[发明专利]一种带预混预蒸发环管的低污染燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用预混预蒸发环管作为主燃级的航空燃气轮机低污染燃烧室，能够降 低污染排放，并保证燃烧室高效稳定工作。

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，2008 年采用的CAEP6标准则更为严格。

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公司采用了类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 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％。并且GE公司申请了多项美 国专利：申请号6389815、6354072、6418726、0178732、6381964和6389815等美国专利的 主燃级方案采用主燃级燃油喷入到轴向或径向旋流器的后部从而形成预混预蒸发油气混合 物，但要达到一定的混合度和蒸发度所需的混合和蒸发距离较长，从而影响燃烧室乃至发动 机的长度和重量要求，申请号6363726的美国专利存在同样的问题，上述几个美国专利都实 现了整个发动机工作范围内的低污染要求，但主燃级燃油喷射点离旋流器出口都有一段不小 的距离，增加了燃烧室头部轴向长度。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也就低污染燃烧室申请了ZL200810104686.3、 ZL200810105061.9、200810105062.3和200810104684.4等多项专利，采用的方案是在旋流 器叶片内部或拐弯区就喷入主燃级燃油，与美国GE公司的专利相比将主燃级燃油的喷入点 位置提前了，从而在几何尺寸上可以缩短主燃级长度。但这些专利中主燃级的蒸发及掺混效 果受旋流器流动影响很大，要进一步降低污染排放水平难度较大，于是北京航空航天大学又 提出了专利申请200910238793.x的方案，采用预膜空气环的预混预蒸发结构，并在主燃级 出口设置了主燃级出口导流支撑，从而提高主燃级的蒸发掺混效果，但主燃级的复杂度和重 量有所增加。

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，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。