本发明专利技术提供一种主燃级双层预膜三旋流的预混预蒸发低污染燃烧室，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与旋流预混燃烧相结合的方式，这种燃烧方式在不影响稳定燃烧的同时降低了小工况下的污染物排放；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；主燃级巧妙地采用了叶片供油方式及双层预膜板结构，燃油形成两层预膜通过三股同向旋流气流剪切雾化，油雾分布较均匀，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双层预膜三旋流的预混预蒸发航空燃气轮机低污染燃烧室，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(Landing and Take-off, LT0)循环的污染排放。
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。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，目的是降低排放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。中国的北京航空航天大学对低污染燃烧室也申请了 200910238793. X、201010101574. X,201010034141. 7、201010277014. 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(International Civil Aviation Organization，ICAO)规定的一个标准循环下的排放物指数，用LTO Emission来表达这个参数，计算如下式权利要求1.一种主燃级双层预膜三旋流的预混预蒸发低污染燃烧室，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(15)和主燃级(14)，燃油喷嘴(16)供给燃烧室所有燃油，主燃级(14)通过头部整体端壁(42)与火焰筒外壁(8)和火焰筒内壁(9)固定，预燃级(15)则通过预燃级头部端壁(30)与主燃级(14)联接，并与主燃级(14)同心；所述主燃级(14)由主燃级径向内旋流器(24)、主燃级轴向旋流器(25)、主燃级径向外旋流器(26)、主燃级内预膜板(38)、主燃级外预膜板(39)、头部整体端壁(43)及头部整体导流片(44)组成；主燃级燃油通过叶片内出油孔(36)及叶片外出油孔(37)分别在主燃级内预膜板(38)及主燃级外预膜板(39)上形成油膜；主燃级径向内旋流器(24)旋流与主燃级轴向旋流器(25)旋流作用于主燃级内预膜板(38)的油膜形成主燃级一级油雾(18)，主燃级径向外旋流器(26)旋流与主燃级轴向旋流器(25)旋流作用于主燃级外预膜板(39)的油膜形成主燃级二级油雾(19);主燃级一级油雾(18)与主燃级二级油雾(19)在预混预蒸发段(23)与空气掺混蒸发形成均匀混合可燃气，以一定的旋流形式进入火焰筒进行预混燃烧。2.根据权利要求I所述的一种主燃级双层预膜三旋流的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于所述预燃级(15)采用的旋流器的级数为I < η < 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(15)的级数η=1时,旋流器直接与预燃级头部端壁(30)连接；当预燃级(15)的级数l〈n ( 5时，各级旋流器先连接成一个整体，再与燃级头部端壁(30 )连接。3.根据权利要求I所述的一种主燃级双层预膜三旋流的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于所述的主燃级(14)采用三级旋流结构，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。4.根据权利要求I所述的一种主燃级双层预膜三旋流的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于所述的主燃级(14)进油采用叶片进油方式，在叶片上开有进油孔和出油孔；出油孔有两个，在内外预膜板上形成油膜，两级油膜在三股旋流剪切下雾化，增加了液雾周向及径向分布的均匀性。5.根据权利要求I所述的一种主燃级双层预膜三旋流的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于所述的燃油喷嘴(16)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%。6.根据权利要求I所述的一种主燃级双层预膜三旋流的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于所述的燃烧室头部(13)沿周向均匀布置，个数为10飞0个，燃烧室头部(13)的空气量占燃烧室总空气量的20°/Γ80%，其中主燃级(14)占头部空气量的60°/Γ90%，预燃级(15)占头部空气量的10% 40%。7.根据权利要求I所述的一种主燃级双层预膜三旋流的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于所述燃烧室的火焰筒外壁(8)和火焰筒内壁(9)的冷却方式米用气膜冷却、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。8.根据权利要求I所述的一种主燃级双层预膜三旋流的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于在所述的火焰筒外壁(8)后部设置有火焰筒外壁掺混孔(1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种主燃级双层预膜三旋流的预混预蒸发低污染燃烧室，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（15）和主燃级（14），燃油喷嘴（16）供给燃烧室所有燃油，主燃级（14）通过头部整体端壁（42）与火焰筒外壁（8）和火焰筒内壁（9）固定，预燃级（15）则通过预燃级头部端壁（30）与主燃级（14）联接，并与主燃级（14）同心；所述主燃级（14）由主燃级径向内旋流器（24）、主燃级轴向旋流器（25）、主燃级径向外旋流器（26）、主燃级内预膜板（38）、主燃级外预膜板（39）、头部整体端壁（43）及头部整体导流片（44）组成；主燃级燃油通过叶片内出油孔（36）及叶片外出油孔（37）分别在主燃级内预膜板（38）及主燃级外预膜板（39）上形成油膜；主燃级径向内旋流器（24）旋流与主燃级轴向旋流器（25）旋流作用于主燃级内预膜板（38）的油膜形成主燃级一级油雾（18），主燃级径向外旋流器（26）旋流与主燃级轴向旋流器（25）旋流作用于主燃级外预膜板（39）的油膜形成主燃级二级油雾（19）；主燃级一级油雾（18）与主燃级二级油雾（19）在预混预蒸发段（23）与空气掺混蒸发形成均匀混合可燃气，以一定的旋流形式进入火焰筒进行预混燃烧。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林宇震，王波，李林，张弛，康尧，
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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