[发明专利]一种中心分级贫油预混低污染燃烧室

说明书

本发明涉及一种中心分级贫油预混低污染燃烧室，值班级位于中心，由成膜式空气雾化喷嘴和两级旋流器组成，两级旋流器在下游形成合理的中心回流区，另外油膜在两级旋流的剪切作用下改善了雾化效果，有效改善了小工况下的火焰稳定特性，并拓宽了值班级的工作边界。主燃级由多个带环形空气的直射式喷嘴和主燃级旋流器组成，环形空气有效的控制了射流在全工况范围内具有合理的穿透深度，旋流空气与多个射流在主燃级平直通道和收敛通道中进行预先混和，形成的均匀可燃混气在燃烧室内进行预混燃烧，能显著降低燃烧室大工况下的污染排放，并有效避免自燃问题。因此，本发明专利能有效解决小工况下火焰稳定和大工况下污染排放问题。

技术领域

本发明属于燃气轮机低污染燃烧室领域，涉及一种中心分级贫油预混低污染燃烧室。

背景技术

航空发动机污染排放相对于地面污染排放主要有两大特点：一是具有集中性和局部性的特点，主要集中在大型机场、航空工厂试车台、研究单位实验室及附近地区。由于航空发动机流量大，因此局部地区污染物浓度很高；二是民用航空发动机是造成高空大气污染的主要原因。因此，国际民航组织下属的航空环境保护委员会CAEP从1980年开始制订了一系列排放标准，对民用航空发动机一氧化碳CO、未燃碳氢UHC、氮氧化物NO_X、微粒子和碳烟的排放做出了严格的规定，民用航空发动机要取得适航认证必须满足国际民航组织ICAO的污染排放要求。为了能够满足日益严格的污染物排放要求，发展环境友好型的低污染发动机成为民航发动机的发展趋势，而发动机污染物产生的源头在燃烧室，所以研发低污染燃烧技术就显得极为关键。

目前，常用的航空发动机低污染燃烧技术主要分为三种：富油燃烧-快速淬熄-贫油燃烧RQL、贫油预混预蒸发燃烧LPP和贫油直接喷射燃烧LDI。LPP和LDI燃烧技术由于采用贫油方式组织燃烧，因此在降低污染排放方面较RQL具有更大潜力。针对LPP燃烧组织技术，国外GE公司申请的专利US8607575、US8171735和US6363726等方案主燃级均采用贫油预混预蒸发技术，国内北航和工热所等单位也提出了一些主燃级采用贫油预混的低污染燃烧室方案。这些方案均在降低排放方面有较大改善，同时也存在一些不足，一方面是值班级多采用单油路离心喷嘴匹配单级旋流，使得值班级工况范围窄，导致主燃级打开较早，燃烧效率较低；另一方面主燃级燃油喷射全部采用单相直射式空气雾化喷嘴，射流深度随工况变化的敏感性太大，在小工况时穿透深度太小，雾化容易沾湿喷射侧壁面，而且雾化较差，在大工况下穿透深度又太大，容易沾湿预混段外壁面，导致大工况下预混段内易产生自燃现象，并且存在污染排放增大等问题。为此，西北工业大学燃烧团队在2017年申请的专利CN201710608804.3就基于LDI概念设计了一种低排放燃烧室，其中值班级采用单级旋流器匹配单油路离心喷嘴实现值班级的扩散燃烧，主燃级采用单级旋流器匹配多个带环形空气的同轴顺流空气雾化喷嘴实现主燃级的扩散燃烧，扩散燃烧较预混燃烧而言，其优点是能够有效避免自燃和回火等问题，但该燃烧室的缺点主要是主燃级油气混合不均匀，导致燃烧室中出现局部高温点，从而使得减排能力降低，另外也存在值班级工况范围窄等问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种中心分级贫油预混低污染燃烧室，值班级采用成膜式空气雾化喷嘴匹配两级旋流器，主燃级采用带环形空气的直射式喷嘴匹配单级旋流器。一方面改善小工况火焰稳定，拓宽值班级的工作边界；另一方面解决了主油穿透深度随工况的敏感性太大的问题。

本发明采用中心分级分区燃烧技术，将有效解决小工况下火焰稳定和大工况下污染排放问题。在小工况下，仅值班级工作，值班级采用成膜式空气雾化喷嘴匹配两级旋流器实现扩散燃烧，通过加强小工况下的燃油雾化，改善小工况下的火焰稳定特性，并有效拓宽了值班级的工作边界。大工况下，值班级和主燃级同时工作，主燃级采用多个带环形空气的直射式空气雾化喷嘴匹配单级旋流器实现贫油预混燃烧，能够有效解决传统预混燃烧室中主油穿透深度随工况变化敏感性太大的问题，保证主燃级在全工况范围内具有良好的雾化和油气混合特性，可以显著降低大工况下的污染排放量，并避免自燃问题的产生。

技术方案