[发明专利]一种主燃级采用斜向喷射喷嘴的低污染燃烧室头部结构

说明书

本发明公开了一种主燃级采用斜向喷射喷嘴的低污染燃烧室头部结构，由主燃级叶片、预燃级叶片、主燃级预混通道、文氏管、级间段、主燃级喷嘴以及预燃级喷嘴构成；燃烧室采用中心分级的燃烧组织方式，在主燃级中空气经过轴向旋流器与斜向喷射的燃油进行掺混后再经过预混段形成均匀混合气。在预燃级中空气通过两级径向旋流器流入，燃油通过一种双油路喷嘴喷出与空气掺混并进行扩散燃烧，为燃烧室提供稳定的点火源。本发明斜向喷射结构能使主燃级燃料与空气进行充分混合，提高了燃油与空气预混均匀度从而降低了污染排放；头部采用了气动导流结构，将主、预燃级火焰分层燃烧，有利于提高小工况下的点火性能及燃烧效率、大工况下的火焰稳定及排放性能。

技术领域

本发明涉及旋流燃烧器的技术领域，特别涉及一种主燃级采用斜向喷射喷嘴的低污染燃烧室头部结构。

背景技术

民用航空发动机排放的污染物对人类的健康和环境造成越来越严重的危害，随着人们对生存环境要求的提高，降低航空发动机污染物的排放成为一个亟待解决的问题。

燃气轮机燃烧室作为航空发动机的主要污染排放来源，在降低发动机污染排放中起到决定性作用。由于航空燃气轮机的NO_x主要由燃烧室内的高温造成，因此控制燃烧室的当量比和局部当量比成为降低燃烧室污染排放的关键。

目前采用主燃级斜向喷射喷嘴的中心分级旋流燃烧器数量较少，而旋流燃烧器能够有效加强燃料和空气的混合，并且形成的回流区可以作为稳定的点火源，从而可以保证燃烧的稳定进行。中心分级的结构，主燃级采用贫油预混燃烧可以提高燃烧效率，有效的降低大工况下NO_x的排放量。中心预燃级采用扩散燃烧，为燃烧室提供稳定的点火源。

综上所述，本发明立足于工程实际应用，设计了一种主燃级斜向喷射喷嘴的中心分级旋流燃烧头部，主燃级采用轴向旋流器，燃料通过斜向喷射孔喷入预混通道，与旋流空气充分预混从而实现预混燃烧，可以降低大工况下的污染排放，提高燃烧室的点火性能。同时中心预燃级采用旋流杯结构，以扩散燃烧为主，从而提高了燃烧的稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有燃烧室燃烧范围小、加热面积小的、不稳定、污染物排放高等缺点，提供一种能提供更大加热范围、稳定、低污染的旋流燃烧器，采用中心分级的旋流器结构充分发挥预燃级对于点火以及火焰稳定的优点，且主燃级斜向喷射能够加强燃料与空气的掺混，混合气再经过预混段混合均匀，可以有效的提高燃烧效率、降低空气污染；中心分级旋流器的主燃级结构设计为强旋流结构，有效的增大预混气在下游扩散的张角，增大燃烧范围，而双层预燃级火焰对主燃级预混气的点燃作用，同时可以有效地解决主燃级点火问题。在主燃级和预燃级间设计有气动导流结构，使得燃烧室的点火性能变好，增强了燃烧的稳定性。

本发明采用的技术方案为：一种主燃级采用斜向喷射喷嘴的低污染燃烧室头部结构，采用了斜向喷射掺混及中心分级的结构，由主燃级、预燃级、文氏管、级间段、主燃级喷嘴以及预燃级喷嘴构成，其中主燃级包括主燃级外壳、主燃级旋流叶片、主燃级喷油孔、主燃级内环内侧、主燃级内环外侧、主燃级预混通道和挡气环；预燃级包括预燃级一级旋流器、文氏管、预燃级二级旋流器；气动导流管路包括分隔环内侧、级间段、进气孔；主燃级喷嘴包括斜向喷射喷嘴；预燃级喷嘴包括主油路进口段、主油路管道、副油路进口段、副油路管道；主燃级旋流叶片通过焊接与主燃级外壳连接，用于引导空气旋流，进入燃烧室内进行燃烧；主燃级空气一部分通过主燃级旋流叶片进入预混通道，另一部分经过主燃级内环内侧和分隔环外侧之间的狭缝流入并通过主燃级喷油孔流出。主燃级燃油由主燃级喷嘴喷射出来并与经过主燃级喷油孔射出后与空气在预混通道中进行充分掺混。预燃级空气由分隔环内侧流入后一部分通过预燃级一级和二级旋流器流入，另一部分通过级间段流入并经过进气孔后大部分往上流向主燃级起到气动导流的作用，小部分气流往下经过掺混孔后流向燃烧室。预燃级燃油由双油路离心喷嘴的主油路管道和副油路管道流出，整个旋流燃烧器依靠下游点火电极点燃预燃级的燃料，之后通过预燃级火焰引燃主燃级的燃料，从而实现燃烧器的启动，开始加热，燃烧过程均在燃烧室中进行。