[发明专利]一种多点贫油直喷分级燃烧室系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机低排放燃烧技术领域，具体指代一种多点贫油直喷分级燃烧室系统及其工作方法。

背景技术

燃气轮机燃烧室的发展趋势是低污染燃烧以适应为发动机更经济、更环保、更安全的要求，国际民航组织对航空燃气轮机的污染物尤其是NOx（氮氧化物）的排放要求日益严格。近年来的研究表明，控制燃烧室燃烧区内的温度是控制NOx排放的关键，而实现该目标的主要技术途径之一就是采用贫油燃烧模式。目前，对于实现低NOx的贫油燃烧技术已经取得很多成果，并且其中很多已经运用于实际的航空发动机中，例如：GE公司的双环预混旋流燃烧室（TAPS），R-R公司的贫油预混预蒸发和贫油直接喷射燃烧室。其中，GE公司针对不同的TAPS燃烧室申请了7项以上的专利，如美国专利：US6354072等，均采用燃油分级方案，主燃级直接喷油到主旋流器的下游，形成预混预蒸发的油气混合物，但是这种方式燃油不能充分雾化和蒸发，未使得油气混合物掺混均匀，需要较长的掺混距离和时间，不利于减轻燃烧室长度和重量，且存在回火与自动点火的问题。

贫油燃烧可降低燃烧区温度，但是在地面慢车、启动点火等状态下，又需要燃烧区采用接近富油燃烧的匹配方式，以保证燃烧性能，同时降低小功率状态下的CO和UHC排放，为解决大功率状态下的NOx排放和小功率状态下CO、UHC排放的矛盾，可采用分级燃烧分级燃烧技术在航空发动机燃烧室上已得到成功应用，比如GE90发动机采用的双环腔燃烧室分级燃烧技术；GEnx发动机采用的中心分级燃烧技术等。而采用中心分级燃烧技术由于结构紧凑、分区贫油燃烧控制NOx效果较好等优点，已是低排放燃烧室发展的趋势。贫油分级燃烧通过将燃油分配到主燃级和预燃级喷嘴，小工况下只有预燃级供油，大工况下再打开主燃级，将大部分燃油通过主燃级进行燃烧，从而降低排放，如云南航天工业有限公司的发明专利申请，申请号为CN 201511017153.8，名称为“一种三次配风燃烧室”，其通过对空气流量的分级控制将燃油燃烧所需要的空气量分为一次风、二次风、三次风。且传统分级燃烧雾化特性在低工况下雾化质量差，燃烧区内油气分布不均匀造成燃烧室温度场分布不均匀，甚至在某些工况下无法正常工作；与传统轴向分区燃烧相比，中心分级的贫油直接喷射技术在燃烧之前完成燃油的雾化和预混，在保证了燃油雾化特性及均一的油气分布条件下缩短了燃烧室长度，结构简单，重量轻。但是在燃油分级点附近工况，主燃级刚开始供油，燃油流量比较小，喷嘴压降低，造成燃油雾化质量差，对燃烧室性能造成不利影响。

为解决这一问题，通常采用将主燃级燃油进一步分级的方法，其中一种方法是将燃烧室全部主燃级喷嘴分为两组，三级管路系统与旋流器系统组成三级燃烧系统，通过计算机和单片机控制各路电动阀的开度可实现不同的工况；在低功率工况下时，预燃级单独工作，其采用扩散燃烧，通过智能控制预燃级的燃油和空气当量比接近化学恰当比，扩宽低工况下的稳定燃烧和提高低工况下的燃烧效率，可有效降低CO和UHC的排放；大工况时，预燃级和主燃级同时工作，其中主燃级又分为两级m1、m2，可分别控制其开闭，满足不同的高工况要求，通过控制主燃区内的燃油当量比处于贫油状态且保证均匀的油气掺混，可降低污染物尤其是NOx的排放。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多点贫油直喷分级燃烧室系统及其工作方法，以解决现有技术中燃油流量小、喷嘴压低、燃油雾化质量差等问题。

为达到上述目的，本发明的一种多点贫油直喷分级燃烧室系统，包括：前端系统、燃料多点分级喷射系统、空气进气段、旋流器以及控制系统；其中，

前端系统包含：第一燃料源、第二燃料源、第一压力表、第二压力表、第三压力表、第一稳压罐、第一闸阀、第二闸阀、第一流量计；其中第一燃料源、第二燃料源分别通过铜管连接至第一稳压罐上的开孔，通过螺母连接并密封；导入气态燃料至第一稳压罐内，再由其上底面所焊接的出口导管通过管道连接导管导入燃料至第二稳压罐中；其中管道的两端连接处均使用卡箍密封；第一压力表与第一闸阀连接在第一燃料源与第一稳压罐连接的管路中，分别测量该路压力和控制该管路的开闭；第二压力表与第二闸阀连接在第二燃料源与第一稳压罐连接的管路中，分别测量该路压力和控制该管路的开闭；第三压力表与第一流量计分别测量第一稳压罐与第二稳压罐之间管路的压力与流量；