[发明专利]低污染燃烧室及其燃烧控制方法

说明书

本发明涉及低污染燃烧室及其燃烧控制方法，其中的低污染燃烧室包括燃烧室头部，所述燃烧室头部包括主燃级和预燃级，所述主燃级包括主燃级通道、设置在主燃级通道内的主燃级旋流器，其特征在于，所述主燃级还包括设置在主燃级通道内的预模板，所述预模板在径向上分为外层预模板和内层预模板，其中，主燃级的燃油喷点的位置及喷射方向设置成控制主燃级燃油通过主燃级燃油喷孔喷入主燃级通道，部分形成主燃级直喷油雾，另一部分打在靠近主燃级通道内侧的预膜板上，或者分别打在两层预膜板上。通过双层预模板与喷点位置和喷射方向的配合在不同工况下，可燃混合气体在火焰筒内分布更为均匀。

技术领域

本发明涉及航空燃气轮机燃烧室以及燃烧控制方法。

背景技术

现代民用航空发动机燃烧室的主要发展趋势是低污染燃烧。民用航空发动机燃烧室必须满足日益严格的航空发动机污染排放标准。目前采用的CAEP6(Committee onAviation Environmental Protection)标准对污染排放物的规定已经非常严格，特别是对NOx污染排放要求；而最新的CAEP8标准提出了将NOx的排放在CAEP6的排放标准上降低15％，随着航空业的迅猛发展和人们环保意识的不断提高，未来对燃气轮机燃烧室污染排放会提出更高的要求。为满足日益严苛的污染排放标准，先进的低污染燃烧技术逐渐被应用于民用航空发动机燃烧室设计，如LPP(Lean Premixed Prevaporized，贫油预混预蒸发)燃烧技术、RQL(Rich burn-Quench-Lean burn，富油燃烧-淬熄-贫油燃烧)燃烧技术、分级燃烧技术及LDI(Lean Direct Injection，贫油直接喷射)燃烧技术等。LPP低污染燃烧技术作为当前具有较好发展前景的低污染燃烧技术，经已披露的资料显示，其燃烧室污染排放测试值相对于CAEP6标准能够降低50％以上，体现了良好的低污染燃烧性能。先进LPP低污染燃烧室的头部(如TAPS燃烧室)多采用LPP与分级燃烧的耦合设计，即预燃级在中心提供稳定的部分预混部分扩散火焰，主燃级在预燃级外围环绕，与预燃级同心布置形成预混预蒸发通道——通过主燃级多点燃油喷射，燃油与空气在主燃级通道内预先混合、蒸发，进入到火焰筒燃烧区域由预燃级火焰引燃。因在大功况条件下，大部分燃油由主燃级喷嘴提供，而主燃级为贫油预混预蒸发的燃烧模式，所以这种燃烧组织方式能够降低燃烧区燃气温度从而降低NOx生成。

LPP低污染燃烧技术的核心问题是降低燃烧区的温度，同时使燃烧区温度场均匀，即整体和局部的当量比控制的问题。LPP低污染燃烧室头部主燃级大多采用旋流空气与多点燃油径向直接喷射混合(一般多为Jet in Crossflow)的模式进行燃油的预混预蒸发。在不同发动机工况条件下，由于旋流器进气量的变化及旋流空气湍流强度的变化，可能导致预混预蒸发程度在不同工况不一致，导致主燃级回火(大工况条件下，燃油喷射动量较高，燃油初始雾化较好，空气旋流作用强，预混预蒸发程度太好)，亦或是主燃级出口存在大颗粒未蒸发燃油(较小工况条件，燃油喷射动量较小，空气湍流强度弱，燃油雾化较差，预混预蒸发程度太差)，当量比不均匀，而导致燃烧效率下降，燃烧区存在热点，燃烧室出口NOx排放量增大等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低污染燃烧室，可在不同工况下，可燃混合气体在火焰筒内分布更为均匀。

本发明的另一目的在于提供一种低污染燃烧室及其燃烧控制方法，保证不同工况下的燃烧效率及燃烧稳定性，控制主燃区燃烧温度降低燃烧室的污染排放。

一种低污染燃烧室，包括燃烧室头部，所述燃烧室头部包括主燃级和预燃级，所述主燃级包括主燃级通道、设置在主燃级通道内的主燃级旋流器，其中，所述主燃级还包括设置在主燃级通道内的预模板，所述预模板在径向上分为外层预模板和内层预模板，其中，主燃级的燃油喷点的位置及喷射方向设置成控制主燃级燃油通过主燃级燃油喷孔喷入主燃级通道，部分形成主燃级直喷油雾，另一部分打在靠近主燃级通道内侧的预膜板上，或者分别打在两层预膜板上。