[发明专利]单凹腔驻涡燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及一种单凹腔驻涡燃烧室，主要作为航空发动机的主燃烧室，属于新概念航空燃气轮机燃烧技术领域。

背景技术

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，但同时对燃烧室重量的限制却在进一步增加，因此，高油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不可见排气冒烟燃烧；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、大状态下降低排气污染；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。

驻涡燃烧室（TVC）是从20世纪90年代开始发展起来的一种新型燃烧组织方式。在常规燃烧室中，空气通过旋流器后产生回流区，高温燃气在回流区作用下流向上游点燃新鲜可燃混气，因此回流区充当了稳定点火源的作用。而驻涡燃烧室则采用了分级分区燃烧的概念，驻涡区为值班级，通过合理组织进入驻涡区内的空气，使驻涡区内形成稳定的漩涡流动结构，同时供入燃油，由于值班级内旋涡驻定，因此值班级在各种工况下都可以稳定燃烧；主燃级（主流）空气通过头部的周向分流钝体/径向联焰板组合结构流入燃烧区，周向分流钝体起分流、强化掺混及火焰稳定的作用，径向联焰板主要用来传播火焰使主燃级（主流）能够顺利被值班级点燃。在小状态下，仅值班级供油，主燃级（主流）不供油；在大状态下，值班级、主燃级（主流）同时供油工作。国外研究发现驻涡燃烧室在真实条件下可以获得非常好的性能：与常规技术相比，在点火性能、贫油熄火性能、高空点火性能方面提高了50%；氮氧化物排放量比1996年ICAO标准CAEP2降低了40%～60%；燃烧效率达到或超过99%的工作范围加宽40%以上。美国空军、海军、能源部、NASA等都在探索将该技术移植到可能的军用小涵道比涡扇发动机、商用大涵道比涡扇发动机、工业和舰船燃气轮机中。

驻涡燃烧室的稳定性和燃烧效率受凹腔大小的限制，而且燃油系统比较复杂。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容

本发明提供一种单凹腔驻涡燃烧室，其使用单凹腔稳定火焰，在相同头部高度时，可增加凹腔容积，增加驻留时间，提高效率和燃烧稳定性，而且能够简化燃油系统，使结构更加紧凑，减轻重量。

本发明采用如下技术方案：一种单凹腔驻涡燃烧室，其包括有：

扩压器，燃烧室进口气流通过所述扩压器进入所述燃烧室中；

内机匣；

外机匣；

火焰筒，所述火焰筒形成单凹腔结构，所述内机匣、外机匣与火焰筒形成了所述燃烧室的内涵道和外涵道；

导流装置，所述导流装置将主流与外涵道空气分开；

预蒸发装置，所述经扩压器减速增压后的空气经所述导流装置和预蒸发装置后分为四路且分别进入主流、预蒸发装置、内涵道和外涵道；

供油系统；

高能电嘴，所述高能电嘴设置于所述凹腔的底部，所述单凹腔驻涡燃烧室燃烧区分为驻涡区及主燃区，所述单凹腔驻涡燃烧室还包括有将所述火焰由凹腔传至主流的联焰之板。

所述火焰筒壁面布置有若干的对所述火焰筒壁面进行冷却的火焰筒壁冷却孔。

所述单凹腔包括凹腔前壁进气口和凹腔后壁进气口，所述凹腔前壁进气口与凹腔底部之间的距离小于所述凹腔后壁进气口与凹腔底部之间的距离以使得所述凹腔前壁进气口和凹腔后壁进气口处在不同的径向位置。