[發(fā)明專利]一種采用氣泡霧化噴嘴的貧油直接噴射低污染燃燒室

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610165969.3
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105716119B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張弛;王波;李宇航;林宇震
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28;F23R3/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

本發(fā)明公開了一種采用氣泡霧化噴嘴的貧油直接噴射低污染燃燒室，燃燒室采用單環(huán)腔結(jié)構(gòu)，包括擴(kuò)壓器、燃燒室外機(jī)匣、燃燒室內(nèi)機(jī)匣、火焰筒外壁、火焰筒內(nèi)壁及燃燒室頭部。燃油通過多個氣泡霧化噴嘴霧化成極細(xì)極均勻的液霧，直接噴入燃燒室進(jìn)行燃燒。燃燒室采用分級燃燒結(jié)構(gòu)，中心預(yù)燃級采用下沉設(shè)計，有穩(wěn)定火焰作用；預(yù)燃級外圍的主燃級依靠預(yù)燃級穩(wěn)定火焰，主燃級根據(jù)工況需要開啟工作。本發(fā)明的低污染燃燒室采用貧油直接噴射技術(shù)，燃油通過多個噴嘴噴入燃燒室，增加了燃油空間分布的均勻性；采用特殊的氣泡霧化噴嘴進(jìn)行燃油噴射，使燃油具有好的霧化質(zhì)量，利于燃油霧化與摻混，進(jìn)一步增加了燃油分布的均勻性，使燃燒室具有很大的降低污染排放的潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用氣泡霧化噴嘴的貧油直接噴射低污染燃燒室，該燃燒室采用分級燃燒的模式，預(yù)燃級在中心，采用擴(kuò)散燃燒和預(yù)混燃燒相結(jié)合的方式，在保證燃燒室穩(wěn)定燃燒的同時，降低小工況下的污染排放；主燃級在預(yù)燃級外圍，采用預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒的方式，主要用于降低大工況下的污染排放，從而降低航空發(fā)動機(jī)整個著陸起飛循環(huán)(Landing and Take-off,LTO)循環(huán)的污染排放。

背景技術(shù)

現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)燃燒室的基本性能和結(jié)構(gòu)分布已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平，但是對于現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)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(jìn)步的源泉。

現(xiàn)代民用航空發(fā)動機(jī)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(jī)燃燒室必須滿足日益嚴(yán)格的航空發(fā)動機(jī)污染排放標(biāo)準(zhǔn)。目前采用的CAEP6(Committee onAviation Environmental Protection)標(biāo)準(zhǔn)對污染排放物的規(guī)定已經(jīng)非常嚴(yán)格，特別是對NOx污染排放要求；而最新的CAEP8標(biāo)準(zhǔn)提出了將NOx的排放在CAEP6的排放標(biāo)準(zhǔn)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?xì)廨啓C(jī)燃燒室污染排放會提出更高的要求。

美國航空發(fā)動機(jī)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(jī)研制的TAPS(Twin Annular Premixing Swirler)低污染燃燒室。該燃燒室在臺架全環(huán)試驗驗證中，NOx污染排放比CAEP2排放標(biāo)準(zhǔn)降低了50％。GE公司申請了多項美國專利：申請?zhí)朥S6363726、US6389815、US6354072、US6418726、US01/078732、US6381964和US6389815，所有這些專利都是預(yù)燃級采用擴(kuò)散燃燒、主燃級采用預(yù)混燃燒的燃燒組織方式，目的是降低污染指數(shù)最大的大工況下的NOx排放。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(jī)扇型試驗段上的試驗結(jié)果比CAEP2標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)降低了50％，用于其新一代發(fā)動機(jī)湍達(dá)1000。

中國的北京航空航天大學(xué)對低污染燃燒室也申請了CN200910238793.X、CN201010101574.X、CN 201010034141.7、CN 201010277014.X等多項專利，采用的方案是預(yù)燃級采用擴(kuò)散燃燒方式，主燃級采用預(yù)混燃燒方式，主燃級為環(huán)形結(jié)構(gòu)，軸向或徑向供油，采用多點(diǎn)噴射或是預(yù)膜霧化方式，目的是降低大工況下的NOx排放，從而使整個LTO循環(huán)的NOx的排放得到降低，但要進(jìn)一步降低整個LTO循環(huán)的NOx的排放水平難度較大。