[发明专利]一种用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨

说明书

本发明公开了一种用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨，采用多层油轨相邻的结构，由环形油轨、油轨盖板、集油腔、喷嘴以及供油导管构成。将分级时需要一起工作的喷嘴，设计成由同一层环轨进行供油；多层油轨按照分级工作的顺序进行排列，相互贴合并焊接在一起，形成彼此隔绝的燃油轨道，利用燃油流动及时对相邻油轨壁面进行冷却，防止燃油在其表面发生结焦；每一层油轨在其侧壁的不同位置处，开有不同数量、供燃油流入集油腔内的缺口。本发明通过将所有喷嘴结构集中于一体化的环形多层油轨上，实现供油结构的简化；利用集油腔设计灵活的特点，可以简化喷嘴设计、易于装配；同时可单独拆装的单个喷嘴提高了该装置的维护性能。

技术领域

本发明涉及一种供油装置，特别涉及一种用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨。

背景技术

随着人们对生存环境、自身健康的关注日益增加，对于航空发动机污染排放的要求日 益严格，尤其是针对航空发动机的NOx排放。为了减少航空发动机的NOx排放，人们先后 提出了多种航空发动机低污染燃烧室方案。目前在实际应用中最为广泛的是以RR公司TALON为代表的富油猝熄贫油燃烧室，以及GE公司TAPS为代表的贫油预混预蒸发燃烧室。然而随着为了增加航空发动机的工作效率，其增压比正在不断地提高，这也意味着燃烧室进 口温度和压力也在升高，这极大地缩短了燃油着火延迟时间，LPP燃烧室技术中的自燃和回 火成为了亟待解决的问题。研究人员为了克服LPP燃烧室中出现的这些缺点，提出了各种各 样的解决办法，包括：部分预混预蒸发和贫油直喷燃烧室。其中贫油直喷燃烧室采用将燃烧 直接喷入到燃烧区的方法，是最有希望应用在下一代超低污染燃烧室中的燃烧技术。

贫油直接喷射(Lean Direct Injection,LDI)燃烧技术是直接将燃油与空气直接喷射到燃 烧室中进行燃烧。由于其不存在预混预蒸发的过程，所以避免了自燃和回火问题。但是如何 能够快速地使空气与燃料均匀混合，是这类技术减排的关键，这也对燃烧室头部燃油雾化以 及油气混合的能力提出了更高的要求。LDI低排放燃烧室必须能够使燃油在进入燃烧室、未 燃烧前实现快速雾化、蒸发并与空气混合，这样才可以避免在燃烧室内出现局部高温区，实 现与LPP相同的排放水平。目前LDI低排放燃烧室主要有两种结构形式，一种是采用中心 分级的多旋流LDI燃烧室，另外一种在是拥有多个单元喷嘴的多点喷射LDI燃烧室。

多点喷射LDI燃烧室用多个喷嘴阵列式排布的形式取代了传统的大旋流器结构，将燃油 分布到每个小喷嘴中再直接喷射到燃烧室中。这样大大增加了燃油与空气的接触面积，促使 燃油与空气快速的混合成均匀的贫油状态，从而降低燃烧温度，抑制NOx的生成。而每一 个小喷嘴采用旋流稳火的方式，其形成的回流区则较传统的旋流器形成的回流区更小，减小 了火焰长度燃烧停留时间，也可以有效的减少NOx的生成。

在航空发动机中，多点喷射LDI燃烧室采用燃油分级的方式，可以实现在不同工况下使 用不同数量的喷嘴，从而保证燃烧区的当量比始终在排放性能最好的区间。这就对多点喷射 燃烧室的供油装置提出了挑战，能够设计出一种简便且易于维护的结构满足其分级工作的要 求。此外多点喷射燃烧技术在实际应用中还存在许多问题，其中最重要的问题是油路结焦的 问题。正如之前所述，航空发动机增压比的不断升高，燃烧室进口温度也不断升高，这对于 防止油路结焦是非常不利的。燃油在高温金属表面上裂解氧化、缩合脱氧，在壁面上沉积结 焦，使喷嘴性能衰减。而对于多点喷射燃烧室来说，油路结焦还会带来更大的问题。对于这 种采用贫油燃烧降低污染排放的燃烧室来说，排放水平很大程度上取决于燃烧区域油气混合 的均匀程度。在多点喷射燃烧室中如果某个喷嘴的油路发生结焦影响喷嘴性能，则会造成油 雾分布不均匀，在燃烧区内出现高温区，最终导致排放结果变差。

从目前相关多点喷射的研究中来看，多点喷射燃烧室中大多是根据燃烧室工作时分级以 及喷嘴分的具体情况将几个小喷嘴合为一条油路，在头部采用多个单独油路为所有小喷嘴供 油。而这种结构不仅给油路冷却带来困难，同时其工程应用性能、维护性能也比较差。因此， 就需要一种既能够满足多点喷射燃烧室工作要求、可以防止油路结焦，同时又均有实际应用 价值和维护性的供油装置。