[發明專利]一種供油摻混一體化駐渦燃燒室頭部裝置及其工作方法

有效

• 申請號: 201710068361.3
• 申請日: 2017-02-08
• 公開（公告）號: CN106907742B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 金義;何小民;趙玉玲;李明玉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F23R3/30
• 分類號: F23R3/30
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張耀文

本發明提供一種供油摻混一體化駐渦燃燒室頭部裝置，其包括有分流板、與所述分流板相連接的聯焰板、與所述聯焰板相接的鈍體蒸發腔、與所鈍體蒸發腔相連的進氣嘴、設置于所述進氣嘴內的燃油濺板及燃油擋板。本發明供油摻混一體化駐渦燃燒室頭部裝置，通過燃油在鈍體蒸發腔內的霧化、蒸發并與部分主流空氣混合形成預混預蒸發的混氣，通過聯焰板將預混預蒸的混氣、新鮮空氣及凹腔燃氣快速均勻摻混，實現駐渦燃燒室的高效快速燃燒同時降低出口溫度分布系數OTDF并減少污染物的排放。

技術領域

本發明屬于燃氣輪機快速燃燒技術領域，涉及供油摻混一體化駐渦燃燒室頭部裝置，尤其涉及一種應用于軍民兩用航空發動機燃燒室、地面及艦船燃氣輪機燃燒室中的供油摻混一體化裝置。

背景技術

駐渦燃燒室(Trapped Vortex Combustor,TVC)的概念最初是由美國代頓大學的Hsu教授提出，并在美國空軍的資助下完成了第一代駐渦燃燒室實驗模型的設計及試驗研究。第一代駐渦燃燒室由凹腔前體(Forebody)、凹腔后體(Afterbody)和凹腔中心體(Centerbody)串聯而成，氣態燃料和空氣從中心體供入并從凹腔后體噴出共同噴入到凹腔中。與傳統的旋流燃燒室相比，駐渦燃燒室所形成的回流區不是靠壓力梯度形成的，而是由火焰筒上的凹腔通過合理的射流所產生的，使火焰能夠在凹腔中駐定，且具有很高的穩定性。試驗結果表明：與傳統的旋流燃燒室相比，駐渦燃燒室在點火、貧油熄火、空中再點火、壓力損失和燃燒效率等方面表現出了優越的性能。另外，駐渦燃燒室在低排放燃燒室方面也表現出了很大的潛力。

鑒于駐渦燃燒室在點火、穩定性、燃燒效率及降低污染物排放等方面所表現出來的優異性能。美國戴頓大學(University of Dayton)、美國空軍研究實驗室(AFRL)、海軍航空系統司令部(Department of The Navy,Air Systems Command)、通用電氣發動機公司(GEAE)、海軍海上系統司令部(Naval Sea Systems Command)、美國國家航空航天局(NASA，National Aerospace Agency)、國防部(Department of Defense)、能源部(Department ofEnergy)等多個單位先后投入到駐渦燃燒室的研究工作當中，從實驗模型到工程化驗證模型展開了多方案的系統研究，并有序的開展了四代駐渦燃燒室的研究工作。

第二代駐渦燃燒室相較于第一代駐渦燃燒室在結構上作出了重大改進，并奠定了今后駐渦燃燒室的基本結構。不同于第一代駐渦燃燒室，第二代駐渦燃燒室將置于內側的凹腔移到了外側，因此，這種結構也被稱為罐式結構。另一個有別于第一代駐渦燃燒室的特點是第二代駐渦燃燒室在凹腔與主流之間增加了聯焰板結構，其目的在于加強凹腔與主流的摻混將凹腔中的混氣及活性因子引入主流中，提高主流的燃燒速率。此外，與第一代駐渦燃燒室只在凹腔中供入燃料不同，第二代駐渦燃燒室在主流和凹腔中都供入燃料。但是，與第一代駐渦燃燒室相同，第二代駐渦燃燒室同樣采用氣態燃料，與真實航空發動機相比差距較大。

為了開發適用于軍用航空發動機的駐渦燃燒室，美國GEAE公司和美國空軍研究實驗室在第一代和第二代駐渦燃燒室的基礎上，開發了使用液態燃料的第三代駐渦燃燒室。通過對第三代駐渦燃燒室的研究，GEAE公司得到了凹腔中最佳的供油供氣位置和策略。

美國GEAE公司和美國空軍研究實驗室在第三代駐渦燃燒室的基礎上又開發了第四代駐渦燃燒室。第四代駐渦燃燒室對主流進氣結構進行了兩種不同的方案設計。分別為：雙通道和三通道。

通過前后四代駐渦燃燒室的研究工作，美國解決了駐渦燃燒室工程化應用的大部分技術難題。其尚存的不足之處在于主流的供油方式，其主流的燃油是通過噴油桿直接供入到主流通道中，燃油的霧化摻混較差，無法滿足快速燃燒的要求。

針對駐渦燃燒室，國內科研院所也開展了大量的研究工作，但在主流燃油的霧化、摻混方面還存在很大的不足。因此，針對現有技術中的不足，確有必要對現有技術進行改進創新以解決現有技術之不足，為進一步的工程化應用奠定基礎。

發明內容