[发明专利]一种采用燃油分级空气三级旋流进气的低污染燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，是一种采用燃油分级空气三级旋流进气的低污染燃烧室，结构简单紧凑，能够保证燃烧室在较低负荷和较高负荷等各种状态时高效且稳定的工作，显著降低污染物的排放。

背景技术

为了满足未来民用飞机用大涵道比涡扇发动机更经济、更环保、更安全的要求，国际民航组织对航空燃气轮机的污染物尤其是NO_X排放要求越来越严格，几大航空工业大国及其几大燃气轮机公司针对环境危害最大的NO_X排放突出问题，在航空发动机研究中将NO_X的控制作为重点课题进行了广泛的研究。在实现低NO_X排放的新燃烧技术方面取得了一系列的成果，目前已经应用的低污染燃烧技术，主要包括GE公司的双环预混旋流燃烧室(TAPS)、R-R公司的贫油预混预蒸发燃烧室(LPP)和贫油直接喷射燃烧室(LDI)以及PW公司的富油/淬熄/贫油(Rich-burn，Quick-mix，Lean-burn，简称RQL)。TAPS装备于GE90发动机，其NO_X排放比国际民航组织ICAO规定的CAEP2(Committee on Aviation Environmental Protection)标准降低了约50％，GE公司目前已经将第I代TAPS应用到波音787飞机的GEnx发动机中。在此基础上，GE公司在LEAP56计划下开发了更低排放的第II代TAPS燃烧室，以期望使NO_X排放较第I代TAPS降低50％。

GE公司研发了多种采用预混方式的燃油喷嘴，并针对不同方案TAPS燃烧室申请了多项美国专利：0178732、6354072、6363726、6381964、6389815、6418726和6453660等，这些专利的共同点是均采用了燃油分级方案，主燃级燃油喷射到主旋流器的下游，形成预混预蒸发的油气混合物，但是这种方式燃油不能得到充分雾化和蒸发，为了使得油气混合物掺混的均匀，这种掺混方式所需的混合距离较长，蒸发时间也较长，这不利于减轻燃烧室的长度和重量。R-R公司基于多点喷射(LDI)技术研发了多种分级燃油喷嘴，值班级采用空气雾化喷嘴或离心雾化喷嘴，主燃级采用预膜式空气雾化喷嘴，在发动机全环试验件上NO_X排放比CAEP2标准降低了约70％。中国的北京航空航天大学在低污染燃烧室方面也申请了多项专利，专利申请号：200710178394.X提出的预混预蒸发燃烧室其主燃级燃油采用的方案是在旋流器叶片末端喷入，也存在掺混长度较短的问题。专利申请号：201010101574.X提出的带预混预蒸发环管的低污染燃烧室主燃级燃油采用切向或轴向供油方式，增加了燃烧室头部燃油和空气混合装置的复杂性。200810105062.3提出了一种主燃级在径向旋流器拐弯区直接喷射的预混预蒸发燃烧室，但是值班级只有一级旋流器，值班区燃油的雾化效果不好，不利于值班级的稳焰作用。

对这些技术进行归纳总结，可以发现抑制NO_X和控制CO、UHC的排放是一个相互矛盾的过程。要想抑制或者降低NO_X的排放，特别是热力型NO_X的排放，根本上需要控制燃烧区温度，因为其生成量与温度呈指数上升关系。因此如果能够实现温和的低温燃烧，就能从根本上实现NO_X的减排。但另一方面如果燃烧温度过低，会造成燃料燃烧不充分，使得CO和UHC的排放增加。在各种排放物之间进行折衷是很常见的策略，即寻求一个合适的温度燃烧范围，使得两者都能实现较低排放。其核心措施是在较宽广的工况下控制燃烧区的当量比和局部当量比的均匀性，这就要使空气和燃油在进入燃烧室燃烧之前必须进行充分的预混。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用燃油分级空气三级旋流进气的低污染燃烧室，以克服现有燃烧技术的不足，充分兼顾航空发动机在高低不同负荷下高效稳定燃烧的同时实现污染物UHC、CO和NO_X的低排放，尤其是降低高负荷下的NO_X排放，且结构简单紧凑。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种采用燃油分级空气三级旋流进气的低污染燃烧室，其包括值班级和主燃级，燃油采用分级供油的方式分别供入值班级和主燃级，为分级复合燃烧方式；