本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，主要涉及一種主級(jí)帶噴濺式霧化的貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室。

背景技術(shù)：

目前，民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)向大氣排放的污染物日益增多，對(duì)大氣污染也日趨嚴(yán)重。為了控制飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排放對(duì)環(huán)境造成的影響，國(guó)際民航組織在80年代就頒布了“環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)”和“航空發(fā)動(dòng)機(jī)排放”條例，并不斷修訂完善，目前已開(kāi)始執(zhí)行CAEP6排放標(biāo)準(zhǔn)，特別是對(duì)NOx排放要求越來(lái)越嚴(yán)格。為了滿(mǎn)足CAEP6標(biāo)準(zhǔn)，各大航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司和研究機(jī)構(gòu)均開(kāi)展低污染燃燒技術(shù)的研究。GE公司研制的燃燒室采用最新的雙環(huán)預(yù)混旋流（Twin Annular Premixing Swirler，TAPS）燃燒室技術(shù)，已用于Leap-X發(fā)動(dòng)機(jī)上，其N(xiāo)Ox污染物排放比CAEP6低47.7%。普惠公司采用RQL燃燒技術(shù)開(kāi)發(fā)了TALON X燃燒室，用在PW1000G發(fā)動(dòng)機(jī)上，其N(xiāo)Ox污染物排放比CAEP6低40%。

傳統(tǒng)軍機(jī)主燃燒室采用的是擴(kuò)散燃燒，在100％工況下，主燃燒區(qū)油氣比為化學(xué)恰當(dāng)油氣比設(shè)計(jì)，燃燒效率高，但主燃區(qū)燃?xì)鉁囟确浅８?，因此?huì)產(chǎn)生大量的熱力型NOx；而在慢車(chē)工況時(shí)，燃燒效率低，燃燒不完全，因此污染物CO和UHC生成比較多。因此，常規(guī)擴(kuò)散燃燒方式難以達(dá)到目前或?qū)?lái)低污染排放要求。目前，已有低污染燃燒室開(kāi)始采用貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒技術(shù)，現(xiàn)有的燃燒室的燃燒技術(shù)中可以一定程度上降低污染物NOx的排放，但是燃燒室性能不能保證，因此設(shè)計(jì)一種新型燃燒室，在保證燃燒室能夠穩(wěn)定工作的同時(shí)，又能夠保證均勻的燃燒火焰，最大程度上降低NOx、UHC、CO和冒煙等污染物的排放，一直是本領(lǐng)域技術(shù)人員待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種主級(jí)帶噴濺式霧化的貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室，該燃燒室是通過(guò)對(duì)空氣和燃油進(jìn)行分級(jí)，空氣分別從主級(jí)和值班級(jí)進(jìn)入燃燒室頭部；值班級(jí)采用小流量壓力霧化噴嘴進(jìn)行擴(kuò)散燃燒，而主級(jí)進(jìn)行部分預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒，從而保證燃燒室性能以及降低污染物排放。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種主級(jí)帶噴濺式霧化的貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室，包括擴(kuò)壓器，與擴(kuò)壓器連接的機(jī)匣；機(jī)匣的內(nèi)部設(shè)置有燃燒室頭部，與燃燒室頭部連接的火焰筒，噴油桿插入機(jī)匣內(nèi)部，并于燃燒室頭部連接，所述的燃燒室頭部為圓形雙環(huán)腔結(jié)構(gòu)，分為值班級(jí)和主級(jí)兩部分；所述的主級(jí)環(huán)繞在值班級(jí)的外環(huán)；所述的主級(jí)包括二級(jí)軸向旋流器，三級(jí)軸向旋流器，二級(jí)軸向旋流器與三級(jí)軸向旋流器之間的舌片，舌片后方的預(yù)混腔，預(yù)混腔后方的收斂喉道；所述的收斂喉道處于預(yù)混腔的出口位置；通過(guò)在預(yù)混腔內(nèi)油氣摻混均勻，在主級(jí)收斂喉道出口形成預(yù)混預(yù)蒸發(fā)均勻燃燒火焰，降低火焰溫度，從而能較大程度降低NOx、UHC、CO和冒煙等污染物的排放，主級(jí)收斂喉道和預(yù)混腔設(shè)計(jì)能有效防止自燃與回火現(xiàn)象的出現(xiàn)；所述的主級(jí)上設(shè)置有多點(diǎn)燃油直射式噴孔，并且位置與舌片相對(duì)。

進(jìn)一步，所述的火焰筒與機(jī)匣之間設(shè)置有燃燒室內(nèi)環(huán)通道以及燃燒室外環(huán)通道；燃燒室內(nèi)環(huán)通道和燃燒室外環(huán)通道按空氣流量分配規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)；

進(jìn)一步，所述的值班級(jí)包括一級(jí)軸向旋流器、與一級(jí)軸向旋流器依次相連的收斂段、喉道、擴(kuò)張段；擴(kuò)張段設(shè)計(jì)不僅能解決頭部積炭問(wèn)題，還能保證值班級(jí)下游形成有助于點(diǎn)火與火焰穩(wěn)定的值班回流區(qū)；吼道設(shè)計(jì)能解決值班級(jí)的回火和噴嘴積炭問(wèn)題；

進(jìn)一步，所述的噴油桿設(shè)置有值班級(jí)離心噴嘴和主級(jí)供油管的雙油路管道；所述的值班級(jí)離心噴嘴位于值班級(jí)中的一級(jí)軸向旋流器的中心；所述的主級(jí)供油管通過(guò)集油腔與主級(jí)相連接；雙油路管道的設(shè)置使得油路一方面通過(guò)主級(jí)供油管，再經(jīng)過(guò)主級(jí)進(jìn)入火焰筒內(nèi)部；另一方面通過(guò)安裝在噴油桿內(nèi)部的值班級(jí)離心噴嘴再進(jìn)入火焰筒內(nèi)部。

進(jìn)一步，所述的主級(jí)依次通過(guò)集油腔、主級(jí)供油管與噴油桿相連接。進(jìn)一步，所述的一級(jí)軸向旋流器、二級(jí)軸向旋流器和三級(jí)軸向旋流器內(nèi)都安裝軸向旋流葉片。

進(jìn)一步，所述的二級(jí)軸向旋流器的葉片安裝角度與一級(jí)軸向旋流器的葉片安裝角度相反；所述的三級(jí)軸向旋流器的葉片安裝角度與二級(jí)軸向旋流器的葉片安裝角度相同或者相反。

進(jìn)一步，所述的值班級(jí)與主級(jí)通過(guò)頭部?jī)?nèi)環(huán)冷卻組件連接；所述的主級(jí)與火焰筒通過(guò)頭部外環(huán)冷卻組件連接。

進(jìn)一步，所述的頭部?jī)?nèi)環(huán)冷卻組件上設(shè)置有頭部冷卻小孔，所述的頭部?jī)?nèi)環(huán)冷卻組件前部連接有頭部?jī)?nèi)環(huán)擋濺盤(pán)；所述的頭部外環(huán)冷卻組件上設(shè)置有頭部外環(huán)冷卻小孔，所述的頭部外環(huán)冷卻組件前部連接有頭部外環(huán)擋濺盤(pán)。

進(jìn)一步，所述的連接方式為通過(guò)焊接或者螺栓相互連接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：

（1）本發(fā)明空氣和燃油進(jìn)行分級(jí)，本發(fā)明中的值班級(jí)采用擴(kuò)散燃燒模式，能保證燃燒室穩(wěn)定工作，其擴(kuò)張段設(shè)計(jì)不僅能解決頭部積炭問(wèn)題，還能保證值班級(jí)下游形成有助于點(diǎn)火與火焰穩(wěn)定的值班回流區(qū)；吼道設(shè)計(jì)能解決值班級(jí)的回火和噴嘴積炭問(wèn)題；

（2）其次，本發(fā)明的主級(jí)采用貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒技術(shù)，并且采用多點(diǎn)燃油直接噴射霧化與液膜式霧化相結(jié)合的噴濺式霧化效果，并在主級(jí)雙級(jí)旋流進(jìn)氣條件下進(jìn)一步形成氣動(dòng)霧化效果，并在預(yù)混腔內(nèi)油氣摻混均勻，形成預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒或半預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒模式，在主級(jí)收斂喉道出口形成預(yù)混預(yù)蒸發(fā)均勻燃燒火焰，降低火焰溫度，從而能較大程度降低NOx、UHC、CO和冒煙等污染物的排放，主級(jí)收斂喉道和預(yù)混腔設(shè)計(jì)能有效防止自燃與回火現(xiàn)象的出現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種主級(jí)帶噴濺式霧化的貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的一種主級(jí)帶噴濺式霧化的貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室的頭部結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-值班級(jí)，2-主級(jí)，3-頭部?jī)?nèi)環(huán)冷卻組件，4-頭部外環(huán)冷卻組件，5-火焰筒，6-機(jī)匣，7-噴油桿，8-一級(jí)軸向旋流器，9-收斂段，10-喉道，11-擴(kuò)張段，12-二級(jí)軸向旋流器，13-三級(jí)軸向旋流器，14-舌片，15-預(yù)混腔，16-收斂喉道，17-頭部外環(huán)冷卻小孔，18-頭部外環(huán)擋濺盤(pán)，19-值班級(jí)離心噴嘴，20-主級(jí)供油管，21-集油腔，22-多點(diǎn)燃油直射式噴孔，23-頭部?jī)?nèi)環(huán)冷卻小孔，24-頭部?jī)?nèi)環(huán)擋濺盤(pán)，25-擴(kuò)壓器，26-燃燒室內(nèi)環(huán)通道，27-燃燒室外環(huán)通道，28-燃燒室頭部。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種主級(jí)帶噴濺式霧化的貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)指出此處所描述的具體實(shí)施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的燃燒室的主級(jí)噴濺式霧化效果的工作過(guò)程如下：通過(guò)來(lái)自高壓壓氣機(jī)的空氣從擴(kuò)壓器25進(jìn)入燃燒室后，之后分三路分別進(jìn)入燃燒室內(nèi)環(huán)通道27、燃燒室頭部28、燃燒室外環(huán)通道26。燃燒室頭部28包括值班級(jí)1和主級(jí)2。在主級(jí)2中，燃油（占總?cè)加土康?0%～95%）經(jīng)多點(diǎn)燃油直射式噴孔22噴出并進(jìn)行初始霧化，受到來(lái)自主級(jí)二級(jí)軸向旋流器12氣流的沖擊破碎，形成二次氣動(dòng)霧化，接著燃油噴濺到舌片14上形成油膜，并沿著舌片向前運(yùn)動(dòng)，油膜受主級(jí)二級(jí)軸向旋流器12和三級(jí)軸向旋流器13出口氣流的剪切破碎進(jìn)行三次霧化，之后進(jìn)入預(yù)混腔15，燃油與空氣在預(yù)混腔15內(nèi)繼續(xù)霧化蒸發(fā)并與空氣摻混均勻后進(jìn)入燃燒區(qū)，形成預(yù)混混預(yù)蒸發(fā)燃燒或半預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)主級(jí)多點(diǎn)燃油直射式噴孔22的噴射角度與主級(jí)供油管20的供油壓力來(lái)調(diào)節(jié)主級(jí)2的噴濺式霧化效果，具體如下：

本發(fā)明的燃燒室，包括擴(kuò)壓器25、燃燒室頭部28、火焰筒5、燃燒室內(nèi)環(huán)通道26、燃燒室外環(huán)通道27、噴油桿7及機(jī)匣6，噴油桿7安裝在機(jī)匣6上，燃燒室頭部28通過(guò)噴油桿（7）與機(jī)匣6相連，火焰筒5與機(jī)匣6之間設(shè)置有燃燒室內(nèi)環(huán)通道27以及燃燒室外環(huán)通道26，燃燒室內(nèi)環(huán)通道26和燃燒室外環(huán)通道27按空氣流量分配規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)，所述噴油桿7為設(shè)置有值班級(jí)離心噴嘴19和主級(jí)供油管20的雙油路管道，值班級(jí)離心噴嘴19位于值班級(jí)1中的一級(jí)軸向旋流器8中間；主級(jí)2依次通過(guò)集油腔21、主級(jí)供油管20與噴油桿7相連接，所述燃燒室頭部28為圓形雙環(huán)腔結(jié)構(gòu)，分為值班級(jí)1和主級(jí)2兩部分，且所述主級(jí)2為環(huán)繞在值班級(jí)1的外環(huán)。所述值班級(jí)1包括一級(jí)軸向旋流器8、收斂段9、喉道10、擴(kuò)張段11，一級(jí)軸向旋流器8內(nèi)安裝有軸向旋流葉片，與一級(jí)軸向旋流器8依次相連的收斂段9、喉道10、擴(kuò)張段11，一級(jí)軸向旋流器8圍繞在值班級(jí)離心噴嘴19外面。主級(jí)2包括二級(jí)軸向旋流器12、三級(jí)軸向旋流器13、舌片14、預(yù)混腔15、收斂喉道16、主級(jí)供油管20、集油腔21和多點(diǎn)燃油直射式噴孔22，二級(jí)軸向旋流器12與三級(jí)軸向旋流器13之間設(shè)置有舌片14，舌片14后方設(shè)置有預(yù)混腔15、預(yù)混腔15后方設(shè)置有收斂喉道16；所述的收斂喉道16處于預(yù)混腔15的出口位置；二級(jí)軸向旋流器12和三級(jí)軸向旋流器12內(nèi)安裝軸向旋流葉片，所述多點(diǎn)燃油直射式噴孔22設(shè)置在舌片14下方，所述預(yù)混腔15設(shè)置在舌片14后方，所述收斂喉道16設(shè)置在預(yù)混腔15的出口。

所述值班級(jí)1和主級(jí)2之間設(shè)置有頭部?jī)?nèi)環(huán)冷卻組件3，空氣經(jīng)頭部?jī)?nèi)環(huán)冷卻組件3上的頭部冷卻小孔23進(jìn)入，對(duì)頭部?jī)?nèi)環(huán)擋濺盤(pán)24進(jìn)行沖擊冷卻，而所述主級(jí)2和火焰筒5之間設(shè)置有頭部外環(huán)冷卻組件4，空氣的頭部外環(huán)冷卻小孔17進(jìn)入，對(duì)頭部外環(huán)擋濺盤(pán)18進(jìn)行沖擊冷卻。

所述主級(jí)的二級(jí)軸向旋流器12的葉片、舌片14、三級(jí)軸向旋流器13的葉片通過(guò)整體機(jī)械加工、整體鑄造或焊接等方式加工形成，集油腔21與主級(jí)的二級(jí)軸向旋流器12可以通過(guò)焊接相互連接，頭部外環(huán)擋濺盤(pán)18與頭部外環(huán)冷卻組件4通過(guò)焊接或者螺栓連接，主級(jí)2與頭部外環(huán)冷卻組件4通過(guò)焊接或者螺栓相互連接，頭部?jī)?nèi)環(huán)冷卻組件3和主級(jí)2通過(guò)焊接或者螺栓相互連接，頭部?jī)?nèi)環(huán)擋濺盤(pán)24與頭部?jī)?nèi)環(huán)冷卻組件3通過(guò)焊接或者螺栓相互連接，頭部?jī)?nèi)環(huán)冷卻組件3與值班級(jí)1通過(guò)焊接或者螺栓連接。

所述多點(diǎn)燃油直射式噴孔22在圓環(huán)上均勻布置，數(shù)量、噴射角度與所述主級(jí)供油管20的供油壓力可以根據(jù)所需的工作狀態(tài)以及主級(jí)的二級(jí)軸向旋流器12的葉片數(shù)量來(lái)確定，所述多點(diǎn)燃油直射式噴孔22在圓環(huán)上均勻布置數(shù)量為6～36個(gè)，多點(diǎn)燃油直射式噴孔22的噴射角度在-45゜～60゜之間，主級(jí)供油管20的供油壓力在0.1MPa～4MPa之間，通過(guò)設(shè)計(jì)主級(jí)供油管20的供油壓力，使得多點(diǎn)燃油直射式噴孔22噴出的燃油能?chē)娚涞缴嗥?4上，從而形成液膜霧化，并且在主級(jí)的雙級(jí)旋流氣動(dòng)霧化共同作用下，以使得主級(jí)2噴濺式霧化效果最優(yōu)化，且預(yù)混腔15的油氣混合更加均勻。

值班級(jí)1的一級(jí)軸向旋流器8的葉片安裝角度在20°～65°之間，葉片數(shù)量在6～20片之間，且一級(jí)軸向旋流器葉片的旋向沿氣流方向可為逆時(shí)針或順時(shí)針；所述主級(jí)的二級(jí)軸向旋流器12的葉片安裝角度在20°～60°之間，葉片數(shù)量在8～24片之間，三級(jí)軸向旋流器13的葉片安裝角度在30°～60°之間，葉片數(shù)量在10～40片之間，三級(jí)軸向旋流器13的葉片安裝角度與二級(jí)軸向旋流器12的葉片安裝角度相同或者相反。

所述值班級(jí)收斂段9與中心線(xiàn)X的角度在30°～60°之間，擴(kuò)張段11與中心線(xiàn)X的角度在30°～75°之間。

所述燃燒室頭部28的空氣占燃燒室進(jìn)口總空氣量的50%～85％，其中值班級(jí)1占頭部空氣量的20%～50％，主級(jí)2占頭部空氣量的50%～80％。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳可行實(shí)施例，并非因此局限本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，故凡是運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效變化，均包含與本發(fā)明的保護(hù)范圍。