一種燃燒室燃油噴射與混合裝置及包括該裝置的燃燒室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種燃燒室燃油噴射與混合裝置，包括預(yù)燃級(jí)、中間級(jí)和主燃級(jí)。預(yù)燃級(jí)包括中心錐體、一級(jí)旋流器、預(yù)膜式噴嘴和二級(jí)旋流器；中間級(jí)包括中間供油通路、襯套、中間級(jí)旋流器和套筒，燃油供給到中間級(jí)旋流器下游位于套筒和襯套之間的空間；主燃級(jí)包括主供油通路、主燃級(jí)內(nèi)壁、主燃級(jí)旋流器和主燃級(jí)外壁，燃油供給到主燃級(jí)旋流器下游位于主燃級(jí)內(nèi)壁和主燃級(jí)外壁之間的空間；主燃級(jí)內(nèi)壁末端與套筒末端相連接并在套筒和主燃級(jí)內(nèi)壁之間形成空腔，主燃級(jí)內(nèi)壁末端設(shè)有冷卻孔，上游空氣進(jìn)入空腔并穿過冷卻孔來沖擊套筒的末端，冷卻主燃級(jí)內(nèi)壁末端與套筒末端。本發(fā)明還提供了一種包括上述裝置的燃燒室。
【專利說明】一種燃燒室燃油噴射與混合裝置及包括該裝置的燃燒室
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能源與動(dòng)力燃燒裝置領(lǐng)域，特別涉及一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室燃油噴射與混合裝置及包括該裝置的燃燒室。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著大氣環(huán)境問題在世界范圍內(nèi)受到越來越多的關(guān)注，對于航空發(fā)動(dòng)機(jī)污染物排放要求也日趨嚴(yán)格。下一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品市場需求表明，氮氧化物(NOx)的排放量比現(xiàn)行國際民航組織(ICAO)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)還要減少50%左右，同時(shí)其他排放物比如一氧化碳(CO)和未燃碳?xì)?UHC)均要低于ICAO規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]研究表明，控制燃燒室內(nèi)的燃?xì)鉁囟仁强刂芅Ox污染排放的關(guān)鍵，控制燃燒區(qū)溫度的主要技術(shù)途徑之一就是采用貧油燃燒模式。但是在地面慢車、起動(dòng)點(diǎn)火等工作狀態(tài)下，又需要燃燒區(qū)采用接近富油燃燒的油氣匹配方式，以保證燃燒性能，同時(shí)降低小功率狀態(tài)下的CO和UHC排放。為了解決大功率狀態(tài)下NOx排放和小功率狀態(tài)下CO、UHC排放的矛盾，可以采用分級(jí)燃燒的形式，保證發(fā)動(dòng)機(jī)不同功率下，燃燒室局部區(qū)域以最佳燃油空氣匹配模式進(jìn)行燃燒。
[0004]分級(jí)燃燒技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室上已得到成功應(yīng)用，GE公司在這一類型的低排放燃燒室方面做了較多的工作，設(shè)計(jì)了可實(shí)現(xiàn)貧油燃燒的燃油噴射裝置用于發(fā)動(dòng)機(jī)工程應(yīng)用，比如:有些發(fā)動(dòng)機(jī)采用的雙環(huán)腔燃燒室分級(jí)燃燒技術(shù)；有些發(fā)動(dòng)機(jī)采用的中心分級(jí)燃燒技術(shù)，該技術(shù)采用三級(jí)供油、五級(jí)旋流器。
[0005]由于結(jié)構(gòu)緊湊、分區(qū)貧油燃燒控制NOx效果較好等優(yōu)點(diǎn)，采用中心分級(jí)燃燒技術(shù)已是低排放燃燒室發(fā)展的趨勢。但是現(xiàn)有的分級(jí)燃燒技術(shù)，并未能很好的解決分級(jí)燃燒技術(shù)中面臨的分級(jí)狀態(tài)點(diǎn)NOx排放和CO、UHC排放性能的矛盾，而且采用的旋流器過多，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、既能有效降低關(guān)鍵污染物NOx的排放量、又能降低低工況下CO、UHC的排放量的燃燒室燃油噴射與混合裝置將是有利的。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種燃燒室燃油噴射與混合裝置，所述裝置包括預(yù)燃級(jí)、環(huán)繞所述預(yù)燃級(jí)的中間級(jí)和環(huán)繞所述中間級(jí)的主燃級(jí)，其中:
[0008]所述預(yù)燃級(jí)包括中心錐體、環(huán)繞所述中心錐體的一級(jí)旋流器、環(huán)繞所述一級(jí)旋流器的預(yù)膜式噴嘴以及環(huán)繞所述預(yù)膜式噴嘴的二級(jí)旋流器；
[0009]所述中間級(jí)包括中間供油通路、襯套、環(huán)繞所述襯套的中間級(jí)旋流器以及環(huán)繞所述中間級(jí)旋流器的套筒，所述中間供油通路將燃油供給到所述中間級(jí)旋流器下游位于所述套筒和所述襯套之間的空間；
[0010]所述主燃級(jí)包括主供油通路、主燃級(jí)內(nèi)壁、環(huán)繞所述主燃級(jí)內(nèi)壁的主燃級(jí)旋流器以及環(huán)繞所述主燃級(jí)旋流器的主燃級(jí)外壁，所述主供油通路將燃油供給到所述主燃級(jí)旋流器下游位于所述主燃級(jí)內(nèi)壁和主燃級(jí)外壁之間的空間；以及
[0011]所述主燃級(jí)內(nèi)壁的末端與所述套筒的末端相連接并在所述套筒和所述主燃級(jí)內(nèi)壁之間形成一個(gè)空腔，所述主燃級(jí)內(nèi)壁的末端設(shè)有至少一個(gè)冷卻孔，上游空氣進(jìn)入所述空腔并穿過所述冷卻孔來沖擊所述套筒的末端，由此冷卻所述主燃級(jí)內(nèi)壁的末端與所述套筒的末端。
[0012]在本發(fā)明的該方面，具有如下有益效果:
[0013]1.結(jié)構(gòu)簡單緊湊:采用四級(jí)旋流器和三級(jí)獨(dú)立供油，從中心沿徑向方向排布預(yù)燃級(jí)、中間級(jí)、主燃級(jí)結(jié)構(gòu)，充分利用各級(jí)旋流器產(chǎn)生的旋流達(dá)到霧化三股噴射燃油的目的，優(yōu)化了油氣匹配，分區(qū)貧油燃燒控制關(guān)鍵污染物NOx的效果較好。
[0014]2.預(yù)燃級(jí)油路選用預(yù)膜式噴嘴，能夠改善噴嘴防積碳性能，并獲得較高的低工況性能，降低CO、UHC排放量。
[0015]3.通過上游空氣來冷卻主燃級(jí)和中間級(jí)之間的轉(zhuǎn)接段，從而可有效延長本發(fā)明裝置的使用壽命。
[0016]優(yōu)選地，所述主供油通路和/或中間供油通路設(shè)有噴嘴。
[0017]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述噴嘴采用壓力霧化結(jié)構(gòu)或者氣動(dòng)霧化結(jié)構(gòu)。
[0018]再進(jìn)一步優(yōu)選地，所述噴嘴包括至少一個(gè)噴射點(diǎn)或采用整環(huán)液膜噴射。主燃級(jí)和中間級(jí)分別采用直射式多點(diǎn)燃油噴射或整環(huán)液膜噴射設(shè)計(jì)，燃油噴入旋流器產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)氣流中，霧化效果好。
[0019]優(yōu)選地，所述預(yù)燃級(jí)、所述中間級(jí)和所述主燃級(jí)內(nèi)壁通過焊接形成一個(gè)整體，并且與所述主燃級(jí)旋流器軸向浮動(dòng)配合。該組件整體可以沿軸向中心線方向移動(dòng)進(jìn)行拆裝，從而三級(jí)供油的油路均可隨噴嘴殼體一并拆裝，可以有效的檢查油路工作狀況。
[0020]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述主燃級(jí)內(nèi)壁具有安裝用導(dǎo)向斜坡壁面和與所述導(dǎo)向斜坡壁面緊鄰設(shè)置的徑向擴(kuò)大壁面，所述徑向擴(kuò)大壁面與所述主燃級(jí)旋流器的固定壁面軸向浮動(dòng)配合。導(dǎo)向斜坡壁面的設(shè)置方便組件整體沿中心線軸向滑動(dòng)導(dǎo)入。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供一種燃燒室，包括前述的燃燒室燃油噴射與混合裝置。該燃燒室具有根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面的裝置的一切有益效果。
[0022]通過參考下面所描述的實(shí)施方式，本發(fā)明的這些方面和其他方面將會(huì)得到清晰地闡述。【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作方式以及進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)將通過下面結(jié)合附圖的描述得到更好地理解，其中，相同的參考標(biāo)記標(biāo)識(shí)相同的元件:
[0024]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的燃燒室燃油噴射與混合裝置的優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖；
[0025]圖2示出了圖1中燃燒室燃油噴射與混合裝置的裝配示意圖。
[0026]附圖標(biāo)記說明
[0027]I第一配合面2第二配合面
[0028]3主燃級(jí)旋流器 4固定壁面
[0029]5徑向擴(kuò)大壁面 51導(dǎo)向斜坡壁面
[0030]6主供油通路7噴嘴[0031 ]8中間供油通路9中間級(jí)旋流器
[0032]I O噴嘴11套筒
[0033]12預(yù)膜式噴嘴121縫隙
[0034]I 3中心錐體14 一級(jí)旋流器
[0035]I 5 二級(jí)旋流器I 6預(yù)液膜噴口
[0036]I 7襯套18主燃級(jí)外壁
[0037]I 9主燃級(jí)內(nèi)壁20冷卻孔
[0038]21末端22主燃級(jí)通道
【具體實(shí)施方式】
[0039]首先介紹本【技術(shù)領(lǐng)域】的一些術(shù)語，其中:
[0040]旋流器:使氣體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流的裝置；
[0041]分級(jí)燃燒:一種燃燒策略，分為軸向分級(jí)燃燒和徑向分級(jí)燃燒，指燃油、空氣分區(qū)混合燃燒，在不同區(qū)域進(jìn)行燃燒；
[0042]噴嘴:燃油噴射 及霧化的裝置；
[0043]燃油霧化:利用噴嘴把液態(tài)燃料變成油珠群的過程；
[0044]參見圖1和圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的燃燒室燃油噴射與混合裝置采用由燃油噴嘴系統(tǒng)和旋流器構(gòu)成的燃油噴射、油氣混合系統(tǒng)，并按照中心分級(jí)的排布設(shè)有3級(jí)獨(dú)立分區(qū)供油。整個(gè)裝置通過安裝第一配合面I和第二配合面2與燃燒室火焰筒頭部端壁的轉(zhuǎn)接段和擋濺盤連接。
[0045]圖1示出了整個(gè)裝置沿中心軸線的剖視圖。燃燒室燃油噴射與混合裝置包括預(yù)燃級(jí)、中間級(jí)和主燃級(jí)，中間級(jí)環(huán)繞預(yù)燃級(jí)，主燃級(jí)環(huán)繞中間級(jí)。
[0046]在本實(shí)施方式中，預(yù)燃級(jí)采用預(yù)膜式噴嘴12，包括中心錐體13、環(huán)繞中心錐體13的一級(jí)旋流器14、環(huán)繞一級(jí)旋流器14的預(yù)膜式噴嘴12以及環(huán)繞預(yù)膜式噴嘴12的二級(jí)旋流器15。其中，燃油從預(yù)膜式噴嘴12進(jìn)入狹長的縫隙I 21，然后形成液膜從預(yù)液膜噴口 I 6噴出，油膜兩側(cè)分別是第一級(jí)旋流器14和第二級(jí)旋流器15所形成的旋流氣流，因而油膜在旋流氣流的剪切作用下霧化，并噴入燃燒室。
[0047]中間級(jí)包括中間供油通路8、襯套17、環(huán)繞襯套I 7的中間級(jí)旋流器9以及環(huán)繞中間級(jí)旋流器9的套筒11，中間供油通路8將燃油供給到中間級(jí)旋流器9下游位于套筒11和襯套17之間的空間。其中，來自中間供油通路8的燃油從直射式噴嘴10噴入襯套17與套筒11之間形成的通道(即空間)內(nèi)，在中間旋流器9出口形成的旋轉(zhuǎn)氣流作用下霧化噴入燃燒室。供油方式采用周向中心對稱布置的多點(diǎn)噴射，中間供油通路8與燃油系統(tǒng)連接。
[0048]主燃級(jí)包括主供油通路6、主燃級(jí)內(nèi)壁19、環(huán)繞主燃級(jí)內(nèi)壁19的主燃級(jí)旋流器3以及環(huán)繞主燃級(jí)旋流器3的主燃級(jí)外壁18，主供油通路6將燃油供給到主燃級(jí)旋流器3下游位于主燃級(jí)內(nèi)壁19和主燃級(jí)外壁18之間的空間。其中，外圍的主燃級(jí)通道22由主燃級(jí)外壁18和主燃級(jí)內(nèi)壁19組成，通道進(jìn)口安置主燃級(jí)旋流器3，燃油噴射采用周向中心對稱布置的多點(diǎn)噴射直射式噴嘴7，噴入的燃油在旋流器3出口形成的旋轉(zhuǎn)氣流作用下霧化噴入燃燒室。主供油通路6與燃油系統(tǒng)連接。
[0049]主燃級(jí)內(nèi)壁19的末端與套筒11的末端21相連接，并在套筒11和主燃級(jí)內(nèi)壁19之間形成一個(gè)空腔，主燃級(jí)內(nèi)壁19的末端設(shè)有至少一個(gè)冷卻孔20，上游空氣進(jìn)入該空腔并穿過冷卻孔20來沖擊套筒11的末端21，由此冷卻主燃級(jí)內(nèi)壁19的末端與套筒11的末端21，即冷卻主燃級(jí)和中間級(jí)之間轉(zhuǎn)接段。
[0050]在一些實(shí)施方式中，噴嘴7或10可采用壓力霧化結(jié)構(gòu)或者氣動(dòng)霧化結(jié)構(gòu)，并包括至少一個(gè)噴射點(diǎn)或采用整環(huán)液膜噴射。
[0051]如圖2所示，在本實(shí)施方式中，燃油噴射裝置的預(yù)燃級(jí)、中間級(jí)、主燃級(jí)的各級(jí)旋流器和組件連接轉(zhuǎn)接段，設(shè)計(jì)為一個(gè)采用焊接工藝的整體。該組件整體可以沿中心線方向移動(dòng)從而進(jìn)行拆裝，與主燃級(jí)旋流器3軸向浮動(dòng)配合從而可實(shí)現(xiàn)整體快速裝拆，安裝間隙配合面位于徑向擴(kuò)大壁面5與最外側(cè)的主燃級(jí)旋流器3的固定壁面4之間。圖中虛線區(qū)域是可以拆裝的組件整體，裝配時(shí)由徑向擴(kuò)大壁面5的安裝用導(dǎo)向斜坡壁面51沿中心線從左向右軸向滑動(dòng)導(dǎo)入，這種配合可實(shí)現(xiàn)組件整體和主燃級(jí)旋流器3之間的快速安裝和拆卸。其中，圖2中箭頭方向?yàn)榘惭b方向，拆卸方向與安裝方向相反。
[0052]本發(fā)明按照發(fā)動(dòng)機(jī)不同功率的需求，中心徑向方向排布了預(yù)燃級(jí)、中間級(jí)、主燃級(jí)共3級(jí)獨(dú)立分區(qū)供油。3級(jí)供油之間互相影響較小，避免在燃燒室分級(jí)狀態(tài)點(diǎn)附近產(chǎn)生局部不利于燃燒的油氣混合區(qū)，可以在較寬工作范圍內(nèi)很好的解決分級(jí)燃燒技術(shù)中面臨的分級(jí)狀態(tài)點(diǎn)NOx排放和CO、UHC排放性能的矛盾。
[0053]本發(fā)明中所述【具體實(shí)施方式】僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施案例而已，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種燃燒室燃油噴射與混合裝置，其特征在于，所述裝置包括預(yù)燃級(jí)、環(huán)繞所述預(yù)燃級(jí)的中間級(jí)和環(huán)繞所述中間級(jí)的主燃級(jí)，其中: 所述預(yù)燃級(jí)包括中心錐體(13)、環(huán)繞所述中心錐體(13)的一級(jí)旋流器(14)、環(huán)繞所述一級(jí)旋流器(14)的預(yù)膜式噴嘴(12)以及環(huán)繞所述預(yù)膜式噴嘴(12)的二級(jí)旋流器(15)； 所述中間級(jí)包括中間供油通路(8)、襯套(17)、環(huán)繞所述襯套(17)的中間級(jí)旋流器(9)以及環(huán)繞所述中間級(jí)旋流器(9)的套筒(11)，所述中間供油通路(8)將燃油供給到所述中間級(jí)旋流器(9)下游位于所述套筒(11)和所述襯套(17)之間的空間； 所述主燃級(jí)包括主供油通路出)、主燃級(jí)內(nèi)壁(19)、環(huán)繞所述主燃級(jí)內(nèi)壁(19)的主燃級(jí)旋流器(3)以及環(huán)繞所述主燃級(jí)旋流器(3)的主燃級(jí)外壁(18)，所述主供油通路(6)將燃油供給到所述主燃級(jí)旋流器(3)下游位于所述主燃級(jí)內(nèi)壁(19)和主燃級(jí)外壁(18)之間的空間；以及 所述主燃級(jí)內(nèi)壁(19)的末端與所述套筒(11)的末端(21)相連接并在所述套筒(11)和所述主燃級(jí)內(nèi)壁(19)之間形成一個(gè)空腔，所述主燃級(jí)內(nèi)壁(19)的末端設(shè)有至少一個(gè)冷卻孔(20)，上游空氣進(jìn)入所述空腔并穿過所述冷卻孔(20)來沖擊所述套筒(11)的末端(21)，由此冷卻所述主燃級(jí)內(nèi)壁(19)的末端與所述套筒(11)的末端(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室燃油噴射與混合裝置，其特征在于，所述主供油通路(6)和/或中間供油通路⑶設(shè)有噴嘴(7，10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒室燃油噴射與混合裝置，其特征在于，所述噴嘴(7，10)采用壓力霧化結(jié)構(gòu)或者氣動(dòng)霧化結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒室燃油噴射與混合裝置，其特征在于，所述噴嘴(7，10)包括至少一個(gè)噴射點(diǎn)或采用整環(huán)液膜噴射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的燃燒室燃油噴射與混合裝置，其特征在于，所述預(yù)燃級(jí)、所述中間級(jí)和所述主燃級(jí)內(nèi)壁(19)通過焊接形成一個(gè)整體，并且與所述主燃級(jí)旋流器⑶軸向浮動(dòng)配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃燒室燃油噴射與混合裝置，其特征在于，所述主燃級(jí)內(nèi)壁(19)具有安裝用導(dǎo)向斜坡壁面(51)和與所述導(dǎo)向斜坡壁面(51)緊鄰設(shè)置的徑向擴(kuò)大壁面(5)，所述徑向擴(kuò)大壁面(5)與所述主燃級(jí)旋流器(3)的固定壁面(4)軸向浮動(dòng)配合。
7.一種燃燒室，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的燃燒室燃油噴射與混合裝置。
【文檔編號(hào)】F23R3/38GK103807878SQ201210452038
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月13日
【發(fā)明者】曾慶林, 朱英, 范仁鈺 申請人:中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司