[發明專利]基于富燃、焠熄、貧燃技術的低排放火焰筒

有效

• 申請號: 201810516809.8
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108954391B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 鄒鵬飛;徐興亞;毛榮海
• 申請（專利權）人: 中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: F23R3/58
• 分類號: F23R3/58
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 喻學兵

本發明的一個目的是提供一種基于富燃、焠熄、貧燃技術的低排放火焰筒，其具有改善了的污染排放性能。根據本發明的基于富燃、焠熄、貧燃技術的低排放火焰筒，包括火焰筒旋流器、火焰筒筒體與火焰筒外機匣；其中一部分空氣從旋流器進入火焰筒筒體形成主燃區回流區，與燃油摻混后進行富油燃燒；另一部分空氣從火焰筒筒體的摻混孔進入火焰筒，對富油燃氣進行快速摻混；頭部高度比是火焰筒筒體的頭部高度與旋流器直徑之比，取值范圍為1.9～2.1。

技術領域

本發明涉及基于富燃、焠熄、貧燃技術的低排放火焰筒。

背景技術

隨著現代燃氣輪機技術的不斷發展，燃燒室的污染排放問題也日益凸顯，國際民航組織也因此制定了一系列嚴苛的標準，嚴格限制燃氣輪機一氧化碳(CO)、未燃碳氫(UHC)、碳煙(Smoke)以及氮氧化物(NOx)等污染物的排放，其中以NOx最為嚴苛。為了滿足污染排放的指標要求，各大航空發動機制造公司提出了各種類型的低污染燃燒室設計概念。

從燃氣輪機燃燒室污染物的生成機理和影響因素可知，隨著燃氣輪機功率的變化，CO與NOx的變化規律完全相反。因此針對傳統的燃氣輪機燃燒室而言，同時降低這四種污染物排放是不可能的，目前只能采取折中的方法，即不論燃氣輪機的工作狀態如何，控制燃氣輪機主燃區的溫度在1650～1700K左右的范圍內，確保這兩種污染物的生成量都保持在一個較低的水平。目前國際上主流的低污染燃燒室主要有以下幾類：燃油分級燃燒室、貧油預混預蒸發燃燒室、貧油直接噴射燃燒室和富油-焠熄-貧油燃燒室，其中富油-焠熄-貧油燃燒室(Rich-quench-lean(RQL)，下文簡稱RQL燃燒室)是一種采用富燃、焠熄、貧燃燃燒組織形式的低排放燃燒室，其基本理念是先組織一個富油的燃燒區，然后在下游的焠熄區供入大量的新鮮空氣快速摻混，迅速降低當量比，進入貧油燃燒區，燃料經過充分燃燒后排入渦輪。RQL技術發展時間最長，應用也最為廣泛，具有燃燒穩定，不易發生回火及自燃的優點。

因此，常規的低排放設計思路往往是從氣動設計、燃油分級等頭部設計的角度進行考慮。

然而，如何進一步改善火焰筒污染排放性能仍然是本技術領域長期有待解決的一個課題。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種基于富燃、焠熄、貧燃技術的低排放火焰筒，其具有改善了的污染排放性能。

根據本發明的基于富燃、焠熄、貧燃技術的低排放火焰筒，包括火焰筒旋流器、火焰筒筒體與火焰筒外機匣；其中一部分空氣從旋流器進入火焰筒筒體形成主燃區回流區，與燃油摻混后進行富油燃燒；另一部分空氣從火焰筒筒體的摻混孔進入火焰筒，對富油燃氣進行快速摻混；頭部高度比是火焰筒筒體的頭部高度與旋流器直徑之比，取值范圍為1.9～2.1。

在一實施例中，火焰筒筒體包括雙層壁浮動瓦塊結構與多斜孔冷卻結構。

在一實施例中，將火焰筒筒體內限定的燃燒室長高比定義為火焰筒筒體的長度與徑向方向上的火焰筒筒體的頭部高度之比，所述燃燒室長高比取值范圍為3.5～4.0。

在一實施例中，所述旋流器由6～10片旋流器葉片組成，旋流器葉片角度為30°到60°之間。

在一實施例中，雙層壁浮動瓦塊結構與火焰筒筒體的外層壁內壁面之間的間距為0.5～2mm。

在一實施例中，所述多斜孔冷卻結構上的冷卻孔的直徑范圍在1～3mm，傾斜角在30°到60°之間。

在一實施例中，火焰筒筒體限定的燃燒室向下游方向依次包括富油燃燒區、快速焠熄區和貧油燃燒區，且流道是漸縮的。

在一實施例中，火焰筒筒體的頭部端壁采用多孔壁面的冷卻結構。

在一實施例中，所述頭部高度比為2。