本发明专利技术公开了一种主燃级出口采用强制导流的低污染燃烧室，采用单环腔结构，包括扩压器、燃烧室外机匣、燃烧室内机匣、火焰筒外壁、火焰筒内壁及燃烧室头部，燃烧室采用分级燃烧方案，燃烧头部分为预燃级和主燃级，预燃级采用旋流稳定的扩散燃烧与旋流预混燃烧相结合的方式。本发明专利技术采用中心分级的结构，预燃级结构简单；主燃级采用了轴向旋流器匹配预膜板结构，加强了燃油的预混预蒸发，使航空发动机燃烧室的整个着陆起飞循环的污染排放得到进一步降低；特别地，在主燃级出口安装气流强制导流环，使主燃级气流形成扩张流动，燃烧室内形成饱满的中心回流区，从而改善中心回流区点火性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及航空燃气轮机的
，具体设及一种主燃级出口采用强制导流的 航空燃气轮机低污染燃烧室，该燃烧室采用分级燃烧的模式，预燃级在中屯、，采用扩散燃烧 和预混燃烧相结合的方式，在保证燃烧室稳定燃烧的同时，降低小工况下的污染排放；主燃 级在预燃级外围，采用预混预蒸发燃烧的方式，主要用于降低大工况下的污染排放，从而降 低航空发动机整个着陆起飞循环化andingandTake-off,LT0)循环的污染排放。
技术介绍
现代航空发动机燃烧室的基本性能和结构分布已经达到相当高的水平，但是对于 现代航空发动机燃烧室来说，仍然存在大量的难题和挑战，新材料、新工艺、新结构、新概念 的发展应用才是保证其持续进步的源泉。 现代民用航空发动机燃烧室的主要发展趋势是低污染燃烧。民用航空发动机燃 烧室必须满足日益严格的航空发动机污染排放标准。目前采用的CAEP6(Committeeon Aviation化vironmentalProtection)标准对污染排放物的规定已经非常严格，特别是对 NOx污染排放要求；而最新的CAEP8标准提出了将NOx的排放在CAEP6的排放标准上降低 15%，随着航空业的迅猛发展和人们环保意识的不断提高，未来对燃气轮机燃烧室污染排 放会提出更高的要求。 美国航空发动机的两个著名公司GE和PW对低污染燃烧室早已着手研究，GE首 先研发了双环腔低污染燃烧DAC(用于GE90和CFM56)，PW公司采用了RQU富油燃烧-泽 焰-贫油燃烧，化chburn-如ench-Leanburn,简称RQL)低污染燃烧室TALONII(用于 PW4000和6000系列）。在下一代低污染燃烧室方面，GE公司采用LDM(LeanDirectMixing Combustion,贫油直接混合燃烧室）技术为其GEnx发动机研制的TAPS(TwinAnnular PremixingSwirler)低污染燃烧室。该燃烧室在台架全环试验验证中，NOx污染排放比 CAEP2排放标准降低了 50%。GE公司申请了多项美国专利：申请号6363726、6389815、 6354072、6418726、0178732、6381964和6389815,所有运些专利都是预燃级采用扩散燃烧、 主燃级采用预混燃烧的燃烧组织方式，目的是降低污染指数最大的大工况下的NOx排放。 PW公司继续采用R化方式提出了降低NOx污染排放的低污染燃烧室为TALONX，采用的头 部形式是PW公司发展的空气雾化喷嘴，燃烧室为单环腔，在V2500发动机扇型试验段上的 试验结果比CAEP2标准降低了 50%。Rolls-Royce公司采用LDM技术发展的低污染燃烧室 是ANTLE，该燃烧室是一个单环腔分级燃烧室，其NOx污染排放比CAEP2标准降低了 50%， 用于其新一代发动机端达1000。 中国北京航空航天大学对低污染燃烧室也申请了 200910238793.X、 201010101574.XJ01010034141. 7、201010277014.X等多项专利，采用的方案是预燃级采用 扩散燃烧方式，主燃级采用预混燃烧方式，主燃级为环形结构，轴向或径向供油，采用多点 喷射或是预膜雾化方式，目的是降低大工况下的NOx排放，从而使整个LTO循环的NOx的排 放得到降低，但要进一步降低整个LTO循环的NOx的排放水平难度较大。 W上所述的专利，都是针对在大工况下降低污染排放，而根据国际民航组织 (InternationalCivilAviationOrganization,ICAO)规定的一个标准循环下的排放物 指数，用LTOEmission来表达运个参数，计算如下式： 由上式可知，LTO血ission跟四个工况下的NOx排放量有关，即既与大工况下的 NOx排放有关，还与小工况下的NOx排放有关。 标准LTO循环中的运行模式、每个运行模式下的推力和运行时间，如下表所示。 表1ICAO规定的LTO循环中的运行模式和时间 常规或者现役的推力在140KN的CFM56-5B/3发动机的NOx排放如下表，数据来源 于ICAOEmissiond曰t曰b曰nk。表 2CFM56-5B/3 的NOx排放水平 燃烧室采用分级燃烧，预燃级为扩散燃烧方式，主燃级为预混燃烧方式，降低了大 工况下的NOx排放，可W达到的NOx排放如下表所示： 表3主燃级采用预混燃烧可W达到的NOx排放水平 在小工况（地面慢车、进场）下，虽然NOx排放指数较低，根据表I可知小工况下 的运行时间远远高于其他大工况，根据表3可知，当主燃级采用预混燃烧方式时，可W使大 工况下的NOx排放指数得到大幅度降低，此时预燃级的NOx排放总量在整个LTO循环的污 染排放排放中占的比重最大，因此要想进一步降低整个LTO循环的NOx排放，就需要考虑降 低预燃级的NOx排放。 而不管是何种先进的低污染燃烧室，其关键技术就是降低NOx(氮氧化物）、C0 ( - 氧化碳）、UHC(未燃碳氨化合物）和冒烟的燃烧技术，核屯、问题是降低燃烧区的溫度，同时 使燃烧区溫度场均匀，即整体和局部的当量比控制，而主燃区当量比的均匀性又主要取决 于燃油雾化和油气渗混的均匀性。 本专利技术是针对航空发动机低污染燃烧的新方法。根据NOx与CO产生的机理及试 验结果可知：燃烧室的主燃区当量比在0. 6~0. 8范围内产生的NOx与CO扣HC和CO的排 放规律类似）很少。基于此原理，要兼顾NOx与C0、UHC的排放量都处于低值范围，应考虑 两个因素：其一是主燃区的平均当量比，其二是主燃区平均当量比的均匀性，并且在所有航 空发动机的工作情况下都应如此。而主燃区当量比的均匀性又主要取决于燃油雾化和油气 渗混的均匀性。运主要取决于两方面：一是燃油颗粒直径分布的均匀性，即SMD的分布均匀 性；二则是燃油油雾浓度分布的均匀性。从燃烧方式讲，应采用均匀的预混燃烧，达到主燃 区当量比均匀性要求W降低污染排放。 目前的常规燃烧方式无法降低NOx、CO和UHC。原因是目前燃烧室的设计方法所 决定的。对于常规燃烧室来说，在大状态时，由于采用液雾扩散燃烧方式，燃烧区局部当量 比总是在1附近，远超过上述低污染燃烧所需当量比范围要求，此时虽然CO和IfflC的排放 低，但NOx的排放达到最大。在小状态时，燃烧区当量比又很低，远低于上述低污染燃烧所 需当量比区间，此时虽然NOx排放低，但CO和UHC排放又很高。另外，由于常规燃烧室普遍 采用扩散燃烧方式，局部当量比不均匀，因此对于常规燃烧室来说，无法满足在整个发动机 工作范围内的低污染要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术不足，运用预混预蒸发燃烧技术，提供 了一种主燃级出口采用强制导流的低污染燃烧室，燃烧室采用分级燃烧的模式，预燃级在 中屯、，采用扩散燃烧和预混燃烧相结合的方式，在保证燃烧室稳定燃烧的同时，降低小工况 下的污染排放；主燃级在预燃级外围，采用预混预蒸发燃烧的方式，主要用于降低大工况下 的污染排放，从而降低航空发动机整个LTO循环的污染排放。在主燃级出口安装气流强制 导流环，使主燃级气流形成扩张流动，燃烧室内形成饱满的中屯、回流区，从而改善中屯、回流 区点火性能。本专利技术解决其技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种主燃级出口采用强制导流的低污染燃烧室，其特征在于：该低污染燃烧室采用单环腔结构，由扩压器(10)、燃烧室外机匣(6)、燃烧室内机匣(7)、火焰筒外壁(8)、火焰筒内壁(9)和燃烧室头部(13)组成；燃烧用空气全部由燃烧室头部(13)进入火焰筒，掺混空气由掺混孔射入；采用分级燃烧方案，分为预燃级(15)和主燃级(14)，燃油喷嘴(16)供给燃烧室所有燃油，主燃级(14)通过头部整体端壁(40)与火焰筒外壁(8)和火焰筒内壁(9)固定，预燃级(15)则通过级间段(30)与主燃级(14)联接，并与主燃级(14)同心；所述主燃级(14)由主燃级旋流器(24)、主燃级出口导流环(25)、主燃级预膜板(26)、头部整体端壁(40)及头部整体导流片(41)组成；主燃级燃油通过主燃级燃油管路(36)进入主燃级燃油集油腔(32)，随后进入主燃级燃油输油孔(33)，通过主燃级燃油喷孔(34)喷入主燃级预膜板内通道(38)，部分燃油形成主燃级直喷油雾(18)，部分燃油打到预膜板(23)上形成均匀油膜，在主燃级预膜板内通道(38)和预膜板内通道(39)的两股旋流剪切作用下破碎雾化形成主燃级气动雾化油雾(19)，两股油雾与空气进行掺混形成较均匀的油气混合物，均匀的油气混合物进入火焰筒进行预混燃烧，在主燃级出口安装气流强制导流环(25)，在导流环的导流作用下，主燃级气流形成扩张流动，燃烧室内形成饱满的中心回流区，从而改善中心回流区点火性能。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，王波，林宇震，韩啸，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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