一种主级带喷溅式雾化的贫油预混预蒸发低污染燃烧室的制作方法

本实用新型属于航空发动机领域，主要涉及一种主级带喷溅式雾化的贫油预混预蒸发低污染燃烧室。

背景技术：

目前，民用航空发动机向大气排放的污染物日益增多，对大气污染也日趋严重。为了控制飞机发动机排放对环境造成的影响，国际民航组织在80年代就颁布了“环境保护标准”和“航空发动机排放”条例，并不断修订完善，目前已开始执行CAEP6排放标准，特别是对NOx排放要求越来越严格。为了满足CAEP6标准，各大航空发动机公司和研究机构均开展低污染燃烧技术的研究。GE公司研制的燃烧室采用最新的双环预混旋流（Twin Annular Premixing Swirler，TAPS）燃烧室技术，已用于Leap-X发动机上，其NOx污染物排放比CAEP6低47.7%。普惠公司采用RQL燃烧技术开发了TALON X燃烧室，用在PW1000G发动机上，其NOx污染物排放比CAEP6低40%。

传统军机主燃烧室采用的是扩散燃烧，在100％工况下，主燃烧区油气比为化学恰当油气比设计，燃烧效率高，但主燃区燃气温度非常高，因此会产生大量的热力型NOx；而在慢车工况时，燃烧效率低，燃烧不完全，因此污染物CO和UHC生成比较多。因此，常规扩散燃烧方式难以达到目前或将来低污染排放要求。目前，已有低污染燃烧室开始采用贫油预混预蒸发燃烧技术，现有的燃烧室的燃烧技术中可以一定程度上降低污染物NOx的排放，但是燃烧室性能不能保证，因此设计一种新型燃烧室，在保证燃烧室能够稳定工作的同时，又能够保证均匀的燃烧火焰，最大程度上降低NOx、UHC、CO和冒烟等污染物的排放，一直是本领域技术人员待解决的技术难题。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种主级带喷溅式雾化的贫油预混预蒸发低污染燃烧室，该燃烧室是通过对空气和燃油进行分级，空气分别从主级和值班级进入燃烧室头部；值班级采用小流量压力雾化喷嘴进行扩散燃烧，而主级进行部分预混预蒸发燃烧，从而保证燃烧室性能以及降低污染物排放。

本实用新型是这样实现的，一种主级带喷溅式雾化的贫油预混预蒸发低污染燃烧室，包括扩压器，与扩压器连接的机匣；机匣的内部设置有燃烧室头部，与燃烧室头部连接的火焰筒，喷油杆插入机匣内部，并于燃烧室头部连接，所述的燃烧室头部为圆形双环腔结构，分为值班级和主级两部分；所述的主级环绕在值班级的外环；所述的主级包括二级轴向旋流器，三级轴向旋流器，二级轴向旋流器与三级轴向旋流器之间的舌片，舌片后方的预混腔，预混腔后方的收敛喉道；所述的收敛喉道处于预混腔的出口位置；通过在预混腔内油气掺混均匀，在主级收敛喉道出口形成预混预蒸发均匀燃烧火焰，降低火焰温度，从而能较大程度降低NOx、UHC、CO和冒烟等污染物的排放，主级收敛喉道和预混腔设计能有效防止自燃与回火现象的出现；所述的主级上设置有多点燃油直射式喷孔，并且位置与舌片相对。

进一步，所述的火焰筒与机匣之间设置有燃烧室内环通道以及燃烧室外环通道；燃烧室内环通道和燃烧室外环通道按空气流量分配规律进行设计；

进一步，所述的值班级包括一级轴向旋流器、与一级轴向旋流器依次相连的收敛段、喉道、扩张段；扩张段设计不仅能解决头部积炭问题，还能保证值班级下游形成有助于点火与火焰稳定的值班回流区；吼道设计能解决值班级的回火和喷嘴积炭问题；

进一步，所述的喷油杆设置有值班级离心喷嘴和主级供油管的双油路管道；所述的值班级离心喷嘴位于值班级中的一级轴向旋流器的中心；所述的主级供油管通过集油腔与主级相连接；双油路管道的设置使得油路一方面通过主级供油管，再经过主级进入火焰筒内部；另一方面通过安装在喷油杆内部的值班级离心喷嘴再进入火焰筒内部。

进一步，所述的主级依次通过集油腔、主级供油管与喷油杆相连接。进一步，所述的一级轴向旋流器、二级轴向旋流器和三级轴向旋流器内都安装轴向旋流叶片。

进一步，所述的二级轴向旋流器的叶片安装角度与一级轴向旋流器的叶片安装角度相反；所述的三级轴向旋流器的叶片安装角度与二级轴向旋流器的叶片安装角度相同或者相反。

进一步，所述的值班级与主级通过头部内环冷却组件连接；所述的主级与火焰筒通过头部外环冷却组件连接。

进一步，所述的头部内环冷却组件上设置有头部冷却小孔，所述的头部内环冷却组件前部连接有头部内环挡溅盘；所述的头部外环冷却组件上设置有头部外环冷却小孔，所述的头部外环冷却组件前部连接有头部外环挡溅盘。

进一步，所述的连接方式为通过焊接或者螺栓相互连接。

本实用新型与现有技术的有益效果在于：

（1）本实用新型空气和燃油进行分级，本实用新型中的值班级采用扩散燃烧模式，能保证燃烧室稳定工作，其扩张段设计不仅能解决头部积炭问题，还能保证值班级下游形成有助于点火与火焰稳定的值班回流区；吼道设计能解决值班级的回火和喷嘴积炭问题；

（2）其次，本实用新型的主级采用贫油预混预蒸发燃烧技术，并且采用多点燃油直接喷射雾化与液膜式雾化相结合的喷溅式雾化效果，并在主级双级旋流进气条件下进一步形成气动雾化效果，并在预混腔内油气掺混均匀，形成预混预蒸发燃烧或半预混预蒸发燃烧模式，在主级收敛喉道出口形成预混预蒸发均匀燃烧火焰，降低火焰温度，从而能较大程度降低NOx、UHC、CO和冒烟等污染物的排放，主级收敛喉道和预混腔设计能有效防止自燃与回火现象的出现。

附图说明

图1是本实用新型的一种主级带喷溅式雾化的贫油预混预蒸发低污染燃烧室的结构示意图；

图2是本实用新型的一种主级带喷溅式雾化的贫油预混预蒸发低污染燃烧室的头部结构示意图。

其中，1-值班级，2-主级，3-头部内环冷却组件，4-头部外环冷却组件，5-火焰筒，6-机匣，7-喷油杆，8-一级轴向旋流器，9-收敛段，10-喉道，11-扩张段，12-二级轴向旋流器，13-三级轴向旋流器，14-舌片，15-预混腔，16-收敛喉道，17-头部外环冷却小孔，18-头部外环挡溅盘，19-值班级离心喷嘴，20-主级供油管，21-集油腔，22-多点燃油直射式喷孔，23-头部内环冷却小孔，24-头部内环挡溅盘，25-扩压器，26-燃烧室内环通道，27-燃烧室外环通道，28-燃烧室头部。

具体实施方式

本实用新型提供一种主级带喷溅式雾化的贫油预混预蒸发低污染燃烧室，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的燃烧室的主级喷溅式雾化效果的工作过程如下：通过来自高压压气机的空气从扩压器25进入燃烧室后，之后分三路分别进入燃烧室内环通道27、燃烧室头部28、燃烧室外环通道26。燃烧室头部28包括值班级1和主级2。在主级2中，燃油（占总燃油量的40%～95%）经多点燃油直射式喷孔22喷出并进行初始雾化，受到来自主级二级轴向旋流器12气流的冲击破碎，形成二次气动雾化，接着燃油喷溅到舌片14上形成油膜，并沿着舌片向前运动，油膜受主级二级轴向旋流器12和三级轴向旋流器13出口气流的剪切破碎进行三次雾化，之后进入预混腔15，燃油与空气在预混腔15内继续雾化蒸发并与空气掺混均匀后进入燃烧区，形成预混混预蒸发燃烧或半预混预蒸发燃烧。可以通过调节主级多点燃油直射式喷孔22的喷射角度与主级供油管20的供油压力来调节主级2的喷溅式雾化效果，具体如下：

本实用新型的燃烧室，包括扩压器25、燃烧室头部28、火焰筒5、燃烧室内环通道26、燃烧室外环通道27、喷油杆7及机匣6，喷油杆7安装在机匣6上，燃烧室头部28通过喷油杆（7）与机匣6相连，火焰筒5与机匣6之间设置有燃烧室内环通道27以及燃烧室外环通道26，燃烧室内环通道26和燃烧室外环通道27按空气流量分配规律进行设计，所述喷油杆7为设置有值班级离心喷嘴19和主级供油管20的双油路管道，值班级离心喷嘴19位于值班级1中的一级轴向旋流器8中间；主级2依次通过集油腔21、主级供油管20与喷油杆7相连接，所述燃烧室头部28为圆形双环腔结构，分为值班级1和主级2两部分，且所述主级2为环绕在值班级1的外环。所述值班级1包括一级轴向旋流器8、收敛段9、喉道10、扩张段11，一级轴向旋流器8内安装有轴向旋流叶片，与一级轴向旋流器8依次相连的收敛段9、喉道10、扩张段11，一级轴向旋流器8围绕在值班级离心喷嘴19外面。主级2包括二级轴向旋流器12、三级轴向旋流器13、舌片14、预混腔15、收敛喉道16、主级供油管20、集油腔21和多点燃油直射式喷孔22，二级轴向旋流器12与三级轴向旋流器13之间设置有舌片14，舌片14后方设置有预混腔15、预混腔15后方设置有收敛喉道16；所述的收敛喉道16处于预混腔15的出口位置；二级轴向旋流器12和三级轴向旋流器12内安装轴向旋流叶片，所述多点燃油直射式喷孔22设置在舌片14下方，所述预混腔15设置在舌片14后方，所述收敛喉道16设置在预混腔15的出口。

所述值班级1和主级2之间设置有头部内环冷却组件3，空气经头部内环冷却组件3上的头部冷却小孔23进入，对头部内环挡溅盘24进行冲击冷却，而所述主级2和火焰筒5之间设置有头部外环冷却组件4，空气的头部外环冷却小孔17进入，对头部外环挡溅盘18进行冲击冷却。

所述主级的二级轴向旋流器12的叶片、舌片14、三级轴向旋流器13的叶片通过整体机械加工、整体铸造或焊接等方式加工形成，集油腔21与主级的二级轴向旋流器12可以通过焊接相互连接，头部外环挡溅盘18与头部外环冷却组件4通过焊接或者螺栓连接，主级2与头部外环冷却组件4通过焊接或者螺栓相互连接，头部内环冷却组件3和主级2通过焊接或者螺栓相互连接，头部内环挡溅盘24与头部内环冷却组件3通过焊接或者螺栓相互连接，头部内环冷却组件3与值班级1通过焊接或者螺栓连接。

所述多点燃油直射式喷孔22在圆环上均匀布置，数量、喷射角度与所述主级供油管20的供油压力可以根据所需的工作状态以及主级的二级轴向旋流器12的叶片数量来确定，所述多点燃油直射式喷孔22在圆环上均匀布置数量为6～36个，多点燃油直射式喷孔22的喷射角度在-45゜～60゜之间，主级供油管20的供油压力在0.1MPa～4MPa之间，通过设计主级供油管20的供油压力，使得多点燃油直射式喷孔22喷出的燃油能喷射到舌片14上，从而形成液膜雾化，并且在主级的双级旋流气动雾化共同作用下，以使得主级2喷溅式雾化效果最优化，且预混腔15的油气混合更加均匀。

值班级1的一级轴向旋流器8的叶片安装角度在20°～65°之间，叶片数量在6～20片之间，且一级轴向旋流器叶片的旋向沿气流方向可为逆时针或顺时针；所述主级的二级轴向旋流器12的叶片安装角度在20°～60°之间，叶片数量在8～24片之间，三级轴向旋流器13的叶片安装角度在30°～60°之间，叶片数量在10～40片之间，三级轴向旋流器13的叶片安装角度与二级轴向旋流器12的叶片安装角度相同或者相反。

所述值班级收敛段9与中心线X的角度在30°～60°之间，扩张段11与中心线X的角度在30°～75°之间。

所述燃烧室头部28的空气占燃烧室进口总空气量的50%～85％，其中值班级1占头部空气量的20%～50％，主级2占头部空气量的50%～80％。

以上所述仅为本实用新型的较佳可行实施例，并非因此局限本实用新型的专利范围，故凡是运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效变化，均包含与本实用新型的保护范围。