[發明專利]一種油氣高效混合的低污染燃燒室

有效

• 申請號: 202110491443.5
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113154449B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 肖為;江立軍;羅蓮軍;吳良成;郭政言;陶焰明
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28;F23R3/34
• 代理公司: 湖南正則奇美專利代理事務所(普通合伙) 43105
• 代理人: 肖琦

本發明公開了一種油氣高效混合的低污染燃燒室，涉及航空燃氣渦輪發動機領域，現有技術中仍有主燃級燃油蒸發不完全、油氣混合不均勻；值班級采用擴散燃燒，導致值班級的局部熱點較多，NOx生成量較大等問題。本發明通過主燃級軸向渦流器內外表面形成“兩級預膜”，大幅提高了主燃級的霧化、蒸發和油氣混合效率；同時值班級燃油噴嘴采用雙油路燃油噴射方式進行燃油分級噴射，并形成一個錐角較小的小燃油液錐和一個錐角較大的大燃油液錐，大燃油液錐采用預膜式空氣霧化方式并以預混燃燒方式進行燃燒，小燃油液錐采用離心式霧化方式并以擴散燃燒方式進行燃燒，大幅降低了值班級火焰的NOx排放，同時兼顧了慢車狀態下的火焰穩定性及點火性能。

技術領域

本發明涉及航空燃氣渦輪發動機領域，具體為一種油氣高效混合的低污染燃燒室。

背景技術

燃燒室是燃料或推進劑在其中燃燒生成高溫燃氣的裝置。它是燃氣渦輪發動機、沖壓發動機、火箭發動機的重要部件。燃燒室由外殼、火焰筒、噴油嘴、渦流器、點火裝置等組成。由壓氣機擴散段出來的高壓空氣分成兩股:一股進入火焰筒前部，與噴嘴噴出來的燃油混合形成油氣混合氣，經點火裝置點火后燃燒。另一股從火焰筒與外套間流過，對火焰筒壁面進行冷卻，然后進入火焰筒與高溫燃氣摻混，使燃氣溫度降低，達到渦輪所要求的溫度。通常要求燃燒室具有燃燒穩定、燃燒效率高、點火范圍寬、流動阻力小以及結構簡單、尺寸小、安全可靠和壽命長等特性。

GE公司的TAPS燃燒室是商業應用最早的基于貧油預混燃燒室的低污染燃燒室，現第三代TAPS燃燒室改進了燃油分級方案有副混合器，主混合器以及中功率和巡航混合器三大混合器，副混合器包含副燃油噴嘴、旋流器和空氣分離器，主混合器軸向環繞副混合器，中功率混合器介于二者之間，包含若干噴射點，燃油通過噴射點徑向噴出，形成徑向和周向的油氣混合物。

但現有技術仍有主燃級燃油蒸發不完全、油氣混合不均勻；值班級采用擴散燃燒，導致值班級的局部熱點較多，NOx生成量較大等問題。對此現提供一種油氣高效混合的低污染燃燒室。

發明內容

本發明的目的是：現有基于貧油預混的低污染燃燒室，存在以下缺點：

1、主燃級燃油霧化效果很差導致燃油在渦流器通道內不能完全蒸發，并且燃油的周向分布非常不均勻，不利于降低NOx排放；

2、主燃級的氣流沖擊燃油圓柱射流，進而改變燃油射流的噴射角度和速度，減弱了燃油撞擊預膜板的作用力，不利于霧化，由于預膜板較短，燃油不能完全蒸發；

3、主燃級通道長度較長，混合器尺寸較大；

4、值班級擴散燃燒的火焰溫度為化學恰當比下的火焰溫度，溫度很高，會形成很多局部熱點，對降低NOx排放極為不利。

現提供一種油氣高效混合的低污染燃燒室，大幅降低了值班級火焰的NOx排放，同時兼顧了慢車狀態下的火焰穩定性及點火性能，減少了主燃級混合器的尺寸。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種油氣高效混合的低污染燃燒室，包括環形燃燒室機匣、環形頭部裝置，所述環形頭部裝置包括：

值班級混合器用于值班級油氣混合，

主燃級混合器用于主燃級油氣混合，

頭部隔熱器用于火焰筒頭部裝置的熱防護，

所述值班級混合器內部設置有雙級軸向渦流器，所述雙級軸向渦流器由內側渦流器和外側渦流器組成，所述內側渦流器和外側渦流器之間設置有文氏管，所述內側渦流器內部設置有值班級燃油噴嘴，所述值班級燃油噴嘴采用雙油路燃油噴射方式進行燃油分級噴射，并形成一個錐角較小的小燃油液錐和一個錐角較大的大燃油液錐；