[发明专利]贫油预混预蒸发低排放驻涡燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及一种贫油预混预蒸发低排放驻涡燃烧室，尤其涉及一种用于民用航空燃气涡轮发动机和地面工业燃气涡轮上的贫油预混预蒸发低排放驻涡燃烧室，属于燃气轮机低排放燃烧技术领域。

背景技术

随着对环境保护的日益重视，世界各国及相关国际组织制定了日益严格的环保法规，对各种动力装置的排放标准作了明确的规范和规定。比如针对航空动力，近30年来国际民航组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）陆续制定了CAEP1（1986年）、CAEP2（1996年）、CAEP4（2004年）、CAEP6（2008年）和CAEP8（2010年）等多个排放标准条例。从全球燃烧污染排放的总量来看，发动机的排放所占的份额虽然很小，但其具有局部性和高空性的污染特点，因此需要开发具有低排放性能的发动机燃烧室，以减少对环境和健康的影响。低排放燃烧室和燃烧技术正是此研究背景的推动下不断发展和提高的。为适应不断严格的环保标准规范，保证未来对市场的占有率，欧美各国均投入了大量人力财力开展低排放燃烧技术的研究，并已取得明显的效果。如美国上世纪七十年代的高效节能发动机（E3）计划，环境清洁燃烧室项目（ECCP）、90年代的高速研究机（HSR）计划、先进亚声速技术（AST）计划及1999年发起的超高效发动机技术（UEET）计划，欧洲2000年以来制订了EFFAE计划、VITAL计划及GEAE和SNECMA联合发起的TECH56（1998～2003）和随后的LEAP56计划等。

贫油预混预蒸发（Lean Premixed Prevaporized，LPP）燃烧技术是把燃油预先蒸发，预先与空气混合，然后在主燃烧室内形成均匀贫油混气进行燃烧。NOx的形成在很大程度上取决于局部温度和油气比。对于当量比接近1的混气，NOx的形成呈现出一个极大峰值，而贫油燃烧可降低燃烧温度，在燃烧室上游实现预混预蒸发，可减小局部高温区，缩短驻留时间，从而抑制NOx的生成。LPP燃烧室的优点是不积炭、冷却火焰筒的空气量减少。其缺点是在燃烧室上游的预混合预蒸发可能导致在高进口温度下发生自燃或回火。

在燃烧室发展历程中，靠旋流稳定的传统燃烧室的得到了不断改进，这些改进减少了污染物排放，但仍面临瓶颈和挑战，越来越难满足日趋严格的排放标准的要求。与此同时，各种新概念燃烧系统和燃烧技术蓬勃发展，驻涡燃烧技术就属于其中之一。美国是最早提出驻涡燃烧室（Trapped-vortex Combustor，TVC）概念的国家，其对TVC技术的研究最早，成果也最多。上世纪九十年代，美国Hsu等人设计出了第一代TVC模型，之后又发展了第二代、第三代及带高压装置的第三代TVC。TVC技术经过十几年的发展，其原理也趋于明朗，性能也逐步被挖掘发现。国外研究发现驻涡燃烧室在真实条件下可以获得非常好的性能：与常规技术相比，在点火性能、贫油熄火性能、高空点火性能方面提高了50%；氮氧化物排放量比1996年ICAO标准CAEP2降低了40%～60%；燃烧效率达到或超过99%的工作范围加宽40%以上。美国空军、海军、能源部、NASA等都在探索将该技术移植到可能的军用小涵道比涡扇发动机、商用大涵道比涡扇发动机、工业和舰船燃气轮机中。NAVY计划在F414实验台上装TVC做验证。

因此，本发明的目的在于提供一种贫油预混预蒸发低排放驻涡燃烧室以改进现有技术之不足。

发明内容

本发明提供一种贫油预混预蒸发低排放驻涡燃烧室，通过将贫油预混预蒸发低排放燃烧技术运用到驻涡燃烧室中，并结合分级燃烧技术，兼顾稳定性和高效率，有效降低气态污染物排放。

本发明采用如下技术方案：一种贫油预混预蒸发低排放驻涡燃烧室，其包括：

扩压器，空气自所述扩压器进入所述燃烧室中；

机匣，所述机匣包括有外机匣和内机匣；

分流装置，所述空气自所述分流装置分为内外涵气流和主流气流；

凹腔，所述凹腔包括有内环凹腔和外环凹腔，所述凹腔上设置有凹腔前壁进气孔和凹腔后壁进气孔； 

火焰筒，所述火焰筒上设置有若干火焰筒壁冷却孔；

主流钝体，所述主流钝体用以稳定火焰；

联焰板，所述联焰板用以传递火焰；所述贫油预混预蒸发低排放驻涡燃烧室还包括有为所述内环凹腔和外环凹腔提供燃料的主燃级燃油总管和值班级燃油总管。

所述贫油预混预蒸发低排放驻涡燃烧室还包括有与所述主燃级燃油总管相连通的主燃级供油喷嘴，所述主燃级供油喷嘴为离心喷嘴。