[發明專利]一種主燃級頭部多點斜向進油的低排放燃燒室

有效

• 申請號: 201010623920.0
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102175045A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 付鎮柏;林宇震;許全宏;張弛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F23R3/30
• 分類號: F23R3/30;F23R3/34
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;李新華

技術領域

本發明涉及一種利用預混燃燒技術的航空燃氣輪機低污染燃燒室。采用分級燃燒的模式，預燃級采用擴散燃燒組織方式，主燃級采用預混燃燒組織方式，主燃級采用頭部多點斜向供入燃油。該發明能夠保證燃燒室的較寬的穩定工作范圍，同時降低燃燒室污染排放。

背景技術

現代航空發動機燃燒室的基本性能和結構分布已經達到相當高的水平，但是對于現代航空發動機燃燒室來說，仍然存在大量的難題和挑戰，新材料、新工藝、新結構、新概念的發展應用才是保證其持續進步的源泉。

現代民用航空發動機燃燒室的主要發展趨勢是低污染燃燒。民用航空發動機燃燒室必須滿足日益嚴格的航空發動機污染排放標準。目前采用的CAEP6(Committee?on?Aviation?Environmental?Protection)標準對污染排放物的規定已經非常嚴格，特別是對NOx污染排放要求；而最新的CAEP8標準提出了將NOx的排放在CAEP6的排放標準上降低15％，隨著航空業的迅猛發展和人們環保意識的不斷提高，未來對燃氣輪機燃燒室污染排放會提出更高的要求。

美國航空發動機的兩個著名公司GE和PW對低污染燃燒室早已著手研究，GE首先研發了雙環腔低污染燃燒DAC(用于GE90和CFM56)，PW公司采用了RQL(富油燃燒-淬熄-貧油燃燒，Rich?burn-Quench-Lean?burn，簡稱RQL)低污染燃燒室TALON?II(用于PW4000和6000系列)。在下一代低污染燃燒室方面，GE公司采用LDM(Lean?Direct?Mixing?Combustion，貧油直接混合燃燒室)技術為其GEnx發動機研制的TAPS(Twin?Annular?Premixing?Swirler)低污染燃燒室。在臺架全環試驗驗證中，TAPS低污染燃燒室的NOx污染排放比CAEP2排放標準降低了50％。PW公司繼續采用RQL方式提出了降低NOx污染排放的低污染燃燒室為TALONX，采用的頭部形式是PW公司發展的空氣霧化噴嘴，燃燒室為單環腔，在V2500發動機扇型試驗段上的試驗結果比CAEP2標準降低了50％。Rolls-Royce公司采用LDM技術發展的低污染燃燒室是ANTLE，該燃燒室是一個單環腔分級燃燒室，其NOx污染排放比CAEP2標準降低了50％，用于其新一代發動機湍達1000。

而不管是何種先進的低污染燃燒室，其關鍵技術就是降低NOx(氮氧化物)、CO(一氧化碳)、UHC(未燃碳氫化合物)和冒煙的燃燒技術，核心問題是降低燃燒區的溫度，同時使燃燒區溫度場均勻，即整體和局部的當量比控制，而主燃區當量比的均勻性又主要取決于燃油霧化和油氣摻混的均勻性。

本發明是針對航空發動機低污染燃燒的新方法。根據NOx與CO產生的機理及試驗結果可知：燃燒室的主燃區當量比在0.6～0.8范圍內產生的NOx與CO(UHC和CO的排放規律類似)很少。基于此原理，要兼顧NOx與CO、UHC的排放量都處于低值范圍，應考慮兩個因素：其一是主燃區的平均當量比，其二是主燃區平均當量比的均勻性，并且在所有航空發動機的工作情況下都應如此。而主燃區當量比的均勻性又主要取決于燃油霧化和油氣摻混的均勻性。這主要取決于兩方面：一是燃油顆粒直徑分布的均勻性，即SMD的分布均勻性；二則是燃油油霧濃度分布的均勻性。從燃燒方式講，應采用均勻的預混燃燒，達到主燃區當量比均勻性要求以降低污染排放。

目前的常規燃燒方式無法降低NOx、CO和UHC。原因是目前燃燒室的設計方法所決定的。對于常規燃燒室來說，在大工況時，由于采用液霧擴散燃燒方式，燃燒區局部當量比總是在1附近，遠超過上述低污染燃燒所需當量比范圍要求，此時雖然CO和UHC的排放低，但NOx的排放達到最大。在小工況時，燃燒區當量比又很低，遠低于上述低污染燃燒所需當量比區間，此時雖然NOx排放低，但CO和UHC排放又很高。另外，由于常規燃燒室普遍采用擴散燃燒方式，局部當量比不均勻，因此對于常規燃燒室來說，無法滿足在整個發動機工作范圍內的低污染要求。因此，針對民用航空發動機燃燒室的發展要求，需要發展一種能夠大幅度降低污染排放的燃燒室，而同時又不會使其他性能較常規燃燒室差。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術不足，運用預混燃燒技術，提供了一種主燃級頭部多點斜向進油的低排放燃燒室，該燃燒室燃燒區油氣分布均勻，不但能在大工況下保持低的污染排放，在小工況下又能保證發動機穩定工作。