[發明專利]一種燃燒室燃油噴射與混合裝置及包括該裝置的燃燒室

有效

• 申請號: 201210452038.3
• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號: CN103807878A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 曾慶林;朱英;范仁鈺
• 申請（專利權）人: 中航商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 樓仙英;邵桂禮

技術領域

本發明屬于能源與動力燃燒裝置領域，特別涉及一種航空發動機的燃燒室燃油噴射與混合裝置及包括該裝置的燃燒室。

背景技術

隨著大氣環境問題在世界范圍內受到越來越多的關注，對于航空發動機污染物排放要求也日趨嚴格。下一代航空發動機產品市場需求表明，氮氧化物(NOx)的排放量比現行國際民航組織(ICAO)規定標準還要減少50％左右，同時其他排放物比如一氧化碳(CO)和未燃碳氫(UHC)均要低于ICAO規定的標準。

研究表明，控制燃燒室內的燃氣溫度是控制NOx污染排放的關鍵，控制燃燒區溫度的主要技術途徑之一就是采用貧油燃燒模式。但是在地面慢車、起動點火等工作狀態下，又需要燃燒區采用接近富油燃燒的油氣匹配方式，以保證燃燒性能，同時降低小功率狀態下的CO和UHC排放。為了解決大功率狀態下NOx排放和小功率狀態下CO、UHC排放的矛盾，可以采用分級燃燒的形式，保證發動機不同功率下，燃燒室局部區域以最佳燃油空氣匹配模式進行燃燒。

分級燃燒技術在航空發動機燃燒室上已得到成功應用，GE公司在這一類型的低排放燃燒室方面做了較多的工作，設計了可實現貧油燃燒的燃油噴射裝置用于發動機工程應用，比如：有些發動機采用的雙環腔燃燒室分級燃燒技術；有些發動機采用的中心分級燃燒技術，該技術采用三級供油、五級旋流器。

由于結構緊湊、分區貧油燃燒控制NOx效果較好等優點，采用中心分級燃燒技術已是低排放燃燒室發展的趨勢。但是現有的分級燃燒技術，并未能很好的解決分級燃燒技術中面臨的分級狀態點NOx排放和CO、UHC排放性能的矛盾，而且采用的旋流器過多，導致結構較為復雜。

發明內容

因此，提供一種結構簡單緊湊、既能有效降低關鍵污染物NOx的排放量、又能降低低工況下CO、UHC的排放量的燃燒室燃油噴射與混合裝置將是有利的。

根據本發明的第一個方面，提供一種燃燒室燃油噴射與混合裝置，所述裝置包括預燃級、環繞所述預燃級的中間級和環繞所述中間級的主燃級，其中：

所述預燃級包括中心錐體、環繞所述中心錐體的一級旋流器、環繞所述一級旋流器的預膜式噴嘴以及環繞所述預膜式噴嘴的二級旋流器；

所述中間級包括中間供油通路、襯套、環繞所述襯套的中間級旋流器以及環繞所述中間級旋流器的套筒，所述中間供油通路將燃油供給到所述中間級旋流器下游位于所述套筒和所述襯套之間的空間；

所述主燃級包括主供油通路、主燃級內壁、環繞所述主燃級內壁的主燃級旋流器以及環繞所述主燃級旋流器的主燃級外壁，所述主供油通路將燃油供給到所述主燃級旋流器下游位于所述主燃級內壁和主燃級外壁之間的空間；以及

所述主燃級內壁的末端與所述套筒的末端相連接并在所述套筒和所述主燃級內壁之間形成一個空腔，所述主燃級內壁的末端設有至少一個冷卻孔，上游空氣進入所述空腔并穿過所述冷卻孔來沖擊所述套筒的末端，由此冷卻所述主燃級內壁的末端與所述套筒的末端。

在本發明的該方面，具有如下有益效果：

1.結構簡單緊湊：采用四級旋流器和三級獨立供油，從中心沿徑向方向排布預燃級、中間級、主燃級結構，充分利用各級旋流器產生的旋流達到霧化三股噴射燃油的目的，優化了油氣匹配，分區貧油燃燒控制關鍵污染物NOx的效果較好。

2.預燃級油路選用預膜式噴嘴，能夠改善噴嘴防積碳性能，并獲得較高的低工況性能，降低CO、UHC排放量。

3.通過上游空氣來冷卻主燃級和中間級之間的轉接段，從而可有效延長本發明裝置的使用壽命。

優選地，所述主供油通路和/或中間供油通路設有噴嘴。

進一步優選地，所述噴嘴采用壓力霧化結構或者氣動霧化結構。

再進一步優選地，所述噴嘴包括至少一個噴射點或采用整環液膜噴射。主燃級和中間級分別采用直射式多點燃油噴射或整環液膜噴射設計，燃油噴入旋流器產生的旋轉氣流中，霧化效果好。

優選地，所述預燃級、所述中間級和所述主燃級內壁通過焊接形成一個整體，并且與所述主燃級旋流器軸向浮動配合。該組件整體可以沿軸向中心線方向移動進行拆裝，從而三級供油的油路均可隨噴嘴殼體一并拆裝，可以有效的檢查油路工作狀況。

進一步優選地，所述主燃級內壁具有安裝用導向斜坡壁面和與所述導向斜坡壁面緊鄰設置的徑向擴大壁面，所述徑向擴大壁面與所述主燃級旋流器的固定壁面軸向浮動配合。導向斜坡壁面的設置方便組件整體沿中心線軸向滑動導入。

根據本發明的第二個方面，提供一種燃燒室，包括前述的燃燒室燃油噴射與混合裝置。該燃燒室具有根據本發明的第一個方面的裝置的一切有益效果。