一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室专利检索-主燃烧室机体内燃机热机引擎专利检索查询-专利查询网

一种采用径向成膜主燃级的预混预 蒸发 燃烧室

阅读：652发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室，由扩压器、燃烧室外机匣、燃烧室内机匣、预燃级、主燃级、火焰筒外壁和火焰筒内壁组成。预燃级利用由预燃级旋流器组件进入燃烧室的旋流形成的低速回流区稳定火焰，为扩散火焰，用于稳定火焰；主燃级的燃油由主燃级喷嘴的若干个切向喷口喷出后，在燃油成膜区展开并相接，形成周向连续的油膜，主燃级喷嘴上游旋流环、主燃级喷嘴下游旋流环的旋流对燃油进行二次雾化并将燃油带进预混预蒸发段中蒸发，并与空气进一步掺混，在预混预蒸发段的出口处形成均匀的油气混合物射流进入火焰筒，在预燃级火焰的引燃下进行燃烧。本发明结构简单，在保证航空发动机正常工作状态的同时能有效的降低污染排放。，下面是一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述燃烧室采用单环腔结构，由燃烧室外机匣(6)和燃烧室内机匣(7)构成燃烧室外轮廓，外界空气通过扩压器(10)进入；火焰筒外壁(8)、火焰筒内壁(9)和燃烧室头部(13)组成燃烧区域，燃烧用空气全部由燃烧室头部(13)进入火焰筒，掺混空气由火焰筒外壁(8)上的外掺混孔(11)和火焰筒内壁(9)上的内掺混孔(12)射入；所述燃烧室头部(13)采用分级燃烧方案，分为主燃级(14)和预燃级(15)；所述主燃级(14)通过头部整体端壁(55)与火焰筒外壁(8)和火焰筒内壁(9)连接固定，所述预燃级(15)通过预燃级头部端壁(24)与主燃级(14)联接，并与主燃级(14)同心；所述预燃级(15)包括预燃级旋流器组件(16)、预燃级喷嘴(23)、预燃级头部端壁(24)和预燃级头部内导流板(25)，预燃级(15)利用由预燃级旋流器组件(16)进入燃烧室的旋流空气形成的低速回流区稳定火焰，预燃级旋流器组件(16)通过预燃级头部端壁(24)与主燃级预混预蒸发段内环(28)相连接；预燃级喷嘴(23)位于预燃级旋流器组件(16)内，并与预燃级旋流器组件(16)同轴；所述主燃级(14)包括主燃级喷嘴(39)、主燃级预混预蒸发段(26)；所述主燃级预混预蒸发段(26)由主燃级喷嘴浮动外环压板(33)、主燃级喷嘴浮动外环(34)、主燃级喷嘴浮动内环压板(35)、主燃级喷嘴浮动内环(36)、主燃级预混预蒸发段外环(27)、主燃级预混预蒸发段内环(28)、主燃级预混预蒸发段前端壁(29)和主燃级出口导流支撑(32)组成；主燃级喷嘴浮动外环(34)与主燃级预混预蒸发段前端壁(29)相连，在主燃级喷嘴浮动外环(34)与主燃级预混预蒸发段前端壁(29)连接之前，将主燃级喷嘴浮动外环压板(33)安装在主燃级喷嘴浮动外环(34)与主燃级预混预蒸发段前端壁(29)之间的外环浮动缝隙(37)，主燃级喷嘴浮动外环压板(33)卡在外环浮动缝隙(37)并可以浮动；主燃级喷嘴浮动内环(36)与主燃级预混预蒸发段内环(28)相连，主燃级喷嘴浮动内环(36)与主燃级预混预蒸发段内环(28)连接之前，将主燃级喷嘴浮动内环压板(35)安装在主燃级喷嘴浮动内环(36)与主燃级预混预蒸发段内环(28)之间的内环浮动缝隙(38)，主燃级喷嘴浮动内环压板(35)卡在内环浮动缝隙(38)并可以浮动；所述主燃级出口导流支撑(32)由若干叶片组成，焊接在主燃级预混预蒸发段内环(28)上或者与主燃级预混预蒸发段内环(28)整体制造；主燃级喷嘴(39)位于主燃级喷嘴浮动外环(34)和主燃级喷嘴浮动内环(36)之间，并与预燃级喷嘴(23)同轴；主燃级喷嘴(39)由主燃级喷嘴主体(40)、主燃级燃油喷口(50)、燃油成膜区(51)、主燃级喷嘴上游旋流环(52)和主燃级喷嘴下游旋流环(53)组成；主燃级喷嘴主体(40)由主燃级喷嘴主体外壁(41)、主燃级喷嘴主体内壁(42)、主燃级喷嘴主体前端壁(43)、主燃级喷嘴主体环腔隔离壁(44)、主燃级喷嘴主体集油环腔壁(45)组成；主燃级喷嘴主体外壁(41)、主燃级喷嘴主体内壁(42)、主燃级喷嘴主体前端壁(43)和主燃级喷嘴主体环腔隔离壁(44)构成了主燃级进油环腔(46)；主燃级喷嘴主体外壁(41)、主燃级喷嘴主体内壁(42)、主燃级喷嘴主体环腔隔离壁(44)和主燃级喷嘴主体集油环腔壁(45)构成了主燃级集油环腔(47)；
主燃级喷嘴主体外壁(41)、主燃级喷嘴主体内壁(42)和主燃级喷嘴主体集油环腔壁(45)构成了燃油成膜区(51)；主燃级喷嘴主体环腔隔离壁(44)与主燃级喷嘴主体外壁(41)、主燃级喷嘴主体内壁(42)相连，连接方式为焊接或主燃级喷嘴主体环腔隔离壁(44)与主燃级喷嘴主体外壁(41)整体制造再与主燃级喷嘴主体内壁(42)焊接相连或主燃级喷嘴主体环腔隔离壁(44)与主燃级喷嘴主体内壁(42)整体制造再与主燃级喷嘴主体外壁(41)焊接相连；主燃级喷嘴主体集油环腔壁(45)与主燃级喷嘴主体外壁(41)、主燃级喷嘴主体内壁(42)相连，连接方式为焊接或主燃级喷嘴主体集油环腔壁(45)与主燃级喷嘴主体外壁(41)整体制造再与主燃级喷嘴主体内壁(42)焊接相连或主燃级喷嘴主体集油环腔壁(45)与主燃级喷嘴主体内壁(42)整体制造再与主燃级喷嘴主体外壁(41)焊接相连；主燃级喷嘴主体外壁(41)、主燃级喷嘴主体内壁(42)、主燃级喷嘴主体前端壁(43)相连，连接方式为焊接或者螺纹；主燃级喷嘴上游旋流环(52)在燃油成膜区(51)与主燃级喷嘴主体外壁(41)相连，连接方式为焊接或整体制造；主燃级喷嘴下游旋流环(53)在燃油成膜区(51)与主燃级喷嘴主体内壁(42)相连，连接方式为焊接或整体制造；主燃级喷嘴上游旋流环(52)与主燃级喷嘴浮动外环压板(33)连接，连接方式为焊接或者螺纹或者整体制造；主燃级喷嘴下游旋流环(53)与主燃级喷嘴浮动内环压板(35)连接；因此，主燃级喷嘴主体(40)与主燃级喷嘴上游旋流环(52)、主燃级喷嘴下游旋流环(53)相连后组成主燃级喷嘴(39)，主燃级喷嘴(39)与主燃级预混预蒸发段(26)相连后构成主燃级(14)；在主燃级喷嘴主体前端壁(43)上开设一个主燃级进油孔(48)，主燃级燃油通过主燃级进油孔(48)进入主燃级进油环腔(46)；在主燃级喷嘴主体环腔隔离壁(44)上开设若干主燃级集油环腔进油孔(49)，主燃级燃油通过主燃级集油环腔进油孔(49)进入主燃级集油环腔(47)；在主燃级喷嘴主体集油环腔壁(45)沿周向开设若干切向的主燃级燃油喷口(50)，主燃级燃油通过主燃级燃油喷口(50)向外喷射；主燃级燃油喷口(50)为斜孔，主燃级的燃油喷射出来具有一定的切向速度，若干股燃油在燃油成膜区(51)展开并相接，形成周向连续的油膜，在主燃级喷嘴上游旋流环(52)及主燃级喷嘴下游旋流环(53)的旋流作用下，在燃油成膜区出口边缘(54)处对油膜进行剪切作用，油膜在主燃级喷嘴上游旋流环(52)、主燃级喷嘴下游旋流环(53)气流的气动力下将发生破碎，被雾化成微小的燃油颗粒并发生掺混，燃油颗粒在自身的动量下以及这股旋流的气动力作用下被带进主燃级预混预蒸发段(26)，主燃级预混预蒸发段外环(27)和主燃级预混预蒸发段内环(28)上开有若干主燃级环形壁面进气孔(31)和主燃级预混预蒸发段前端壁(29)上开有若干主燃级前端壁面进气孔(30)；
燃油颗粒在主燃级环形壁面进气孔(31)、主燃级前端壁面进气孔(30)进气的作用下会发生进一步雾化和掺混，同时在主燃级预混预蒸发段(26)内进行蒸发，在主燃级预混预蒸发段(26)的出口处液态燃油蒸发比较完全，气态燃油与空气掺混良好，形成均匀的油气混合物进入火焰筒，在预燃级火焰的引燃下进行预混燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述主燃级出口导流支撑(32)的叶片数量2≤p≤30，沿主燃级预混预蒸发段内环(28)圆周均布，叶片的安装角度为0°≤a＜90°。
3.根据权利要求1所述的一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述主燃级燃油喷口(50)的几何形状是圆形或矩形，喷射点m的个数2＜m≤300，每个主燃级燃油喷口(50)为斜孔，布置在与主燃级喷嘴轴线(57)垂直的平面上，倾斜角度b为0°＜b＜90°，主燃级喷嘴(39)有燃油成膜区(51)，燃油在燃油成膜区(51)相接成连续的油膜。
4.根据权利要求1所述的一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述主燃级喷嘴上游旋流环(52)、主燃级喷嘴下游旋流环(53)采用绕主燃级喷嘴轴线(57)圆周均布的径向叶片式结构，叶片数量q为20≤q≤50，叶片的安装角度c为0°＜c＜90°。
5.根据权利要求1所述的一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述燃烧室的燃烧用气全部由燃烧室头部(13)供入时，空气分配占燃烧室进口气流的
40％～80％；预燃级头部端壁(24)和主燃级头部整体端壁(55)的冷却所需气量占全部燃烧气量的5％～10％，预燃级(14)所需气量占全部燃烧气量的5％～25％，其余由主燃级(15)的主燃级喷嘴上游旋流环(52)、主燃级喷嘴下游旋流环(53)和主燃级预混预蒸发段(26)供入。
6.根据权利要求1所述的一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述燃烧室的火焰筒外壁(8)和火焰筒内壁(9)的冷却方式采用气膜冷却、发散冷却或复合冷却方式，以对壁面温度进行控制延长火焰筒的寿命。
7.根据权利要求1所述的一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室，其特征在于：在所述的火焰筒外壁(8)后部设置有外掺混孔(11)，在所述的火焰筒内壁(9)后部设置有内掺混孔(12)，掺混用气分别从外掺混孔(11)和内掺混孔(12)进入火焰筒，以控制燃烧室出口温度分布。

说明书全文

一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发 燃烧室

技术领域

[0001] 本发明涉及一种利用预混燃烧技术的航空燃气轮机低污染燃烧室，采用分级燃烧的模式，预燃级采用扩散燃烧组织方式，主燃级采用预混燃烧组织方式，主燃级采用径向成膜的方式供入燃油。该发明能够保证燃烧室的较宽的稳定工作范围，同时降低燃烧室污染排放。

背景技术

[0002] 现代航空发动机燃烧室的基本性能和结构分布已经达到相当高的水平，但是对于现代航空发动机燃烧室来说，仍然存在大量的难题和挑战，新材料、新工艺、新结构、新概念的发展应用才是保证其持续进步的源泉。

[0003] 现代民用航空发动机燃烧室的主要发展趋势是低污染燃烧。民用航空发动机燃烧室必须满足日益严格的航空发动机污染排放标准。目前采用的CAEP6（Committee on Aviation Environmental Protection）标准对污染排放物的规定已经非常严格，特别是对NOx污染排放要求；而最新的CAEP8标准提出了将NOx的排放在CAEP6的排放标准上降低15％，随着航空业的迅猛发展和人们环保意识的不断提高，未来对燃气轮机燃烧室污染排放会提出更高的要求。

[0004] 美国航空发动机的两个著名公司GE和PW对低污染燃烧室早已着手研究，GE首先研发了双环腔低污染燃烧DAC（用于GE90和CFM56），PW公司采用了RQL（富油燃烧-淬熄-贫油燃烧，Rich burn-Quench-Lean burn，简称RQL）低污染燃烧室TALON II（用于PW4000和6000系列）。在下一代低污染燃烧室方面，GE公司采用LDM（Lean Direct Mixing Combustion，贫油直接混合燃烧室）技术为其GEnx发动机研制的TAPS（Twin Annular Premixing Swirler）低污染燃烧室。在台架全环试验验证中，TAPS低污染燃烧室的NOx污染排放比CAEP2排放标准降低了50％。PW公司继续采用RQL方式提出了降低NOx污染排放的低污染燃烧室为TALON X，采用的头部形式是PW公司发展的空气雾化喷嘴，燃烧室为单环腔，在V2500发动机扇型试验段上的试验结果比CAEP2标准降低了50％。Rolls-Royce公司采用LDM技术发展的低污染燃烧室是ANTLE，该燃烧室是一个单环腔分级燃烧室，其NOx污染排放比CAEP2标准降低了50％，用于其新一代发动机湍达1000。

[0005] 而不管是何种先进的低污染燃烧室，其关键技术就是降低NOx（氮氧化物）、CO（一氧化碳）、UHC（未燃碳氢化合物）和冒烟的燃烧技术，核心问题是降低燃烧区的温度，同时使燃烧区温度场均匀，即整体和局部的当量比控制，而主燃区当量比的均匀性又主要取决于燃油雾化和油气掺混的均匀性。

[0006] 本发明是针对航空发动机低污染燃烧的新方法。根据NOx与CO产生的机理及试验结果可知：燃烧室的主燃区当量比在0.6～0.8范围内产生的NOx与CO（UHC和CO的排放规律类似）很少。基于此原理，要兼顾NOx与CO、UHC的排放量都处于低值范围，应考虑两个因素：其一是主燃区的平均当量比，其二是主燃区平均当量比的均匀性，并且在所有航空发动机的工作情况下都应如此。而主燃区当量比的均匀性又主要取决于燃油雾化和油气掺混的均匀性。这主要取决于两方面：一是燃油颗粒直径分布的均匀性，即SMD的分布均匀性；二则是燃油油雾浓度分布的均匀性。从燃烧方式讲，应采用均匀的预混燃烧，达到主燃区当量比均匀性要求以降低污染排放。

[0007] 目前的常规燃烧方式无法降低NOx、CO和U HC。原因是目前燃烧室的设计方法所决定的。对于常规燃烧室来说，在大工况时，由于采用液雾扩散燃烧方式，燃烧区局部当量比总是在1附近，远超过上述低污染燃烧所需当量比范围要求，此时虽然CO和UHC的排放低，但NOx的排放达到最大。在小工况时，燃烧区当量比又很低，远低于上述低污染燃烧所需当量比区间，此时虽然NOx排放低，但CO和UHC排放又很高。另外，由于常规燃烧室普遍采用扩散燃烧方式，局部当量比不均匀，因此对于常规燃烧室来说，无法满足在整个发动机工作范围内的低污染要求。因此，针对民用航空发动机燃烧室的发展要求，需要发展一种能够大幅度降低污染排放的燃烧室，而同时又不会使其他性能较常规燃烧室差。

发明内容

[0008] 本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室，该燃烧室在满足航空发动机的工作条件下，能有效的降低航空发动机燃烧室燃烧的污染排放，包括NOx、冒烟、CO及UHC，且结构简单。

[0009] 本发明的技术解决方案：一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室，采用单环腔结构，由燃烧室外机匣和燃烧室内机匣构成燃烧室外轮廓，外界空气通过扩压器进入；火焰筒外壁、火焰筒内壁和燃烧室头部组成燃烧区域，燃烧用空气全部由燃烧室头部进入火焰筒，掺混空气由火焰筒外壁上的外掺混孔和火焰筒内壁上的内掺混孔射入；所述燃烧室头部采用分级燃烧方案，分为主燃级和预燃级；所述主燃级通过头部整体端壁与火焰筒外壁和火焰筒内壁连接固定，所述预燃级通过预燃级头部端壁与主燃级联接，并与主燃级同心；所述预燃级包括预燃级旋流器组件、预燃级喷嘴、预燃级头部端壁和预燃级头部内导流板，预燃级利用由预燃级旋流器组件进入燃烧室的旋流空气形成的低速回流区稳定火焰，预燃级旋流器组件通过预燃级头部端壁与主燃级预混预蒸发段内环相连接；预燃级喷嘴位于预燃级旋流器组件内，并与预燃级旋流器组件同轴；所述主燃级包括主燃级喷嘴、主燃级预混预蒸发段；所述主燃级预混预蒸发段由主燃级喷嘴浮动外环压板、主燃级喷嘴浮动外环、主燃级喷嘴浮动内环压板、主燃级喷嘴浮动内环、主燃级预混预蒸发段外环、主燃级预混预蒸发段内环、主燃级预混预蒸发段前端壁和主燃级出口导流支撑组成；主燃级喷嘴浮动外环与主燃级预混预蒸发段前端壁相连，连接方式为螺纹或焊接，在主燃级喷嘴浮动外环与主燃级预混预蒸发段前端壁采用螺母或焊接连接之前，将主燃级喷嘴浮动外环压板安装在主燃级喷嘴浮动外环与主燃级预混预蒸发段前端壁之间的外环浮动缝隙，因此主燃级喷嘴浮动外环压板卡在外环浮动缝隙并可以浮动；主燃级喷嘴浮动内环与主燃级预混预蒸发段内环相连，连接方式为螺纹或焊接，主燃级喷嘴浮动内环与主燃级预混预蒸发段内环采用螺母或焊接连接之前，将主燃级喷嘴浮动内环压板安装在主燃级喷嘴浮动内环与主燃级预混预蒸发段内环之间的内环浮动缝隙，因此主燃级喷嘴浮动内环压板卡在内环浮动缝隙并可以浮动；所述主燃级出口导流支撑由若干叶片组成，可以焊接在主燃级预混预蒸发段内环上或者与主燃级预混预蒸发段内环整体制造；主燃级喷嘴位于主燃级喷嘴浮动外环和主燃级喷嘴浮动内环之间，并与预燃级喷嘴同轴；主燃级喷嘴由主燃级喷嘴主体、主燃级燃油喷口、燃油成膜区、主燃级喷嘴上游旋流环和主燃级喷嘴下游旋流环组成；主燃级喷嘴主体由主燃级喷嘴主体外壁、主燃级喷嘴主体内壁、主燃级喷嘴主体前端壁、主燃级喷嘴主体环腔隔离壁、主燃级喷嘴主体集油环腔壁组成；主燃级喷嘴主体外壁、主燃级喷嘴主体内壁、主燃级喷嘴主体前端壁和主燃级喷嘴主体环腔隔离壁构成了主燃级进油环腔；主燃级喷嘴主体外壁、主燃级喷嘴主体内壁、主燃级喷嘴主体环腔隔离壁和主燃级喷嘴主体集油环腔壁构成了主燃级集油环腔；主燃级喷嘴主体外壁、主燃级喷嘴主体内壁和主燃级喷嘴主体集油环腔壁构成了燃油成膜区；主燃级喷嘴主体环腔隔离壁与主燃级喷嘴主体外壁、主燃级喷嘴主体内壁相连，连接方式为焊接或主燃级喷嘴主体环腔隔离壁与主燃级喷嘴主体外壁整体制造再与主燃级喷嘴主体内壁焊接相连或主燃级喷嘴主体环腔隔离壁与主燃级喷嘴主体内壁整体制造再与主燃级喷嘴主体外壁焊接相连；主燃级喷嘴主体集油环腔壁与主燃级喷嘴主体外壁、主燃级喷嘴主体内壁相连，连接方式为焊接或主燃级喷嘴主体集油环腔壁与主燃级喷嘴主体外壁整体制造再与主燃级喷嘴主体内壁焊接相连或主燃级喷嘴主体集油环腔壁与主燃级喷嘴主体内壁整体制造再与主燃级喷嘴主体外壁焊接相连；主燃级喷嘴主体外壁、主燃级喷嘴主体内壁、主燃级喷嘴主体前端壁相连，连接方式为焊接或者螺纹；主燃级喷嘴上游旋流环在燃油成膜区与主燃级喷嘴主体外壁相连，连接方式为焊接或整体制造；主燃级喷嘴下游旋流环在燃油成膜区与主燃级喷嘴主体内壁相连，连接方式为焊接或整体制造；主燃级喷嘴上游旋流环与主燃级喷嘴浮动外环压板连接，连接方式为焊接或者螺纹或者整体制造；主燃级喷嘴下游旋流环与主燃级喷嘴浮动内环压板连接，连接方式为焊接或者整体制造；因此，主燃级喷嘴主体与主燃级喷嘴上游旋流环、主燃级喷嘴下游旋流环相连后组成主燃级喷嘴，主燃级喷嘴的主燃级喷嘴上游旋流环、主燃级喷嘴下游旋流环分别与主燃级喷嘴浮动外环压板、主燃级喷嘴浮动内环压板相连，主燃级喷嘴浮动外环压板、主燃级喷嘴浮动内环压板分别卡在外环浮动缝隙、内环浮动缝隙，主燃级喷嘴与主燃级预混预蒸发段相连后构成主燃级；在主燃级喷嘴主体前端壁上开设一个主燃级进油孔，主燃级燃油通过主燃级进油孔进入主燃级进油环腔；在主燃级喷嘴主体环腔隔离壁上开设若干主燃级集油环腔进油孔，主燃级燃油通过主燃级集油环腔进油孔进入主燃级集油环腔；在主燃级喷嘴主体集油环腔壁沿周向开设若干切向的主燃级燃油喷口，主燃级燃油通过主燃级燃油喷口向外喷射；主燃级燃油喷口为斜孔，主燃级的燃油喷射出来具有一定的切向速度，若干股燃油在燃油成膜区展开并相接，形成周向连续的油膜，在主燃级喷嘴上游旋流环及主燃级喷嘴下游旋流环的旋流作用下，在燃油成膜区出口边缘处对油膜进行剪切作用，油膜在主燃级喷嘴上游旋流环、主燃级喷嘴下游旋流环气流的气动力下将发生破碎，被雾化成微小的燃油颗粒并发生掺混，燃油颗粒在自身的动量下以及这股旋流的气动力作用下被带进主燃级预混预蒸发段，主燃级预混预蒸发段外环和主燃级预混预蒸发段内环上开有若干主燃级环形壁面进气孔和主燃级预混预蒸发段前端壁上开有若干主燃级前端壁面进气孔；燃油颗粒在主燃级环形壁面进气孔、主燃级前端壁面进气孔进气的作用下会发生进一步雾化和掺混，同时在主燃级预混预蒸发段内进行蒸发，在主燃级预混预蒸发段的出口处液态燃油蒸发比较完全，气态燃油与空气掺混良好，形成均匀的油气混合物进入火焰筒，在预燃级火焰的引燃下进行预混燃烧。

[0010] 所述主燃级出口导流支撑的叶片数量2≤p≤30，沿主燃级预混预蒸发段内环圆周均布，叶片的安装角度为0°≤a＜90°。

[0011] 所述主燃级燃油喷口的几何形状是圆形或矩形，喷射点的个数2＜m≤300，每个主燃级燃油喷口为斜孔，布置在与主燃级喷嘴轴线垂直的平面上，倾斜角度为0°＜b＜90°，主燃级喷嘴有燃油成膜区，燃油在燃油成膜区相接成连续的油膜。

[0012] 所述燃烧室的主燃级喷嘴上游旋流环、主燃级喷嘴下游旋流环采用绕主燃级喷嘴轴线圆周均布的径向叶片式结构，叶片数量20≤q≤50，叶片的安装角度为0°＜c＜90°。

[0013] 所述燃烧室的燃烧用气全部由燃烧室头部供入时，空气分配占燃烧室进口气流的40％～80％；预燃级头部端壁和主燃级头部整体端壁的冷却所需气量占全部燃烧气量的
5％～10％，预燃级所需气量占全部燃烧气量的5％～25％，其余由主燃级的主燃级喷嘴上游旋流环、主燃级喷嘴下游旋流环和主燃级预混预蒸发段供入。

[0014] 所述燃烧室的火焰筒外壁和火焰筒内壁的冷却方式采用气膜冷却、发散冷却或复合冷却方式，以对壁面温度进行控制延长火焰筒的寿命。

[0015] 在所述的火焰筒外壁后部设置有外掺混孔，在所述的火焰筒内壁后部设置有内掺混孔，掺混用气分别从外掺混孔和内掺混孔进入火焰筒，以控制燃烧室出口温度分布。

[0016] 本发明的原理是：一般而言，航空发动机燃烧室低污染排放的实现主要就是通过两方面，一是控制整个燃烧室内燃烧区域的总体当量比范围；二则是控制燃烧室内整个燃烧区域的燃烧均匀性，即当量比均匀性，因为局部富油而导致的局部当量比过大也会大大增加发动机的污染排放。根据上述原理并且考虑到航空发动机燃烧室的工作特点，本发明采用：分级燃烧的设计思想，使燃烧用气分别从预燃级和主燃级供入燃烧室，并将燃油进行分级供入，控制燃油在燃烧区内的当量比在航空发动机不同工作状态下都在低污染燃烧区内，从而达到降低燃烧污染排放物的目的。预燃级在慢车等小状态下启动，保持小状态时燃烧区的当量比落在上述低污染燃烧当量比区间内，并且使燃烧的稳定性好，容易启动。当发动机工作在大状态时才启动主燃级，主燃级采用预混预蒸发燃烧组织方式，控制燃烧区的当量比在上述低污染燃烧当量比区间。采用上述低污染燃烧室，可确保航空发动机燃烧室在所有的工作状态下，燃烧区的当量比都控制在低污染燃烧的区间内，同时可以通过控制主燃级油雾均匀度、混合度和蒸发度来控制燃烧区的当量比均匀度，从而达到航空发动机低污染燃烧室污染排放低、稳定性好的性能要求。

[0017] 本发明与现有技术相比的优点如下：

[0018] （1）本发明采用单环腔燃烧室结构，燃烧用空气全部由头部供入，火焰筒上只有冷却孔和必要的掺混孔，具有模块化特征，简化了燃烧室结构，预混预蒸发环管结构也较简单，易于加工；

[0019] （2）本发明的主燃级采用预混预蒸发的燃烧组织方式。主燃级的燃油经过斜孔喷出，在径向出口处形成周向均匀的油膜，在气动力下雾化，进入预混预蒸发段进行蒸发和掺混，周向分布均匀的油膜在预混预蒸发段内更容易实现均匀的掺混和良好的蒸发，混合良好的油气混合物进入火焰筒内可以在极短的时间内燃烧完全且温度场均匀，从而降低燃烧室的污染排放；

[0020] （3）本发明的预燃级采用旋流稳定的扩散火焰燃烧组织方式，主燃级采用预混预蒸发燃烧组织方式，这种组合燃烧模式可以实现航空发动机燃烧室在宽广的工作范围内高效稳定的工作，同时可以实现燃烧室低污染排放。附图说明

[0021] 图1是发动机结构示意图；

[0022] 图2是本发明的燃烧室结构剖视图；

[0023] 图3是本发明的燃烧室头部结构剖视图；

[0024] 图4是本发明的预燃级旋流器组件结构剖视图；

[0025] 图5是本发明的预燃级旋流器组件结构立体图；

[0026] 图6是本发明的主燃级结构剖视图；

[0027] 图7是本发明的主燃级预混预蒸发段结构示意图；

[0028] 图8是本发明的主燃级出口导流支撑结构示意图；

[0029] 图9是本发明的主燃级喷嘴结构剖视图；

[0030] 图10是本发明的主燃级喷嘴主体结构图；

[0031] 图11是本发明的主燃级喷嘴主体结构剖视图；

[0032] 图12为本发明的主燃级喷嘴喷射点布置示意图；

[0033] 图13为本发明的预燃级喷嘴和主燃级喷嘴组合件结构立体图；

[0034] 图中：1.低压压气机，2.高压压气机，3.燃烧室，4.高压涡轮，5.低压涡轮，6.燃烧室外机匣，7.燃烧室内机匣，8.火焰筒外壁，9.火焰筒内壁，10.扩压器，11.外掺混孔，12.内掺混孔，13.燃烧室头部，14.主燃级，15.预燃级，16.预燃级旋流器组件，17.预燃级一级旋流器，18.预燃级二级旋流器，19.预燃级内旋流器安装环，20.预燃级文氏管，21.预燃级安装边，22.预燃级喷嘴安装孔，23.预燃级喷嘴，24.预燃级头部端壁，25.预燃级头部导流板，26.主燃级预混预蒸发段，27.主燃级预混预蒸发段外环，28.主燃级预混预蒸发段内环，29.主燃级预混预蒸发段前端壁，30.主燃级前端壁面进气孔，31.主燃级环形壁面进气孔，32.主燃级出口导流支撑，33.主燃级喷嘴浮动外环压板，34.主燃级喷嘴浮动外环，
35.主燃级喷嘴浮动内环压板，36.主燃级喷嘴浮动内环，37.外环浮动缝隙，38.内环浮动缝隙，39.主燃级喷嘴，40.主燃级喷嘴主体，41.主燃级喷嘴主体外壁，42.主燃级喷嘴主体内壁，43.主燃级喷嘴主体前端壁，44.主燃级喷嘴主体环腔隔离壁，45.主燃级喷嘴主体集油环腔壁，46.主燃级进油环腔，47.主燃级集油环腔，48.主燃级进油孔，49.主燃级集油环腔进油孔，50.主燃级燃油喷口，51.燃油成膜区，52.主燃级喷嘴上游旋流环，53.主燃级喷嘴下游旋流环，54.燃油成膜区出口边缘，55.头部整体端壁，56.头部整体导流片，57.主燃级喷嘴轴线。

具体实施方式

[0035] 图1是发动机结构示意图，包括低压压气机1，高压压气机2，燃烧室3，高压涡轮4和低压涡轮5。发动机工作时，空气经过低压压气机1压缩后，进入高压压气机2，高压空气再进入燃烧室3中与燃油燃烧，燃烧后形成的高温高压燃气进入到高压涡轮4和低压涡轮5，通过涡轮做功分别驱动高压压气机2和低压压气机1；

[0036] 如图2所示，燃烧室3采用单环腔结构，燃烧室外机匣6和燃烧室内机匣7构成了燃烧室的外轮廓，并与前后的高压压气机2和高压涡轮4连接。高压压气机2的来流空气从扩压器10经过降速扩压后进入燃烧室，在火焰筒外壁8、火焰筒内壁9和燃烧室头部13所包围的空间内与燃油完成燃烧。在外掺混孔11和内掺混孔12以前的区域为燃烧区，掺混空气从掺混孔进入火焰筒，与燃烧区的高温燃气掺混，使出口温度达到设计要求。燃烧室头部13包括主燃级14、预燃级15，主燃级14通过头部整体端壁55与火焰筒外壁8和火焰筒内壁9焊接固定，而预燃级15则由预燃级头部端壁24与主燃级14固定联接。头部整体导流片56与预燃级头部导流片25分别焊接在头部整体端壁55与预燃级头部端壁24上，将它们和火焰筒内的高温燃气分开，以保护结构完整性；

[0037] 图3是一个燃烧室头部结构的剖视图，可清楚的看出主燃级14和预燃级15按照同心的方式布置在一起。在图4和图5中，预燃级15采用了双旋流器结构，主要由预燃级一级旋流器17、预燃级二级旋流器18和预燃级文氏管20组成。预燃级文氏管20和预燃级二级旋流器18焊接，预燃级一级旋流器17则通过预燃级内旋流器安装环19与预燃级文氏管20连接，同时可浮动。预燃级安装边21则与预燃级头部端壁24和预燃级头部导流片25连接，可采用焊接或螺纹加锁紧的方式。在图6中，主燃级14包括主燃级喷嘴39、主燃级预混预蒸发段26，其中主燃级喷嘴浮动外环压板33、主燃级喷嘴浮动外环34、主燃级喷嘴浮动内环压板35、主燃级喷嘴浮动内环36、主燃级预混预蒸发段外环27、主燃级预混预蒸发段内环28、主燃级预混预蒸发段前端壁29和主燃级出口导流支撑32组成了主燃级预混预蒸发段26；从图7和图8中可以看到，主燃级预混预蒸发段外环27、主燃级预混预蒸发段内环28、主燃级预混预蒸发段前端壁29上开了多级进气孔，主燃级前端壁面进气孔30和主燃级环形壁面进气孔31为直孔或斜孔，主要起到对从主燃级喷嘴39喷射出的油膜进行再次雾化、掺混并促进蒸发的作用，此外，主燃级前端壁面进气30还起到向主燃级预混预蒸发段26提供具有轴向初始速度进气的作用，可以防止主燃级预混预蒸发段前端壁29与主燃级预混预蒸发段外环27、主燃级预混预蒸发段内环28的夹角处形成回流区，并防止主燃级喷嘴39将燃油喷射到主燃级预混预蒸发段外环27的内壁面上；从图8中可以看到，主燃级出口导流支撑32沿主燃级预混预蒸发段内环28圆周均布;主燃级出口导流支撑32一方面起连接主燃级预混预蒸发段外环27与主燃级预混预蒸发段内环28的作用，另一方面起调整经过主燃级预混预蒸发段26气流出口角度的作用；主燃级出口导流支撑32的叶片数量2≤p≤30，沿主燃级预混预蒸发段内环28圆周均布，叶片的安装角度为0°≤a＜90°，这样一方面起到支撑连接的作用，便于加工安装；另一方面叶片起到导流的作用。
在实施安装之前可以选用不同的叶片结构或者调整安装角度，以满足多种工况的要求，具体的调整叶片选择视不同的要求做出选择。具体实施方案，如图6、图7和图8所示，安装时，首先将主燃级出口导流支撑32与主燃级预混预蒸发段内环28相连接，可采用的连接方式是整体制造或螺纹或螺栓或焊接；然后将两者的组合件，插入主燃级预混预蒸发段外环
27中，在保证主燃级预混预蒸发段内环28与主燃级预混预蒸发段外环29同轴的前提下，使用整体制造或螺纹或螺栓或焊接的连接方式进行连接；然后将主燃级预混预蒸发段前端壁29与主燃级出口导流支撑32与主燃级预混预蒸发段内环28的组合件以及主燃级预混预蒸发段外环27相连，可采用的连接方式是整体制造或螺纹或螺栓或焊接；在保证主燃级喷嘴浮动外环压板33与主燃级预混预蒸发段外环27同轴的同时，将主燃级喷嘴浮动外环
34夹在主燃级喷嘴浮动外环压板33与主燃级预混预蒸发段外环27之间，采用焊接或螺纹或螺栓连接的方式，使主燃级喷嘴浮动外环压板33与主燃级预混预蒸发段外环27连接在一起；在保证主燃级喷嘴浮动内环压板35与主燃级预混预蒸发段内环36同轴的同时，将主燃级喷嘴浮动内环36夹在主燃级喷嘴浮动内环压板35与主燃级预混预蒸发段内环28之间，采用焊接或螺纹或螺栓连接的方式，使主燃级喷嘴39浮动内环压板35与主燃级预混预蒸发段内环28连接在一起；在上述安装步骤完成后，主燃级预混预蒸发段26的装配完成。

[0038] 图9是本发明的主燃级喷嘴结构剖视图，主燃级喷嘴39由主燃级喷嘴主体40、主燃级燃油喷口50、燃油成膜区51、主燃级喷嘴上游旋流环52和主燃级喷嘴下游旋流环53组成,主燃级喷嘴上游旋流环52、主燃级喷嘴下游旋流环53采用绕主燃级喷嘴轴线57圆周均布的径向叶片式结构，使得通过主燃级喷嘴上游旋流环52、主燃级喷嘴下游旋流环53的进气具有旋流特性具有一定的剪切效果，用于油雾的雾化；图10是本发明的主燃级喷嘴主体结构图，图11是本发明的主燃级喷嘴主体结构剖视图，主燃级喷嘴主体40由主燃级喷嘴主体外壁41、主燃级喷嘴主体内壁42、主燃级喷嘴主体前端壁43、主燃级喷嘴主体环腔隔离壁44、主燃级喷嘴主体集油环腔壁45组成；主燃级喷嘴主体外壁41、主燃级喷嘴主体内壁42、主燃级喷嘴主体前端壁43和主燃级喷嘴主体环腔隔离壁44构成了主燃级进油环腔46；主燃级喷嘴主体外壁41、主燃级喷嘴主体内壁42、主燃级喷嘴主体环腔隔离壁44和主燃级喷嘴主体集油环腔壁45构成了主燃级集油环腔47；主燃级喷嘴主体外壁41、主燃级喷嘴主体内壁42和主燃级喷嘴主体集油环腔壁45构成了燃油成膜区51；主燃级喷嘴主体环腔隔离壁44与主燃级喷嘴主体外壁41、主燃级喷嘴主体内壁42相连，连接方式为焊接或主燃级喷嘴主体环腔隔离壁44与主燃级喷嘴主体外壁41整体制造再与主燃级喷嘴主体内壁42焊接相连或主燃级喷嘴主体环腔隔离壁44与主燃级喷嘴主体内壁42整体制造再与主燃级喷嘴主体外壁41焊接相连；主燃级喷嘴主体集油环腔壁45与主燃级喷嘴主体外壁41、主燃级喷嘴主体内壁42相连，连接方式为焊接或主燃级喷嘴主体集油环腔壁45与主燃级喷嘴主体外壁41整体制造再与主燃级喷嘴主体内壁42焊接相连或主燃级喷嘴主体集油环腔壁45与主燃级喷嘴主体内壁42整体制造再与主燃级喷嘴主体外壁41焊接相连；主燃级喷嘴主体外壁41、主燃级喷嘴主体内壁42、主燃级喷嘴主体前端壁43相连，连接方式为焊接或者螺纹；主燃级喷嘴上游旋流环52在燃油成膜区51与主燃级喷嘴主体外壁41相连，连接方式为焊接或整体制造；主燃级喷嘴下游旋流环53在燃油成膜区51与主燃级喷嘴主体内壁42相连，连接方式为焊接或整体制造；主燃级喷嘴上游旋流环52与主燃级喷嘴浮动外环压板33连接，连接方式为焊接或者螺纹或者整体制造；主燃级喷嘴下游旋流环53与主燃级喷嘴浮动内环压板35连接，连接方式为焊接或者整体制造；因此，主燃级喷嘴主体40与主燃级喷嘴上游旋流环52、主燃级喷嘴下游旋流环53相连后组成主燃级喷嘴39，连接方式是螺纹或焊接；主燃级喷嘴39的主燃级喷嘴上游旋流环52、主燃级喷嘴下游旋流环53分别与主燃级喷嘴浮动外环压板33、主燃级喷嘴浮动内环压板34相连，连接方式是螺纹或焊接；主燃级喷嘴上游旋流环52与主燃级喷嘴浮动外环压板33连接后卡在主燃级预混预蒸发段26的主燃级喷嘴浮动外环34与主燃级预混预蒸发段前端壁29之间的外环浮动缝隙37；主燃级喷嘴下游旋流环53与主燃级喷嘴浮动内环压板34连接后卡在主燃级预混预蒸发段26的主燃级喷嘴浮动内环36与主燃级预混预蒸发段内环28之间的内环浮动缝隙38；上述安装步骤完成后，主燃级喷嘴39与主燃级预混预蒸发段26便相连成一体，构成了主燃级14。从图10可以看出，在主燃级喷嘴主体前端壁43上开设一个主燃级进油孔
48，主燃级燃油通过主燃级进油孔48进入主燃级进油环腔46；从图11可以看出，在主燃级喷嘴主体环腔隔离壁44上开设若干主燃级集油环腔进油孔49，主燃级燃油通过主燃级集油环腔进油孔49进入主燃级集油环腔47；在主燃级喷嘴主体集油环腔壁45沿周向开设若干切向的主燃级燃油喷口50，主燃级燃油喷口50的布置如图12，主燃级燃油通过主燃级燃油喷口50向外喷射；主燃级燃油喷口50为斜孔，主燃级的燃油喷射出来具有一定的切向速度，若干股燃油在燃油成膜区51展开并相接，形成周向连续的油膜，在主燃级喷嘴上游旋流环52及主燃级喷嘴下游旋流环53的旋流作用下，在燃油成膜区出口边缘54处对油膜进行剪切作用，油膜在主燃级喷嘴上游旋流环52、主燃级喷嘴下游旋流环53气流的气动力下将发生破碎，被雾化成微小的燃油颗粒并发生掺混，燃油颗粒在自身的动量下以及这股旋流的气动力作用下被带进主燃级预混预蒸发段26，主燃级预混预蒸发段外环27和主燃级预混预蒸发段内环28上开有若干主燃级环形壁面进气孔31和主燃级预混预蒸发段前端壁
29上开有若干主燃级前端壁面进气孔30；燃油颗粒在主燃级环形壁面进气孔31、主燃级前端壁面进气孔30进气的作用下会发生进一步雾化和掺混，同时在主燃级预混预蒸发段26内进行蒸发，在主燃级预混预蒸发段26的出口处液态燃油蒸发比较完全，气态燃油与空气掺混良好，形成均匀的油气混合物进入火焰筒，在预燃级火焰的引燃下进行预混燃烧。

[0039] 图13为本发明的预燃级喷嘴和主燃级喷嘴组合件结构立体图，将主燃级14的主燃级喷嘴39和预燃级15的预燃级喷嘴23集合在一个结构上，有两个好处，一是方便整个头部的安装，二是可以严格保证主燃级喷嘴39和预燃级喷嘴23的同心度；预燃级喷嘴23采用一个离心式喷嘴，通过单独的燃油管路供油，通过预燃级喷嘴安装孔22与预燃级一级旋流器17配合；主燃级喷嘴39采用若干个主燃级燃油喷口50向外喷射燃油，主燃级燃油喷口50的几何形状是圆形或矩形，喷射点的个数2＜m≤300，每个喷口为斜孔，布置在与主燃级喷嘴轴线57垂直的平面上，倾斜角度为0°＜b＜90°，燃油从供应若干个主燃级燃油喷口50喷射出之后，在燃油成膜区51展开相接成油膜，在燃油成膜区出口边缘54受到主燃级喷嘴上游旋流环52、主燃级喷嘴下游旋流环53旋转气流的气动力作用发生二次雾化，然后进入主燃级预混预蒸发段26；预燃级喷嘴和主燃级喷嘴提供燃烧室所需的全部燃油，其中主燃级燃油占总燃油量的比例为50%～90%。

[0040] 在主燃级预混预蒸发段26与预燃级旋流器组件16安装完成后，在对应位置插入主燃级喷嘴39和预燃级喷嘴23的组合件，从而完成燃烧室头部13的安装。

[0041] 本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种主燃区径向流动燃烧室及油气掺混方法	2020-05-11	410
主燃级切向供油的预混预蒸发燃烧室	2020-05-11	121
一种供暖主水箱的燃烧室	2020-05-11	735
一种主燃级头部多点斜向进油的低排放燃烧室	2020-05-12	101
一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室	2020-05-12	654
具有主动引导头部的活塞及相应的燃烧室	2020-05-12	44
一种斜切主燃孔助旋低污染回流燃烧室	2020-05-12	36
航空发动机主燃烧室出口温度场指标的确定方法	2020-05-13	531
一种主燃级采用斜向喷射喷嘴的低污染燃烧室头部结构	2020-05-13	576
一种计算航空发动机主燃烧室火焰筒出口温度场的方法	2020-05-13	996

一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室

一种采用径向成膜主燃级的预混预蒸发燃烧室

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：