[发明专利]一种具有冷却结构的叶片喷射低排放燃烧室头部

说明书

本发明公开了一种具有冷却结构的叶片喷射低排放燃烧室头部，该头部采用中心分级的燃烧组织方式，主要包括主燃级和预燃级。主燃级采用叶片开孔结构，燃油轴向喷射，为预混火焰，保证大工况下排放较低。预燃级采用双极径向旋流器，为扩散火焰，保证火焰稳定及小工况下点火性能。此外，该头部采用了并排式三油路流道，可以满足在大工况下，预燃级油路可以冷却主燃级油路，防止喷嘴结焦。在小工况下，主燃级油路不供油形成空腔，可起到隔热保护的作用。此外，预燃级采用双油路离心喷嘴，可满足在不同工况下良好的雾化性能。本发明能够保证头部热防护，防止喷嘴结焦，保证头部正常安全运行，有利于燃烧室在不同工况下具有良好的排放、火焰稳定等性能。

技术领域

本发明涉及低排放燃烧室头部的技术领域，特别涉及一种具有冷却结构、可以防喷嘴积碳、由叶片喷射的低排放燃烧室头部。

背景技术

民用航空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。随着国际日益严格的航发排放标准，民用航空发动机燃烧室必须满足新的排放标准。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。

除了满足低排放性能，航空发动机燃烧室头部由于需要长期工作在高温高压环境中，为了防止其热变形以及喷嘴过热积碳，需要头部进行热防护。

综上所述，本发明立足于工程实际应用，设计了一种具有冷却结构的叶片喷射低排放头部，此头部采用并排式三油路结构，可在不同工况下都起到防止燃油过热从而在喷嘴积碳，且在头部中具有空腔隔热结构，起到头部热防护作用。此头部也采用了叶片式轴向喷射方式，可使燃油与空气进行良好的掺混，从而提高了燃烧效率，降低了污染物的排放。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对国际上日益严格的航空发动机排放标准，采用叶片上轴向喷油方式，提供一种能够降低排放的燃烧室头部，并针对航空发动机燃烧室头部工作的高温高压环境，采用并排式三油路结构，充分发挥不同工况下的冷却预燃级油路功能，防止喷嘴积碳。并在头部中应用了隔热空腔，防止油路过热从而积碳。

本发明采用的技术方案为：一种具有冷却结构的叶片喷射低排放燃烧室头部，采用了中心分级的燃烧组织方式和并排三油路的结构，主要由油杆、头部主体、主燃级叶片、主燃级叶片套筒、级间段、预燃级一级旋流器、预燃级二级旋流器、文氏管、预燃级套筒、预燃级双油路离心喷嘴构成，其中油杆和头部主体可以由3D打印一体成型，其中头部主体包括头部主体前端和头部主体后端，主燃级叶片和头部主体一起3D打印完成，每个叶片轴向位置上都开有主燃级油孔，用于喷射燃油，与空气进行掺混，主燃级叶片套筒套在主燃级叶片外并进行焊接，级间段用于隔离预燃级和主燃级火焰，其外径具有螺纹，可以和头部主体进行螺纹连接；其内径也具有螺纹，可与预燃级套筒进行连接，预燃级一级旋流器和预燃级二级旋流器为径向开槽进气式旋流器，两者可以与文氏管焊接在一起。此外预燃级二级旋流器可与预燃级套筒进行焊接，从而形成预燃级整体，再与级间段、头部主体前端进行螺纹连接，构成整个头部。

其中，所述的油杆和头部主体由3D打印技术一体成型，两者整体内部拥有并排式三油路，其中主油路有效流通面积在10mm²—80mm²之间，主燃级油从油杆进入头部主体，并在头部主体前端中沿周向转一圈后，进入每个叶片，再由每个叶片上小孔喷出。预燃级双油路包括预燃级主油路和预燃级副油路，两者分布于主燃级油路两侧，起到热防护作用。其中预燃级主油路有效流通面积在5mm²—50mm²之间，预燃级副油路有效流通面积在1mm²—30mm²之间。预燃级的双路油流经油杆进入头部主体，在头部主体前端中围绕主燃级油路在周向上转一圈后，进入头部主体后端并进入预燃级双油路离心喷嘴，进行喷射。