[发明专利]一种带旋流式火焰筒的燃烧室

说明书

本发明提供了一种带旋流式火焰筒的燃烧室，涉及航空发动机燃烧室领域。基于原燃烧室火焰筒的主燃孔、中间孔及掺混孔的不同作用，在火焰筒壁面上三个不同部位处增加旋流式气流孔。在主燃区进入的旋流气体同旋流器附近喷射出来的混合燃气混合，增加回流区域面积。随后在主燃区充分燃烧后的燃气流流入中间区，与中间孔进入的旋流进一步充分燃烧，可以有效将未燃燃气及中间燃烧产物完全燃烧。最后生成的不完全燃烧产物和残余燃油通过掺混区，靠主燃区喷出的火焰尾部来使其与掺混孔进入的旋流气体进行贫油燃烧，实现污染物的极低排放。本发明可应用在低污染航空发动机中。

技术领域

本发明属于航空发动机燃烧室领域，具体涉及一种带旋流式火焰筒的燃烧室。

背景技术

随着人类文明发展越来越迅猛，国际航空产业也愈发壮大，这对于全球经济发展与沟通带来了极大的便利，但是同时也造成了环境方面的诸多问题。据有效数据显示，在1999年，航空类产业向大气排放的温室气体占了全部人类活动的3.5％，这意味着航空产业的发展也严重影响了大气环境，因此，对于航空发动机的排放要求也越来越高。通过调查显示，航空发动机对于氮氧化物(NOx)的排放要求要比国际民航组织所规定的排放标准还要减少45％～60％。除了氮氧化物(NOx)，航空发动机所排放的其他污染物(一氧化碳、未燃碳氢化合物、烟雾等)同样是需要进一步降低其排放量的。

航空发动机燃烧室上重点需要解决的是氮氧化物，控制氮氧化物排放的关键在于控制燃烧室内的燃烧反应温度。目前已有低污染燃烧室通过采用贫油预混预蒸发技术来控制火焰温度从而降低氮氧化物生成，也有采用分级燃烧技术来降低污染物的排放，但是这两种方法都可能导致在高进口温度下发生自动点火或回火，同时燃烧室要冒险运行在贫油熄火极限附近，因此对于这两者运行受燃烧室本身结构影响很大，对减小污染物的排放也受到了限制。

本发明通过对航空发动机燃烧室火焰筒结构进行改进，可以有效防止自燃与回火，在主燃区进入的旋流气体同旋流器喷射出来的混合气混合，增加回流区域面积，对主燃区的燃烧更加充分，减少的主燃区内污染气体的生成量。气体之后进入中间区，此时从主燃区过来的燃气与中间区旋流孔进入的旋转气流形成第二处旋流区，可以有效将未燃燃气及中间燃烧产物完全燃烧。最后进入掺混区的燃气流受到旋流孔进入的旋转气流的影响，形成低速回流区，依靠尾焰作用，并可以由旋流方向控制回流温度，利用贫油燃烧进一步减少氮氧化物等污染物的排放量，从而实现污染物的极低排放。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种带旋流特征火焰筒的燃烧室。与现有燃烧室结构相比，本发明的优点是在原有火焰筒结构的基础上，对火焰筒壁面进行合理的改变。在主燃区壁面上将部分主燃孔改造成旋流孔，在这里称为主燃区旋流孔，增加回流区域面积，对主燃区的燃烧更加充分，减少的主燃区内污染气体的生成量；在中间区壁面上将部分中间孔改造成旋流孔，在这里称为中间区旋流孔，有效将未燃燃气及中间燃烧产物完全燃烧；在掺混区壁面上将部分掺混孔改造成旋流孔，在这里称为掺混区旋流孔，控制回流温度，利用贫油燃烧进一步减少氮氧化物等污染物的排放量，提高燃烧效率。

技术方案

本发明的目的在于提供一种带旋流式火焰筒的燃烧室。

本发明技术方案如下：

一种带旋流式火焰筒的燃烧室，包括基本燃烧室结构(壳体、旋流器、喷嘴等) 和带旋流特征的火焰筒壁面。其特征在于：基于原燃烧室火焰筒的主燃孔、中间孔及掺混孔的不同作用，在火焰筒壁面上三个不同部位处增加旋流式气流孔，同原主燃孔、中间孔、掺混孔呈间隔配合。这样所设计成的火焰筒，从主燃孔进入的空气流与旋流区边缘部分燃油充分混合，随后在主燃区充分燃烧后的燃气流流入中间区，与中间孔进入的旋流进一步充分燃烧，减少不完全燃烧了，最后生成的不完全燃烧产物和残余燃油通过掺混区，靠主燃区喷出的火焰尾部来使其与掺混孔进入的旋流气体进行贫氧燃烧，之后燃烧产物与未参与反应的空气排出火焰筒。