[发明专利]一种油气高效混合的低污染燃烧室

说明书

本发明公开了一种油气高效混合的低污染燃烧室，涉及航空燃气涡轮发动机领域，现有技术中仍有主燃级燃油蒸发不完全、油气混合不均匀；值班级采用扩散燃烧，导致值班级的局部热点较多，NOx生成量较大等问题。本发明通过主燃级轴向涡流器内外表面形成“两级预膜”，大幅提高了主燃级的雾化、蒸发和油气混合效率；同时值班级燃油喷嘴采用双油路燃油喷射方式进行燃油分级喷射，并形成一个锥角较小的小燃油液锥和一个锥角较大的大燃油液锥，大燃油液锥采用预膜式空气雾化方式并以预混燃烧方式进行燃烧，小燃油液锥采用离心式雾化方式并以扩散燃烧方式进行燃烧，大幅降低了值班级火焰的NOx排放，同时兼顾了慢车状态下的火焰稳定性及点火性能。

技术领域

本发明涉及航空燃气涡轮发动机领域，具体为一种油气高效混合的低污染燃烧室。

背景技术

燃烧室是燃料或推进剂在其中燃烧生成高温燃气的装置。它是燃气涡轮发动机、冲压发动机、火箭发动机的重要部件。燃烧室由外壳、火焰筒、喷油嘴、涡流器、点火装置等组成。由压气机扩散段出来的高压空气分成两股:一股进入火焰筒前部，与喷嘴喷出来的燃油混合形成油气混合气，经点火装置点火后燃烧。另一股从火焰筒与外套间流过，对火焰筒壁面进行冷却，然后进入火焰筒与高温燃气掺混，使燃气温度降低，达到涡轮所要求的温度。通常要求燃烧室具有燃烧稳定、燃烧效率高、点火范围宽、流动阻力小以及结构简单、尺寸小、安全可靠和寿命长等特性。

GE公司的TAPS燃烧室是商业应用最早的基于贫油预混燃烧室的低污染燃烧室，现第三代TAPS燃烧室改进了燃油分级方案有副混合器，主混合器以及中功率和巡航混合器三大混合器，副混合器包含副燃油喷嘴、旋流器和空气分离器，主混合器轴向环绕副混合器，中功率混合器介于二者之间，包含若干喷射点，燃油通过喷射点径向喷出，形成径向和周向的油气混合物。

但现有技术仍有主燃级燃油蒸发不完全、油气混合不均匀；值班级采用扩散燃烧，导致值班级的局部热点较多，NOx生成量较大等问题。对此现提供一种油气高效混合的低污染燃烧室。

发明内容

本发明的目的是：现有基于贫油预混的低污染燃烧室，存在以下缺点：

1、主燃级燃油雾化效果很差导致燃油在涡流器通道内不能完全蒸发，并且燃油的周向分布非常不均匀，不利于降低NOx排放；

2、主燃级的气流冲击燃油圆柱射流，进而改变燃油射流的喷射角度和速度，减弱了燃油撞击预膜板的作用力，不利于雾化，由于预膜板较短，燃油不能完全蒸发；

3、主燃级通道长度较长，混合器尺寸较大；

4、值班级扩散燃烧的火焰温度为化学恰当比下的火焰温度，温度很高，会形成很多局部热点，对降低NOx排放极为不利。

现提供一种油气高效混合的低污染燃烧室，大幅降低了值班级火焰的NOx排放，同时兼顾了慢车状态下的火焰稳定性及点火性能，减少了主燃级混合器的尺寸。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种油气高效混合的低污染燃烧室，包括环形燃烧室机匣、环形头部装置，所述环形头部装置包括：

值班级混合器用于值班级油气混合，

主燃级混合器用于主燃级油气混合，

头部隔热器用于火焰筒头部装置的热防护，

所述值班级混合器内部设置有双级轴向涡流器，所述双级轴向涡流器由内侧涡流器和外侧涡流器组成，所述内侧涡流器和外侧涡流器之间设置有文氏管，所述内侧涡流器内部设置有值班级燃油喷嘴，所述值班级燃油喷嘴采用双油路燃油喷射方式进行燃油分级喷射，并形成一个锥角较小的小燃油液锥和一个锥角较大的大燃油液锥；