[发明专利]一种旋流空气与雾锥强剪切预膜式燃油雾化装置

说明书

本发明公开了一种旋流空气与雾锥强剪切预膜式燃油雾化装置，包括设置在基体上的一级旋流器、二级旋流器、预膜环形通道、供油环腔，供油环腔中的高压燃油经环形供油通道进入所述预膜环形通道，并在所述预膜环形通道的末端出口流出形成环形燃油液膜，一级旋流空气用于液膜非定常波发展，二级旋流空气通过穿透液膜进行空气雾化，通过两级旋流空气的旋流强度及气量分配对下游气动雾化场结构特性进行调控，可单独作为燃油喷嘴或组合式燃油喷嘴的预燃级用于发动机燃烧室。

技术领域

本发明属于燃气轮机燃烧室技术领域，涉及一种燃油雾化装置，尤其涉及一种利用双级旋流空气进行强剪切预膜式雾化的燃油雾化装置。

背景技术

对于使用液体燃料的燃气轮机发动机，燃油雾化、蒸发和混合决定着发动机燃烧室的稳定工作边界、燃烧效率和污染物排放等燃烧性能。先进发动机对燃油雾化装置雾化质量的要求逐渐提高，这也促进了燃油雾化装置的快速发展。

随着环保与健康意识的不断增强，国际民航组织对航空燃气轮机的污染物排放标准越来越严格，特别是对NOx污染排放要求，为此，国际民航组织多次修改民用航空发动机污染排放标准，低污染燃烧室成为民用航空发动机取得适航认证的“门槛”技术。各大航空公司和研究机构均把控制污染物排放作为重要课题进行研究，目前提出的低污染燃烧技术包括富油燃烧-焠熄-贫油燃烧(RQL)、贫预混燃烧(LPP)和贫油直接喷射燃烧(LDI)，以满足未来对大飞机发动机低排放的要求。

其中，LPP燃烧室最有发展前景。最近，GE公司基于贫预混燃烧(LPP)技术为新一代商用航空涡扇发动机Genx研制了TAPS(Twin Annular Premixing Swirler)低污染燃烧室，NOx排放比CAEP2(Committee on Aviation Environmental Protection)排放标准降低了50％。为了使空气和燃油在燃烧室之前进行很好的预先混合，GE公司设计研发了多种预旋燃油喷嘴，并针对TAPS燃烧室燃油喷嘴的不同设计申请了多项美国专利，这些专利的主燃级是燃油喷射到主旋流器的后部形成预混预蒸发的油气混合物，为使预混管出口油气混合物掺混均匀，这种混合方式所需的混合和蒸发距离较长，从而增大燃烧室的长度和重量。而这些新型的燃烧室相对于传统燃烧室，采用了分区分级燃烧技术，头部进气量大幅增加，导致贫油燃烧稳定性和高空再点火性能恶化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为克服上述现有技术的缺点和不足，本发明旨在提供一种旋流空气与雾锥强剪切预膜式燃油雾化装置，采用双级旋流强剪切预膜式雾化方式加强液膜破碎雾化和快速油气混合，扩宽燃烧室在小工况下的稳定工作边界。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案：

一种旋流空气与雾锥强剪切预膜式燃油雾化装置，包括一整体呈回转体的基体，所述基体上设置一基本呈半球形的弧面凹腔，所述半球形的弧面凹腔的中心位于所述基体的中心线上，其特征在于，

所述基体上开设有与其同轴布置的一级旋流器、二级旋流器、预膜环形通道，所述基体的外壁上套设一与其同轴布置的供油环腔，且所述一级旋流器、二级旋流器分别位于所述预膜环形通道的上游、下游，其中，

所述一级旋流器包括多个开设在所述基体上的一级射流空气通道，各所述一级射流空气通道的出气孔沿周向均匀地布置在所述半球形的弧面凹腔的底部，

所述预膜环形通道为开设在所述半球形的弧面凹腔壁面上的一环形狭缝，且所述环形狭缝的延伸方向基本与所述半球形的弧面凹腔的壁面延伸方向一致，

所述基体上还开设一环形供油通道，所述环形供油通道的一端与所述供油环腔连通、另一端与所述预膜环形通道的进口端连通，

所述半球形的弧面凹腔壁面上还开设一环形凹槽，所述环形凹槽靠近所述半球形的弧面凹腔的顶部开口，且所述环形凹槽基本位于所述预膜环形通道的末端，