学计算值的比值。图4的曲线示出了分级工作区48和不分级工作区49。分级区48相当于只有燃烧室的辅助级参与工作时的推力级。推力级达大约15%之后，主级开始按功率要求的需要增加所接收的燃料量。图4中示出了发动机用以衡量其总的排气污染程度的四个工作点。工作点A为7%推力的慢车位置，工作点B为30%推力的进场位置，工作点C为85%推力的爬升位置，工作点D则为100%推力的起飞位置。这些数据还附有四个发动机工作点处的相对排气量差，用以测定发动机的总排气特性(即，7%慢车，30%进场，85%爬行和100%起飞)。按现行的燃料供给原理，除30%推力进场外，在各试验点上都大大改善了排气的污染程度。图4中所示为具一般燃料供给系统的双环形燃料室，其在30%推力的排气能力之所以有差别是由于选取了分级(不加燃料的主级)与不分级(加燃料的主级)燃烧之间的过渡点所致。要使过渡过程平稳、效率高且从外部检测不出来，在过渡过程中必须往辅助级和主级供应足量的燃料，以防辅助级熄火，并使主级可以瞬时点火。根据这个观点，应把过渡点设在能满足这些要求的尽可能高的燃料空气比(F/A)。另一方面，过渡F/A选得过高可能会使热区元件的使用寿命因分级燃烧期间辅助级所产生的峰值外部温度分布而缩短。根据这个观点，分级与不分级燃烧之间的过渡点应设在尽可能最低的总F/A处。因此，得出的过渡点兼顾了这两个极端。在迄今所使用系统的情况下，最佳过渡点低于30%进场功率点。这使30%进场推力处的总燃料空气比小于要求值。现行两歧管双环形燃料供给系统的另一个缺点是还没有一种能在起动的瞬变过程给主级供应燃料而无需使辅助级熄火的实用方法。熄火是指燃料少得不足以维持给定空气量下的燃烧。最好在起动瞬变过程给主级供应燃料，因为这样不仅可以减少辅助级外部出口的峰值温度分布，而且可以减少慢车的总时间。在起动过程中的最低燃料流量水平与穹舱的空气流量不相适应，因而得出的F/A都不够高以维持辅助级中的燃烧并在主级中引燃烧料。再回头看图4。曲线52表示普通双环形燃烧室在系统分级运行期间的辅助级。在稳态分级运行期间，双环形燃烧至在曲线52处排出的HC和CO量比单环形燃烧室在曲线50处表示的HC和CO排出量小。此外，双环形燃烧室在小于15%推力级下提供的P&P(流谱和分布温度系统)比单环形燃烧室在小于15%推力级下提供的P&P高，因而不太理想。(P&P与最高温度及其在燃烧室出口平面处所处的位置有关，因而与其附近各发动机元件的使用寿命相关。)P&P相当时，在45%至100%推力级下，用曲线58(辅助级)和曲线60(主级)表示的双环形燃烧室，其所排放的NO和黑烟都比单环形燃烧室(曲线50)少。另外，在小于15%的推力级下，双环形燃烧室的出口温度分布和流谱系数比单环形燃烧室的高。实践证明，只有在15%至45%的推力级下，单环形燃烧室在降低HC和CO排放量方面才比一般的双环形燃烧室优越。一般双环形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种供燃气涡轮发动机用的具有辅助级和主级双环形燃烧室的燃料供给系统，该系统包括：一个辅助级歧管，用以给辅助级提供燃料；一个第一主级歧管，用以给主级提供燃料；一个第二主级歧管，用以给主级提供燃料；一个控制阀，与各所述辅助级歧管、所述第一主级歧管和所述第二主级歧管连接，用以控制输送到各所述歧管的燃料流量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PD纳波里，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]