[发明专利]一种贫油直接喷射及混合低污染燃烧室

说明书

本发明涉及一种贫油直接喷射及混合低污染燃烧室，由扩压器、燃烧室外机匣、燃烧室内机匣、燃烧室头部、火焰筒外壁和火焰筒内壁组成；燃烧空气全部由燃烧室头部进入火焰筒，采用分级分区燃烧策略，将燃烧室头部分为值班级和主燃级；值班级和主燃级均采用直接喷射及混合燃烧方式，有效避免自燃和回火现象的发生，并且降低振荡燃烧出现的风险；在慢车状态下仅值班级工作，设计局部当量比偏富，保证燃烧室工作稳定性，随着燃烧室工作状态的增加，主燃级逐渐打开，在大状态下，主燃级和值班级同时工作，设计燃烧区平均当量比偏贫，有效降低燃烧区平均温度，从而降低污染物生成量。

技术领域

本发明属于低污染燃烧室领域，涉及一种贫油直接喷射及混合低污染燃烧室。

背景技术

近年来，国际社会对环境保护问题的重视程度越来越高，航空发动机的污染物排放虽然占环境总污染排放的比重不大，但是高空污染物主要来源于航空发动机。因此，国际民航组织ICAO下属环境保护委员会CAEP制定了一系列标准对民用飞机发动机CO、UHC和NOx的排放做出了严格规定，只有符合排放要求的发动机才能取得适航认证。因此，必须大力发展低污染燃烧技术以降低航空发动机污染物排放水平，从而满足现在和未来更高的排放要求。

目前，航空发动机低污染燃烧技术主要包括：富油燃烧-快速淬熄-贫油燃烧技术Rich burn-Quick quench-Lean burn，RQL、贫油预混预蒸发燃烧技术Lean PremixedPrevaporised，LPP和贫油直接喷射燃烧技术Lean Direct Injection，LDI，其中贫油直接喷射燃烧技术亦称为贫油直接混合燃烧技术Lean Direct Mixing，LDM。PW公司设计的低污染燃烧室TALONⅡ采用RQL技术，其NOx排放水平刚能满足CAEP6的要求，但由于RQL技术中，淬熄过程有可能产生接近化学恰当比的反应条件，从而生成大量NOx，因此RQL技术降低污染排放的潜力有限，很难满足未来ICAO更为严格的排放标准。GE公司申请的专利US6354072，US6418726，US6363726，US8607575和US8171735将LPP技术应用到低污染燃烧室中，采用LPP技术设计的TAPSⅠ和TAPSⅡ燃烧室NOx排放比CAEP6的规定再降低50％和60％，而用于GE9X的TAPSⅢ的NOx排放比CAEP8的规定还低30％。LDI技术是将燃油直接喷射到燃烧室中与空气混合发生扩散燃烧，由于没有燃油和空气预混，因此不存在自燃和回火的问题，且其燃烧不稳定性问题也没有LPP那样严重。因而近年来许多研究机构开展了关于LDI技术的研究，在NASA ERA项目支持下，Goodrich公司设计了阵列式LDI燃烧室，该方案的NOx排放比CAEP6的规定低75％。Parker公司在NASA UEET项目支持下，提出了多级分区LDI燃烧方案，其污染物排放水平可以满足降低CAEP6规定NOx排放70％的要求，Dalavan公司申请的US9644844专利，提出了一种新型的多点贫油直接喷射方案，能有效的降低污染排放水平。

国内近年也有许多关于低污染燃烧室的专利申请。专利201010591264.0、201110214905.5、201310065034.4、201310722586.8公开了四种低污染燃烧室，均是将燃烧室分为主燃级和预燃级，其中预燃级采用旋流稳定的扩散燃烧方式，主燃级采用预混燃烧方式，在保证燃烧室稳定工作条件的同时降低污染物排放。专利201510011730.6公开了一种预燃级RQL、主燃级LPP的中心分级低污染燃烧室，预燃级采用富油扩散燃烧方式，使得燃烧室小工况下工作稳定，并且在旋流室末端设计淬熄孔，降低预燃级的污染排放。目前国内的低污染燃烧室广泛采用分级燃烧策略，其中主燃级普遍采用预混预蒸发燃烧方式，在现有的发动机工作状态下，这确实是十分有效的降低污染物的方法，但是随着未来发动机工作状态的大幅提升，燃烧室进口温度和进口压力显著增加，采用预混预蒸发方式会带来回火和自燃风险，并且有可能引起严重的燃烧不稳定性问题，因此针对未来的民用航空发动机的工作状态，迫切需要一种既能保证燃烧室稳定工作，同时又能满足污染排放要求的低污染燃烧室。

发明内容

要解决的技术问题