[发明专利]一种多点轴向双级空气辅助雾化喷嘴主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及航空燃气轮机的技术领域，具体涉及一种多点轴向双级空气辅助雾化喷嘴主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，该燃烧室采用中心分级燃烧的模式，预燃级在中心，采用扩散燃烧和预混燃烧相结合的方式，用以保证燃烧室工作的稳定性和安全性，同时降低小工况下的污染排放；主燃级在预燃级径向外围，采用预混预蒸发燃烧的方式，主燃级头部轴向多点供入燃油。该发明有利于于降低整个燃烧室的污染排放，并保证燃烧室高效稳定工作，从而降低航空发动机整个着陆起飞循环（Landing and Take-off,LTO）循环的污染排放水平。

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 on Aviation 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 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％。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。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。

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：