[发明专利]一种多点单元直接喷射分级燃烧室

说明书

本发明涉及一种多点单元直接喷射分级燃烧室，燃烧室头部分为值班级和主燃级；值班级和主燃级均采用直接混合燃烧方式，有效避免自燃和回火现象的发生，并且降低振荡燃烧出现的风险；在慢车状态下仅值班级工作，值班级采用强旋流设计局部当量比偏富，保证燃烧室工作稳定性，随着燃烧室工作状态的增加，主燃级逐渐打开，主燃级采用弱旋流设计，有效的减少燃气的停留时间，在大状态下，主燃级和值班级同时工作，设计燃烧区平均当量比在0.4‑1.2之间，有效降低燃烧区平均温度，从而降低污染物生成量。

技术领域

本发明属于燃气轮机燃烧室领域，涉及一种多点单元直接喷射分级燃烧室。

背景技术

随着社会的不断进步，人们的环保意识不断提升，目前民用航空燃气轮机和军用航空燃气轮机面临的根本挑战是在不断的提高航空燃气轮机的循环效率和性能的同时如何有效保证燃烧稳定性并降低污染物排放。国际民航组织(ICAO)对民用航空燃气轮机在飞机起飞和降落循环(LTO)中的氮氧化物(NO_x)、一氧化碳和未燃碳氢的排放量设定了参考值。从CAEP/1、CAEP/2、CAEP/4、CAEP/6到CAEP/8其要求不断地变得严格，在2017年国际民航组织最新通过了CAEP/10标准，对航空燃气轮机的排放进行了进一步限制，民用航空燃气轮机要取得适航认证需要满足污染物排放要求，对于军用航空燃气轮机而言污染物排放关系着军用飞机的隐身性能。由于航空燃气轮机不断地向着高推重比发展，燃烧室的进口温度和进口压力不断的提升，亟需对航空燃气轮机燃烧室的燃烧组织方式进行不断的优化和改进，从而降低航空燃气轮机降低污染物的排放。

目前，燃烧组织技术主要包括富油燃烧-快速淬熄-贫油燃烧组织技术(Richburn-Quick quench-Lean burn，RQL)、贫油预混预蒸发燃烧组织技术(Lean PremixedPrevaporised，LPP)和贫油直接喷射燃烧组织技术(Lean Direct Injection，LDI)。RQL燃烧组织技术由于要经过快速淬熄过程，所以必然要经过化学恰当比燃烧，其过程必然会产生大量的NO_x，因此其燃烧组织方式降低NO_x排放的能力很有限，难满足未来ICAO更为严格的排放标准和隐身性能需要。LPP燃烧组织技术其在降低NO_x能力上有很大的潜力，GE公司将LPP燃烧组织技术运用到低污染燃烧室上，设计了TAPSⅠ、TAPSⅡ和TAPSⅢ燃烧室，NOx排放比CAEP6的规定再降低50％、60％和75％。然而LPP存在自燃、回火和燃烧不稳定性等问题，随着燃烧室进口温度和压力的不断提高，其自燃、回火和燃烧不稳定性等问题变得更加突出，其限制了LPP燃烧组织技术的发展，其更不适合军用航空发动机高机动性的需求。为了有效地解决LPP自燃和回火的问题，提出了LDI燃烧组织技术，由于LDI燃烧组织技术是将燃油直接喷进燃烧室进行混合燃烧，没有预混过程所以有效地避免了自燃与回火，并改善了燃烧不稳定性。近年来大量研究机构开展了关于LDI技术研究，并取得了不错的进展，例如NASA研究的SV-LDI-Ⅰ其NO_x排放比CAEP6低75％，SV-LDI-Ⅱ其NO_x排放比CAEP6低81％-88％，SV-LDI-Ⅲ其能有效的降低NO_x排放比CAEP6低85％-89％。因此研究表明LDI不仅能有效避免自燃与回火，并能降低振荡燃烧的风险，同时在降低污染物排放上具有很大的潜力，能满足越来越严格的排放要求。