一种组合燃烧室制造技术

本发明专利技术涉及一种组合燃烧室，燃烧室头部由主燃级及预燃级组成，主燃级由单级轴向旋流器，主燃级喷嘴及文氏管组成；预燃级由双凹腔及预燃级喷嘴组成。本发明专利技术主燃级采用单油路离心喷嘴，通过压力雾化使燃油达到所需要的浓度及粒径大小尺寸分布。预燃级采用蒸发管式喷嘴，燃油通过直射式喷嘴喷到蒸发管进行一次雾化，在蒸发管中与空气剪切作用进行二次雾化及蒸发掺混。本发明专利技术通过分级燃烧，特别是预燃级与主燃级特殊的结构设计及布置方式，不仅可以达到低污染燃烧室减少污染物排放的目标，还可以解决高温升燃烧室小状态燃烧的不稳定性及大状态下的可见冒烟问题，从而拓宽高温升燃烧室的稳定工作范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种组合燃烧室，主要作为航空发动机，地面及船用燃气轮机中的燃烧室。
技术介绍
随着航空发动机技术进一步发展，推重比不断增加，燃烧室进口温度升高，燃烧室油气比、温升升高，对燃烧室性能的要求也逐步提高，但与此同时对燃烧室重量的限制却在进一步增加，因此，高油气比燃烧室的研制面临着诸多技术挑战：1、在更宽广的范围内稳定工作，主要解决在低功率状态下的燃烧稳定性以及高功率状态下可见排气冒烟燃烧；2、在冷却气量分配减少和冷却气品质下降的条件下，进一步保持甚至提高火焰筒的耐久性；3、大状态下减少污染物的排放；4、涡轮在极高温度的恶劣环境下正常工作，必须大幅度降低燃烧室出口温度分布系数。解决上述问题的途径可以分为两类，一类是采取合理措施优化常规的旋流稳定燃烧室，可行的措施包括燃油分级、空气分级、贫油预混和预蒸发以及多级旋流等；另一类则是在掌握基本原理的基础上探索全新的燃烧组织方式、发展新概念燃烧室，比如驻涡燃烧室(trapped vortex combustor,TVC)、超紧凑燃烧室(ultra compact combustor,UCC)等。另一方面，随着航空发动机技术的飞速发展、市场竞争的日益激烈和环保要求的不断严格，大飞机发动机向着费用更低、性能更高和环保特性更好的方向发展。为此，在改进发展GE90、PW4084、TRENT800等发动机和全新研制GP7200、TRENT900、GEnx和TRENT1000等发动机的同时，美国和欧盟国家独立或联合实施了一系列的预研计划，开发和验证了性能高、质量轻、可靠性高以及排放与噪声低的未来常规循环大飞机发动机技术，探索研究了更经济和环保的先进循环大飞机发动机技术，为未来大飞机发动机的研制打下了很好的技术基础。
技术实现思路
本专利技术提供一种组合燃烧室，其主燃级与预燃级的特殊结构及布置方式使得组合燃烧室预燃级的流动基本不受主燃级的影响，不仅使得组合燃烧室的火焰稳定性能优于传统的旋流燃烧室及传统的驻涡燃烧室而且这样使得在主燃级供入燃油时，燃气的四周都有高温的燃气及火焰，使燃烧性能进一步提高。而且将预燃级凹腔与帽罩进行一体化设计，使得组合燃烧室的结构更紧凑，空间利用率更高。本专利技术采用如下技术方案：一种组合燃烧室，包括扩压器、内机匣、外机匣、供油系统、高能点火电嘴和火焰筒，所述火焰筒与内机匣和外机匣形成燃烧室的内外环道；火焰筒头部
由主燃级和预燃级组成；所述主燃级包括若干个一级轴向主燃级旋流器、文氏管和主燃级燃油喷嘴，所述一级轴向主燃级旋流器均匀设置于火焰筒头部中心部位，相邻主燃级旋流器之间通过联焰板固定连接；所述预燃级包括预燃级外凹腔、预燃级内凹腔和预燃级燃油喷嘴，所述预燃级外凹腔是由位于主燃级旋流器外侧的火焰筒头部的火焰筒壁突出形成的腔体结构，所述预燃级内凹腔是由位于主燃级旋流器内侧的火焰筒头部的火焰筒壁突出形成的腔体结构；所述预燃级外凹腔和预燃级内凹腔由一个轴向截面为直线的圆环壁和一个轴向截面为弧形的弧形环壁一端一体式连接组成，所述圆环壁正对主燃级旋流器、且垂直于联焰板；所述预燃级外凹腔和预燃级内凹腔的圆环壁上开设有若干个内侧进气口，弧形环壁上开设有若干个外侧进气口；其中内侧进气孔既起到与预燃级燃油掺混从而达到合理的油气比又起到冷却凹腔前壁面及蒸发管的作用。外侧进气孔一方面起到辅助内进气孔在凹腔中形成稳定的回流区另一方面起到冷却凹腔下游的火焰筒壁的作用。所述高能点火电嘴设置于预燃级外凹腔外侧。所述预燃级的高温燃气，通过联焰板将火焰从外凹腔中传递到内凹腔中，这样在大状态下当主燃级供燃油时，主燃级的燃气四周都会有高温燃气及火焰，使得大状态下主燃级的燃油燃烧的更充分。进一步的，所述预燃级燃油喷嘴是蒸发管式喷嘴。进一步的，所述蒸发管式喷嘴由直射式喷嘴、进气鱼嘴和蒸发腔组成，所述进气鱼嘴是与弧形环壁一体化设计成的鱼嘴形进气口，这样整个蒸发管式喷嘴与凹腔的相对位置使得整个蒸发管喷嘴在除点火状态外的大部分状态都具有较高的温度，有利于燃油的蒸发。直射式喷嘴喷出的燃油与进气嘴中的空气相切，使得燃油进行二次雾化，有利于燃油进一步地蒸发。进一步的，所述供油系统包括预燃级供油系统、主燃级供油系统和旋流器；所述预燃级供油系统包括：预燃级外凹腔燃油总管进口、预燃级外凹腔燃油总管、预燃级蒸发管式喷嘴的进气鱼嘴、预燃级蒸发管式喷嘴蒸发腔、预燃级内凹腔燃油总管进口、预燃级内凹腔燃油总管、预燃级蒸发管式喷嘴混气喷孔；燃油从直射式喷嘴喷入预燃级蒸发管式喷嘴进气鱼嘴中进行一次雾化并与进入预燃级蒸发管式喷嘴中的空气相切进行二次雾化掺混，混气在预燃级蒸发管式喷嘴的进气鱼嘴中与预燃级蒸发管式喷嘴蒸发腔中进一步蒸发掺混并从预燃级蒸发管式喷嘴混气喷孔中喷出与进入凹腔中的空气进行掺混达到所需要的当量比；其中：进入进气鱼嘴中的空气与燃油的当量比要控制范围使混气即不能自燃也不会发生回火。进一步的，所述内侧进气口距离凹腔弧形环壁段3到5毫米，所述外侧进气口在轴向位
置与主燃级旋流器出口齐平。这种设计方式有利于在预燃级外凹腔内形成稳定的预燃级外凹腔回流区；在预燃级内凹腔内形成稳定的预燃级内凹腔回流区。进一步的，从压气机出口的空气经扩压器减速增压后进入燃烧室分成三股,一部分进入燃烧室的外环道、一部分进入燃烧室的内环道、一部分经过头部的旋流器进入燃烧室；外环道气流分为六部分：(1)从预燃级外凹腔内侧进气口进入外凹腔；(2)从预燃级外凹腔外侧进气口进入外凹腔；(3)进入预燃级外凹腔蒸发管式喷嘴的进气鱼嘴中并与燃油形成一定当量比的混气再进入外凹腔中；(4)从火焰筒壁上的冷却孔进入火焰筒中；(5)从火焰筒上的主燃孔中进入火焰筒,切断并协助形成主燃级回流区；(6)从火焰筒上的掺混孔中进入火焰筒,与高温燃气进行掺混调节出口温度场；内环道气流分为六部分：(1)从预燃级内凹腔内侧进气口进入内凹腔；(2)从预燃级内凹腔外侧进气口进入内凹腔；(3)进入预燃级内凹腔蒸发管式喷嘴的进气鱼嘴中并与燃油形成一定当量比的混气再进入内凹腔中；(4)从火焰筒壁上的冷却孔进入火焰筒中对火焰筒壁进行冷却；(5)从火焰筒上的主燃孔中进入火焰筒,切断并协助形成主燃级回流区；(6)从火焰筒上的掺混孔中进入火焰筒,与高温燃气进行掺混调节出口温度场。进一步的，所述主燃级旋流器叶片安装角在30度到45度之间，叶片数量在8到12个之间，旋流数在0.45到0.8之间。进一步的，所述组合燃烧室为全环形结构。进一步的，在发动机启动时，高能点火电嘴释放具有数焦耳能量的电火花，将可燃混合气点燃，并在凹腔中的回流区作用下形成稳定的火焰；在联焰板所在轴截面，即主流堵塞轴截面，外凹腔内的已燃高温混气流向联焰板与内凹腔中的未燃混气汇合并点燃内凹腔的未燃混气；小状态时只有凹腔供油,当大状态时主流供油并与经过旋流器的主流空气形成主流燃气,主流燃气在双凹腔的尾焰和联焰板后的高温燃气所形成的固定的点火源的作用下引燃,当主流被点燃后,从主流新进入在混气在主流回流区,凹腔尾焰,联焰板后的高温燃气的共同作用下稳定燃烧,主燃区的高温燃气与掺混空气进行掺混流出火焰筒并进一步冲击涡轮。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术组合燃烧室，是一种分级燃烧室，由于预燃级与主燃级的特殊的结构与位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合燃烧室，包括扩压器(2)、内机匣(3)、外机匣(4)、供油系统、高能点火电嘴和火焰筒，所述火焰筒与内机匣和外机匣形成燃烧室的内外环道；其特征在于，火焰筒头部由主燃级和预燃级组成；所述主燃级包括若干个一级轴向主燃级旋流器(11)、文氏管(12)和主燃级燃油喷嘴(9)，所述一级轴向主燃级旋流器(11)均匀设置于火焰筒头部中心部位，相邻主燃级旋流器(11)之间通过联焰板(26)固定连接；所述预燃级包括预燃级外凹腔(16)、预燃级内凹腔(17)和预燃级燃油喷嘴(10)，所述预燃级外凹腔(16)是由位于主燃级旋流器外侧的火焰筒头部的火焰筒壁突出形成的腔体结构，所述预燃级内凹腔(17)是由位于主燃级旋流器内侧的火焰筒头部的火焰筒壁突出形成的腔体结构；所述预燃级外凹腔(16)和预燃级内凹腔(17)由一个轴向截面为直线的圆环壁和一个轴向截面为弧形的弧形环壁一端一体式连接组成，所述圆环壁正对主燃级旋流器、且垂直于联焰板；所述预燃级外凹腔(16)和预燃级内凹腔(17)的圆环壁上开设有若干个内侧进气口(19、21)，弧形环壁上开设有若干个外侧进气口(18、20)；所述高能点火电嘴设置于预燃级外凹腔外侧。...

【技术特征摘要】
1.一种组合燃烧室，包括扩压器(2)、内机匣(3)、外机匣(4)、供油系统、高能点火电嘴和火焰筒，所述火焰筒与内机匣和外机匣形成燃烧室的内外环道；其特征在于，火焰筒头部由主燃级和预燃级组成；所述主燃级包括若干个一级轴向主燃级旋流器(11)、文氏管(12)和主燃级燃油喷嘴(9)，所述一级轴向主燃级旋流器(11)均匀设置于火焰筒头部中心部位，相邻主燃级旋流器(11)之间通过联焰板(26)固定连接；所述预燃级包括预燃级外凹腔(16)、预燃级内凹腔(17)和预燃级燃油喷嘴(10)，所述预燃级外凹腔(16)是由位于主燃级旋流器外侧的火焰筒头部的火焰筒壁突出形成的腔体结构，所述预燃级内凹腔(17)是由位于主燃级旋流器内侧的火焰筒头部的火焰筒壁突出形成的腔体结构；所述预燃级外凹腔(16)和预燃级内凹腔(17)由一个轴向截面为直线的圆环壁和一个轴向截面为弧形的弧形环壁一端一体式连接组成，所述圆环壁正对主燃级旋流器、且垂直于联焰板；所述预燃级外凹腔(16)和预燃级内凹腔(17)的圆环壁上开设有若干个内侧进气口(19、21)，弧形环壁上开设有若干个外侧进气口(18、20)；所述高能点火电嘴设置于预燃级外凹腔外侧。2.根据权利要求1所述的一种组合燃烧室，其特征在于，所述预燃级燃油喷嘴(10)是蒸发管式喷嘴。3.根据权利要求2所述的一种组合燃烧室，其特征在于，所述蒸发管式喷嘴由直射式喷嘴、进气鱼嘴(13)和蒸发腔(14)组成，所述进气鱼嘴(13)是与弧形环壁一体化设计成的鱼嘴形进气口。4.根据权利要求3所述的一种组合燃烧室，其特征在于，所述供油系统包括预燃级供油系统、主燃级供油系统和旋流器；所述预燃级供油系统包括：预燃级外凹腔燃油总管进口(36)、预燃级外凹腔燃油总管(6)、预燃级蒸发管式喷嘴的进气鱼嘴(13)、预燃级蒸发管式喷嘴蒸发腔(14)、预燃级内凹腔燃油总管进口(37)、预燃级内凹腔燃油总管(7)、预燃级蒸发管式喷嘴混气喷孔(15)；燃油从直射式喷嘴喷入预燃级蒸发管式喷嘴进气鱼嘴中进行一次雾化并与进入预燃级蒸发管式喷嘴中的空气剪切进行二次雾化掺混，混气在预燃级蒸发管式喷嘴的进气鱼嘴中与预燃级蒸发管式喷嘴蒸发腔中进一步蒸发掺混并从预燃级蒸发管式喷嘴混气喷孔中喷出与进入凹腔中的空气进行掺混达到所需要的当量比；其中：进入进气鱼嘴中的空气与燃油的当量比要控制范围使混气即不能自燃也不会发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：何小民，李明玉，赵玉玲，葛正好，黄卫东，江平，朱一骁，黄亚坤，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32