[发明专利]一种预燃级采用冷却防积碳结构的低排放燃烧室头部

说明书

本发明公开了一种预燃级采用冷却防积碳结构的低排放燃烧室头部，该头部采用中心分级设计，由主燃级与预燃级两部分组成。预燃级具有冷却防积碳结构，在离心喷嘴与旋流器中间环形通道引入一股冷却空气，冷却离心喷嘴及相关组件；此外通入的空气可以将涡破碎上止点吹向下游，防止离心喷嘴结焦积碳。该头部主燃级为预混燃烧，可有效降低污染排放，预燃级为扩散燃烧，可保证燃烧室点熄火性能。本发明头部结构能够保证头部预燃级热防护，防止预燃级喷嘴结焦积碳，有利于保证采用该头部的燃烧室在不同工况下具有良好的排放、火焰稳定及点熄火等性能。

技术领域

本发明涉及旋流燃烧器的技术领域，特别涉及一种预燃级采用冷却防积碳结构的低排放燃烧室头部。

背景技术

目前，先进航空发动机燃烧室的主要发展趋势是低排放燃烧室及高温升燃烧室，对于民用航空，低排放燃烧室是重点发展方向。随着空气污染越来越严重，国际污染排放标准也日益严格，民用航空发动机燃烧室必须满足新的污染排放标准。航空业的迅猛发展和人们环保意识的不断提高，未来将会对先进燃气轮机燃烧室污染排放提出更严苛的要求。

燃烧室采用中心分级燃烧组织方式，主燃级为预混燃烧，用旋流器加强燃油空气掺混，可降低大工况下燃烧室的污染物排放；预燃级采用扩散燃烧，有较好的点熄火性能。中心分级燃烧室是现今低排放燃烧室的主要发展方向之一。

除低污染排放外，航空发动机燃烧室头部部件长期在高温高压环境中工作，为了防止头部部件热变形以及喷嘴过热积碳，需要喷嘴及其相应部件进行热防护。

综上所述，本发明立足于工程实际应用，设计了一种预燃级采用冷却防积碳结构的中心分级燃烧室头部。此头部预燃级采用冷却防积碳结构，可冷却喷嘴部件，防止过热变形；且可将涡破碎上止点吹向下游，防止预燃级喷嘴结焦积碳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对燃油喷嘴过热结焦积碳和污染排放的问题，提出了一种预燃级具有冷却防积碳的低排放燃烧室头部。所述头部的预燃级在离心喷嘴与预燃级旋流器内环之间引入一股空气，该空气能冷却喷嘴及其相关部件，防止热变形影响喷嘴性能；该空气能将喷嘴后涡破碎上止点吹向下游，防止喷嘴出口结焦积碳。该头部主预燃级采用中心分级的结构方式，预燃级具有冷却结构，为扩散燃烧，主燃级为预混燃烧，能够改善燃烧室点熄火性能，降低污染排放。

本发明采用的技术方案为：一种预燃级采用冷却防积碳结构的低排放燃烧室头部，预燃级采用了冷却防积碳结构和头部主、预燃级采用中心分级的结构。头部由主燃级、预燃级和级间段构成一种预燃级采用冷却防积碳结构的低排放燃烧室头部，其中预燃级包括预燃级管道安装座、冷却空气通道、预燃级帽罩、预燃级离心喷嘴、预燃级旋流器叶片；预燃级管道安装座、冷却空气通道、预燃级离心喷嘴与预燃级帽罩采用螺纹依次连接，形成具有冷却防积碳结构的预燃级喷嘴；预燃级旋流器叶片与级间段采用焊接方式连接，与预燃级喷嘴采用几何接触约束连接，其组合可优化整个预燃级的雾化性能；主燃级防回火环与主燃级套筒焊接，再与主燃级旋流器叶片端壁焊接形成整个主燃级；主燃级、预燃级与级间段分别采用螺纹方式连接，形成具有预燃级冷却防积碳结构的中心分级低排放燃烧室头部。

其中，预燃级帽罩周向开5～30个冷却进气孔，孔径0.5～3mm，与帽罩径向成60°～120°，预燃级帽罩与预燃级管道安装座采用螺纹连接形成预燃级冷却空气通道。该空气可冷却预燃级喷嘴组件，将喷嘴后的涡破碎上止点吹向下游，防止喷嘴结焦积碳。

其中，预燃级可通过调整旋流器叶片内径(10～20mm)改变冷却空气通道(环形宽度0～10mm)，以改变冷却空气流速，来改善喷嘴冷却防积碳的效果，也可改变喷嘴后的流场结构。

其中，预燃级由带冷却防积碳结构喷嘴、轴向旋流器叶片、级间段组成，可调节轴向旋流器叶片旋流数0.2-1.2，来改善流场结构、温度分布、燃烧效率及污染排放。