[发明专利]一种三级油路部分预混预蒸发燃烧室

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机领域，涉及一种一级直接喷射燃烧模式和两级部分预混预蒸发燃烧模式的低排放燃烧室。

背景技术

国际民航组织在80年代就颁布了“环境保护标准”和“航空发动机排放”条例，并不断修订完善，目前已开始执行CAEP6排放标准。各大航空发动机公司和研究机构均把控制污染物排放作为重要课题进行研究，其中低排放燃烧技术是民用航空发动机最重要的研究内容之一。由于污染排放是适航取证对民机发动机的强制性要求，欧美的几家国际知名航空发动机公司针对越来越严厉的排放要求，实施了先进民用发动机研制计划，掌握了低排放燃烧室的关键技术。GE公司研制的燃烧室采用最新的双环预混旋流（TAPS）组织燃烧技术，已用于Leap-X发动机上，其NOx污染排放比CAEP6低47.7%。PW公司采用RQL技术发展的TALON X燃烧室在PW1000G发动机上，预计NOx污染排放比CAEP6低40％。RR公司采用ANTLE计划发展的LDIS低污染燃烧室，其NOx污染排放比CAEP2标准降低了50％。

GE公司的TAPS燃烧技术已申请了多项美国专利，专利号为US006354072B1、US006381964B1、US006389815B1等的低排放燃烧室头部专利提出的技术方案是：预燃级由离心喷嘴、两级轴向旋流器、文氏管和套筒构成，主燃级由直射式喷嘴和一级或两级径向旋流器构成，结构比较复杂，轴向长度太长，导致头部（大喷嘴）很大，需要在机匣上开很大的孔才能装拆头部。专利号为US006993916B2的双环反旋旋流（Dual Annular Counter Rotating Swirler，DACRS）燃烧器专利提出的技术方案是：DACRS燃烧器包括两级轴向涡流器、中心体和直接燃油喷射式喷嘴，一级涡流器叶片开有燃油通道，在叶片顶部端面开有燃油槽，燃油通过第二级涡流器叶片通道中的喷孔喷射入旋流空气中进行预混预蒸发。北京航空航天大学也申请了几种贫油预混预蒸发燃烧室的专利，申请号为200810105062.3的专利提出的技术方案是：预燃级由离心喷嘴、一级轴向涡流器和收扩段构成，主燃级由直射式空气雾化喷嘴、一级径向旋流器和收扩件构成，主燃级燃油的气动雾化不是很强，且出口收敛不是很明显，容易造成回火；预燃级的收扩段喉道直径太大，容易使副燃级空气流量分配过大，进而影响副燃级点火和熄火性能，还可能会造成副燃级喷嘴积碳结焦。中国燃气涡轮研究院已申请了三种贫油部分预混预蒸发燃烧室的专利，授权号分别为CN202032613U、CN202032612U和CN202082953U，这三项专利提出的技术方案是：头部方案采用中心分级的两级油路DIPME混合燃烧模式，预燃级由离心喷嘴、一级轴向旋流器、缩扩段构成；主燃级由直射式喷嘴和一级轴向（径向）或一级轴向和一级径向涡流器构成，在大状态和小状态具有很好的燃烧性能和污染排放特性，而对于30%额定推力状态，主油分级带来了一定问题，使燃烧性能和污染排放不能较好协调。

NOx是航空发动机燃烧室设计人员需要重点考虑的污染物之一，在航空发动机中，NOx主要由燃烧区火焰温度和燃气停留时间决定。目前已有低污染燃烧室开始采用贫油预混预蒸发技术来保证燃烧区的当量比在0.5～0.65范围内，有效控制火焰温度从而降低NOx的生成。采用该技术的燃烧室通常其预混段较长，容易出现自燃和回火，又由于这种燃烧室在贫油状态燃烧，混合蒸发的很好，使得出现不稳定燃烧的机率倍增。传统的燃烧室采用富油头部设计，燃烧区的当量比在1.0左右，这种燃烧方式无法降低污染物，特别是NOx的生成量，但这种燃烧室相对于采用贫油预混预蒸发技术的燃烧室工作更稳定，其某些燃烧室基本性能更高，比如慢车贫油熄火边界（LBO）和贫油点火边界（LLO）。

要保证燃烧室的性能同时还要降低污染物排放，需要将以上两种技术结合，预燃级采用直接喷射燃烧模式，主燃级采用贫油部分预混预蒸发燃烧模式，在一个燃烧室头部中将两种燃烧模式结合形成的混合燃烧模式，既能保证燃烧室的性能要求，又能保证污染物排放的要求。由于民用航空发动机对返场状态的污染排放和燃烧性能的特殊要求，需要对两方面的性能进行折中考虑，因此，对LPP燃烧室来说，就需要在返场状态进行燃油分级。两级油路分级燃烧会降低大状态部分燃烧性能；而三级油路刚好能够解决返场燃油分级带来的问题。

发明内容

本发明的目的：提供一种能够保证燃烧室性能并且降低污染排放及便于头部装拆的直接燃油喷射的三级油路部分预混预蒸发燃烧室。