[发明专利]燃烧室

说明书

本发明的目的在于提供一种燃烧室，采用单环腔火焰筒结构，在保证燃烧室性能的前提下降低发动机整个LTO循环的污染排放。在该燃烧室中，主燃级包含内侧旋流器、外侧旋流器、集油环以及预混预蒸发段，外侧旋流器采用径向旋流器，内侧旋流器采用轴向旋流器，集油环采用周向多点均布的直射式燃油喷孔，燃油形成直喷油雾，并在内旋流和外旋流的剪切作用下破碎雾化形成主燃级气动雾化油雾；预混预蒸发段采用喷管结构，具有喉道；直射式燃油喷孔相对于主燃级的预混预蒸发段的径向位置位于喉道高度的20％～80％范围内，并且直射式燃油喷孔喷射方向与主燃级轴线方向的夹角为‑15°～60°。

技术领域

本发明涉及一种燃烧室结构，特别用于航空发动机。

背景技术

现代航空发动机燃烧室的基本性能和结构分布已经达到相当高的水平，但是对于现代航空发动机燃烧室来说，仍然存在大量的难题和挑战，新材料、新工艺、新结构、新概念的发展应用才是保证其持续进步的源泉。

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。民用航空发动机燃烧室必须满足日益严格的航空发动机污染排放标准。目前采用的CAEP6(Committee onAviation Environmental Protection)标准对污染排放物的规定已经非常严格，特别是对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。

目前的常规燃烧方式无法降低NOx、CO和UHC，原因是目前燃烧室的设计方法所决定的。对于常规燃烧室来说，在大状态时，由于采用液雾扩散燃烧方式，燃烧区局部当量比总是在1附近，远超过上述低污染燃烧所需当量比范围要求，此时虽然CO和UHC的排放低，但NOx的排放达到最大。在小状态时，燃烧区当量比又很低，远低于上述低污染燃烧所需当量比区间，此时虽然NOx排放低，但CO和UHC排放又很高。另外，由于常规燃烧室普遍采用扩散燃烧方式，局部当量比不均匀，因此对于常规燃烧室来说，无法满足在整个发动机工作范围内的低污染要求。

关于低污染燃烧室的研究，有双环腔低污染燃烧DAC、RQL(富油燃烧-淬熄-贫油燃烧，Rich burn-Quench-Lean burn，简称RQL)低污染燃烧室等。有些低污染燃烧室中，预燃级采用扩散燃烧、主燃级采用预混燃烧的燃烧组织方式，目的是降低污染指数最大的大工况下的NOx排放。有些低污染燃烧室中，头部形式采用空气雾化喷嘴，燃烧室为单环腔。有些低污染燃烧室中，燃烧室是一个单环腔分级燃烧室。有些燃烧室中，预燃级采用扩散燃烧方式，主燃级采用预混燃烧方式，主燃级为环形结构，轴向或径向供油，采用多点喷射或是预膜雾化方式，目的是降低大工况下的NOx排放，从而使整个LTO循环的NOx的排放得到降低。

如，US20100251719A1中，公开了一种头部由位于中心的预燃级和外围的主燃级组成的低污染燃烧室，其中，主燃级燃油喷射位置在主燃级流道内侧，喷射方向为径向，燃油横向射入主燃级气流通道内。

又如，US6968692B2中，也公开了一种头部由位于中心的预燃级和外围的主燃级组成的低污染燃烧室，其中，预燃级采用单级旋流器，主燃级为一级旋流器和直通道的组合，主燃级燃油喷点位于旋流器外流道。

不管是何种先进的低污染燃烧室，其关键技术就是降低NOx(氮氧化物)、CO(一氧化碳)、UHC(未燃碳氢化合物)和冒烟的燃烧技术，核心问题是降低燃烧区的温度，同时使燃烧区温度场均匀，即整体和局部的当量比控制，而主燃区当量比的均匀性又主要取决于燃油雾化和油气掺混的均匀性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃烧室，采用单环腔火焰筒结构，在保证燃烧室性能的前提下降低发动机整个LTO循环的污染排放。