[发明专利]燃烧室、燃气轮机以及抑制振荡燃烧的方法

说明书

本发明涉及一种燃气轮机的燃烧室，所述燃烧室包括火焰筒头部，所述头部包括主燃级以及预燃级，以所述预燃级为中心，多个所述主燃级沿周向绕所述预燃级分布，所述预燃级具有预燃级燃油喷嘴以及位于其周向外部的预燃级外壁，所述主燃级具有主燃级内壁，所述预燃级外壁以内的径向空间提供通过预燃级进气部进入所述预燃级的空气与所述预燃级燃油喷嘴喷射的燃油进行掺混的预燃级通道；所述预燃级进气部包括预燃级第一进气部以及预燃级第二进气部；所述预燃级第一进气部包括贯穿所述预燃级外壁的径向厚度的具有声学节流作用的第二孔道。

技术领域

本发明特别涉及一种燃烧室、燃气轮机以及抑制振荡燃烧的方法。

背景技术

为了满足适航要求，航空发动机采用了贫油燃烧技术以降低NO_x排放，但贫油燃烧容易引发振荡燃烧，严重时会导致燃烧室热端组件烧蚀。另外，为了降低NO_x排放，需要将更多的空气分配至燃烧室头部，以降低燃烧区的当量比，而此时火焰筒冷却气减少，火焰筒壁面的声学阻抗增大，也加剧了振荡燃烧的程度。

为了抑制振荡燃烧，目前有主动控制和被动控制两种实施方案。对于主动控制，需要实时监测燃烧室内脉动压力或其他气动参数的动态信号，根据脉动压力的振荡频率以及波形，控制系统通过高速作动元件对燃料供给或在气路上增加一个反相的激励，以降低燃烧室内的脉动压力。但这需要较为复杂的控制系统，且对传感器本身的要求很高。对于被动控制而言，需要通过试验辨识振荡燃烧发生的条件或振荡燃烧产生的机制，根据振荡燃烧的实际情况，对燃烧室结构进行改善设计，或改变供油方式。

对于中心分级燃烧技术而言，如图1所示，通过燃油的分级比例调节，可以使更多的燃料供入预燃级，从而实现降低振荡燃烧的强度。但降低振荡燃烧强度的同时，又会增加NO_x排放，使得排放裕度降低。为了保证排放特性，则需要拓宽稳定燃烧的边界，即需要采用新设计或系统控制手段使图1中的振荡边界(虚线，即振荡幅值突增的位置)往坐标轴左边移动。

对于中心分级燃烧模式，通过光学诊断技术，目前已经了解到的振荡燃烧主要驱动机制之一为预燃级流动不稳定，该机制主要与预燃级旋流数有关，预燃级强旋有利于形成中心回流区以驻定火焰，但容易形成不稳定的螺旋涡和涡脱落，涡脱落的频率与旋流数有关(一般旋流数越大，涡脱落频率越高)，螺旋涡和涡脱落使得火焰结构发生周期性变化(即火焰与涡的相互作用)，燃烧区在时间和空间的维度上则发生相应类型的释热波动，从而驱动全环燃烧室的周向模态压力振荡(倾向于螺旋涡)和轴向模态压力振荡(倾向于涡脱落)。

常规的燃烧室气动热力方案设计结果大都只考虑了稳态工作状态或稳定燃烧状态，而无法满足过渡态或非稳定燃烧状态，例如振荡燃烧对气动热力的影响。为了抑制振荡燃烧，保证安全性，不得不牺牲例如排放和出口温度分布等性能，因此，常规的燃烧室气动热力设计方案难以同时保证各项指标均满足。

本领域需要一种燃烧室、燃气轮机以及抑制振荡燃烧的方法，抑制燃烧室的振荡燃烧现象，拓宽稳定燃烧边界，提升燃烧性能，保证燃烧室的寿命以及燃气轮机的性能以及寿命。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种燃烧室。

本发明的另一个目的是提供一种燃气轮机。

本发明的又一个目的是提供一种抑制振荡燃烧的方法。

根据本发明一个方面的一种燃烧室，包括火焰筒头部，所述头部包括主燃级以及预燃级，以所述预燃级为中心，多个所述主燃级沿周向绕所述预燃级分布，所述预燃级具有预燃级燃油喷嘴以及位于其周向外部的预燃级外壁，所述主燃级具有主燃级内壁，所述预燃级外壁以内的径向空间提供通过预燃级进气部进入所述预燃级的空气与所述预燃级燃油喷嘴喷射的燃油进行掺混的预燃级通道；所述预燃级进气部包括预燃级第一进气部以及预燃级第二进气部；所述预燃级第一进气部包括贯穿所述预燃级外壁的径向厚度的具有声学节流作用的第二孔道。

在所述燃烧室的实施例中，所述具有声学节流作用的第二孔道的结构满足：