[实用新型]用于燃气轮机的燃烧室

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于燃气轮机的燃烧室，该燃烧室中具有燃油喷射和混合系统。本实用新型的燃气轮机例如为航空发动机。

背景技术

对于燃气轮机、尤其是航空燃气涡轮发动机来说，环形燃烧室布局结构已成为主流的设计形式。

图1中示出了一种典型的航空涡轮发动机的燃烧室的示意图。图2中示出了一种典型的燃烧室头部结构布置。如图1所示，燃烧室1中设置有火焰筒11，燃油在火焰筒11中与空气发生燃烧反应。在环形燃烧室的入口12处沿周向布置有多个头部结构13（如图2所示）。头部结构中可设置有喷嘴、混合器、旋流器等部件，以实现燃油和空气的混合。

当前，随着世界范围内对大气环境问题的日益关注，对于航空燃气涡轮发动机污染物排放的要求也越来越严苛。通过对市场需求的调查显示，下一代航空发动机的对于氮氧化物（NOx）的排放要求要比国际民航组织（ICAO）现行的CAEP6标准中的规定进一步减少45％～60％。另外，除了NOx，航空发动机还会排放其它污染物，例如一氧化碳（CO)、未燃碳氢化合物（UHC）和烟雾等。对于这些污染物的排放，同样有进一步降低的需求。

控制燃烧室的NOx排放的关键在于控制燃烧室内的燃烧反应温度。为了控制燃烧室内的燃烧反应温度，已经开发出贫油预混预蒸发（LPP）燃烧方式来逐渐取代传统的扩散燃烧方式。

在LPP燃烧方式中，燃油蒸汽与空气预先混合，以对燃油进行雾化，雾化后的燃油与空气充分混合，所得到的雾化燃油的油气当量比通常小于1。然后，在燃油被雾化之后，再进行燃油与空气的燃烧反应。这样，由于燃油被预先雾化，因此能够加快燃烧反应时间，并且能够控制燃烧温度，减少或避免局部高温的发生，从而降低NOx的生成量。

不过，在诸如慢车、起动点火之类的小功率工作状态下，需要对燃烧室内的局部燃烧区采取富油燃烧的方式，以维持燃烧的稳定性。在此条件下，若继续维持较低的燃烧温度，则会造成CO、UHC以及烟雾排放量的上升。为了平衡大功率工作状态下降低NOx排放量的需求以及小功率工作状态下降低CO、UHC以及烟雾排放量的需求之间的矛盾，在航空发动机领域中目前采用分级燃烧技术。通过分级燃烧技术，使发动机在不同的工况下以不同的方式进行燃烧，从而保证发动机燃烧室中各个局部燃烧区域均以各自最佳的燃油空气配比模式进行燃烧反应，由此使发动机燃烧室内的燃烧高效稳定。

分级燃烧技术主要有轴向分级、径向分级、中心分级等多种方式。例如，通用电气公司（GE）的GE90发动机设置了双环腔燃烧室，以供径向分级燃烧，而在GEnx发动机中则采用了中心分级燃烧技术。

在上述分级燃烧技术中，中心分级燃烧技术结构紧凑，各分区贫油燃烧的NOx控制效果较好，因此被越来越多地采用。

图2中显示的就是一种典型的中心分级燃烧结构。具体来说，在中心分级燃烧结构中，沿环形燃烧室的周向布置的头部结构13中包括有主燃级结构131和预燃级结构132。其中，主燃级结构131在小功率条件下处于关闭状态，而在其它功率条件下开启，而预燃级结构132则通常处于常开的状态，从而在起动和小功率条件下提供火焰的稳定性。

现有的中心分级燃烧技术仍存在一些技术上的问题。例如，在分区之后，各反应区之间会互相影响，并且在两个分区之间的分级点附近燃烧效率不高。此外，在现有的中心分级燃烧技术中，主燃级结构处仍存在油气混合不充分、不均匀的问题。

此外，在专利文献US6418726中，为了降低NOx的排放量，公开了一种三级供油的燃烧室结构。但是，该燃烧室结构中，燃油喷射装置的旋流器过多，其结构也过于复杂。

实用新型内容

本实用新型是为解决上述现有技术的问题而作出的，其目的在于提供一种用于燃气轮机的燃烧室，该燃烧室能够以简单的结构确保在不同的工作功率条件下实现对NOx、CO、UHC等污染物排放的控制。

本实用新型的上述目的通过一种用于燃气轮机的燃烧室，该燃烧室为环形燃烧室的结构，在燃烧室的进口处沿燃烧室的周向布置有多个头部结构，其中，所述的多个头部结构包括多个内环腔头部结构和多个外环腔头部结构，内环腔头部结构布置在燃烧室中沿径向位于内侧的空间中，且内环腔头部结构由预燃级结构和第一主燃级结构组成，预燃级结构中包括预燃级喷嘴，第一主燃级结构中包括第一主燃级喷嘴，外环腔头部结构布置在燃烧室中沿径向位于外侧的空间中，且外环腔头部结构由第二主燃级结构组成，第二主燃级结构包括第二主燃级喷嘴。