一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室，由扩压器、燃烧室外机匣、燃烧室内机匣、预燃级、主燃级、火焰筒外壁和火焰筒内壁组成。预燃级利用由预燃级旋流器组件进入燃烧室的旋流形成的低速回流区稳定火焰，为扩散火焰，用于稳定火焰；主燃级的燃油由主燃级喷嘴的若干个切向喷口喷出后，在燃油成膜区展开并相接，形成周向连续的油膜，主燃级喷嘴上游旋流环、主燃级喷嘴下游旋流环的旋流对燃油进行二次雾化并将燃油带进预混预蒸发段中蒸发，并与空气进一步掺混，在预混预蒸发段的出口处形成均匀的油气混合物射流进入火焰筒，在预燃级火焰的引燃下进行燃烧。本发明专利技术结构简单，在保证航空发动机正常工作状态的同时能有效的降低污染排放。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用预混燃烧技术的航空燃气轮机低污染燃烧室，采用分级燃烧的模式，预燃级采用扩散燃烧组织方式，主燃级采用预混燃烧组织方式，主燃级采用径向成膜的方式供入燃油。该专利技术能够保证燃烧室的较宽的稳定工作范围，同时降低燃烧室污染排放。
技术介绍
现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 (Committee onAviation Environmental Protection)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，Rich burn-Quench-Lean burn,简称RQL)低污染燃烧室TALON II (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(Lean Direct MixingCombustion,贫油直接混合燃烧室)技术为其GEnx发动机研制的TAPS (Twin AnnularPremixing Swirler)低污染燃烧室。在台架全环试验验证中，TAPS低污染燃烧室的NOx污染排放比CAEP2排放标准降低了 50 %。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TALON X，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。而不管是何种先进的低污染燃烧室，其关键技术就是降低NOx (氮氧化物)、C0 (—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，即整体和局部的当量比控制，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。本专利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的主燃区当量比在0. 6 0. 8范围内产生的NOx与C0(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，应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，并且在所有航空发动机的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。目前的常规燃烧方式无法降低N0x、C0和UHC。原因是目前燃烧室的设计方法所决定的。对于常规燃烧室来说，在大工况时，由于采用液雾扩散燃烧方式，燃烧区局部当量比总是在I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。在小工况时，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。因此，针对民用航空发动机燃烧室的发展要求，需要发展一种能够大幅度降低污染排放的燃烧室，而同时又不会使其他性能较常规燃烧室差。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种采用径向成膜主燃级的·预混预蒸发燃烧室，该燃烧室在满足航空发动机的工作条件下，能有效的降低航空发动机燃烧室燃烧的污染排放，包括NOx、冒烟、CO及UHC，且结构简单。本专利技术的技术解决方案一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室，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外掺混孔和火焰筒内壁上的内掺混孔射入；所述燃烧室头部采用分级燃烧方案，分为主燃级和预燃级；所述主燃级通过头部整体端壁与火焰筒外壁和火焰筒内壁连接固定，所述预燃级通过预燃级头部端壁与主燃级联接，并与主燃级同心；所述预燃级包括预燃级旋流器组件、预燃级喷嘴、预燃级头部端壁和预燃级头部内导流板，预燃级利用由预燃级旋流器组件进入燃烧室的旋流空气形成的低速回流区稳定火焰，预燃级旋流器组件通过预燃级头部端壁与主燃级预混预蒸发段内环相连接；预燃级喷嘴位于预燃级旋流器组件内，并与预燃级旋流器组件同轴；所述主燃级包括主燃级喷嘴、主燃级预混预蒸发段；所述主燃级预混预蒸发段由主燃级喷嘴浮动外环压板、主燃级喷嘴浮动外环、主燃级喷嘴浮动内环压板、主燃级喷嘴浮动内环、主燃级预混预蒸发段外环、主燃级预混预蒸发段内环、主燃级预混预蒸发段前端壁和主燃级出口导流支撑组成；主燃级喷嘴浮动外环与主燃级预混预蒸发段前端壁相连，连接方式为螺纹或焊接，在主燃级喷嘴浮动外环与主燃级预混预蒸发段前端壁采用螺母或焊接连接之前，将主燃级喷嘴浮动外环压板安装在主燃级喷嘴浮动外环与主燃级预混预蒸发段前端壁之间的外环浮动缝隙，因此主燃级喷嘴浮动外环压板卡在外环浮动缝隙并可以浮动；主燃级喷嘴浮动内环与主燃级预混预蒸发段内环相连，连接方式为螺纹或焊接，主燃级喷嘴浮动内环与主燃级预混预蒸发段内环采用螺母或焊接连接之前，将主燃级喷嘴浮动内环压板安装在主燃级喷嘴浮动内环与主燃级预混预蒸发段内环之间的内环浮动缝隙，因此主燃级喷嘴浮动内环压板卡在内环浮动缝隙并可以浮动；所述主燃级出口导流支撑由若干叶片组成，可以焊接在主燃级预混预蒸发段内环上或者与主燃级预混预蒸发段内环整体制造；主燃级喷嘴位于主燃级喷嘴浮动外环和主燃级喷嘴浮动内环之间，并与预燃级喷嘴同轴；主燃级喷嘴由主燃级喷嘴主体、主燃级燃油喷口、燃油成膜区、主燃级喷嘴上游旋流环和主燃级喷嘴下游旋流环组成；主燃级喷嘴主体由主燃级喷嘴主体外壁、主燃级喷嘴主体内壁、主燃级喷嘴主体前端壁、主燃级喷嘴主体环腔隔离壁、主燃级喷嘴主体集油环腔壁组成；主燃级喷嘴主体外壁、主燃级喷嘴主体内壁、主燃级喷嘴主体前端壁和主燃级喷嘴主体环腔隔离壁构成了主燃级进油环腔；主燃级喷嘴主体外壁、主燃级喷嘴主体内壁、主燃级喷嘴主体环腔隔离壁和主燃级喷嘴主体集油环腔壁构成了主燃级集油环腔；主燃级喷嘴主体外壁、主燃级喷嘴主体内壁和主燃级喷嘴主体集油环腔壁构成了燃油成膜区；主燃级喷嘴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述燃烧室采用单环腔结构，由燃烧室外机匣（6）和燃烧室内机匣（7）构成燃烧室外轮廓，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）；所述主燃级（14）通过头部整体端壁（43）与火焰筒外壁（8）和火焰筒内壁（9）连接固定，所述预燃级（15）通过预燃级头部端壁（24）与主燃级（14）联接，并与主燃级（14）同心；所述预燃级（15）包括预燃级旋流器组件（16）、预燃级喷嘴（23）、预燃级头部端壁（24）和预燃级头部内导流板（25），预燃级（15）利用由预燃级旋流器组件（16）进入燃烧室的旋流空气形成的低速回流区稳定火焰，预燃级旋流器组件（16）通过预燃级头部端壁（24）与主燃级预混预蒸发段内环（28）相连接；预燃级喷嘴（23）位于预燃级旋流器组件（16）内，并与预燃级旋流器组件（16）同轴；所述主燃级（14）包括主燃级喷嘴（39）、主燃级预混预蒸发段（26）；所述主燃级预混预蒸发段（26）由主燃级喷嘴浮动外环压板（33）、主燃级喷嘴浮动外环（34）、主燃级喷嘴浮动内环压板（35）、主燃级喷嘴浮动内环（36）、主燃级预混预蒸发段外环（27）、主燃级预混预蒸发段内环（28）、主燃级预混预蒸发段前端壁（29）和主燃级出口导流支撑（32）组成；主燃级喷嘴浮动外环（34）与主燃级预混预蒸发段前端壁（29）相连，在主燃级喷嘴浮动外环（34）与主燃级预混预蒸发段前端壁（29）连接之前，将主燃级喷嘴浮动外环压板（33）安装在主燃级喷嘴浮动外环（34）与主燃级预混预蒸发段前端壁（29）之间的外环浮动缝隙（37），主燃级喷嘴浮动外环压板 （33）卡在外环浮动缝隙（37）并可以浮动；主燃级喷嘴浮动内环（36）与主燃级预混预蒸发段内环（28）相连，主燃级喷嘴浮动内环（36）与主燃级预混预蒸发段内环（28）连接之前，将主燃级喷嘴浮动内环压板（35）安装在主燃级喷嘴浮动内环（36）与主燃级预混预蒸发段内环（28）之间的内环浮动缝隙（38），主燃级喷嘴浮动内环压板（35）卡在内环浮动缝隙（38）并可以浮动；所述主燃级出口导流支撑（32）由若干叶片组成，焊接在主燃级预混预蒸发段内环（28）上或者与主燃级预混预蒸发段内环（28）整体制造；主燃级喷嘴（39）位于主燃级喷嘴浮动外环（34）和主燃级喷嘴浮动内环（36）之间，并与预燃级喷嘴（23）同轴；主燃级喷嘴（39）由主燃级喷嘴主体（40）、主燃级燃油喷口（50）、燃油成膜区（51）、主燃级喷嘴上游旋流环（52）和主燃级喷嘴下游旋流环（53）组成；主燃级喷嘴主体（40）由主燃级喷嘴主体外壁（41）、主燃级喷嘴主体内壁（42）、主燃级喷嘴主体前端壁（43）、主燃级喷嘴主体环腔隔离壁（44）、主燃级喷嘴主体集油环腔壁（45）组成；主燃级喷嘴主体外壁（41）、主燃级喷嘴主体内壁（42）、主燃级喷嘴主体前端壁（43）和主燃级喷嘴主体环腔隔离壁（44）构成了主燃级进油环腔（46）；主燃级喷嘴主体外壁（41）、主燃级喷嘴主体内壁（42）、主燃级喷嘴主体环腔隔离壁（44）和主燃级喷嘴主体集油环腔壁（45）构成了主燃级集油环腔（47）；主燃级喷嘴主体外壁（41）、主燃级喷嘴主体内壁（42）和主燃级喷嘴主体集油环腔壁（45）构成了燃油成膜区（51）；主燃级喷嘴主体环腔隔离壁（44）与主燃级喷嘴主体外壁（41）、主燃级喷嘴主体内壁（42）相连，连接方式为焊接或主燃级喷嘴主体环腔隔离壁（44）与主燃级喷嘴主体外壁（41）整体制造再与主燃级喷嘴主体内壁（42）焊接相连或主燃级喷嘴主体环腔隔离壁（44）与主燃级喷嘴主体内壁（42）整体制造再与主燃级喷嘴主体外壁（41）焊接相连；主燃级喷嘴主体集油环腔壁（45）与主燃级喷嘴主体外壁（41）、主燃级喷嘴主体内壁（42）相连，连接方式为焊接或主燃级喷 嘴主体集油环腔壁（45）与主燃级喷嘴主体外壁（41）整体制造再与主燃级喷嘴主体内壁（42）焊接相连或主燃级喷嘴主体集油环腔壁（45）与主燃级喷嘴主体内壁（42）整体制造再与主燃级喷嘴主体外壁（41）焊接相连；主燃级喷嘴主体外壁（41）、主燃级喷嘴主体内壁（42）、主燃级喷嘴主体前端壁（43）相连，连接方式为焊接或者螺纹；主燃级喷嘴上游...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：傅奇慧，张弛，林宇震，付镇柏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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