燃气涡轮发动机及用于其的混合器组件、燃烧室、雾化燃料的方法技术

本发明专利技术涉及燃气涡轮发动机及用于其的混合器组件、燃烧室、雾化燃料的方法。其中，用于燃气涡轮发动机的混合器组件，包括：预燃级；主燃级，预燃级被主燃级围绕；以及级间段；其中，级间段具有内表面以及外表面，内表面构成预燃级的环形壁面以构成第一环形腔室，外表面与主燃级的环形外壁构成第二环形腔室；第二环形腔室提供主燃级空气通道，级间段的外表面设置有在周向分布的多个喷孔，用于喷射氢基燃料；第一环形腔室设置有离心式喷嘴，用于喷射另一燃料，该另一燃料不同于氢基燃料。实现低碳低污染的稳定燃烧。染的稳定燃烧。染的稳定燃烧。

【技术实现步骤摘要】
燃气涡轮发动机及用于其的混合器组件、燃烧室、雾化燃料的方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机领域，尤其涉及燃气涡轮发动机及用于其的混合器组件、燃烧室、雾化燃料的方法。

技术介绍

[0002]环境保护意识的提高使燃烧过程中污染物排放的减少成为航空发动机研制中的主要挑战之一。目前的燃气涡轮发动机中采用航空煤油作为燃料，需要进一步降低碳排放。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种用于燃气涡轮发动机的混合器组件。
[0004]本专利技术的另一目的是提供一种燃烧器。
[0005]本专利技术的又一目的是提供一种燃气涡轮发动机。
[0006]本专利技术的又一目的是提供一种用于运行燃气涡轮发动机的燃料喷嘴的方法。
[0007]根据本专利技术一方面的一种用于燃气涡轮发动机的混合器组件，包括：预燃级；主燃级，所述预燃级被所述主燃级围绕；以及级间段；其中，所述级间段具有内表面以及外表面，所述内表面构成所述预燃级的环形壁面以构成第一环形腔室，所述外表面与所述主燃级的环形外壁构成第二环形腔室；所述第二环形腔室提供主燃级空气通道，所述级间段的外表面设置有在周向分布的多个喷孔，用于喷射氢基燃料；所述第一环形腔室设置有离心式喷嘴，用于喷射另一燃料，该另一燃料不同于所述氢基燃料。
[0008]本申请的技术方案通过在预燃级中采用离心式喷嘴喷射雾化另一燃料在第一环形腔室与空气混合，既实现了在预燃级另一燃料与空气形成非预混火焰，又保证了另一燃料的喷雾与空气在燃烧室的充分混合，以及在主燃级中采用第二环形腔室提供主燃级空气通道进行氢基燃料与空气的掺混，级间段提供预燃级的预燃级环形壁面以及第二环形腔室的壁面的结构，使得氢基燃料的燃烧在主燃级
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预燃级的混合器组件结构也可以稳定燃烧，使得采用氢基燃料的混合器组件也可以具有灵活调节预燃级火焰和主燃级火焰的比例来满足发动机不同工况和排放要求的优点，并且实施例的混合器组件，对于广泛使用的主燃级
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预燃级的传统燃料的混合器组件的结构改动小，即可以在采用传统燃料例如航空煤油的燃烧室结构的基础上较少地改动结构即可实现氢基燃料在燃烧室合理组织燃烧，以较低的开发风险以及开发成本的基础上实现降低碳排放以及污染物。
[0009]在所述的混合器组件的一个或多个实施例中，所述第一环形腔室设置有第一旋流器，所述第一旋流器套设于所述离心式喷嘴，所述第二环形腔室设置有第二旋流器，所述第一旋流器的级数大于所述第二旋流器的级数。
[0010]在所述的混合器组件的一个或多个实施例中，所述喷孔的轴向位置位于所述第二环形腔室的出口端的下游。
[0011]在所述的混合器组件的一个或多个实施例中，所述级间段设置有所述氢基燃料的
燃料通道，所述燃料通道的出口端与所述喷孔连通。
[0012]在所述的混合器组件的一个或多个实施例中，所述喷孔为射流喷孔，所述多个喷孔的数量为30
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60个，沿周向均匀分布。
[0013]在所述的混合器组件的一个或多个实施例中，所述喷孔的喷射方向为径向向外。
[0014]在所述的混合器组件的一个或多个实施例中，所述级间段的内表面具有从上游至下游依次设置的收缩段、扩张段，所述离心式喷嘴的出口端的轴向位置位于所述收缩段与所述扩张段的连接位置的轴向位置。
[0015]在所述的混合器组件的一个或多个实施例中，所述扩张段的下游端为所述第一环形腔室以及所述预燃级的出口端；所述第二环形腔室的出口端的轴向位置位于所述第一环形腔室以及所述预燃级的出口端的轴向位置的上游，所述喷孔的轴向位置位于所述第一环形腔室的出口端与所述第二环形腔室的出口端的轴向位置之间。
[0016]在如上所述的混合器组件的一个或多个实施例中，所述氢基燃料为气态，所述另一燃料为液态。
[0017]根据本专利技术另一方面的一种燃烧器，包括：如上所述的混合器组件；燃烧室；其中，所述混合器组件位于所述燃烧室的上游端与其连接，所述氢基燃料从所述喷孔直接喷射至所述燃烧室内，第二空气从所述第二环形腔室直接喷射至所述燃烧室内；该另一燃料与第一空气从所述第一环形腔室直接喷射至所述燃烧室内。
[0018]在所述的燃烧器的一个或多个实施例中，所述燃烧室的壁面具有冷却通道，第三空气通过所述壁面进入所述燃烧室内。
[0019]根据本专利技术又一方面的一种燃气涡轮发动机，包括如上所述的燃烧器。
[0020]根据本专利技术又一方面的一种用于运行燃气涡轮发动机的燃料喷嘴的方法，包括：在预燃级，在第一环形腔室内将另一燃料与空气直接喷射至燃烧室；在主燃级，分别从第二环形腔室、喷孔直接喷射氢基燃料、空气至燃烧室。
附图说明
[0021]本专利技术上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，需要注意的是，这些附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本专利技术实际要求的保护范围构成限制，其中：
[0022]图1为一实施例的混合器组件的结构示意图；
[0023]图2为一实施例的根据图1所示A
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A方向的混合器组件的剖视图；
[0024]图3为一实施例的燃烧器的结构示意图。
具体实施方式
[0025]现在将详细地参考本专利技术的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本专利技术将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本专利技术限制为那些示例性实施方案。相反，本专利技术旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本专利技术的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其它实施方案。
[0026]在随后的描述中，“下游”、“径向”、“轴向”、“内”、“外”或者其他方位术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。另外，上游、下游是以燃料或空气流动方向为标准进行区分，例如空气从上游流向下游。
[0027]同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”和/或“一实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
[0028]目前，随着对减少碳排放的要求日益提高，需要对燃气涡轮发动机做进一步改善。
[0029]专利技术人经过深入研究发现，氢气燃烧作为目前最环保的燃烧组织方式之一，具有无燃烧碳排放和其他燃烧污染产物的特点，是极具潜力的低碳燃料。然而氢气燃烧也存在存储困难，单位体积运输成本高、燃烧速度过快、火焰温度较高等问题，这给如何在航空发动机燃烧室内合理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃气涡轮发动机的混合器组件(100)，其特征在于，包括：预燃级(10)；主燃级(20)，所述预燃级(10)被所述主燃级(20)围绕；以及级间段(30)；其中，所述级间段(30)具有内表面(31)以及外表面(32)，所述内表面(31)构成所述预燃级(10)的环形壁面(11)以构成第一环形腔室(101)，所述外表面(32)与所述主燃级(20)的环形外壁(21)构成第二环形腔室(202)；所述第二环形腔室(202)提供主燃级空气通道(203)，所述级间段(30)的外表面(32)设置有在周向分布的多个喷孔(201)，用于喷射氢基燃料；所述第一环形腔室(101)设置有离心式喷嘴(110)，用于喷射另一燃料，该另一燃料不同于所述氢基燃料。2.如权利要求1所述的混合器组件(100)，其特征在于，所述第一环形腔室(101)设置有第一旋流器(1011)，所述第一旋流器(1011)套设于所述离心式喷嘴(110)，所述第二环形腔室(202)设置有第二旋流器(2022)，所述第一旋流器(1011)的级数大于所述第二旋流器(2022)的级数。3.如权利要求1所述的混合器组件(100)，其特征在于，所述喷孔(201)的轴向位置位于所述第二环形腔室(202)的出口端的下游。4.如权利要求3所述的混合器组件(100)，其特征在于，所述级间段(30)设置有所述氢基燃料的燃料通道(301)，所述燃料通道(301)的出口端与所述喷孔(201)连通。5.如权利要求3所述的混合器组件(100)，其特征在于，所述喷孔(201)为射流喷孔，所述多个喷孔(201)的数量为30
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60个，沿周向均匀分布。6.如权利要求5所述的混合器组件(100)，其特征在于，所述喷孔(201)的喷射方向为径向向外。7.如权利要求1所述的混合器组件(100)，其特征在于，所述级间段(30)的内表...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟晟，张漫，谭智勇，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：