[發(fā)明專利]一種多點軸向雙級空氣輔助霧化噴嘴主燃級的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310065034.4
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN103185355A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林宇震;康堯;李林;張弛;王曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F23R3/52
• 分類號: F23R3/52;F23R3/30;F23R3/38
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空燃氣輪機的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多點軸向雙級空氣輔助霧化噴嘴主燃級的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室，該燃燒室采用中心分級燃燒的模式，預(yù)燃級在中心，采用擴散燃燒和預(yù)混燃燒相結(jié)合的方式，用以保證燃燒室工作的穩(wěn)定性和安全性，同時降低小工況下的污染排放；主燃級在預(yù)燃級徑向外圍，采用預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒的方式，主燃級頭部軸向多點供入燃油。該發(fā)明有利于于降低整個燃燒室的污染排放，并保證燃燒室高效穩(wěn)定工作，從而降低航空發(fā)動機整個著陸起飛循環(huán)（Landing?and?Take-off,LTO）循環(huán)的污染排放水平。

背景技術(shù)

現(xiàn)代航空發(fā)動機燃燒室的基本性能和結(jié)構(gòu)分布已經(jīng)達到相當(dāng)高的水平，但是對于現(xiàn)代航空發(fā)動機燃燒室來說，仍然存在大量的難題和挑戰(zhàn)，新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新概念的發(fā)展應(yīng)用才是保證其持續(xù)進步的源泉。現(xiàn)代民用航空發(fā)動機燃燒室的主要發(fā)展趨勢是低污染燃燒。民用航空發(fā)動機燃燒室必須滿足日益嚴格的航空發(fā)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(guī)定已經(jīng)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(yè)的迅猛發(fā)展和人們環(huán)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(fā)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(fā)了雙環(huán)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(shù)為其GEnx發(fā)動機研制的TAPS（Twin?Annular?Premixing?Swirler）低污染燃燒室。該燃燒室已經(jīng)進入整機驗證階段，即將取證，在臺架全環(huán)試驗驗證中，NOx污染排放比CAEP2排放標準降低了50％。申請?zhí)?389815、6354072、6418726、0178732、6381964和6389815等美國專利的主燃級方案采用主燃級燃油噴入到軸向或徑向旋流器的后部從而形成預(yù)混預(yù)蒸發(fā)油氣混合物，但要達到一定的混合度和蒸發(fā)度所需的混合和蒸發(fā)距離較長，從而影響燃燒室乃至發(fā)動機的長度和重量要求，申請?zhí)?363726的美國專利存在同樣的問題，上述幾個美國專利都實現(xiàn)了整個發(fā)動機工作范圍內(nèi)的低污染要求，但主燃級燃油噴射點離旋流器出口都有一段不小的距離，增加了燃燒室頭部軸向長度。PW公司繼續(xù)采用RQL方式提出了降低NOx污染排放的低污染燃燒室為TALON?X，采用的頭部形式是PW公司發(fā)展的空氣霧化噴嘴，燃燒室為單環(huán)腔，在V2500發(fā)動機扇型試驗段上的試驗結(jié)果比CAEP2標準降低了50%。Rolls-Royce公司采用LDM技術(shù)發(fā)展的低污染燃燒室是ANTLE，該燃燒室是一個單環(huán)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(fā)動機湍達1000。PW公司繼續(xù)采用RQL方式提出了降低NOx污染排放的低污染燃燒室為TALON?X，采用的頭部形式是PW公司發(fā)展的空氣霧化噴嘴，燃燒室為單環(huán)腔，在V2500發(fā)動機扇型試驗段上的試驗結(jié)果比CAEP2標準降低了50%。Rolls-Royce公司采用LDM技術(shù)發(fā)展的低污染燃燒室是ANTLE，該燃燒室是一個單環(huán)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(fā)動機湍達1000。

以上所述的專利，都是針對在大工況下降低污染排放，而根據(jù)國際民航組織（International?Civil?Aviation?Organization,ICAO）規(guī)定的一個標準循環(huán)下的排放物指數(shù)，用LTO?Emission來表達這個參數(shù)，計算如下式：