[發明專利]一種預燃級采用冷卻防積碳結構的低排放燃燒室頭部

在審

• 申請號: 201810430785.4
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108916912A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 許全宏;徐萄;王志超;林宇震;張弛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28;F23R3/38;F23R3/58
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;成金玉

本發明公開了一種預燃級采用冷卻防積碳結構的低排放燃燒室頭部，該頭部采用中心分級設計，由主燃級與預燃級兩部分組成。預燃級具有冷卻防積碳結構，在離心噴嘴與旋流器中間環形通道引入一股冷卻空氣，冷卻離心噴嘴及相關組件；此外通入的空氣可以將渦破碎上止點吹向下游，防止離心噴嘴結焦積碳。該頭部主燃級為預混燃燒，可有效降低污染排放，預燃級為擴散燃燒，可保證燃燒室點熄火性能。本發明頭部結構能夠保證頭部預燃級熱防護，防止預燃級噴嘴結焦積碳，有利于保證采用該頭部的燃燒室在不同工況下具有良好的排放、火焰穩定及點熄火等性能。

技術領域

本發明涉及旋流燃燒器的技術領域，特別涉及一種預燃級采用冷卻防積碳結構的低排放燃燒室頭部。

背景技術

目前，先進航空發動機燃燒室的主要發展趨勢是低排放燃燒室及高溫升燃燒室，對于民用航空，低排放燃燒室是重點發展方向。隨著空氣污染越來越嚴重，國際污染排放標準也日益嚴格，民用航空發動機燃燒室必須滿足新的污染排放標準。航空業的迅猛發展和人們環保意識的不斷提高，未來將會對先進燃氣輪機燃燒室污染排放提出更嚴苛的要求。

燃燒室采用中心分級燃燒組織方式，主燃級為預混燃燒，用旋流器加強燃油空氣摻混，可降低大工況下燃燒室的污染物排放；預燃級采用擴散燃燒，有較好的點熄火性能。中心分級燃燒室是現今低排放燃燒室的主要發展方向之一。

除低污染排放外，航空發動機燃燒室頭部部件長期在高溫高壓環境中工作，為了防止頭部部件熱變形以及噴嘴過熱積碳，需要噴嘴及其相應部件進行熱防護。

綜上所述，本發明立足于工程實際應用，設計了一種預燃級采用冷卻防積碳結構的中心分級燃燒室頭部。此頭部預燃級采用冷卻防積碳結構，可冷卻噴嘴部件，防止過熱變形；且可將渦破碎上止點吹向下游，防止預燃級噴嘴結焦積碳。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對燃油噴嘴過熱結焦積碳和污染排放的問題，提出了一種預燃級具有冷卻防積碳的低排放燃燒室頭部。所述頭部的預燃級在離心噴嘴與預燃級旋流器內環之間引入一股空氣，該空氣能冷卻噴嘴及其相關部件，防止熱變形影響噴嘴性能；該空氣能將噴嘴后渦破碎上止點吹向下游，防止噴嘴出口結焦積碳。該頭部主預燃級采用中心分級的結構方式，預燃級具有冷卻結構，為擴散燃燒，主燃級為預混燃燒，能夠改善燃燒室點熄火性能，降低污染排放。

本發明采用的技術方案為：一種預燃級采用冷卻防積碳結構的低排放燃燒室頭部，預燃級采用了冷卻防積碳結構和頭部主、預燃級采用中心分級的結構。頭部由主燃級、預燃級和級間段構成一種預燃級采用冷卻防積碳結構的低排放燃燒室頭部，其中預燃級包括預燃級管道安裝座、冷卻空氣通道、預燃級帽罩、預燃級離心噴嘴、預燃級旋流器葉片；預燃級管道安裝座、冷卻空氣通道、預燃級離心噴嘴與預燃級帽罩采用螺紋依次連接，形成具有冷卻防積碳結構的預燃級噴嘴；預燃級旋流器葉片與級間段采用焊接方式連接，與預燃級噴嘴采用幾何接觸約束連接，其組合可優化整個預燃級的霧化性能；主燃級防回火環與主燃級套筒焊接，再與主燃級旋流器葉片端壁焊接形成整個主燃級；主燃級、預燃級與級間段分別采用螺紋方式連接，形成具有預燃級冷卻防積碳結構的中心分級低排放燃燒室頭部。

其中，預燃級帽罩周向開5～30個冷卻進氣孔，孔徑0.5～3mm，與帽罩徑向成60°～120°，預燃級帽罩與預燃級管道安裝座采用螺紋連接形成預燃級冷卻空氣通道。該空氣可冷卻預燃級噴嘴組件，將噴嘴后的渦破碎上止點吹向下游，防止噴嘴結焦積碳。

其中，預燃級可通過調整旋流器葉片內徑(10～20mm)改變冷卻空氣通道(環形寬度0～10mm)，以改變冷卻空氣流速，來改善噴嘴冷卻防積碳的效果，也可改變噴嘴后的流場結構。

其中，預燃級由帶冷卻防積碳結構噴嘴、軸向旋流器葉片、級間段組成，可調節軸向旋流器葉片旋流數0.2-1.2，來改善流場結構、溫度分布、燃燒效率及污染排放。