[发明专利]一种分层部分预混燃烧室主燃级空气雾化装置

说明书

本发明公开了一种分层部分预混燃烧室主燃级空气雾化装置，包括燃油喷射系统、一级旋流器、二级旋流器，一级旋流空气经一级旋流器进入二级旋流器的径向空气流道中，燃油经燃油喷射短管喷出的燃油在一级旋流空气的作用下进行初步空气雾化，形成初始空气雾化雾锥，二级旋流空气经二级旋流器叶片进入二级旋流器的径向空气流道中，对初始雾化雾锥进行横向射流空气雾化，形成液滴尺寸小且均匀的雾滴，雾滴在高速且强旋流的空气中与空气进行均匀、快速掺混，在二级旋流器的轴向出口形成均匀的油气混合物进入下游的燃烧室，本发明通过双级旋流分步逐级空气雾化加强油气掺混质量，可作为分级燃烧的主燃级用于地面工业燃气轮机和航空发动机低排放燃烧室。

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，涉及一种预混燃烧室主燃级空气雾化装置，尤其涉及一种利用双级旋流进行分步逐级空气雾化和加强油气掺混的分层部分预混燃烧室主燃级空气雾化装置。

背景技术

对于使用液体燃料的燃气轮机发动机，燃油雾化和混合对发动机燃烧性能、燃烧效率和污染物排放具有决定性的影响，因此，燃油雾化研究得到重视，这也促进了燃油雾化喷嘴的发展。

国际民航组织对航空燃气轮机的污染物排放标准越来越严格，特别是对NOx污染排放要求，低污染燃烧成为现代航空发动机燃烧室的发展趋势。目前执行的CAEP6标准的要求已经非常严格，尤其是NOx污染排放要求。各大航空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，目前提出的低污染燃烧技术包括富油燃烧-焠熄-贫油燃烧(RQL)、贫预混燃烧(LPP)和贫油直接喷射燃烧(LDI)。

国际上各大航空发动机公司GE、PW、R-R、Snecma都已经开始低污染燃烧技术的研究。最近，GE公司基于贫预混燃烧(LPP)技术为新一代商用航空涡扇发动机Genx研制了TAPS(Twin Annular Premixing Swirler)低污染燃烧室，NOx排放比CAEP2(Committee onAviation Environmental Protection)排放标准降低了50％。为了使空气和燃油在燃烧室之前进行很好的预先混合，GE公司设计研发了多种预旋燃油喷嘴，并针对TAPS燃烧室燃油喷嘴的不同设计申请了多项美国专利，这些专利的主燃级是燃油喷射到主旋流器的后部形成预混预蒸发的油气混合物，为使预混管出口油气混合物掺混均匀，这种混合方式所需的混合和蒸发距离较长，从而增大燃烧室的长度和重量。R-R公司基于LDI燃烧概念为Engine3E核心机研发了多种分级燃烧用燃油喷嘴，值班级采用空气雾化喷嘴或离心雾化喷嘴，主燃级采用预膜式空气雾化喷嘴，在发动机全环试验件上NOx排放比CAEP2标准降低了70％。PW公司采用RQL技术发展TALON X燃烧室，并应用在PW1000G发动机上，预计NOx排放比CAEP6低40％。目前正在研发的采用贫预混燃烧技术的低污染燃烧室通过控制主燃区当量比在0.5～0.7范围内，有效控制燃烧室内的火焰温度，从而降低热力型污染物NOx的生成。而贫预混燃烧低排放燃烧室降低污染物排放的关键是主燃级燃油的有效快速掺混，从而避免燃烧室内局部高温区的出现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为克服上述现有技术的缺点和不足，本发明提出了一种分层部分预混燃烧室主燃级空气雾化装置，采用双级旋流分步逐级的空气雾化方式加强油气快速均匀掺混，实现燃烧室内的贫预混燃烧，避免局部高温区，改善燃烧室出口温度分布质量，降低污染物排放指数。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案：

一种分层部分预混燃烧室主燃级空气雾化装置，包括燃油喷射系统、一级旋流器、二级旋流器，其特征在于，