[发明专利]一种多点轴向双级空气辅助雾化喷嘴主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室

摘要

本发明涉及一种多点轴向双级空气辅助雾化喷嘴主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，采用单环腔结构，燃烧室采用分级燃烧方式，燃烧室头部分为预燃级和主燃级，预燃级采用扩散燃烧，在保证燃烧稳定性的同时降低小工况的污染物排放；主燃级采用预混预蒸发燃烧方式，能有效的降低燃烧污染物。本发明采用中心分级的结构，预燃级结构简单；主燃级采用多点轴向双级空气辅助雾化喷嘴和预混预蒸发段相结合的方案，利用主燃级喷嘴安装环进行定位和安装，主燃级结构简单，燃油在两股旋流作用下雾化、蒸发及掺混，并在预混预蒸发段内与旋流空气相互作用形成均匀的油气混合物，有利于航空发动机燃烧室整个着陆起飞循环的污染排放水平。

主权项

一种多点轴向双级空气辅助雾化喷嘴主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于：所述低污染燃烧室采用单环腔结构，由扩压器（10）、燃烧室外机匣（6）、燃烧室内机匣（7）、火焰筒外壁（8）、火焰筒内壁（9）和燃烧室头部（13）组成，扩压器（10）通过内、外壁和燃烧室外机匣（6）和燃烧室内机匣（7）焊接在一起，火焰筒外壁（8）通过后缘的支板和燃烧室外机匣（6）连接在一起，火焰筒内壁（9）同样通过后部的支板和燃烧室内机匣（7）连接固定；在火焰筒外壁（8）后部设置有火焰筒外环掺混孔（11），在火焰筒内壁（9）后部设置有火焰筒内环掺混孔（12），燃烧用空气全部由燃烧室头部（13）进入火焰筒，掺混空气由火焰筒内环掺混孔（12）和火焰筒外环掺混孔（11）进入火焰筒，以调整燃烧室出口温度分布；所述燃烧室采用中心分级燃烧方案，分为预燃级（15）和主燃级（14），燃油杆（16）供给燃烧室(3)所有燃油，燃油分为两路，包括预燃级油路（20）和主燃级油路（21）；所述主燃级（14）通过头部端壁（19）与火焰筒外壁（8）和火焰筒内壁（9）固定；预燃级（15）通过隔离段（17）与主燃级（14）联接，并与主燃级（14）同心；所述主燃级（14）由主燃级双级空气辅助雾化喷嘴（46）、主燃级预混预蒸发段内环（40）和主燃级预混预蒸发段外环（41）构成；其中主燃级双级空气辅助雾化喷嘴（46）由压力雾化喷嘴（37）、一级切向孔旋流器（36）、二级切向槽旋流器（42）和主燃级喷嘴安装环（39）构成，压力雾化喷嘴（37）能有效解决发动机小状态下的燃油雾化问题，主燃级双级空气辅助雾化喷嘴（46）采用在同一圆周上设置多个压力雾化喷嘴（37）的多点喷射方式；压力雾化喷嘴（37）插入到二级集油槽（34）端壁上，采用焊接固定，一级切向孔旋流器（36）通过安装环面嵌入到二级切向槽旋流器（42）中通过焊接构成主燃级双级空气辅助雾化喷嘴（46）的两级轴向排布的初始雾化旋流装置，一级集油槽端壁（31）、一级集油槽（43）、二级集油槽（34）、主燃级双级空气辅助雾化喷嘴（46）的初始雾化旋流装置和主燃级喷嘴安装环（39）焊接为一个整体；主燃级双级空气辅助雾化喷嘴（46）采用整体安装，主燃级喷嘴安装环（39）的内外环面为安装定位面，主燃级双级空气辅助雾化喷嘴（46）通过主燃级喷嘴安装环（39）插入到主燃级预混预蒸发段内环（40）、主燃级预混预蒸发段外环（41）中，有效解决了主燃级双级空气辅助雾化喷嘴（46）的安装和定位问题；燃油杆（16）与主燃级双级空气辅助雾化喷嘴（46）在一级集油槽端壁进油口（32）处焊接形成主燃级油路；燃油杆（16）与预燃级喷嘴（22）螺纹连接形成预燃级油路；一级集油槽（43）上开有燃油节流孔（33）将一级集油槽（43）和二级集油槽（34）连通；预燃级燃油通过燃油杆（16）的预燃级油路（20） 流进预燃级喷嘴（22）中；主燃级燃油经过燃油杆（16）的主燃级油路（21）进入一级集油槽（43）中，再经燃油节流孔（33）、二级集油槽（34）和压力雾化喷嘴（37）轴向依次喷入一级空气雾化通道（45）和二级空气雾化通道（44）中，燃油在一级切向孔旋流器（36）和二级切向槽旋流器（42）所产生的旋转气流作用下进行雾化蒸发，主燃级预混预蒸发段内环切向槽旋流器（47）和主燃级预混预蒸发段外环切向槽旋流器（48）产生强旋气流对燃油进行进一步的雾化、蒸发和掺混，采用串联式空气雾化燃油方式提高了进入主燃级的空气利用率，充分利用燃烧室有效的轴向空间，结构简单、易于实现却能使主燃级燃油能更加高效的雾化和蒸发；多个主燃级双级空气辅助雾化喷嘴（46）喷射的主燃级燃油在两级轴向旋流空气的剪切作用下，迅速形成均匀的油气混合物，保证燃油进入预混预蒸发段时的径向均匀性，利于解决预模式燃油雾化可能带来的油气径向不均匀的问题，多股油气混合物在预混预蒸发段汇合，在主燃级预混预蒸发段外环切向槽旋流器（48）和主燃级预混预蒸发段内环切向槽旋流器（47）所产生的强旋空气作用下，迅速实现主燃级燃油的周向均匀，并进一步提高燃油的径向均匀性，最后燃油蒸汽与空气的混气以一定的旋流形式进入火焰筒燃烧，保证较低的污染排放。