[发明专利]一种主燃级贫预混的分层部分预混低污染燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及一种带预热功能的主燃级贫预混的低污染燃烧室，尤其涉及一种利用值班级预热加强主燃级油气掺混的分层部分预混低污染燃烧室。

背景技术

对于使用液体燃料的燃气轮机发动机，燃油雾化和混合对发动机燃烧性能、燃烧效率和污染物排放具有决定性的影响，因此，燃油雾化研究得到重视，这也促进了燃油雾化喷嘴的发展。

国际民航组织对航空燃气轮机的污染物排放标准越来越严格，特别是对NOx污染排放要求，低污染燃烧成为现代航空发动机燃烧室的发展趋势。目前执行的CAEP6标准的要求已经非常严格，尤其是NOx污染排放要求。各大航空公司和研究机构均把控制污染物排放作为重要课题进行研究，目前提出的低污染燃烧技术包括富油燃烧-焠熄-贫油燃烧(RQL)、贫预混燃烧(LPP)和贫油直接喷射燃烧(LDI)。

国际上各大航空发动机公司GE、PW、R-R、Snecma都已经开始低污染燃烧技术的研究。最近，GE公司基于贫预混燃烧(LPP)技术为新一代商用航空涡扇发动机Genx研制了TAPS(Twin Annular Premixing Swirler)低污染燃烧室，NOx排放比CAEP2(Committee on Aviation Environmental Protection)排放标准降低了50％。为了使空气和燃油在燃烧室之前进行很好的预先混合，GE公司设计研发了多种预旋燃油喷嘴，并针对TAPS燃烧室燃油喷嘴的不同设计申请了多项美国专利，这些专利的主燃级是燃油喷射到主旋流器的后部形成预混预蒸发的油气混合物，为使预混管出口油气混合物掺混均匀，这种混合方式所需的混合和蒸发距离较长，从而增大燃烧室的长度和重量。R-R公司基于LDI燃烧概念为Engine 3E核心机研发了多种分级燃烧用燃油喷嘴，值班级采用空气雾化喷嘴或离心雾化喷嘴，主燃级采用预膜式空气雾化喷嘴，在发动机全环试验件上NOx排放比CAEP2标准降低了70％。PW公司采用RQL技术发展TALON X燃烧室，并应用在PW1000G发动机上，预计NOx排放比CAEP6低40％。目前正在研发的采用贫预混燃烧技术的低污染燃烧室通过控制主燃区当量比在0.5～0.7范围内，有效控制燃烧室内的火焰温度，从而降低热力型污染物NOx的生成。采用贫预混燃烧技术的燃烧室其头部预混段较长，易产生自燃或回火；另外，贫预混燃烧室相对于传统的富油头部燃烧室，其临界燃烧性能(如慢车贫油燃烧稳定性和点火性能)变差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为克服上述现有技术的缺点和不足，本发明采用对主燃级部分空气进行预热的方法提高主燃级燃油雾化、蒸发和掺混质量，使主燃级燃油以接近气态燃料的形式与部分主燃级空气进行掺混。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

根据本发明的一方面，提供了一种主燃级贫预混的分层部分预混低污染燃烧室，其喷油装置包括主燃级喷嘴组件和值班级喷嘴组件，其特征在于，

--所述值班级喷嘴组件包括值班级燃油管、离心式雾化喷嘴、一级空气旋流器和锥形火焰稳定器，其中，所述离心式雾化喷嘴位于所述喷油装置的中心、其进口端与所述值班级燃油管连通，所述一级空气旋流器设置于所述离心式雾化喷嘴的外圈，所述锥形火焰稳定器的直径逐渐缩小的进气段套设在所述一级空气旋流器的外圈，所述锥形火焰稳定器的直径逐渐放大的出气段在轴向上位于所述离心式雾化喷嘴的后面，值班级燃油经所述离心式雾化喷嘴喷射进行初次雾化，然后在一级旋流空气作用下进行二次雾化和掺混，值班级的火焰稳定通过一级旋流空气形成的回流区和喷嘴后面的锥形火焰稳定器实现；

--所述主燃级喷嘴组件位于所述值班级喷嘴组件的外圈并和所述值班级喷嘴组件同轴设置，包括主燃级燃油管、主燃级集油环(23)、多点直射式喷嘴、二级空气旋流器和三级空气旋流器；其中，所述二级空气旋流器套设在所述锥形火焰稳定器的进气段，所述二级空气旋流器外部套设二级空气旋流通道壳体的直径逐渐缩小的进气段，所述二级空气旋流通道壳体的直径逐渐放大的出气段壁面上沿周向均匀垂直设置有若干多点直射式喷嘴，所述主燃级集油环设置于所述二级空气旋流通道壳体的设有若干多点直射式喷嘴的外壁面上，所述主燃级集油环与所述主燃级燃油管连通，主燃级燃油通过所述若干多点直射式喷嘴沿径向喷射入所述二级空气旋流通道内，第二级旋流空气在值班级火焰的高温作用下温度升高，主燃级燃油垂直于第二级旋流空气流向喷射燃油到预热的旋流空气中进行横向射流空气雾化，二级空气旋流通道中的部分预混油气混合物在其出口与三级旋流空气进行快速均匀掺混。