一種采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室，空氣通過(guò)徑向分級(jí)的三級(jí)旋流器從頭部進(jìn)入火焰筒，燃油通過(guò)值班級(jí)和主燃級(jí)兩級(jí)油路進(jìn)入燃燒室，在燃燒室頭部形成值班區(qū)和主燃區(qū)，值班區(qū)以擴(kuò)散方式燃燒，主燃區(qū)以預(yù)混方式燃燒，燃燒后的高溫產(chǎn)物流向下游，經(jīng)排氣彎管轉(zhuǎn)過(guò)180°后排出燃燒室。中心值班級(jí)在燃燒室處于點(diǎn)火、啟動(dòng)和慢車(chē)等低負(fù)荷時(shí)工作，提高燃燒效率，降低未燃物CO和UHC的排放；在慢車(chē)以上的較大負(fù)荷時(shí)，主燃級(jí)與值班級(jí)共同工作，其中值班級(jí)為主燃級(jí)提供穩(wěn)定點(diǎn)火源，拓寬燃燒室工作邊界，主燃區(qū)設(shè)計(jì)成當(dāng)量比為0.6～0.65的貧油燃燒，其反應(yīng)溫度遠(yuǎn)低于絕熱火焰溫度，降低氮氧化物NOX的生成與排放。本發(fā)明提出的多級(jí)旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案，可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室或地面燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用燃油分級(jí)方案的低排放燃燒室，特別是與徑向旋流進(jìn)氣方案相匹配的低排放回流燃燒室，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。采用該方案的燃燒室穩(wěn)定工作邊界大幅拓寬，并能顯著降低排放。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和日益上升的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)和地面燃?xì)廨啓C(jī)作為最高效的動(dòng)力設(shè)備，其污染物排放水平越來(lái)越受到嚴(yán)格限制。國(guó)際民航組織(Internat1nal Civil Aviat1n Organizat1n, ICAO)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的排放物尤其是氮氧化物NOx排放的要求愈發(fā)苛刻。國(guó)際民航組織根據(jù)其下屬的航空環(huán)境保護(hù)委員會(huì)(CAEP)的建議對(duì)民航飛機(jī)污染物排放的有關(guān)規(guī)定，稱(chēng)之為CAEPl。航空發(fā)動(dòng)機(jī)要取得認(rèn)證，須按照上述規(guī)定執(zhí)行。該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之后，飛機(jī)排出的CO和UHC有顯著降低，但是NOx降低程度卻不甚明顯。這是因?yàn)榻陙?lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的進(jìn)氣溫度和進(jìn)氣壓力有了顯著的提高，一方面有助于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，促進(jìn)燃料完全燃燒，從而降低CO和UHC的排放；但同時(shí)由于燃燒溫度提高，NOx生成量也大大增加。為了進(jìn)一步降低NOx排放，ICAO又陸續(xù)頒布了 CAEP2、CAEP4、CAEP6和CAEP8標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)NOx排放的要求越來(lái)越嚴(yán)。CAEP6排放標(biāo)準(zhǔn)比CAEP4嚴(yán)格了 18%?26%，最新的CAEP8標(biāo)準(zhǔn)要求NOx排放將在CAEP6基礎(chǔ)上再減少15%。
[0003]世界幾大航空工業(yè)大國(guó)及幾大燃?xì)廨啓C(jī)公司如GE、PW和R-R針對(duì)環(huán)境危害最大的NOx排放問(wèn)題，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究中將NOx的控制作為重點(diǎn)課題進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。在實(shí)現(xiàn)低NOx排放的新燃燒技術(shù)方面取得了一系列的豐碩成果，目前已經(jīng)應(yīng)用的低排放燃燒技術(shù)，包括GE公司的雙環(huán)預(yù)混旋流燃燒室、PW公司的富油/淬熄/貧油和R-R公司的貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒室和貧油直接噴射燃燒室等。
[0004]GE公司提出的雙環(huán)預(yù)混旋流燃燒室是一種燃油分級(jí)低排放燃燒室，其特點(diǎn)是采用值班級(jí)和主燃級(jí)產(chǎn)生兩股共軸的環(huán)形旋轉(zhuǎn)射流，每股旋轉(zhuǎn)射流都由為滿足特定目標(biāo)而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的旋流器產(chǎn)生，值班級(jí)與主燃級(jí)兩級(jí)采用同軸布置方式。中心值班級(jí)可以滿足點(diǎn)火和低功率工作(啟動(dòng)、慢車(chē)等)的霧化要求，也滿足點(diǎn)火、起動(dòng)、貧油燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率等設(shè)計(jì)要求所需的流場(chǎng)特性。外側(cè)為主燃級(jí)，采用的是徑向旋流器，燃油射入旋流器通道，使得油氣預(yù)先在通道中混合均勻，然后進(jìn)入燃燒室以確保在較低溫度下均勻燃燒從而減少NOx生成，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)處于大功率狀態(tài)要求(進(jìn)場(chǎng)以上的狀態(tài)，包括起飛、爬升等)。該燃燒室能夠建立理想的預(yù)混環(huán)境，取得較高的燃燒效率、較低且均勻的火焰溫度，進(jìn)而不僅能夠降低NOx的排放，也能夠明顯延長(zhǎng)下游熱端部件的壽命。該型燃燒室的缺點(diǎn)在于，燃油噴射到主旋流器的下游，形成預(yù)混預(yù)蒸發(fā)的油氣混合物，但是采用這種噴射方式燃油不能得到充分霧化和蒸發(fā)，為了使得油氣混合物摻混的均勻，這種噴射方式所需的摻混距離較長(zhǎng)，蒸發(fā)時(shí)間也較長(zhǎng)，這非常不利于減輕燃燒室的長(zhǎng)度和重量。
[0005]國(guó)內(nèi)科研院所所提出的低污染燃燒室技術(shù)，均不同程度地存在以下缺點(diǎn):主燃級(jí)燃油在旋流器葉片末端噴入，摻混長(zhǎng)度較短；值班區(qū)燃油的霧化效果不好，不能和旋流空氣充分摻混，不利于值班級(jí)的穩(wěn)焰作用；在中心值班級(jí)和外側(cè)主燃級(jí)之間增加中間級(jí)，在一定程度上阻斷值班級(jí)和主燃級(jí)火焰的耦合，造成主燃級(jí)火焰熄火的可能性；主燃級(jí)燃油采用切向或軸向供油方式，增加了燃燒室頭部燃油和空氣混合裝置的復(fù)雜性，也不利于燃燒室減重；其主燃級(jí)燃油的噴射源不是位于旋流器葉片通道內(nèi)，燃油不能和旋流空氣劇烈摻混，使得燃油和空氣的預(yù)混效果欠佳。
[0006]無(wú)論采取何種方案的低排放燃燒室，都面臨降低氮氧化物NOdP降低一氧化碳CO、UHC未燃碳?xì)浠衔镏g的矛盾，這是由于燃燒室在低負(fù)荷和高負(fù)荷狀態(tài)的主要排放物生成機(jī)理不同。抑制NOx和控制C0、UHC的排放是一個(gè)相互矛盾的過(guò)程，要想抑制或者降低NOx的排放，特別是熱力型NOx的排放，需要控制主燃燒區(qū)溫度，因?yàn)橐坏┻^(guò)了 1700K，其生成量隨溫度呈指數(shù)上升關(guān)系。如果能夠?qū)崿F(xiàn)溫和的低溫燃燒，就能從根本上實(shí)現(xiàn)NOx的減排；但另一方面如果燃燒溫度過(guò)低，會(huì)造成燃燒不完全，使CO、UHC排放增加，會(huì)降低燃燒效率。
[0007]在各種排放物之間進(jìn)行折衷是很常見(jiàn)的策略，即尋求一個(gè)合適的溫度燃燒范圍，使NOx和CO都能實(shí)現(xiàn)較低排放。根據(jù)NOx和CO產(chǎn)生機(jī)理和溫度區(qū)間不同，燃燒室主燃區(qū)當(dāng)量比應(yīng)該位于0.6?0.8區(qū)間，并且在所有工況下都應(yīng)該如此。其核心措施是在較寬廣的工況范圍內(nèi)控制燃燒區(qū)的當(dāng)量比和并實(shí)現(xiàn)當(dāng)量比在局部的均勻性，而燃燒區(qū)當(dāng)量比的均勻性取決于燃油的霧化蒸發(fā)效果及燃油和空氣摻混的均勻性，這就需要燃油在進(jìn)入燃燒室之前必須和空氣進(jìn)行充分的預(yù)混，本發(fā)明專(zhuān)利提出的徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案解決了這一問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題:為克服上述現(xiàn)有燃燒技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，且能充分兼顧燃燒室在全工況范圍內(nèi)NOx的減排和UHC、CO的排放，尤其是降低高負(fù)荷時(shí)的NOx排放。
[0009]本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:
[0010]一種采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室，空氣采用多級(jí)旋流進(jìn)氣，燃油采用分級(jí)供油方案，所述低排放回流燃燒室包括燃燒室外機(jī)匣、頭部機(jī)匣、燃燒室內(nèi)機(jī)匣、排氣彎管、噴嘴裝置和火焰筒，其特征在于，所述噴嘴裝置設(shè)置于所述火焰筒的頭部，包括值班級(jí)噴嘴組件和主燃級(jí)噴嘴組件，火焰筒頭部燃燒區(qū)域分為相互耦合燃燒的位于中心的值班區(qū)和靠近外側(cè)的主燃區(qū)，其中，
[0011]--所述值班級(jí)噴嘴組件包括同軸設(shè)置的值班級(jí)供油嘴、噴嘴、第一級(jí)旋流器、文氏管和第二級(jí)旋流器；所述值班級(jí)供油嘴一端與第一路燃油總管連通，另一端與所述噴嘴的進(jìn)油端連通，值班級(jí)燃油經(jīng)所述值班供油嘴從噴嘴的離心噴口噴出；所述第一級(jí)旋流器的出口端面連接所述文氏管，所述文氏管的出口段處套設(shè)所述第二級(jí)旋流器，空氣從所述第一級(jí)旋流器和第二級(jí)旋流器進(jìn)入火焰筒頭部；所述值班級(jí)燃油在第一級(jí)旋流器噴出的空氣的作用下形成油霧錐體，油霧打在所述文氏管的內(nèi)壁面形成值班級(jí)油膜沿著內(nèi)壁向下游運(yùn)動(dòng)，與從所述第一級(jí)旋流器和第二級(jí)旋流器進(jìn)來(lái)的空氣迅速摻混形成油氣混合物，油氣混合物在旋流器下游的中心回流區(qū)以擴(kuò)散方式燃燒，形成穩(wěn)定燃燒的值班區(qū)；
[0012]一所述主燃級(jí)噴嘴組件包括主燃級(jí)供油嘴、供油管和第三級(jí)旋流器，所述第三級(jí)旋流器套設(shè)在所述第二級(jí)旋流器的出口段，所述主燃級(jí)供油嘴一端與第二路燃油總管連通，另一端經(jīng)供油管與主燃級(jí)儲(chǔ)油槽連通，所述主燃級(jí)儲(chǔ)油槽開(kāi)設(shè)于所述第二級(jí)旋流器和第三級(jí)旋流器之間的側(cè)壁內(nèi)部，主燃級(jí)燃油經(jīng)所述供油嘴和供油管進(jìn)入所述主燃級(jí)儲(chǔ)油槽，而后經(jīng)設(shè)置在第三級(jí)旋流器葉片外表面的多點(diǎn)直射噴嘴噴射進(jìn)入第三級(jí)空氣旋流通道中，與從所述第三級(jí)旋流器進(jìn)來(lái)的空氣均勻摻混后形成油氣混合物，在第三級(jí)旋流器出口處形成油氣錐體，油氣錐體中摻混均勻的油氣混合物在外側(cè)回流區(qū)中燃燒，形成主燃區(qū)。
[0013]優(yōu)選地，所述火焰筒包括火焰筒外筒、火焰筒內(nèi)筒和火焰筒頭部，所述火焰筒外筒和火焰筒內(nèi)筒的壁面上分別開(kāi)設(shè)有一排摻混孔和一排補(bǔ)燃孔，其中所述補(bǔ)燃孔可以根據(jù)實(shí)際情況保留或者取消?；鹧嫱餐馔采祥_(kāi)設(shè)有三排氣膜孔，火焰筒內(nèi)筒上也開(kāi)設(shè)有三排氣膜孔。
[0014]優(yōu)選地，所述值班區(qū)和主燃區(qū)兩個(gè)區(qū)域中的燃燒耦合在一起，燃燒產(chǎn)物向下游流動(dòng)，從火焰筒外筒和火焰筒內(nèi)筒上開(kāi)設(shè)的補(bǔ)燃孔和摻混孔進(jìn)來(lái)的空氣對(duì)高溫產(chǎn)物進(jìn)行冷卻，而后經(jīng)設(shè)置于火焰筒尾部的排氣彎管后折轉(zhuǎn)180°，折流后的后高溫燃?xì)鈴娜紵遗懦?，進(jìn)入設(shè)置于所述排氣彎管出口處的渦輪導(dǎo)向葉片。
[0015]優(yōu)選地，所述第一級(jí)旋流器為斜切孔旋流器，包括圓筒狀的空氣套和法蘭段，所述噴嘴設(shè)置于所述第一級(jí)旋流器的圓筒狀空氣套的中心，在所述空氣套和法蘭段的連接位置處沿周向均布設(shè)置若干帶有傾斜角度的斜切孔，所述斜切孔的數(shù)量?jī)?yōu)選為6?12個(gè)，所述斜切孔中心線沿軸向和徑向均呈一定角度，其傾斜角度優(yōu)選為30°?60°。
[0016]優(yōu)選地，在第一級(jí)旋流器的空氣套靠近出口位置沿周向均布設(shè)置若干與其軸線呈一定角度的空氣套進(jìn)氣孔，且在所述噴嘴的噴嘴套上與所述空氣套進(jìn)氣孔對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置噴嘴套進(jìn)氣孔，所述空氣套進(jìn)氣孔和噴嘴套進(jìn)氣孔的數(shù)量相同，優(yōu)選為4?8個(gè)。
[0017]優(yōu)選地，從所述噴嘴的離心噴口噴射出來(lái)的值班級(jí)燃油在從所述空氣套進(jìn)氣孔和噴口套進(jìn)氣孔進(jìn)來(lái)的空氣并進(jìn)一步在從所述斜切孔進(jìn)來(lái)的第一級(jí)旋流空氣作用下，形成帶有角度的環(huán)狀油霧錐體打在文氏管的內(nèi)壁上，并沿著文氏管內(nèi)壁向下游運(yùn)動(dòng)，形成值班級(jí)油膜。所述值班級(jí)油膜沿著文氏管的內(nèi)壁向下游運(yùn)動(dòng)，在第一級(jí)旋流空氣和第二級(jí)旋流空氣的作用下迅速摻混，形成油氣混合物，在第二級(jí)旋流器下游的值班區(qū)以擴(kuò)散方式燃燒。
[0018]優(yōu)選地，所述第一級(jí)旋流器和第二級(jí)旋流器的旋向相同，以利于燃油的破碎霧化蒸發(fā)。
[0019]優(yōu)選地，第二級(jí)旋流器葉片和第三級(jí)旋流器葉片的數(shù)量均優(yōu)選為8?16個(gè)，一般取偶數(shù)，葉片安裝角度和葉片個(gè)數(shù)取決于通過(guò)旋流器的空氣流量和通流面積。
[0020]優(yōu)選地，所述第二、三級(jí)旋流器均為徑向旋流器，二者的旋向相反，葉片可以為彎曲葉片或直葉片，葉片安裝角為40°?75°。
[0021]優(yōu)選地，所述多點(diǎn)直射噴嘴直徑為0.3?0.6_，沿周向均布4?12個(gè)，和第三級(jí)旋流葉片的個(gè)數(shù)N有關(guān)，其個(gè)數(shù)等于葉片個(gè)數(shù)N，或者為葉片個(gè)數(shù)N的1/2或者1/4。
[0022]優(yōu)選地，所述排氣彎管包括排氣彎管外壁、排氣彎管內(nèi)壁和安裝邊，其中所述排氣彎管內(nèi)壁上開(kāi)設(shè)有多排傾斜的發(fā)汗冷卻孔，對(duì)壁面進(jìn)行有效冷卻。
[0023]優(yōu)選地，從壓氣機(jī)出來(lái)的高壓空氣經(jīng)安裝在擴(kuò)壓器機(jī)匣上的整流葉片后進(jìn)入燃燒室，氣流經(jīng)外機(jī)匣繞頭部機(jī)匣旋轉(zhuǎn)180° ;經(jīng)摻混冷卻后的高溫產(chǎn)物流經(jīng)排氣彎管后再次旋轉(zhuǎn)180°，經(jīng)燃燒室出口進(jìn)入設(shè)置于所述排氣彎管出口處的渦輪導(dǎo)向葉片。
[0024]優(yōu)選地，在發(fā)動(dòng)機(jī)處于低工況工作時(shí)，值班級(jí)單獨(dú)工作，所有燃油從中心噴嘴進(jìn)入值班區(qū)以擴(kuò)散方式燃燒；在發(fā)動(dòng)機(jī)處于較高工況工作時(shí)，燃油分成兩路分別供入值班級(jí)噴嘴和主燃級(jí)直射孔，主燃級(jí)燃油以多點(diǎn)直接噴射方式進(jìn)入第三級(jí)旋流器葉片通道，在旋流空氣強(qiáng)烈的剪切作用下，迅速破碎霧化蒸發(fā)，在旋流器出口截面處形成均勻預(yù)混的油氣混合物，在主燃區(qū)以貧預(yù)混方式燃燒，值班區(qū)當(dāng)量比保持在化學(xué)恰當(dāng)比I和稍富油的當(dāng)量比如1.4之間高溫?cái)U(kuò)散燃燒。
[0025]本發(fā)明的低排放回流燃燒室可以用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)低排放燃燒室和高溫升燃燒室，也可用于地面燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室。
[0026]本發(fā)明提出的徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室，為了兼顧低負(fù)荷時(shí)的燃燒效率和高負(fù)荷時(shí)的低排放目標(biāo)，本發(fā)明遵循了兩條基本原則，一是遵循低排放燃燒技術(shù)的基本原理，二是滿足燃燒室在全工況范圍內(nèi)燃燒特性要求。本發(fā)明提出的徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)分區(qū)方案，具體來(lái)說(shuō)頭部采用多級(jí)徑向旋流進(jìn)氣方式，一方面考慮是徑向旋流器和低排放回流燃燒室比較匹配，從壓氣機(jī)過(guò)來(lái)的空氣可以較為順暢地從徑向旋流器進(jìn)入燃燒室頭部，壓力損失較??；另一方面考慮是采用分級(jí)的三級(jí)旋流進(jìn)氣方式，與燃油分級(jí)相匹配。內(nèi)側(cè)兩級(jí)旋流空氣和第一路燃油形成值班級(jí)，外側(cè)第三級(jí)旋流空氣和第二路燃油構(gòu)成主燃級(jí)。
[0027]在小工況時(shí)只有值班級(jí)供油并單獨(dú)工作，值班級(jí)當(dāng)量比較高，易于成功點(diǎn)火，且不易熄火，拓寬燃燒室在低負(fù)荷的穩(wěn)定工作邊界。在大工況時(shí)兩級(jí)同時(shí)工作，值班級(jí)起穩(wěn)定的點(diǎn)火源點(diǎn)燃外側(cè)的主燃區(qū)，主燃區(qū)設(shè)計(jì)成貧燃油氣比，通過(guò)降低反應(yīng)區(qū)燃燒溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx生成和排放的控制。
[0028]在大工況時(shí)如進(jìn)場(chǎng)以上的狀態(tài)時(shí)燃油分級(jí)成兩路參與燃燒，其中第一路從中心值班噴嘴噴射進(jìn)入燃燒室，以一定的角度打在文氏管內(nèi)壁，貼著內(nèi)壁形成很薄的油膜，在內(nèi)側(cè)兩級(jí)旋流器組成的雙級(jí)旋流杯的作用下霧化蒸發(fā)后在值班區(qū)燃燒，值班區(qū)這種燃燒方式為擴(kuò)散燃燒。在發(fā)動(dòng)機(jī)處于進(jìn)場(chǎng)、慢車(chē)等小負(fù)荷狀態(tài)或者燃燒室處于點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)僅值班級(jí)供油且單獨(dú)工作，此時(shí)值班區(qū)為富油燃燒，局部當(dāng)量比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，燃燒室因此能高效穩(wěn)定地工作，有效降低污染物CO和UHC的排放。
[0029]第二路燃油采用平直孔多點(diǎn)直接噴射。第三級(jí)旋流器側(cè)面壁面上開(kāi)有環(huán)形儲(chǔ)油槽，沿圓周均布的旋流器葉片內(nèi)部也開(kāi)通儲(chǔ)油管，兩者相互聯(lián)通，在葉片軸向位置中間處且在法向方向布置直徑為0.3?0.6mm的平直小孔噴口，燃油通過(guò)平直噴口橫向射流進(jìn)入旋流器葉片通道中，在空氣的旋流作用下快速破碎霧化蒸發(fā)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的摻混后，在旋流器通道出口處形成十分均勻的油-氣混合物，而后在下游回流區(qū)內(nèi)被值班級(jí)高溫燃?xì)恻c(diǎn)燃，形成主燃區(qū)，主燃區(qū)通過(guò)氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)成計(jì)當(dāng)量比為0.6?0.8的貧油預(yù)混燃燒，這種燃燒方式兼有貧油直接噴射(LDI)和貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)(LPP)的雙重優(yōu)點(diǎn)，主燃區(qū)內(nèi)不僅形成貧油氣比的環(huán)境，而且油氣比在整個(gè)主燃區(qū)區(qū)域內(nèi)都相當(dāng)均勻，因此能全面降低主燃區(qū)反應(yīng)溫度，控制在1800K以下，有效抑制NOx尤其是熱力型NOx的生成與排放。在燃燒室大工況或者發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)場(chǎng)以上的大負(fù)荷如起飛和爬升時(shí)，值班級(jí)和主燃級(jí)共同工作，值班區(qū)的擴(kuò)散燃燒為主燃區(qū)起到穩(wěn)定點(diǎn)火源作用，既保證了 CO、UHC和NOx低排放要求，又兼顧了燃燒室在寬廣范圍內(nèi)的工作穩(wěn)定性，全面提高燃燒室在全工況范圍內(nèi)的燃燒特性。
[0030]為了與低排放回流燃燒室結(jié)構(gòu)相匹配，在燃燒室下游布置有排氣彎管，經(jīng)摻混孔進(jìn)氣冷卻后的高溫燃?xì)?，流?jīng)排氣彎管后旋轉(zhuǎn)180°，達(dá)到燃燒室出口所需要的溫度分布質(zhì)量，最后進(jìn)入渦輪導(dǎo)向葉片通道。排氣彎管采用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層壁面采用多排發(fā)汗冷卻孔，有效減輕高溫燃?xì)鈱?duì)彎管的熱沖擊，彎管內(nèi)壁附近被一層冷卻氣膜保護(hù)，同樣地在火焰筒上也開(kāi)設(shè)了幾排氣膜冷卻孔，有效保護(hù)火焰筒和排氣彎管。
[0031]而之前的常規(guī)燃燒室通常采取頭部旋流杯加主燃孔方案，其特點(diǎn)是所有工況下燃油都從一個(gè)噴嘴或者一個(gè)位置噴出，其點(diǎn)火特性和熄火特性通過(guò)旋流杯的富油氣比來(lái)保證。在大工況或者設(shè)計(jì)點(diǎn)工作時(shí)旋流杯極其富油，燃油無(wú)法完全霧化蒸發(fā)，不能充分燃燒，在下游通過(guò)主燃孔進(jìn)氣來(lái)形成主反應(yīng)區(qū)，把十分富油的混合物摻混到化學(xué)當(dāng)量比，再次燃燒，這種傳統(tǒng)方案使得反應(yīng)區(qū)燃燒溫度較高，無(wú)法取得較低的NOx排放，且通常會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的冒煙現(xiàn)象，也無(wú)法取得較低的CO和UHC排放。
[0032]本發(fā)明提出的低排放燃燒技術(shù)方案，由于頭部采取了燃油分級(jí)、徑向多級(jí)旋流進(jìn)氣方案，并聯(lián)合貧油直接噴射和預(yù)混預(yù)蒸發(fā)的措施，主燃區(qū)的油氣摻混的相當(dāng)均勻，當(dāng)量比為0.6?0.8的貧油工況，不再需要像常規(guī)燃燒室那樣借助主燃孔進(jìn)氣來(lái)稀釋富油混合物。為此本方案取消了主燃孔，僅保留摻混孔，而補(bǔ)燃孔視實(shí)際情況可以選擇保留或者取消。
[0033]所述方案主燃級(jí)供油采取多點(diǎn)平口直射，孔徑為0.3?0.6mm，個(gè)數(shù)為4?12個(gè)，為偶數(shù)，具體個(gè)數(shù)與燃油供油壓力和葉片通道個(gè)數(shù)有關(guān)。
[0034]所述方案第一級(jí)旋流器為斜切孔旋流器，斜切孔個(gè)數(shù)為6?12個(gè)，孔中心線沿徑向和軸向均有一定傾斜角度，旋流器中心安裝燃油噴嘴。
[0035]所述方案第二級(jí)和第三級(jí)旋流器為徑向旋流器，葉片個(gè)數(shù)為8?16個(gè)，葉片為彎曲葉片或者直葉片，葉片安裝角為40°?75°，角度取決于所需要的旋流強(qiáng)度和流通面積。
[0036]本發(fā)明的原理:參與燃燒的燃油和空氣都分別采取分級(jí)方案，燃油通過(guò)值班級(jí)噴嘴和主燃級(jí)多點(diǎn)平口直射孔進(jìn)入燃燒室，參與反應(yīng)的空氣從徑向旋流器進(jìn)入火焰筒頭部。從中心值班噴嘴進(jìn)來(lái)的燃油和內(nèi)側(cè)兩級(jí)旋流空氣形成值班級(jí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)處于低工況工作時(shí)，如點(diǎn)火、慢車(chē)或進(jìn)場(chǎng)狀態(tài)時(shí)，燃燒室總當(dāng)量比較小，值班級(jí)單獨(dú)工作，所有燃油從中心噴嘴進(jìn)入值班區(qū)以擴(kuò)散方式燃燒，值班區(qū)局部當(dāng)量當(dāng)量比遠(yuǎn)大于1，能夠穩(wěn)定燃燒，提高燃燒效率，較高的燃燒效率可以有效降低CO和UHC的排放，同時(shí)拓寬燃燒室的熄火邊界。而到了較高工況如進(jìn)場(chǎng)以上直至起飛狀態(tài)時(shí)，燃油分成兩路分別供入值班級(jí)噴嘴和主燃級(jí)直射孔，燃油分級(jí)方案有利于實(shí)現(xiàn)燃油和空氣的均勻摻混，保證當(dāng)量比在反應(yīng)區(qū)內(nèi)的均勻性。主燃級(jí)燃油以多點(diǎn)直接噴射方式進(jìn)入第三級(jí)旋流器葉片通道，在旋流空氣強(qiáng)烈的剪切作用下，迅速破碎霧化蒸發(fā)，在旋流器出口截面處形成均勻預(yù)混的油氣混合物，主燃區(qū)的當(dāng)量比設(shè)計(jì)為0.6?0.8，主燃區(qū)不存在化學(xué)恰當(dāng)比，整個(gè)區(qū)域?yàn)樨氼A(yù)混燃燒，反應(yīng)溫度低于1800K，有效抑制NOx尤其是熱力型NOx的生成與排放；值班區(qū)當(dāng)量比保持在化學(xué)恰當(dāng)比I和稍富油的當(dāng)量比如1.4之間，能夠高效穩(wěn)定的燃燒，值班區(qū)和主燃區(qū)存在交叉區(qū)域，值班區(qū)的高溫?cái)U(kuò)散燃燒，起到連續(xù)穩(wěn)定的點(diǎn)火源，因此值班級(jí)的存在保證了整個(gè)反應(yīng)區(qū)的持續(xù)穩(wěn)定的燃燒。反應(yīng)后的高溫產(chǎn)物向燃燒室下游流動(dòng)，從火焰筒摻混孔進(jìn)來(lái)的冷卻氣對(duì)高溫燃?xì)膺M(jìn)行冷卻和摻混，經(jīng)過(guò)排氣彎管折轉(zhuǎn)180°后，從燃燒室出口排出進(jìn)入渦輪部件。本發(fā)明充分兼顧燃燒室在全工況范圍內(nèi)降低NOx和CO、UHC排放，同時(shí)保證較高的燃燒效率，拓寬燃燒室穩(wěn)定工作邊界。
[0037]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn):
[0038](I)本發(fā)明采取了徑向旋流器加摻混孔方案，與傳統(tǒng)的雙級(jí)旋流杯加主燃孔、補(bǔ)燃孔、摻混孔方案相比，頭部進(jìn)氣量顯著增加，在旋流器下游形成均勻的且當(dāng)量比較貧的燃燒區(qū)，反應(yīng)區(qū)溫度全面降低，有效抑制熱力型NOx的生成。
[0039](2)本發(fā)明采用徑向旋流進(jìn)氣方案，與離心壓氣機(jī)比較匹配，更適用于低排放回流燃燒室，具有流路順暢，壓力損失小等優(yōu)勢(shì)。
[0040](3)本發(fā)明提出的徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)低排放低排放回流燃燒室，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，與現(xiàn)有常規(guī)燃燒室相比不但在提高燃燒效率，拓寬穩(wěn)定工作范圍，顯著降低UHC、CO和NOx排放方面有巨大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以顯著減少燃燒室的長(zhǎng)度和重量，尤其適用于中小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室。
[0041](4)本發(fā)明采取燃油分級(jí)供給方式，分別通過(guò)值班噴嘴和主燃級(jí)多點(diǎn)平口直射孔進(jìn)入燃燒室，與傳統(tǒng)技術(shù)方案的所有燃油從單一噴嘴噴出相比，燃油在空間上分布更為均勻，有效抑制局部熱斑的形成，利于消除局部高溫。
[0042](5)本發(fā)明采取了分區(qū)分級(jí)耦合燃燒方案，燃燒室在較低負(fù)荷時(shí)，僅值班級(jí)工作，局部偏富油保證了較高的燃燒效率，有效控制未燃物UHC、CO的排放。在較高負(fù)荷時(shí)，值班級(jí)和主燃級(jí)共同工作，中心值班區(qū)被外圍的主燃區(qū)環(huán)繞包圍著，值班區(qū)和主燃區(qū)存在交叉耦合區(qū)域，值班區(qū)起穩(wěn)定火源作用，拓寬了燃燒室的可靠工作邊界；貧預(yù)混的主燃區(qū)通過(guò)降低反應(yīng)區(qū)溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)NOx特別是熱力型NOx的減排。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1是本發(fā)明提出的一種采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室首丨J視圖;
[0044]圖2是本發(fā)明的低排放回流燃燒室的三級(jí)徑向旋流器組合圖；
[0045]圖3是本發(fā)明的低排放回流燃燒室的多級(jí)徑向旋流和燃油分級(jí)方案圖；
[0046]圖4是本發(fā)明的火焰筒和排氣彎管剖視圖；
[0047]圖5是本發(fā)明的第一級(jí)旋流器立體圖；
[0048]圖6-1是本發(fā)明的帶彎曲葉片的第二級(jí)旋流器立體圖；
[0049]圖6-2是本發(fā)明的帶直葉片的第二級(jí)旋流器立體圖；
[0050]圖7-1是本發(fā)明的帶彎曲葉片的第三級(jí)旋流器立體圖；
[0051]圖7-2是本發(fā)明的帶直葉片的第三級(jí)旋流器立體圖；
[0052]圖8-1是本發(fā)明中彎曲葉片上主燃級(jí)多點(diǎn)平直孔的剖切圖；
[0053]圖8-2是本發(fā)明中直葉片上主燃級(jí)多點(diǎn)平直孔的剖切圖；
[0054]圖9是污染物相對(duì)排放量與反應(yīng)區(qū)燃燒溫度之間的關(guān)系；
[0055]圖10是污染物排放量與主燃區(qū)當(dāng)量比之間的關(guān)系。

【具體實(shí)施方式】
[0056]為使本發(fā)明的技術(shù)方案和所具優(yōu)勢(shì)更加詳盡清楚，下面結(jié)合所屬示意圖，列出具體施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0057]圖1是本發(fā)明提出的一種采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室剖視圖，低排放回流燃燒室包括燃燒室外機(jī)匣4、頭部機(jī)匣5、燃燒室內(nèi)機(jī)匣6、排氣彎管1、噴嘴裝置和火焰筒，其特征在于，噴嘴裝置設(shè)置于火焰筒的頭部，包括值班級(jí)噴嘴組件和主燃級(jí)噴嘴組件，火焰筒頭部燃燒區(qū)域分為相互耦合燃燒的位于中心的值班區(qū)和靠近外側(cè)的主燃區(qū)。
[0058]值班級(jí)噴嘴組件包括同軸設(shè)置的值班級(jí)供油嘴17、噴嘴8、第一級(jí)旋流器23、文氏管11和第二級(jí)旋流器12 ;值班級(jí)供油嘴17 —端與第一路燃油總管26連通，另一端與噴嘴8的進(jìn)油端連通，值班級(jí)燃油46經(jīng)值班供油嘴17從噴嘴8的離心噴口 43噴出；第一級(jí)旋流器23的出口端面連接文氏管11，文氏管11的出口段處套設(shè)第二級(jí)旋流器12，空氣從第一級(jí)旋流器23和第二級(jí)旋流器12進(jìn)入火焰筒頭部；值班級(jí)燃油46在第一級(jí)旋流器23噴出的空氣的作用下形成油霧錐體53，油霧打在文氏管11的內(nèi)壁面形成值班級(jí)油膜18沿著內(nèi)壁向下游運(yùn)動(dòng)，與從第一級(jí)旋流器23和第二級(jí)旋流器12進(jìn)來(lái)的空氣迅速摻混形成油氣混合物，油氣混合物在旋流器下游的中心回流區(qū)以擴(kuò)散方式燃燒，形成穩(wěn)定燃燒的值班區(qū)48。
[0059]主燃級(jí)噴嘴組件包括主燃級(jí)供油嘴25、供油管24和第三級(jí)旋流器13，第三級(jí)旋流器13套設(shè)在第二級(jí)旋流器12的出口段，主燃級(jí)供油嘴25 —端與第二路燃油總管27連通，另一端經(jīng)供油管24與主燃級(jí)儲(chǔ)油槽50連通，主燃級(jí)儲(chǔ)油槽50開(kāi)設(shè)于第二級(jí)旋流器12和第三級(jí)旋流器13之間的側(cè)壁內(nèi)部，主燃級(jí)燃油45經(jīng)供油嘴25和供油管24進(jìn)入主燃級(jí)儲(chǔ)油槽50，而后經(jīng)設(shè)置在第三級(jí)旋流器葉片16外表面的多點(diǎn)直射噴嘴52噴射進(jìn)入第三級(jí)空氣旋流通道中，與從第三級(jí)旋流器13進(jìn)來(lái)的空氣均勻摻混后形成油氣混合物，在第三級(jí)旋流器出口 31處形成油氣錐體19，油氣錐體19中摻混均勻的油氣混合物在外側(cè)回流區(qū)中燃燒,形成主燃區(qū)49。
[0060]從壓氣機(jī)過(guò)來(lái)的高壓空氣經(jīng)整流葉片3整流后進(jìn)入燃燒室，經(jīng)圖2所示的徑向旋流器進(jìn)入火焰筒頭部，與燃油摻混后，燃燒過(guò)程發(fā)生在值班區(qū)48和主燃區(qū)49，而后從摻混孔39進(jìn)來(lái)的新鮮空氣對(duì)高溫產(chǎn)物進(jìn)行充分的摻混和冷卻，而后氣流經(jīng)過(guò)排氣彎管I折轉(zhuǎn)180°，最終高溫燃?xì)?2從燃燒室出口排出，達(dá)到符合設(shè)計(jì)要求的溫度分布，進(jìn)入渦輪導(dǎo)向葉片7。
[0061]該本發(fā)明中的分級(jí)燃燒方案包括值班級(jí)和主燃級(jí)，空氣通過(guò)三級(jí)旋流、燃油通過(guò)兩級(jí)供油的方式分別進(jìn)入燃燒室參與反應(yīng)。其中值班級(jí)包括噴嘴8、第一級(jí)旋流器23、第二級(jí)旋流器12和文氏管11，噴嘴8外面的噴嘴外套和第一級(jí)旋流器23成一體。值班級(jí)燃油46從值班級(jí)供油嘴17進(jìn)入離心噴嘴8，從離心噴口 43噴射出來(lái)，在從空氣套進(jìn)氣孔20和噴口套進(jìn)氣孔21進(jìn)來(lái)的空氣作用下，形成帶有角度為α的油霧錐體53，油霧打在文氏管11上沿著內(nèi)壁面形成值班級(jí)油膜18，油膜沿著內(nèi)壁向下游運(yùn)動(dòng)，與從第一級(jí)旋流器23和第二級(jí)旋流器12進(jìn)來(lái)的空氣迅速摻混，油氣混合物在旋流器下游的值班區(qū)48以擴(kuò)散方式燃燒。這兩級(jí)旋流器的旋向相同，有利于燃油的破碎霧化蒸發(fā)。值班級(jí)燃油46占總?cè)加土康?5%?25%。剩余75%?85%的主燃級(jí)燃油45從主燃供油嘴25和供油管24進(jìn)入主燃級(jí)儲(chǔ)油槽50，儲(chǔ)油槽50位于第二級(jí)旋流器12和第三級(jí)旋流器13中間的側(cè)壁內(nèi)部，主燃級(jí)燃油通過(guò)4?12個(gè)直徑為0.3?0.6mm多點(diǎn)直射噴嘴52橫向射流進(jìn)入第三級(jí)旋流器葉片16通道，形成帶有較小角度的油霧錐體14，與從主燃級(jí)旋流器13進(jìn)來(lái)的旋流空氣29劇烈摻混霧化蒸發(fā)，經(jīng)過(guò)葉片通道直至旋流器出口之間長(zhǎng)距離的摻混后，形成預(yù)混均勻的油氣混合物31從旋流器出口進(jìn)入火焰筒頭部，在主燃區(qū)49中以貧預(yù)混方式燃燒。主燃區(qū)49位于所述值班區(qū)48的外圈，兩個(gè)區(qū)域有交叉耦合部分，兩個(gè)區(qū)域同軸分布，形成中心分級(jí)。
[0062]所述方案第一級(jí)旋流器斜切孔22個(gè)數(shù)為6?12，圖5中所示的結(jié)構(gòu)為6個(gè)，斜切孔中心線沿軸向和徑向均呈一定角度，為30°?60°，空氣套進(jìn)氣孔個(gè)數(shù)為4?8個(gè)，圖5中所示的結(jié)構(gòu)為6個(gè)。第二級(jí)旋流器12的葉片15個(gè)數(shù)為為8?16個(gè)，一般取偶數(shù)，圖6和圖7分別所示的彎曲葉片和直葉片個(gè)數(shù)為8個(gè)均布。第三級(jí)旋流器13的葉片16個(gè)數(shù)為8?16個(gè)，一般取偶數(shù)，圖8和圖9分別所示彎曲葉片和直葉片個(gè)數(shù)為8個(gè)均布。在第三級(jí)旋流器13側(cè)壁上裝有多點(diǎn)直射噴嘴52，其個(gè)數(shù)等于葉片通道個(gè)數(shù)或者為通道個(gè)數(shù)的一半，圖7-1和圖7-2所示的多點(diǎn)直射噴嘴52個(gè)數(shù)分別為8個(gè)和12個(gè)。
[0063]該本發(fā)明中的徑向旋流進(jìn)氣低排放回流燃燒室，空氣量按照一定的比例從各部位進(jìn)入燃燒室。其中內(nèi)側(cè)兩級(jí)旋流器23、12進(jìn)氣比例為4 %?6 %，第三級(jí)旋流器13進(jìn)氣比例為30 %?35 %，從頭部進(jìn)去火焰筒的總氣量比例為45 %?50 %，從摻混孔計(jì)入火焰筒的氣量比例為20%?25%，從排氣彎管I上的發(fā)汗冷卻孔47進(jìn)來(lái)的空氣比例為10%左右，剩余15%?20%空氣從火焰筒內(nèi)筒36和外筒35上面的氣膜冷卻孔(38、41進(jìn)來(lái)對(duì)火焰筒進(jìn)行有效冷卻。
[0064]該本發(fā)明中燃油分級(jí)按照一定比例進(jìn)行分配，其中在低負(fù)荷如點(diǎn)火啟動(dòng)、慢車(chē)和進(jìn)場(chǎng)狀態(tài)時(shí)，燃油僅輸入值班級(jí)供油嘴17，值班級(jí)富油燃燒，保證可靠的點(diǎn)火和熄火。在進(jìn)場(chǎng)以上的高負(fù)荷如爬升和起飛狀態(tài)時(shí)，燃油按照比例從值班級(jí)和主燃級(jí)進(jìn)入燃燒室，其中值班級(jí)燃油所占比例為15%?25%，相應(yīng)的主燃級(jí)燃油所占比例為75%?85%。
[0065]按照上述空氣和燃油分配情況，值班區(qū)48為當(dāng)量比為1.2?1.4的稍富油工況，保證了高效燃燒；主燃區(qū)49當(dāng)量比為0.6?0.8，此區(qū)間反應(yīng)溫度為1600K?1800K，恰好位于如圖9和圖10所示的低NOx和CO排放區(qū)間，從而實(shí)現(xiàn)低排放和高效燃燒目標(biāo)。
[0066]以上所述方案僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式而已，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的其他人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本技術(shù)方案和原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾優(yōu)化，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾等均應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室，空氣采用多級(jí)旋流進(jìn)氣，燃油采用分級(jí)供油方案，所述低排放回流燃燒室包括燃燒室外機(jī)匣、頭部機(jī)匣、燃燒室內(nèi)機(jī)匣、排氣彎管、噴嘴裝置和火焰筒，其特征在于，所述噴嘴裝置設(shè)置于所述火焰筒的頭部，包括值班級(jí)噴嘴組件和主燃級(jí)噴嘴組件，火焰筒頭部燃燒區(qū)域分為相互耦合燃燒的位于中心的值班區(qū)和靠近外側(cè)的主燃區(qū)，其中， --所述值班級(jí)噴嘴組件包括同軸設(shè)置的值班級(jí)供油嘴、中心噴嘴、第一級(jí)旋流器、文氏管和第二級(jí)旋流器；所述值班級(jí)供油嘴一端與第一路燃油總管連通，另一端與所述中心噴嘴的進(jìn)油端連通，值班級(jí)燃油經(jīng)所述值班供油嘴從中心噴嘴的離心噴口噴出；所述第一級(jí)旋流器的出口端面連接所述文氏管，所述文氏管的出口段處套設(shè)所述第二級(jí)旋流器，空氣從所述第一級(jí)旋流器和第二級(jí)旋流器進(jìn)入火焰筒頭部；所述值班級(jí)燃油在第一級(jí)旋流器噴出的空氣的作用下形成油霧錐體，油霧打在所述文氏管的內(nèi)壁面形成值班級(jí)油膜沿著內(nèi)壁向下游運(yùn)動(dòng)，與從所述第一級(jí)旋流器和第二級(jí)旋流器進(jìn)來(lái)的空氣迅速摻混形成油氣混合物，油氣混合物在旋流器下游的中心回流區(qū)以擴(kuò)散方式燃燒，形成穩(wěn)定燃燒的值班區(qū)； --所述主燃級(jí)噴嘴組件包括主燃級(jí)供油嘴、供油管和第三級(jí)旋流器，所述第三級(jí)旋流器套設(shè)在所述第二級(jí)旋流器的出口段，所述主燃級(jí)供油嘴一端與第二路燃油總管連通，另一端經(jīng)供油管與主燃級(jí)儲(chǔ)油槽連通，所述主燃級(jí)儲(chǔ)油槽開(kāi)設(shè)于所述第二級(jí)旋流器和第三級(jí)旋流器之間的側(cè)壁內(nèi)部，主燃級(jí)燃油經(jīng)所述供油嘴和供油管進(jìn)入所述主燃級(jí)儲(chǔ)油槽，而后經(jīng)設(shè)置在第三級(jí)旋流器葉片外表面的多點(diǎn)直射噴嘴噴射進(jìn)入第三級(jí)空氣旋流通道中，與從所述第三級(jí)旋流器進(jìn)來(lái)的空氣均勻摻混后形成油氣混合物，在第三級(jí)旋流器出口處形成油氣錐體，油氣錐體中摻混均勻的油氣混合物在外側(cè)回流區(qū)中燃燒，形成主燃區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室，其特征在于:所述火焰筒包括火焰筒外筒、火焰筒內(nèi)筒和火焰筒頭部，所述火焰筒外筒和火焰筒內(nèi)筒的壁面上分別開(kāi)設(shè)有一排摻混孔和一排補(bǔ)燃孔，其中所述補(bǔ)燃孔可以根據(jù)實(shí)際情況保留或者取消?；鹧嫱餐馔采祥_(kāi)設(shè)有三排氣膜孔，火焰筒內(nèi)筒上也開(kāi)設(shè)有三排氣膜孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室，其特征在于:所述值班區(qū)和主燃區(qū)兩個(gè)區(qū)域中的燃燒耦合在一起，燃燒產(chǎn)物向下游流動(dòng)，從火焰筒外筒和火焰筒內(nèi)筒上開(kāi)設(shè)的補(bǔ)燃孔和摻混孔進(jìn)來(lái)的空氣對(duì)高溫產(chǎn)物進(jìn)行冷卻，而后經(jīng)設(shè)置于火焰筒尾部的排氣彎管后折轉(zhuǎn)180°，折流后的后高溫燃?xì)鈴娜紵遗懦?，進(jìn)入設(shè)置于所述排氣彎管出口處的渦輪導(dǎo)向葉片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室，其特征在于:所述第一級(jí)旋流器為斜切孔旋流器，包括圓筒狀的空氣套和法蘭段，所述中心噴嘴設(shè)置于所述第一級(jí)旋流器的圓筒狀空氣套的中心，在所述空氣套和法蘭段的連接位置處沿周向均布設(shè)置若干帶有傾斜角度的斜切孔，所述斜切孔的數(shù)量?jī)?yōu)選為6?12個(gè)，所述斜切孔中心線沿軸向和徑向均呈一定角度，其傾斜角度優(yōu)選為30°?60°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室，其特征在于:在第一級(jí)旋流器的空氣套靠近出口位置沿周向均布設(shè)置若干與其軸線呈一定角度的空氣套進(jìn)氣孔，且在所述噴嘴的噴嘴套上與所述空氣套進(jìn)氣孔對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置噴嘴套進(jìn)氣孔，所述空氣套進(jìn)氣孔和噴嘴套進(jìn)氣孔的數(shù)量相同，優(yōu)選為4?8個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室，其特征在于:從所述中心噴嘴的離心噴口噴射出來(lái)的值班級(jí)燃油在從所述空氣套進(jìn)氣孔和噴口套進(jìn)氣孔進(jìn)來(lái)的空氣并進(jìn)一步在從所述斜切孔進(jìn)來(lái)的第一級(jí)旋流空氣作用下，形成帶有角度的環(huán)狀油霧錐體打在文氏管的內(nèi)壁上，并沿著文氏管內(nèi)壁向下游運(yùn)動(dòng)，形成值班級(jí)油膜。所述值班級(jí)油膜沿著文氏管的內(nèi)壁向下游運(yùn)動(dòng)，在第一級(jí)旋流空氣和第二級(jí)旋流空氣的作用下迅速摻混，形成油氣混合物，在第二級(jí)旋流器下游的值班區(qū)以擴(kuò)散方式燃燒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室，其特征在于:所述第一級(jí)旋流器和第二級(jí)旋流器的旋向相同，以利于燃油的破碎霧化蒸發(fā)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室，其特征在于:第二級(jí)旋流器葉片和第三級(jí)旋流器葉片的數(shù)量均優(yōu)選為8?16個(gè)，一般取偶數(shù)，葉片安裝角度和葉片個(gè)數(shù)取決于通過(guò)旋流器的空氣流量和通流面積。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室，其特征在于:所述第二、三級(jí)旋流器均為徑向旋流器，二者的旋向相反，葉片可以為彎曲葉片或直葉片，葉片安裝角為40°?75°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用徑向旋流進(jìn)氣燃油分級(jí)方案的低排放回流燃燒室，其特征在于:所述多點(diǎn)直射噴嘴直徑為0.3?0.6mm，沿周向均布4?12個(gè)，和第三級(jí)旋流葉片的個(gè)數(shù)N有關(guān)，其個(gè)數(shù)等于葉片個(gè)數(shù)N，或者為葉片個(gè)數(shù)N的1/2或者1/4。
【文檔編號(hào)】F23R3/42GK104406197SQ201410683347
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】劉富強(qiáng), 劉存喜, 楊金虎, 張楷雨, 穆勇, 徐綱, 朱俊強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所