[發明專利]主燃級出口采用強制導流的低污染燃燒室

有效

• 申請號: 201610860748.8
• 申請日: 2016-09-28
• 公開（公告）號: CN106594801B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 張弛;王波;林宇震;韓嘯;陳偉;何沛;徐榕;鄂亞佳;吳昊
• 申請（專利權）人: 中國航發商用航空發動機有限責任公司;北京航空航天大學
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38;F23R3/52
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 喻學兵

一種主燃級出口采用強制導流的低污染燃燒室，可以降低LTO循環污染物排放水平，改善燃燒室點火性能。其中，燃油噴嘴供給燃燒室全部燃油而主燃級燃油噴入主燃級預膜板內通道，部分燃油形成主燃級直噴油霧，部分燃油打到主燃級預膜板上形成均勻油膜，并且在預膜板內通道和預膜板外通道的兩股旋流剪切作用下破碎霧化形成主燃級氣動霧化油霧，該油霧與空氣進行摻混形成較均勻的油氣混合物，再進入火焰筒進行預混燃燒；在主燃級的出口安裝主燃級出口導流環，出口導流環外側的縱向截面呈光滑的弧線，弧線徑向向內并軸向向前伸展，且徑向高度不大于主燃級直噴油霧的穿透深度的1/2，以使主燃級氣流形成擴張流動，形成飽滿的中心回流區。

技術領域

本發明涉及燃氣輪機燃燒室，尤其涉及航空發動機的低污染燃燒室。

背景技術

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 onAviation 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。該燃燒室在臺架全環試驗驗證中，NOx污染排放比CAEP2排放標準降低了50％。GE公司申請了多項美國專利：申請號6363726、6389815、6354072、6418726、0178732、6381964和6389815，所有這些專利都是預燃級采用擴散燃燒、主燃級采用預混燃燒的燃燒組織方式，目的是降低污染指數最大的大工況下的NOx排放。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TALON X，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。

中國的北京航空航天大學對低污染燃燒室也申請了200910238793.X、201010101574.X、201010034141.7、201010277014.X等多項專利，采用的方案是預燃級采用擴散燃燒方式，主燃級采用預混燃燒方式，主燃級為環形結構，軸向或徑向供油，采用多點噴射或是預膜霧化方式，目的是降低大工況下的NOx排放，從而使整個LTO循環的NOx的排放得到降低，但要進一步降低整個LTO循環的NOx的排放水平難度較大。

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。