專(zhuān)利名稱(chēng)：一種一體化燃油噴射徑向旋流器預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低污染排放燃燒室，特別涉及一種一體化燃油噴射徑向旋流器預(yù)混預(yù)蒸 發(fā)低污染燃燒室。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室主要發(fā)展趨勢(shì)是低污染燃燒。航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室必須滿足日益嚴(yán)格的 航空發(fā)動(dòng)機(jī)污染排放標(biāo)準(zhǔn)。目前采用的CAEP4 (Committee on Aviation Environmental Protection)標(biāo)準(zhǔn)的要求已經(jīng)非常嚴(yán)格，特別是對(duì)NOx污染排放要求，而2008年后將采用的 CAEP6標(biāo)準(zhǔn)則更為嚴(yán)格。工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的污染排放要求達(dá)到個(gè)位數(shù)——萬(wàn)分之一濃度排放要 求。
一般來(lái)說(shuō)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)污染物可分為兩類(lèi)由于高的火焰溫度產(chǎn)生的污染物是氮氧化物
(NOx);由于低的火焰溫度產(chǎn)生的污染物是一氧化碳和未燃碳?xì)?CO和UHC)。根據(jù)污 染物產(chǎn)生的機(jī)理以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，燃燒室燃燒區(qū)當(dāng)量比在很小的一個(gè)范圍內(nèi)(0.6~0.8), 上述兩大類(lèi)污染物排放達(dá)到最小。對(duì)于常規(guī)燃燒室來(lái)說(shuō)，在高功率狀態(tài)時(shí)，由于采用液霧擴(kuò) 散燃燒方式，燃燒區(qū)局部當(dāng)量比總是在1附近，遠(yuǎn)超過(guò)上述低污染燃燒所需當(dāng)量比范圍要求， 因此CO和UHC的排放小，但是NOx的排放達(dá)到最大。在低功率狀態(tài)時(shí)，燃燒區(qū)當(dāng)量比又 很低，遠(yuǎn)低于上述低污染燃燒所需當(dāng)量比區(qū)間，NOx排放低，但CO和UHC排放又很高， 因此對(duì)于常規(guī)燃燒室來(lái)說(shuō)，無(wú)法滿足在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作范圍內(nèi)的低污染要求。
GE發(fā)動(dòng)機(jī)公司提出了一種低污染燃燒室一TAPS (Twin AnnularPremixingSwirler)，燃 燒室頭部包括主燃級(jí)和預(yù)燃級(jí)，主燃級(jí)和預(yù)燃級(jí)分別供油，實(shí)現(xiàn)分區(qū)燃燒方式。根據(jù)這一思 路，GE公司申請(qǐng)了幾項(xiàng)美國(guó)專(zhuān)利。申請(qǐng)?zhí)柗謩e為6389815、 6354072、 0178732和6381964
的美國(guó)專(zhuān)利提出的主燃級(jí)方案是主燃級(jí)燃油噴入到徑向旋流器后部拐彎后的某一位置，形 成預(yù)混預(yù)蒸發(fā)油氣混合物。從這些專(zhuān)利的附圖可知，燃油噴射點(diǎn)到燃燒區(qū)入口處距離大約是 燃燒室頭部結(jié)構(gòu)高度的一半，對(duì)于這種分級(jí)燃燒室來(lái)說(shuō)，頭部結(jié)構(gòu)高度大于常規(guī)燃燒室的頭 部結(jié)構(gòu)高度，因此燃燒室頭部的軸向長(zhǎng)度太長(zhǎng)，從而影響燃燒室乃至發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度和重量要
求。在申請(qǐng)?zhí)枮?453660美國(guó)專(zhuān)利中同樣存在這種問(wèn)題，燃油噴射點(diǎn)到燃燒區(qū)入口處距離大 約是燃燒室頭部結(jié)構(gòu)高度的三分之一，而且主燃級(jí)燃油噴射系統(tǒng)非常復(fù)雜，導(dǎo)致燃燒室頭部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。上述幾個(gè)美國(guó)專(zhuān)利都實(shí)現(xiàn)了整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作范圍內(nèi)的低污染要求；但是主燃
級(jí)燃油噴射點(diǎn)離徑向旋流器出口都有一段距離，而這段距離增加了燃燒室頭部軸向長(zhǎng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用一體化燃油噴射/徑向旋流 器方案，通過(guò)在徑向旋流器葉片通道內(nèi)的燃油噴射方式以及徑向旋流器通道內(nèi)的油氣混合物 在徑向旋流器出口的拐彎流動(dòng)，減小燃油噴射點(diǎn)到燃燒區(qū)入口的距離，從而減小燃燒室頭部 結(jié)構(gòu)的軸向長(zhǎng)度，同時(shí)能夠有效的降低燃燒室污染排放
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 一種一體化燃油噴射徑向旋流器預(yù)混預(yù)蒸
發(fā)低污染燃燒室，由燃燒室頭部26和火焰筒組成，其特征在于燃燒室為單環(huán)腔結(jié)構(gòu)，燃燒
室頭部26包括位于中心的預(yù)燃級(jí)24和外圈的主燃級(jí)25;主燃級(jí)25又包含有直射式空氣霧 化噴嘴33和主燃級(jí)徑向旋流器34;采用將主燃級(jí)燃油41的噴射和主燃級(jí)徑向旋流器34 — 體化，直射式空氣霧化噴嘴33噴出的主燃級(jí)燃油41進(jìn)入到主燃級(jí)徑向旋流器葉片37的主燃 級(jí)徑向旋流器葉片通道42內(nèi)，并與主燃級(jí)徑向旋流器34的旋流空氣混合，預(yù)混的油氣混合 物再經(jīng)過(guò)主燃級(jí)混合腔36進(jìn)入到燃燒區(qū)16中燃燒，實(shí)現(xiàn)一體化燃油噴射/徑向旋流器方案。
所述主燃級(jí)25直射式空氣霧化噴嘴33噴射點(diǎn)38位于主燃級(jí)徑向旋流器左側(cè)壁43上， 噴射點(diǎn)數(shù)量與葉片數(shù)量相同。
所述主燃級(jí)25直射式空氣霧化噴嘴33噴射點(diǎn)39位于主燃級(jí)徑向旋流器葉片37兩側(cè)任 意位置，每個(gè)葉片上的噴射點(diǎn)數(shù)量可以是丄個(gè)，或者2個(gè)，或者多個(gè)組合。
所述主燃級(jí)25直射式空氣霧化噴嘴33噴射點(diǎn)40位于主燃級(jí)徑向旋流器右側(cè)壁44上， 噴射點(diǎn)數(shù)量與葉片數(shù)量相同。
所述主燃級(jí)25直射式空氣霧化噴嘴33位置包括噴射點(diǎn)38,噴射點(diǎn)39和噴射點(diǎn)40中的 任意一個(gè)，兩個(gè)或者三個(gè)的組合。
所述的主燃級(jí)燃油噴射點(diǎn)到燃燒區(qū)入口處距離49;c與燃燒室頭部結(jié)構(gòu)高度48;;之間的關(guān)
系是"丄y。
所述主燃級(jí)25的氣量占燃燒室頭部氣量的65% 95%，預(yù)燃級(jí)24的氣量占5%~35%。 所述燃燒用氣量全部從燃燒室頭部26供入，火焰筒上沒(méi)有主燃孔，只有冷卻孔、外摻混 孔21和內(nèi)摻混孔22。
所述主燃級(jí)收擴(kuò)件35收縮角度47在0°至180。內(nèi)可調(diào)。
本發(fā)明的工作原理主燃級(jí)徑向旋流器通道內(nèi)的燃油在旋流器氣流的作用下形成預(yù)混預(yù) 蒸發(fā)油氣混合物進(jìn)入到燃燒區(qū)中燃燒，形成預(yù)混燃燒方式，預(yù)燃級(jí)采用離心噴嘴和旋流器結(jié)構(gòu)，形成擴(kuò)散燃燒方式，兼顧燃燒穩(wěn)定和污染排放兩個(gè)矛盾的性能要求。這種燃燒方式能夠 控制燃燒室在不同狀態(tài)下的當(dāng)量比，使該當(dāng)量比始終保持在低污染排放的區(qū)間內(nèi)，從而有利 于控制污染排放。燃燒室火焰筒上沒(méi)有主燃孔，只有冷卻孔和摻混孔，燃燒用氣量全部從燃 燒室頭部進(jìn)入。主燃級(jí)和預(yù)燃級(jí)保持合適的氣量分配，以適應(yīng)不同發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室工況要求。 控制冷卻空氣流動(dòng)，避兔產(chǎn)生過(guò)多的CO和UHC。
預(yù)燃級(jí)在慢車(chē)等低功率狀態(tài)下啟動(dòng)，保持低功率狀態(tài)時(shí)燃燒區(qū)的當(dāng)量比落在上述低污染 燃燒當(dāng)量比區(qū)間內(nèi)，使燃燒的穩(wěn)定性好，容易起動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高功率狀態(tài)時(shí)才啟動(dòng)主 燃級(jí)，控制燃燒區(qū)的當(dāng)量比在上述低污染燃燒當(dāng)量比區(qū)間，主燃級(jí)是預(yù)混預(yù)蒸發(fā)模式，能夠 保證燃燒區(qū)內(nèi)局部當(dāng)量比的均勻性。采用這種低污染燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，可確保在航空發(fā)動(dòng)機(jī) 燃燒室所有的工作狀態(tài)下，燃燒區(qū)的當(dāng)量比控制在低污染燃燒的區(qū)間內(nèi)，同時(shí)通過(guò)控制主燃 級(jí)油霧均勻度、混合度和蒸發(fā)度來(lái)控制燃燒區(qū)的當(dāng)量比均勻度，從而達(dá)到污染排放低，穩(wěn)定 性好等航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室性能要求。
在某一參數(shù)(進(jìn)口流速和溫度壓力等)條件下，燃油達(dá)到某一混合度下所需要的距離定 義為L(zhǎng)，從污染排放角度考慮，這個(gè)長(zhǎng)度越大越好，但是從回火和自燃角度考慮，這個(gè)長(zhǎng)度 又不宜太大，因此對(duì)應(yīng)于某一參數(shù)時(shí)，綜合考慮上述兩個(gè)因素，這個(gè)長(zhǎng)度應(yīng)該是個(gè)定值。對(duì) 于TAPS主燃級(jí)徑向旋流器方案來(lái)說(shuō)，主燃級(jí)燃油噴射點(diǎn)到燃油達(dá)到某一混合度時(shí)的長(zhǎng)度為 L，而旋流器出口到噴射點(diǎn)的距離為L(zhǎng)si,旋流器長(zhǎng)度為L(zhǎng)s，這樣從旋流器進(jìn)口到燃油達(dá)到某 一混合度時(shí)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)+Lsi+Ls。本發(fā)明采用一體化燃油噴射/徑向旋流器方案，燃油噴射和徑 向旋流器集成一體，在相同的徑向旋流器進(jìn)口參數(shù)下，達(dá)到相同的混合度時(shí)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1+L， 其中L1不大于Ls，不僅去掉了旋流器出口到噴射點(diǎn)的距離Lsi，而且還充分利用了旋流器的 長(zhǎng)度Ls，從而大大縮短了燃燒室頭部的長(zhǎng)度，減小了燃燒室的長(zhǎng)度和重量。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)如下
1. 本發(fā)明的主燃級(jí)燃油在徑向旋流器通道內(nèi)的噴射，達(dá)到相同的混合度和蒸發(fā)度時(shí)，需 要的距離大大縮短，減小了燃燒室的長(zhǎng)度。
2. 本發(fā)明的主燃級(jí)徑向旋流器內(nèi)的油氣混合物，由于徑向旋流器下游的拐彎流動(dòng)，達(dá)到 相同的混合度和蒸發(fā)度時(shí)，需要的距離進(jìn)一步縮短，從而進(jìn)一步減小燃燒室的長(zhǎng)度。
3. 本發(fā)明的燃燒室燃燒氣量全部由頭部供入，冷卻及摻混等用氣則從火焰筒進(jìn)入，增加 燃燒室功效的同時(shí)簡(jiǎn)化燃燒室的結(jié)構(gòu)。
4. 本發(fā)明的預(yù)燃級(jí)擴(kuò)散燃燒與主燃級(jí)預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒的復(fù)合燃燒方式，實(shí)現(xiàn)了航空發(fā)動(dòng) 機(jī)燃燒室的寬穩(wěn)定工作范圍和低污染排放等性能要求。


圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為燃燒室的區(qū)域3的放大示意圖4為第一種主燃級(jí)燃油噴射點(diǎn)的噴射情況示意圖；其中圖4a為主視圖，圖4b和圖4c 為正二等側(cè)圖(三維視圖);
圖5為第二種主燃級(jí)燃油噴射點(diǎn)的噴射情況示意圖；其中圖5a為主視圖，圖5b為圖5a. 主視圖中的剖視圖，圖5c為圖5b主視圖中的剖視圖，圖5d為正二等側(cè)圖(三維視圖)；
圖6為第三種主燃級(jí)燃油噴射點(diǎn)的噴射情況示意圖；其中圖6a為主視圖，圖6b為圖6a 為主視圖中的剖視圖，圖6c為正二等側(cè)圖(三維視圖)；
圖7為主燃級(jí)油路整流環(huán)示意圖；其中圖7a為整流環(huán)主視圖，圖7b為圖7a主視圖中的 剖視圖8為燃油噴射系統(tǒng)示意圖，其中圖A為燃油噴射到橫向射流中的示意圖，圖B為T(mén)APS 主燃級(jí)燃油噴射示意圖，圖C為本發(fā)明主燃級(jí)燃油噴射示意圖中IO發(fā)動(dòng)機(jī)，ll低壓壓氣機(jī)，12高壓壓氣機(jī)，13燃燒室，14高壓渦輪，15低壓渦 輪，16燃燒區(qū)，17外機(jī)匣，18內(nèi)機(jī)匣，19外火焰筒壁，20內(nèi)火焰筒壁，21外摻混孔，22 內(nèi)摻混孔，23頭部端壁，24預(yù)燃級(jí)，25主燃級(jí)，26頭部結(jié)構(gòu)，27預(yù)燃級(jí)離心噴嘴，28預(yù)燃 級(jí)旋流器，29預(yù)燃級(jí)收擴(kuò)件，30預(yù)燃級(jí)混合腔，31預(yù)燃級(jí)離心噴嘴燃油，32預(yù)燃級(jí)旋流器 葉片，33直射式空氣霧化噴嘴，34主燃級(jí)徑向旋流器，35主燃級(jí)收擴(kuò)件，36主燃級(jí)混合腔， 37主燃級(jí)徑向旋流器葉片，38噴射點(diǎn)，位于主燃級(jí)徑向旋流器左側(cè)壁上，39噴射點(diǎn)，位于 主燃級(jí)徑向旋流器葉片兩側(cè)任一位置，40噴射點(diǎn)，位于主燃級(jí)徑向旋流器右側(cè)壁上，41主燃 級(jí)燃油，42主燃級(jí)徑向旋流器葉片通道，43主燃級(jí)徑向旋流器左側(cè)壁，44主燃級(jí)徑向旋流 器右側(cè)壁，45主燃級(jí)噴嘴入口， 46主燃級(jí)油路整流環(huán)，47主燃級(jí)收擴(kuò)件收縮角度，48燃燒 室頭部結(jié)構(gòu)高度，49主燃級(jí)燃油噴射點(diǎn)到燃燒區(qū)入口的距離。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)介紹本發(fā)明。
圖1是一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意圖，發(fā)動(dòng)機(jī)IO包括低壓壓氣機(jī)II，高壓壓氣機(jī)12，燃燒室 13,高壓渦輪14和低壓渦輪15。發(fā)動(dòng)機(jī)10工作時(shí)，空氣經(jīng)過(guò)低壓壓氣機(jī)11壓縮后，再進(jìn) 入高壓壓氣機(jī)12，高壓空氣進(jìn)入到燃燒室13中燃燒，燃油噴射系統(tǒng)向高壓氣流中噴油，在 燃燒室13中進(jìn)行充分有效地燃燒，燃燒后形成高溫高壓燃?xì)?，進(jìn)入到高壓渦輪14和低壓渦 輪15，從而推動(dòng)渦輪做功。圖2是燃燒室13的示意圖，燃燒室為單環(huán)腔結(jié)構(gòu)。圖3是圖2 中的區(qū)域3放大視圖，是燃燒室頭部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。燃燒室13包括一個(gè)燃燒區(qū)16，燃燒區(qū)I6的外邊界是外火焰筒壁19，內(nèi)邊界是內(nèi)火焰筒壁20，環(huán)形的內(nèi)火焰筒壁20和外火焰筒壁19 在環(huán)形的內(nèi)機(jī)匣18和外機(jī)匣17之間。在內(nèi)、外火焰筒壁面上安排有內(nèi)摻混孔22和外摻混孔 21，用于調(diào)整燃燒室出口溫度分布，內(nèi)外火焰筒壁面上還安排冷卻孔(圖中未示出)，用于 冷卻火焰筒壁面，保證燃燒室的壽命。在燃燒區(qū)16的上游是頭部結(jié)構(gòu)26，頭部結(jié)構(gòu)26通過(guò) 頭部端壁23與火焰筒壁面連接。頭部結(jié)構(gòu)26包括預(yù)燃級(jí)24和主燃級(jí)25，因?yàn)闆](méi)有主燃孔， 因此所有的燃燒用氣量都從燃燒室頭部加入，這樣燃燒室頭部就是一個(gè)貧油頭部，有利于減 小NOx污染排放，預(yù)燃級(jí)24氣量占燃燒室頭部氣量的5% 35%，主燃級(jí)25氣量占燃燒室 頭部氣量的65% 95%。
中心預(yù)燃級(jí)24包括中心噴嘴27、預(yù)燃級(jí)旋流器28和收擴(kuò)件29。收擴(kuò)件29形成了預(yù)燃 級(jí)混合腔30。中心噴嘴27采用離心噴嘴，離心噴嘴噴出的預(yù)燃級(jí)離心噴嘴燃油31與預(yù)燃級(jí) 旋流器28的旋流空氣在預(yù)燃級(jí)混合腔30中混合后再進(jìn)入到燒室的燃燒區(qū)中燃燒。
外圈主燃級(jí)25包括直射式空氣霧化噴嘴33、主燃級(jí)徑向旋流器34和收擴(kuò)件35，收擴(kuò)件 35與預(yù)燃級(jí)收擴(kuò)件29的外壁面形成了主燃級(jí)混合腔36，收擴(kuò)件35的收縮角度47在0°至180° 內(nèi)可調(diào)，以適應(yīng)不同發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室工況要求。直射式空氣霧化噴嘴33噴出的主燃級(jí)燃油41 進(jìn)入到主燃級(jí)徑向旋流器葉片37的主燃級(jí)徑向旋流器葉片通道42內(nèi)，并與主燃級(jí)徑向旋流 器34的旋流空氣混合，預(yù)混的油氣混合物再經(jīng)過(guò)主燃級(jí)混合腔36進(jìn)入到燃燒區(qū)中燃燒。主 燃級(jí)徑向旋流器34為一級(jí)徑向旋流器。主燃級(jí)空氣霧化噴嘴33的噴射點(diǎn)38、噴射點(diǎn)39和 噴射點(diǎn)40在主燃級(jí)徑向旋、流器葉片通道.42內(nèi)的分布位置有三個(gè)主燃級(jí)徑.向旋流器左側(cè)壁 43上的噴射點(diǎn)38、主燃級(jí)徑向旋流器葉片37兩側(cè)的噴射點(diǎn)39和主燃級(jí)徑向旋流器右側(cè)壁 44噴射點(diǎn)40，分別如圖4、圖5、圖6所示。對(duì)應(yīng)于三種不同的噴射點(diǎn)38、噴射點(diǎn)39和噴 射點(diǎn)40,主燃級(jí)燃油41入口都是從主燃級(jí)噴嘴入口 45進(jìn)入，整流環(huán)46用于平均分配每個(gè) 噴射點(diǎn)的燃油，整流環(huán)上的小孔直徑和數(shù)量根據(jù)主燃級(jí)霧化情況調(diào)節(jié)。在圖4中，主燃級(jí)燃 油41經(jīng)過(guò)主燃級(jí)燃油入曰45進(jìn)入到主燃級(jí)徑向旋流器左側(cè)壁43上，經(jīng)過(guò)主燃級(jí)油路整流環(huán) 46將燃油平均分布到整流環(huán)后部的集油環(huán)中，再經(jīng)過(guò)噴射點(diǎn)38噴入到主燃級(jí)徑向旋流器葉 片通道42中，其中圖4a為噴射點(diǎn)38位置處的主視圖，圖4b和圖4c為正二等側(cè)圖(三維視 圖)。在圖5中，主燃級(jí)燃油41經(jīng)過(guò)主燃級(jí)噴嘴入口45進(jìn)入到主燃級(jí)徑向旋流器左側(cè)壁43 上，經(jīng)過(guò)主燃級(jí)油路整流環(huán)46將燃油平均分布到整流環(huán)后部的集油環(huán)中，集油環(huán)與葉片內(nèi)通 道相通，燃油再經(jīng)過(guò)這個(gè)相通的通道在噴射點(diǎn)39噴入到葉片通道42中，噴射點(diǎn)39是葉片兩 側(cè)任意一個(gè)位置；其中圖5a為噴射點(diǎn)39位置處的主視圖，圖5b為圖5a主視圖中的剖視圖， 圖5c為圖5b主視圖中的剖視圖，圖5d為正二等側(cè)圖(三維視圖)。在圖6中，主燃級(jí)燃油 41經(jīng)過(guò)主燃級(jí)噴嘴入口 45進(jìn)入到主燃級(jí)徑向旋流器左側(cè)壁43上，經(jīng)過(guò)主燃級(jí)油路整流環(huán)46將燃油平均分布到整流環(huán)后部的集油環(huán)中，主燃級(jí)徑向旋流器左側(cè)壁43的集油環(huán)和主燃級(jí)徑 向旋流器右側(cè)壁44的集油環(huán)通過(guò)葉片內(nèi)通道相通，燃油經(jīng)過(guò)這個(gè)通道進(jìn)入到主燃級(jí)徑向旋流 器右側(cè)壁44的集油環(huán)中，再在噴射點(diǎn)40噴入到葉片通道42中，其中圖6a為噴射點(diǎn)40位置 處的主視圖，圖6b為圖6a為主視圖中的剖視圖，圖6c為正二等側(cè)圖(三維視圖)。其中主 燃級(jí)油路整流環(huán)示意圖如圖7所示，圖7a為整流環(huán)主視圖，圖7b為圖7a主視圖中的剖視圖； 主燃級(jí)徑向旋流器葉片通道42和主燃級(jí)燃油噴嘴噴射點(diǎn)38、噴射點(diǎn)39和噴射點(diǎn)40的數(shù)量 根據(jù)葉片數(shù)量而定。主燃級(jí)空氣霧化噴嘴33的噴射點(diǎn)位置可以是噴射點(diǎn)38、噴射點(diǎn)39和噴 射點(diǎn)40中的任意一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)的組合。上述主燃級(jí)燃油噴射點(diǎn)到燃燒區(qū)入口距離49 為燃燒室頭部結(jié)構(gòu)高度48的五分之一，這些噴射點(diǎn)位于主燃級(jí)徑向旋流器葉片通道內(nèi)，去掉 了徑向旋流器出口到噴射點(diǎn)的距離Lsi，如圖8C所示，對(duì)比圖8A所示的燃油噴射到橫向射 流中的示意圖，和圖8 B所示的TAPS主燃級(jí)燃油噴射示意圖，同時(shí)由于主燃級(jí)徑向旋流器 下游拐彎流動(dòng)，可以知道本發(fā)明能夠大大縮短燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的軸向長(zhǎng)度，從而減小燃燒室 和發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度及重量。
發(fā)動(dòng)機(jī)10起動(dòng)或者慢車(chē)等低功率狀態(tài)時(shí)，只有燃燒室的預(yù)燃級(jí)24供油，主燃級(jí)25只有 空氣經(jīng)過(guò)而不供油，預(yù)燃級(jí)的離心噴嘴27使得燃燒室燃燒區(qū)16形成擴(kuò)散燃燒方式，從而保 證了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室可靠的穩(wěn)定性和起動(dòng)特性，并降低CO和UHC污染排放。發(fā)動(dòng)機(jī)10工作 在起飛或爬升等高功率狀態(tài)時(shí)，主燃級(jí)25和預(yù)燃級(jí)24同時(shí)供油，而主燃級(jí)直射式空氣霧化 噴嘴33的燃油41進(jìn)入到主燃級(jí)徑向旋流器葉片通道42內(nèi)，主燃級(jí)徑向旋流器34的旋流使 油氣形成預(yù)混預(yù)蒸發(fā)狀態(tài)，再進(jìn)入到燃燒區(qū)16中燃燒，形成預(yù)混燃燒方式，能有效的降低航 空發(fā)動(dòng)機(jī)NOx污染排放，同時(shí)保證了高的燃燒效率和均勻的燃燒室出口溫度分布等性能。而 主燃級(jí)25和預(yù)燃級(jí)24的主燃級(jí)收擴(kuò)件35和預(yù)燃級(jí)收擴(kuò)件29能很好的防止噴嘴積碳和回火。 燃燒室安裝及連接形式如下預(yù)燃級(jí)旋流器28的葉片32與收擴(kuò)件29和預(yù)燃級(jí)旋流器內(nèi) 壁連接成一體。主燃級(jí)徑向旋流器左側(cè)壁43分成兩部分，左邊部分開(kāi)集油環(huán)和主燃級(jí)噴嘴入 口45的油孔，再將整流環(huán)46連接在集油環(huán)內(nèi)部，然后將左側(cè)壁左邊、右邊部分連接成一體， 最后整個(gè)主燃級(jí)徑向旋流器左側(cè)壁43與預(yù)燃級(jí)收擴(kuò)件29連接成一體。主燃級(jí)徑向旋流器左 側(cè)壁上開(kāi)孔，便于燃油通過(guò)。主燃級(jí)徑向旋流器葉片37分別與主燃級(jí)徑向旋流器左側(cè)壁43 和主燃級(jí)收擴(kuò)件35連接，這樣預(yù)燃級(jí)和主燃級(jí)旋流器形成了一個(gè)整體，最后將燃油噴嘴27 插入到預(yù)燃級(jí)旋流器內(nèi)，并與主燃級(jí)噴嘴入口45連接。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室安裝時(shí)，火焰筒與機(jī)匣 安裝完成后，從燃燒室前端的噴嘴安裝座處插入上述的頭部結(jié)構(gòu)，與頭部端壁23連接，頭部 端壁23與頭部結(jié)構(gòu)26通過(guò)一個(gè)活動(dòng)環(huán)連接，避免燃燒室的軸向和徑向的熱應(yīng)力。
權(quán)利要求
1. 一種一體化燃油噴射徑向旋流器預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室，由燃燒室頭部(26)和火焰筒組成，其特征在于燃燒室為單環(huán)腔結(jié)構(gòu)，燃燒室頭部(26)包括位于中心的預(yù)燃級(jí)(24)和外圈的主燃級(jí)(25)；主燃級(jí)(25)包含有直射式空氣霧化噴嘴(33)和主燃級(jí)徑向旋流器(34)；采用將主燃級(jí)燃油(41)的噴射和主燃級(jí)徑向旋流器(34)一體化，直射式空氣霧化噴嘴(33)噴出的主燃級(jí)燃油(41)進(jìn)入到主燃級(jí)徑向旋流器葉片(37)的主燃級(jí)徑向旋流器葉片通道(42)內(nèi)，并與主燃級(jí)徑向旋流器(34)的旋流空氣混合，預(yù)混的油氣混合物再經(jīng)過(guò)主燃級(jí)混合腔(36)進(jìn)入到燃燒區(qū)(16)中燃燒，實(shí)現(xiàn)一體化燃油噴射/徑向旋流器方案。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化燃油噴射徑向旋流器預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室， 其特征在于主燃級(jí)(25)直射式空氣霧化噴嘴(33)噴射點(diǎn)(38)位于主燃級(jí)徑向旋流器 左側(cè)壁(43)上，噴射點(diǎn)數(shù)量與葉片數(shù)量相同。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化燃油噴射徑向旋流器預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室， 其特征在于主燃級(jí)(25)直射式空氣霧化噴嘴(33)噴射點(diǎn)(39)位于主燃級(jí)徑向旋流器 葉片(37)兩側(cè)任意位置，每個(gè)葉片上的噴射點(diǎn)數(shù)量可以是1個(gè)，或者2個(gè)，或者多個(gè)組合。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化燃油噴射徑向旋流器預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室， 其特征在于主燃級(jí)(25)直射式空氣霧化噴嘴(33)噴射點(diǎn)(40)位于主燃級(jí)徑向旋流器 右側(cè)壁(44)上，噴射點(diǎn)數(shù)量與葉片數(shù)量相同。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的一種一體化燃油噴射徑向旋流器預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污 染燃燒室，其特征在于主燃級(jí)(25)直射式空氣霧化噴嘴(33)位置包括噴射點(diǎn)(38)， 噴射點(diǎn)(39)和噴射點(diǎn)(40)中的任意一個(gè)，兩個(gè)或者三個(gè)的組合。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化燃油噴射徑向旋流器預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室， 其特征在于主燃級(jí)燃油噴射點(diǎn)到燃燒區(qū)入口處距離(49) x與燃燒室頭部結(jié)構(gòu)高度(48)y之間的關(guān)系是x2^;;。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化燃油噴射徑向旋流器預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室， 其特征在于主燃級(jí)(25)的氣量占燃燒室頭部氣量的65% 95%，預(yù)燃級(jí)(24)的氣量占 5% 35%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化燃油噴射徑向旋流器預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室，其特征在于燃燒用氣量全部從燃燒室頭部(26)..供入，,火焰簡(jiǎn)上沒(méi)有主燃孔，只有冷卻孔、 外摻混孔(21)和內(nèi)摻混孔(22)。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化燃油噴射徑向旋流器預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室， 其特征在于主燃級(jí)收擴(kuò)件(35)收縮角度(47)在0。至180。內(nèi)可調(diào)。
全文摘要
一種一體化燃油噴射徑向旋流器預(yù)混預(yù)蒸發(fā)低污染燃燒室，燃燒室為單環(huán)腔結(jié)構(gòu)，由燃燒室頭部和火焰筒組成，其中燃燒室頭部包括位于中心的預(yù)燃級(jí)和外圍的主燃級(jí)；主燃級(jí)包含有直射式空氣霧化噴嘴和主燃級(jí)徑向旋流器；采用將主燃級(jí)燃油的噴射和主燃級(jí)徑向旋流器一體化，直射式空氣霧化噴嘴噴出的主燃級(jí)燃油進(jìn)入到主燃級(jí)徑向旋流器葉片的主燃級(jí)徑向旋流器葉片通道內(nèi)，并與主燃級(jí)徑向旋流器的旋流空氣混合，預(yù)混的油氣混合物再經(jīng)過(guò)主燃級(jí)混合腔進(jìn)入到燃燒區(qū)中燃燒，該燃燒方式能有效的降低燃燒室污染物的排放，同時(shí)可以減小燃燒室的長(zhǎng)度；本發(fā)明主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，亦可用于工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)和艦船燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中，以減少排向大氣中的污染物。
文檔編號(hào)F23R3/20GK101285591SQ20081010468
公開(kāi)日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者劉高恩, 馳 張, 彭云暉, 林宇震, 許全宏 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)