[发明专利]一种预混预蒸发燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用预混预蒸发燃烧组织方式的航空燃气轮机燃烧室，采用该预混 预蒸发燃烧组织方式的燃烧室结构简单，在保证燃烧室高效稳定工作的同时，能够降低 燃烧的污染排放。

背景技术

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，仍在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。

现代航空发动机燃烧室的主要发展趋势是低污染燃烧。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CAEP4(Committee on Aviation Environmental Protection)标准的要求已经非常严格，特别是对NOx污染排放要求，而随着人们对环境 保护意识的增强，以后的要求将更为严格。

美国航空发动机的两个著名公司GE和PW对低污染燃烧室已经着手研究，GE首先研 发了双环腔低污染燃烧DAC(用于GE90和CFM56)，PW公司采用了类RQL(富油燃烧- 快熄-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 Mixing Combustion，贫油直接混合燃烧室)技术为其GEnx发动机研制的TAPS(Twin Annular Premixing Swirler)低污染燃烧室。该燃烧室已经进入整机验证阶段，即将 取证，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％。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)、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。

本发明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，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NOx、CO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，在高功率状态时，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。在低功率状态时，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，局部当量比非常不均匀，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。

发明内容

本发明的技术解决问题：提供一种采用预混预蒸发燃烧组织方式的航空发动机燃烧 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。