[發明專利]一種貧油直接噴射及混合低污染燃燒室

有效

• 申請號: 201710608804.3
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107543201B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 于涵;孫付軍;李樂;朱鵬飛;徐丁歡
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F23R3/14
• 分類號: F23R3/14;F23R3/38;F23R3/42
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種貧油直接噴射及混合低污染燃燒室，由擴壓器、燃燒室外機匣、燃燒室內機匣、燃燒室頭部、火焰筒外壁和火焰筒內壁組成；燃燒空氣全部由燃燒室頭部進入火焰筒，采用分級分區燃燒策略，將燃燒室頭部分為值班級和主燃級；值班級和主燃級均采用直接噴射及混合燃燒方式，有效避免自燃和回火現象的發生，并且降低振蕩燃燒出現的風險；在慢車狀態下僅值班級工作，設計局部當量比偏富，保證燃燒室工作穩定性，隨著燃燒室工作狀態的增加，主燃級逐漸打開，在大狀態下，主燃級和值班級同時工作，設計燃燒區平均當量比偏貧，有效降低燃燒區平均溫度，從而降低污染物生成量。

技術領域

本發明屬于低污染燃燒室領域，涉及一種貧油直接噴射及混合低污染燃燒室。

背景技術

近年來，國際社會對環境保護問題的重視程度越來越高，航空發動機的污染物排放雖然占環境總污染排放的比重不大，但是高空污染物主要來源于航空發動機。因此，國際民航組織ICAO下屬環境保護委員會CAEP制定了一系列標準對民用飛機發動機CO、UHC和NOx的排放做出了嚴格規定，只有符合排放要求的發動機才能取得適航認證。因此，必須大力發展低污染燃燒技術以降低航空發動機污染物排放水平，從而滿足現在和未來更高的排放要求。

目前，航空發動機低污染燃燒技術主要包括：富油燃燒-快速淬熄-貧油燃燒技術Rich burn-Quick quench-Lean burn，RQL、貧油預混預蒸發燃燒技術Lean PremixedPrevaporised，LPP和貧油直接噴射燃燒技術Lean Direct Injection，LDI，其中貧油直接噴射燃燒技術亦稱為貧油直接混合燃燒技術Lean Direct Mixing，LDM。PW公司設計的低污染燃燒室TALONⅡ采用RQL技術，其NOx排放水平剛能滿足CAEP6的要求，但由于RQL技術中，淬熄過程有可能產生接近化學恰當比的反應條件，從而生成大量NOx，因此RQL技術降低污染排放的潛力有限，很難滿足未來ICAO更為嚴格的排放標準。GE公司申請的專利US6354072，US6418726，US6363726，US8607575和US8171735將LPP技術應用到低污染燃燒室中，采用LPP技術設計的TAPSⅠ和TAPSⅡ燃燒室NOx排放比CAEP6的規定再降低50％和60％，而用于GE9X的TAPSⅢ的NOx排放比CAEP8的規定還低30％。LDI技術是將燃油直接噴射到燃燒室中與空氣混合發生擴散燃燒，由于沒有燃油和空氣預混，因此不存在自燃和回火的問題，且其燃燒不穩定性問題也沒有LPP那樣嚴重。因而近年來許多研究機構開展了關于LDI技術的研究，在NASA ERA項目支持下，Goodrich公司設計了陣列式LDI燃燒室，該方案的NOx排放比CAEP6的規定低75％。Parker公司在NASA UEET項目支持下，提出了多級分區LDI燃燒方案，其污染物排放水平可以滿足降低CAEP6規定NOx排放70％的要求，Dalavan公司申請的US9644844專利，提出了一種新型的多點貧油直接噴射方案，能有效的降低污染排放水平。

國內近年也有許多關于低污染燃燒室的專利申請。專利201010591264.0、201110214905.5、201310065034.4、201310722586.8公開了四種低污染燃燒室，均是將燃燒室分為主燃級和預燃級，其中預燃級采用旋流穩定的擴散燃燒方式，主燃級采用預混燃燒方式，在保證燃燒室穩定工作條件的同時降低污染物排放。專利201510011730.6公開了一種預燃級RQL、主燃級LPP的中心分級低污染燃燒室，預燃級采用富油擴散燃燒方式，使得燃燒室小工況下工作穩定，并且在旋流室末端設計淬熄孔，降低預燃級的污染排放。目前國內的低污染燃燒室廣泛采用分級燃燒策略，其中主燃級普遍采用預混預蒸發燃燒方式，在現有的發動機工作狀態下，這確實是十分有效的降低污染物的方法，但是隨著未來發動機工作狀態的大幅提升，燃燒室進口溫度和進口壓力顯著增加，采用預混預蒸發方式會帶來回火和自燃風險，并且有可能引起嚴重的燃燒不穩定性問題，因此針對未來的民用航空發動機的工作狀態，迫切需要一種既能保證燃燒室穩定工作，同時又能滿足污染排放要求的低污染燃燒室。

發明內容

要解決的技術問題