本公開(kāi)涉及用于將燃料供應(yīng)到用于燃?xì)鉁u輪的噴射裝置的方法的領(lǐng)域，所述燃?xì)鉁u輪例如由氣態(tài)氫和空氣提供動(dòng)力的飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。這包含民用和軍用航空應(yīng)用：直升機(jī)、vtol、無(wú)人機(jī)、apu、渦輪發(fā)電機(jī)、用于休閑、商業(yè)或商用的固定翼飛機(jī)、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)：

1、推進(jìn)領(lǐng)域，特別是航空領(lǐng)域正面臨著重大的環(huán)境挑戰(zhàn)。人們?cè)絹?lái)越強(qiáng)烈地關(guān)注使用基于氣態(tài)氫而不是煤油的燃燒，因?yàn)槿紵龤鈶B(tài)氫將避免例如二氧化碳、一氧化碳、未燃盡的碳?xì)浠衔锘蚣?xì)顆粒和煙霧的碳污染物的排放。

2、基于燃燒器的原理是已知的，其中空氣和氣態(tài)氫是微混合的。根據(jù)此原理實(shí)施的燃燒器不能保證氣態(tài)氫噴射裝置中沒(méi)有回火，并且具有復(fù)雜的幾何形狀。這樣的燃燒器具有高生產(chǎn)成本、高壓力損失，并且這些燃燒器特定于給定的燃燒室架構(gòu)。

3、對(duì)于噴射和燃燒，應(yīng)用于燃?xì)鉁u輪的氫氣-空氣噴射系統(tǒng)存在兩種主要的技術(shù)配置，即貧噴射系統(tǒng)和富噴射系統(tǒng)。

4、更一般來(lái)說(shuō)，重要的是記住涉及貧燃燒的燃料供應(yīng)方法傾向于產(chǎn)生可能損壞這些系統(tǒng)的顯著熱聲不穩(wěn)定性，而穩(wěn)定燃燒對(duì)于避免更改發(fā)動(dòng)機(jī)性能是必要的。另一方面，涉及富燃燒的燃料供應(yīng)方法在它們未被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)的情況下傾向于比貧燃燒方法排放更多污染物。

5、技術(shù)問(wèn)題

6、氫氣的使用涉及在燃燒室要考慮的幾個(gè)問(wèn)題：

7、在壓力、溫度和豐富度的同等熱力學(xué)條件下，氫氣-空氣燃燒火焰的絕熱溫度高于煤油-空氣燃燒火焰的絕熱溫度。

8、類(lèi)似地，氫氣-空氣燃燒的火焰速度高于煤油-空氣火焰的火焰速度。高火焰速度可能導(dǎo)致噴射系統(tǒng)中的回火問(wèn)題，特別是在邊界層處，并且可能對(duì)這些系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p壞或者甚至可能引起安全問(wèn)題。

9、然而，氫氣的可燃性范圍比煤油的可燃性范圍寬，并且允許氫氣-空氣混合物在比煤油更低或更高的豐富度水平下點(diǎn)燃，這最終可以允許實(shí)現(xiàn)比使用煤油更低的火焰溫度。

10、最后，氫氣與空氣的燃燒傾向于比常規(guī)煤油燃燒發(fā)出更多的噪聲，因此可能在機(jī)場(chǎng)產(chǎn)生顯著的噪聲污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本文提出一種用于噴射專用于氣態(tài)氫和空氣的燃燒的富預(yù)混物的方法，所述方法允許解決上述技術(shù)問(wèn)題。

2、更具體來(lái)說(shuō)，本公開(kāi)提出一種用于飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的噴射裝置的噴射方法，所述噴射裝置包括由外部環(huán)形通道包圍的內(nèi)部通道，所述通道通向燃?xì)鉁u輪的所述燃燒室，所述方法包括將氫豐富度水平大于化學(xué)計(jì)算量的氣態(tài)氫-空氣混合物噴射到所述內(nèi)部通道中，以及將空氣噴射到所述外部環(huán)形通道中，以便在點(diǎn)燃所述混合物之后在所述內(nèi)部通道的出口處產(chǎn)生由富燃燒產(chǎn)生的第一火焰前鋒，所述第一火焰前鋒被由貧燃燒產(chǎn)生的第二火焰前鋒包圍。

3、在點(diǎn)燃之后連續(xù)地進(jìn)行噴射以使渦輪運(yùn)行的方法允許降低火焰前鋒的溫度，這降低了燃燒的氣體的nox含量并減少了噴射器的磨損。

4、在以下段落中闡述的特征對(duì)應(yīng)于可以在適當(dāng)?shù)那闆r下彼此獨(dú)立地或彼此組合地實(shí)施的實(shí)施例：

5、氣態(tài)氫-空氣混合物可以具有大于2的氫豐富度水平。

6、有利地，所述氣態(tài)氫-空氣混合物可以具有大于或等于4的氫豐富度水平。

7、可以選擇外部環(huán)形通道中的空氣流速，使得內(nèi)部通道/外部環(huán)形通道組件的出口處的總體豐富度水平根據(jù)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作點(diǎn)而設(shè)置在0.15與0.5之間。

8、氣態(tài)氫-空氣混合物的噴射和噴射裝置可以被配置成在內(nèi)部通道的出口處產(chǎn)生由所述混合物的富燃燒產(chǎn)生的所述第一火焰前鋒并將其附著到內(nèi)部通道的外圍唇緣。

9、可以選擇混合物的氫豐富度，使得所述富燃燒以低于1800k的火焰前鋒溫度進(jìn)行，這保護(hù)了燃燒室。

10、可以選擇混合物的氫豐富度，使得第一火焰前鋒為層狀并且具有大于1的劉易斯數(shù)(lewis?number)，從而限制擴(kuò)散-熱不穩(wěn)定性并因此避免回火現(xiàn)象。

11、在第一火焰前鋒中燃燒的混合物產(chǎn)生殘余氣體，所述殘余氣體有利地在第二火焰前鋒中燃燒，所述第二火焰前鋒是通過(guò)從外部環(huán)形通道供應(yīng)空氣而穩(wěn)定。

12、第二火焰前鋒的豐富度使得第二火焰前鋒可以維持在低于1800k的溫度。

13、由環(huán)形通道噴射的空氣可以由環(huán)形旋流器旋轉(zhuǎn)，以使第二火焰前鋒湍流，并且使得此第二火焰前鋒不附著到內(nèi)部通道的唇緣。

14、有利地，將內(nèi)部通道的下游端定位在外部環(huán)形通道的下游端的上游允許優(yōu)化來(lái)自第一燃燒的氣體與由外部通道噴射的空氣之間的混合。

技術(shù)特征：

1.一種用于飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的燃燒室(4、4')中的噴射裝置的噴射方法，所述噴射裝置包括由外部環(huán)形通道(8)包圍的內(nèi)部通道(6)，所述通道通向所述燃?xì)鉁u輪的所述燃燒室(4、4')，其特征在于，所述噴射方法包括將氫豐富度水平大于化學(xué)計(jì)算量的氣態(tài)氫-空氣混合物(12a)噴射到所述內(nèi)部通道(6)中，以及將空氣噴射到所述外部環(huán)形通道(8)中，從而在所述內(nèi)部通道的出口處點(diǎn)燃所述混合物之后在所述內(nèi)部通道(6)的所述出口處產(chǎn)生由富燃燒產(chǎn)生、在所述內(nèi)部通道外部并且在所述內(nèi)部通道的所述出口處附著到唇緣的第一火焰前鋒(30)，所述第一火焰前鋒被在所述空氣離開(kāi)所述外部通道的情況下由貧燃燒產(chǎn)生的第二火焰前鋒(31)包圍。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射方法，其特征在于，所述氣態(tài)氫-空氣混合物(12a)具有大于2的氫豐富度水平。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射方法，其特征在于，所述氣態(tài)氫-空氣混合物(12a)具有大于或等于4的氫豐富度水平。

4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的噴射方法，其特征在于，選擇所述外部環(huán)形通道中的空氣流速，使得所述內(nèi)部通道(6)/外部環(huán)形通道(8)組件的出口處的總體豐富度水平基于所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作點(diǎn)而設(shè)置在0.15與0.5之間。

5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的噴射方法，其特征在于，所述氣態(tài)氫-空氣混合物(12a)的噴射和所述裝置被配置成在點(diǎn)燃所述混合物之后在所述內(nèi)部通道(6)的所述出口處產(chǎn)生由所述混合物的富燃燒產(chǎn)生的所述第一火焰前鋒(30)并將其附著到所述內(nèi)部通道(6)的唇緣(16)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴射方法，其特征在于，選擇所述混合物的氣態(tài)氫豐富度，使得所述富燃燒以低于1800k的火焰前鋒溫度進(jìn)行。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的噴射方法，其特征在于，選擇所述混合物的所述氣態(tài)氫豐富度，使得所述第一火焰前鋒(30)為層狀并且具有大于1的劉易斯數(shù)，從而限制擴(kuò)散-熱不穩(wěn)定性。

8.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，在所述第一火焰前鋒中燃燒的所述混合物產(chǎn)生殘余氣體，所述殘余氣體在所述第二火焰前鋒(31)中燃燒，所述第二火焰前鋒是通過(guò)從所述外部環(huán)形通道供應(yīng)空氣而穩(wěn)定。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的噴射方法，其特征在于，所述第二火焰前鋒維持在低于1800k的溫度。

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的噴射方法，其特征在于，由所述環(huán)形通道噴射的所述空氣由環(huán)形旋流器(28)旋轉(zhuǎn)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種用于飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中的噴射裝置的噴射方法，所述噴射裝置包括由外部環(huán)形通道(8)包圍的內(nèi)部通道(6)，所述通道通向燃?xì)鉁u輪的所述燃燒室(4、4')，其特征在于，所述噴射方法包括將氫豐富度水平大于化學(xué)計(jì)算量的氣態(tài)氫?空氣混合物(12a)噴射到所述內(nèi)部通道(6)中，以及將空氣噴射到所述外部環(huán)形通道(8)中，以便在所述內(nèi)部通道(6)的出口處產(chǎn)生由富燃燒產(chǎn)生的第一火焰前鋒(30)，所述第一火焰前鋒被由貧燃燒產(chǎn)生的第二火焰前鋒(31)包圍。

技術(shù)研發(fā)人員：斯泰凡·澤巴奇,羅曼·萊·多特茲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：賽峰公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17