[发明专利]一种燃烧室燃油喷射与混合装置及其燃烧室

说明书

技术领域

本发明属于能源与动力燃烧装置领域，特别涉及一种航空发动机的燃烧室燃油喷射与混合装置及其燃烧室。

背景技术

随着大气环境问题在世界范围内受到越来越多的关注，对于航空发动机污染物排放要求更是越来越严格。下一代航空发动机产品市场需求表明，氮氧化物(NOx)的排放量比现行国际民航组织(ICAO)规定标准还要减少50％左右，同时其它排放物比如一氧化碳(CO)和未燃碳氢(UHC)均要比ICAO规定的排放指标保留一定裕度。

研究表明，控制燃烧室内的最高燃气温度和燃烧区温度均匀性，是控制NOx污染排放的关键，控制燃烧区温度的主要技术途径之一就是采用贫油预混燃烧模式。但是在地面慢车、起动点火等工作状态下，又需要燃烧区采用接近化学恰当比的扩散燃烧油气匹配方式，以保证燃烧性能，同时也能降低小功率状态下的CO和UHC排放。为了解决大功率状态下NOx排放和小功率状态下CO、UHC排放的矛盾，可以采用分级燃烧的模式，保证发动机不同功率下，燃烧室局部区域以最佳燃油空气匹配模式进行燃烧。分级燃烧技术在航空发动机燃烧室上已得到成功应用，GE公司在这一类型的低排放燃烧室方面做了较多的工作，设计了可实现贫油燃烧的燃油喷射装置用于发动机工程应用，比如：有些发动机采用的双环腔燃烧室分级燃烧技术；有些发动机采用的中心分级燃烧技术等。

由于结构紧凑、分区贫油燃烧控制NOx效果较好等优点，采用中心分级燃烧技术已是低排放燃烧室发展的趋势。但是现有的分级燃烧技术，并未能很好的解决分区之间互相影响、分级点附近燃烧效率低下等问题。而且，三级供油燃烧在燃油喷射段互相影响，油气调配要同时满足各个燃烧区的燃烧要求和排放要求实现较为困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是降低ICAO规定的30％推力状态下CO和UHC的排放量，解决分级燃烧中出现的30％推力状态燃烧效率偏低的问题，同时不能削弱大功率状态下的NOx排放。

根据本发明的第一个方面，提供一种燃烧室燃油喷射与混合装置，其特征在于，所述装置包括预燃级、中间级和主燃级，所述中间级环绕所述预燃级，所述主燃级环绕所述中间级，其中：

所述预燃级包括离心喷嘴、环绕所述离心喷嘴的一级旋流器、环绕所述一级旋流器的文氏管以及环绕所述文氏管的二级旋流器；

所述中间级包括中间供油通路、衬套、环绕所述衬套的中间级旋流器以及环绕所述中间级旋流器的套筒，所述中间供油通路将燃油供给到所述中间级旋流器下游位于所述套筒和所述衬套之间的空间；

所述主燃级包括主供油通路、主燃级内壁、环绕所述主燃级内壁的主燃级旋流器以及环绕所述主燃级旋流器的主燃级外壁，所述主供油通路将燃油供给到所述主燃级旋流器下游位于所述主燃级内壁和主燃级外壁之间的空间；以及

所述主燃级内壁的末端与所述套筒的末端相连接并形成一个空腔，所述主燃级内壁的末端设有至少一个冷却孔，上游空气进入所述空腔并通过所述冷却孔来冲击所述套筒的末端，由此冷却所述主燃级内壁的末端与所述套筒的末端。

其中，所述主供油通路和/或中间供油通路设有喷嘴。

其中，所述喷嘴采用压力雾化结构或者气动雾化结构。

其中，所述喷嘴包括至少一个喷射点或采用整环液膜喷射。

其中，所述预燃级、所述中间级和所述主燃级内壁通过焊接和/或整体铸造形成一个整体，并且与所述主燃级旋流器轴向浮动配合。

根据本发明的第二个方面，提供一种燃烧室，包括前述的燃烧室燃油喷射与混合装置。

本发明的有益效果：

1.结构简单紧凑，采用了四级旋流器，三个燃烧区独立供油，油气匹配非常方便，燃油调节自如。

2.按照发动机不同功率的需求，从中心沿径向方向排布了预燃级、中间级、主燃级等3级独立分区供油。其中，主燃级和中间级分别采用直射式多点燃油喷射或整环液膜喷射设计，燃油喷入旋流器产生的旋转气流中，雾化效果好。

3.三级供油之间互相影响较小，避免在燃烧室分级状态点附近产生局部不利于燃烧的油气混合区，可以在较宽工作范围内很好地解决分级燃烧技术中面临的分级状态点NOx排放和CO、UHC排放性能的矛盾。

附图说明

下面结合附图详细描述根据本发明的优选实施例，其中：

图1示出了根据本发明的燃烧室燃油喷射与混合装置的优选实施例的剖视图；

图2示出了图1中燃烧室燃油喷射与混合装置的装配示意图。

附图标记说明

1配合面            2配合面