[實用新型]一種加強氣動霧化的富油直混分區燃燒室頭部及其燃燒室

有效

• 申請號: 201621363323.8
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN206361712U
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 黃兵;房人麟;邱偉;王蓉雋;桂韜;夏麗敏;馬鑫
• 申請（專利權）人: 中國燃氣渦輪研究院
• 主分類號: F23R3/16
• 分類號: F23R3/16;F23R3/28;F23R3/52
• 代理公司: 中國航空專利中心11008
• 代理人: 杜永保

技術領域

本實用新型專利涉及航空發動機領域，主要涉及一種加強氣動霧化富油直混分區燃燒室。

背景技術

航空燃氣輪機自誕生起就以軍用為主要應用對象，隨著戰斗機用小涵道比渦扇發動機對推重比的要求越來越高，提高循環參數是一個重要的途徑，故而各大航空發動機廠商開展了軍用高油氣比主燃燒室的研究。

美國在IHPTET計劃中以推重比8一級渦扇發動機主燃燒室為基準，第一階主燃燒室出口總溫提高170K，燃燒室調節范圍增加20％，火焰筒容熱強度增加10％，OTDF≯0.25；第二階段燃燒室出口總溫提高340K，燃燒室調節范圍增加100％，火焰筒容熱強度增加20％，OTDF≯0.15；第三階段燃燒室出口總溫提高500K，燃燒室調節范圍增加150％，火焰筒容熱強度增加30％，OTDF≯0.10。目前美國已經完成了IHPTET計劃中三個階段的要求，開始進行VAATE計劃，研制推重比更高的軍用渦扇發動機。為應對IHPTET計劃及VAATE計劃，美國三大主要的航空發動機公司：P&W、GE、AADC針對上述要求開展了一系列的高溫升燃燒室研究。

P&W公司主要采用RQL燃燒技術，GE公司主要采用駐渦燃燒室技術，AADC公司主要采用多重旋流組織燃燒技術，通過目前的資料分析，各個公司的燃燒技術均能應用于高溫升燃燒室設計，但是也存在一些問題。

高推重比航空發動機高油氣比燃燒室面臨的最大問題是如何解決點火、低工況穩定性與高工況下高效無冒煙燃燒之間的矛盾。傳統軍用燃燒室由于總的油氣比不高，可以將頭部進氣量控制在10％～25％之間，即使在燃燒室工作至大工況時，主燃區的余氣系數依然在1.0以上，保證了主燃區的高效低冒煙燃燒。隨著燃燒室總油氣比的增加，如果按照原有燃燒室的流量分配方案進行設計，那就會導致主燃區的余氣系數小于1，這樣將會導致主燃區冒煙及嚴重的積碳。國內對此開展了相關研究，中國燃氣渦輪研究院設計了一種主副分區燃燒的富油直混燃燒室，燃燒用氣大部分從燃燒室的頭部供入，另一小部分從主燃孔中進入，通過控制頭部的余氣系數來保證主燃區余氣系數不小于可見冒煙邊界的余氣系數，從而保證高油氣比條件下主燃區的高效低冒煙燃燒。燃燒室頭部分為預燃級和主燃級兩級，預燃級在點火時即啟動，保持小狀態時預燃級余氣系數在0.3～0.7之間，使燃燒的穩定性好，容易起動點火。當發動機工作在大狀態時兩級油路同時工作，預燃級采用貧油直接噴射燃燒模式，形成穩定的穩火源，主燃級采用富油直混模式，較好的適應軍用發動機主燃燒室工況的劇烈變化。

采用這種燃燒組織模式在一定程度上緩解了低工況穩定性與高工況下高效無冒煙燃燒之間的矛盾。但由于燃燒室總油氣比的增加，主級燃油量隨之增加，主級燃油采用直接噴射的模式導致霧化效果較差。本實用新型在此基礎上，優化了主級燃油設計，在主油路噴射口處設計了霧化引氣孔及霧化腔，加強了主級燃油的氣動霧化，改善了主級燃油的霧化和混合，可以提高燃燒室燃燒效率及出口溫度場品質。

實用新型內容

本實用新型專利的目的：提供一種兼顧高溫升燃燒室低工況穩定性與高工況高效低冒煙燃燒性能的富油直混分區燃燒室，改善主級燃油霧化，提高燃燒效率及出口溫度場分布品質。

本實用新型專利的技術方案是：本實用新型專利頭部方案采用中心分級的兩級油路TAMDIM(Twin Annular Multi-point Direct Injection Mixing)混合燃燒模式，即在低工況時，預燃級采用富油直接噴射(Rich Direct Injection)燃燒模式，該燃燒模式是通過副油路離心噴嘴(或空氣霧化噴嘴)和預燃級軸向旋流器構成的預燃級實現局部富油，這種組織燃燒方式介于預混燃燒和擴散燃燒之間；在慢車或慢車以上工況時，兩級同時工作，主燃級采用富油多點噴射直接混合(Multi-point Direct Injection Mixing)燃燒模式，中心燃燒區起穩定火焰作用，周圍燃燒區為富油直混燃燒區，燃燒區余氣系數控制在0.6～1之間，從而控制頭部冒煙的產生。主燃級由兩級軸向旋流器或一級直通道和一級軸向旋流器、霧化引氣孔、霧化腔及直射式噴嘴組成，依靠引入空氣的氣動霧化作用，使得主燃級燃油得到充分的霧化和混合。