[发明专利]一种燃烧室头部油气掺混器及具有该结构的发动机

说明书

本发明公开了一种燃烧室头部油气掺混器，包括预燃级组件和主燃级组件。预燃级中心喷嘴包括同轴布置的脉冲部和旋流部，脉冲部包括依次连通且同轴布置的进口段、锥形收缩段、管状过渡段和球形振荡室；旋流部包括依次连通且同轴布置的管状旋流段、锥形收缩段和出口稳定段，旋流段的主体呈管状，其内壁设置有旋流槽。预燃级用于对副油路燃油进行雾化，由预燃级中心喷嘴进行初步雾化，由预燃级旋流器进行进一步雾化，提供中心回流区，起到稳燃的作用，提高了点熄火性能；主燃级直射喷嘴用于对主油路燃油进行雾化，燃油由星形直喷喷嘴喷出，由主燃级旋流器进行燃油雾化，实现大工况下贫油燃烧，降低污染物排放，提高燃烧效率。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机燃烧室领域，具体涉及一种燃烧室头部油气掺混器，其中预燃级燃油通过脉冲离心雾化喷嘴喷出，主燃级燃油通过星形直喷喷嘴喷出，可提高燃油雾化质量及燃烧效率，并减少污染物排放。

背景技术

目前，双油路燃烧室头部油气掺混器在燃气涡轮发动机燃烧室中具有广泛的应用，燃油经过副油路和主油路分别进入预燃级和主燃级，通过将大部分燃油喷入主燃级，实现预混和部分预混燃烧，从而降低主燃区温度，进而降低氮氧化物排放。一小部分燃油通过预燃级喷嘴供入燃烧室。现有预燃级喷嘴普遍使用离心喷嘴，主燃级喷嘴多采用圆形直喷喷嘴，二者相互配合来实现燃油雾化，然而现有预燃级离心喷嘴雾化质量一般，由其喷射形成的雾锥呈空心雾锥结构，影响了燃油雾化质量，继而影响了发动机的点熄火性能，另外现有的主燃级直喷喷嘴，由于其形状呈圆形，圆形直喷喷嘴径向速度为抛物线型，气流核心区域小，流场不够均匀，相同体积下与空气接触面积小，穿透深度较小，影响了燃油的雾化质量和燃烧室的燃烧效率，不利于降低污染物排放。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和不足，本发明旨在提供一种燃烧室头部油气掺混器及具有该结构的发动机，通过将预燃级喷嘴设置为脉冲离心雾化喷嘴以及将主燃级喷嘴的形状由现有技术中较为常见的圆形直射喷嘴设置为星形直射喷嘴，从而提高燃油雾化质量，提高燃烧效率，提高点熄火性能，降低污染物排放。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种燃烧室头部油气掺混器，包括位于中心的预燃级组件和位于所述预燃级组件外围的主燃级组件，所述预燃级组件包括预燃级中心喷嘴以及设置在所述预燃级中心喷嘴外围并与其同轴布置的预燃级旋流器，所述主燃级组件包括主燃级旋流器以及设置在主燃旋流通道侧壁上的多个主燃级直射喷嘴，所述预燃级中心喷嘴与副油路连通，所述主燃级直射喷嘴与主油路连通，其特征在于：

所述预燃级中心喷嘴包括同轴布置的脉冲部和旋流部，其中，

--所述脉冲部包括依次连通且同轴布置的进口段、锥形收缩段、管状过渡段和球形振荡室，且所述进口段的内径与所述球形振荡室的直径相当，均大于所述过渡段的内径；

--所述旋流部包括依次连通且同轴布置的管状旋流段、锥形收缩段和出口稳定段，所述出口稳定段的内径小于所述旋流段的内径，

所述旋流段的内径小于所述球形振荡室的直径，且二者相互连通并同轴布置，

所述旋流段的主体呈管状，其内壁设置有旋流槽。

优选地，所述脉冲部中，所述进口段与锥形收缩段之间、所述锥形收缩段与管状过渡段之间、以及所述管状过渡段和球形扩张段之间均设置有光滑过渡圆角。

优选地，所述预燃级旋流器包括两级旋流器，其中，第一级为直接设置在所述中心喷嘴外围的轴向旋流器，第二级为设置在第一级旋流通道出口附近位置的径向旋流器，两级旋流器用于对中心喷嘴供应的副油路燃油进行雾化，提供中心回流区，实现富油燃烧，起到稳燃的作用，提高点熄火性能。

优选地，所述主燃级直射喷嘴沿圆周方向均匀布置在所述主燃旋流通道侧壁上。

进一步地，所述主燃级直射喷嘴的喷口形状呈星形。优选地，所述星形包含但不限于三角形、矩形以及各种星形。