[发明专利]一种具有气动导流与防回火结构的中心分级低排放燃烧室头部

说明书

本发明公开了一种具有气动导流与防回火结构的中心分级低排放燃烧室头部，采用了气动导流、防回火设计。流经头部的空气分别经过主燃级通道、外环通道、预燃级通道和级间段通道进入火焰筒。其中，流经级间段通道的空气最终进入主燃级通道，迫使主燃级通道中油气混合物流动张角增大，所以级间段通道结构设计具有气动导流的功能，优化了点火性能，减少了污染物的生成量。流经外环通道的空气最终沿径向进入主燃级通道，由于径向速度的存在，有效预防了回火现象的发生，所以外环通道结构设计具有防回火的功能，提高了头部结构的可靠性。因此，本发明的结构设计具有气动导流、防回火的功能。

技术领域

本发明涉及低排放燃烧室头部的技术领域，特别涉及一种具有气动导流与防回火结构的低排放燃烧室头部。

背景技术

航空工业被誉为工业之冠，而航空发动机更是飞机的“心脏”。航空发动机是知识和技术密集型、产品和工艺高度精密型的高综合性产品，其设计和制造水平代表了一个国家整体的工业水平。在民用航空发动机的发展过程中，环保性要求得到人们越来越多的关注，进而对低排放燃烧室的需求逐渐增加，对其设计要求也越来越高。

随着国际上控制污染排放的相关法律法规不管出台，民用航空发动机燃烧室排放必须满足其要求。根据国际民航组织(ICAO)的规定，一氧化碳(CO)、未燃碳氢(UHC)、冒烟(Smoke)、氮氧化物(NOx)为航发的主要污染物。其中，CO和UHC主要大量生成于低功率状态，Smoke和NOx主要生成于高功率状态。因此，应该将燃烧区域温度控制在1700K～1900K的窗口内，以降低4种污染物的生成量。降低污染排放的核心是控制温度及温度的均匀性，关键是改进燃烧室结构和供气供油的方式，贫油预混预蒸发(低排放)燃烧室为常用的低污染燃烧室，但点火性能较差，且在高工况下容易回火。

综上所述，本发明设计了一种具有气动导流与防回火结构的低排放燃烧室头部，此头部特点一是具有气动导流的作用，可优化点火性能，降低了污染物的排放。特点二是具有防回火的作用，预防回火造成的结构失效和破坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：优化贫油预混预蒸发(低排放)燃烧室点火性能，同时防止高工况下回火现象的发生。现有低排放燃烧室主要通过改变燃烧室结构，如设计主燃级通道出口的翻边角度实现导流的目的。但导流的效果受到工况的影响，不同工况下的气流张角相差较大。

本发明采用的技术方案为：本发明一种具有气动导流与防回火结构的中心分级低排放燃烧室头部，采用了气动导流、防回火设计。主要结构包括预燃级油杆、主燃级旋流器、主燃级外环、主燃级油路连接件、防回火环、级间段、预燃级旋流器。

预燃级油杆用以供给预燃级燃油。主燃级油路连接件、主燃级旋流器、主燃级外环、防回火环以焊接的方式连接，连接结构间形成了主燃级通道和外环通道。外环通道由外环导流孔和外环狭缝组成。流经外环通道的空气首先通过外环导流孔对防回火环对流冷却，随后通过外环狭缝沿径向进入主燃级通道，有效预防了回火现象的发生，故该设计具有防回火功能。同时，在主燃级油路连接件上加工有内螺纹，可以和级间段上的外螺纹的配合。预燃级旋流器与级间段通过焊接的方式连接，连接结构间形成了预燃级通道和级间段通道。流经级间段通道的空气先通过级间段导流孔冲击冷却级间段的壁面，随后沿级间段狭缝进入主燃级通道。由于该部分空气流量大，可以有效增大主燃级通道中油气混合物的流动张角，故该设计具有气动导流的功能。

其中，级间段导流孔直径为0.4～4.0mm，其中心线距离头部轴线14.5～17.5mm，在周向的分布数量为18～72个，在径向的分布为1～3排，级间段导流孔通道沿轴向的长度变化范围是2～14mm，截面形状可以为圆形或者矩形，截面面积在轴向上可以保持不变、逐渐收缩、逐渐扩张或三种变化形状的组合。

其中，外环导流孔直径为0.4～1.2mm，其中心线相距头部轴线33.0～34.5mm，其在周向的分布数量为16～96个，沿径向分布为1～2排，外环导流孔通道截面形状可以为圆形或者矩形，截面面积在轴向上可以保持不变、逐渐收缩、逐渐扩张或三种变化的组合。