专利名称：主燃级切向供油的预混预蒸发燃烧室的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用预混预蒸发燃烧组织方式的航空燃气轮机燃烧室，采用该预混预蒸发燃烧组织方式的燃烧室结构简单，在保证燃烧室高效稳定工作的同时，能够降低 燃烧的污染排放。
背景技术：
现代航空发动机燃烧室的基本性能和结构分布已经达到相当高的水平，但是对于现代航空发动机燃烧室来说，仍在存在大量的难题和挑战，新材料、新工艺、新结构、新概念 的发展应用才是保证其持续进步的源泉。现代航空发动机燃烧室的主要发展趋势是低污染燃烧。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 on Aviation EnvironmentalProtection)标准的要求已经非常严格，特别是对N0x污染排放要求，而随 着人们对环境保护意识的增强，以后的要求将更为严格。美国航空发动机的两个著名公司GE和PW对低污染燃烧室已经着手研究，GE首先研发了双环腔低污染燃烧DAC(用于GE90和CFM56)，PW公司采用了类RQL(富油燃烧-快 熄-贫油燃烧，Rich burn-Quench-Lean burn，简称RQL)低污染燃烧室TALON II(用 于PW4000和6000系列)。在下一代低污染燃烧室方面，GE公司采用LDM(Lean Direct Mixi ngCombustion，贫油直接混合燃烧室)技术为其GEnx发动机研制的TAPS(Twi n AnnularPremixing Swirler)低污染燃烧室。该燃烧室在台架全环试验验证中，N0x污染排 放比CAEP2排放标准降低了 50%。PW公司继续采用RQL方式提出了降低N0x污染排放的 低污染燃烧室为TAL0N X，采用的头部形式是PW公司发展的空气雾化喷嘴，燃烧室为单环 腔，在V2500发动机扇型试验段上的试验结果比CAEP2标准降低了 50%。Rolls-Royce公 司采用LDM技术发展的低污染燃烧室是ANTLE，该燃烧室是一个单环腔分级燃烧室，其N0x 污染排放比CAEP2标准降低了 50%，用于其新一代发动机湍达1000。而不管是何种先进的低污染燃烧室，其关键技术就是降低N0x (氮氧化物)、C0 ( — 氧化碳)、UHC(未燃碳氢化合物)和冒烟的燃烧技术，核心问题是降低燃烧区的温度、同时 使燃烧区温度场均勻，即整体和局部的当量比控制，而主燃区当量比的均勻性又主要取决 于燃油雾化和油气掺混的均勻性。本发明是针对航空发动机低污染燃烧的新方法。根据N0x与C0产生的机理及试验结果可知燃烧室的主燃区当量比在0. 6 0. 8范围内产生的N0x与C0(UHC和C0的排 放规律类似)很少。基于此原理，要兼顾N0x与CO、UHC的排放量都处于低值范围，应考虑两个因素其一是主燃区的平均当量比，其二是主燃区平均当量比的均勻性，并且在所有航 空发动机的工作情况下都应如此。而主燃区当量比的均勻性又主要取决于燃油雾化和油气 掺混的均勻性。这主要取决于两方面一是燃油颗粒直径分布的均勻性，即SMD的分布均勻 性；二则是燃油油雾浓度分布的均勻性。从燃烧方式讲，应采用均勻的预混燃烧，达到主燃 区当量比均勻性要求以降低污染排放。
目前的常规燃烧方式无法降低NOx、CO和UHC。原因是目前燃烧室的设计方法所 决定的。对于常规燃烧室来说，在高功率状态时，由于采用液雾扩散燃烧方式，燃烧区局部 当量比总是在1附近，远超过上述低污染燃烧所需当量比范围要求，此时虽然CO和UHC的 排放低，但NOx的排放达到最大。在低功率状态时，燃烧区当量比又很低，远低于上述低污 染燃烧所需当量比区间，此时虽然NOx排放低，但CO和UHC排放又很高。另外，由于常规燃 烧室普遍采用扩散燃烧方式，局部当量比非常不均勻，因此对于常规燃烧室来说，无法满足 在整个发动机工作范围内的低污染要求。
发明内容
本发明的技术解决问题提供一种采用主燃级切向供油的预混预蒸发燃烧组织方 式的航空发动机燃烧室，该燃烧室在满足航空发动机的工作条件下，能有效的降低航空发 动机燃烧室燃烧的污染排放，包括NOx、冒烟、CO及UHC，且结构简单。本发明的技术解决方案主燃级切向供油的预混预蒸发燃烧室为单环腔结构，采 用分级燃烧的概念设计，燃烧用气量全部由预燃级和主燃级供入，预燃级采用旋流稳定的 扩散火焰燃烧组织方式，主燃级采用切向供油的预混预蒸发燃烧组织方式，冷却气和掺混 气从火焰筒供入。主燃级切向供油的预混预蒸发燃烧室主要由分流式扩压器、燃烧室外机 匣、燃烧室内机匣、燃油喷嘴、火焰筒头部、火焰筒外壁和火焰筒内壁组成。火焰筒头部由预 燃级和主燃级组成预燃级包括预燃级旋流器组件、预燃级喷嘴、预燃级头部端壁和预燃级 头部内导流板，预燃级利用由预燃级旋流器组件进入燃烧室的旋流空气产生的低速回流区 稳定火焰，预燃级旋流器组件通过预燃级头部端壁与主燃级预混预蒸发段内环相连接，预 燃级喷嘴位于预燃级旋流器组件内，并与预燃级旋流器组件同轴，预燃级头部内导流板与 预燃级头部端壁相连；主燃级包括主燃级喷嘴、主燃级预混预蒸发段、主燃级头部整体端壁 和主燃级头部整体导流板，主燃级预混预蒸发段由主燃级预混预蒸发环管和主燃级喷嘴雾 化空气进入管组成，主燃级喷嘴位于主燃级喷嘴雾化空气进入管入口，并与主燃级喷嘴雾 化空气进入管同轴，主燃级喷嘴采用在同一圆周上设置多个单个燃油喷嘴的喷射方式，该 圆周的圆心位于预燃级喷嘴的轴线上，主燃级喷嘴采用的单个喷嘴数量与主燃级喷嘴雾化 空气进入管的数量相对应，主燃级所需的燃油由主燃级喷嘴喷出后，首先被主燃级喷嘴雾 化空气进入管的气流雾化形成油气混合气，然后流入主燃级预混预蒸发环管，油气混合气 在主燃级预混预蒸发环管中蒸发，并与空气进一步掺混，在主燃级预混预蒸发环管的出口 处形成均勻的油气混合气射流进入火焰筒内，在预燃级火焰的引燃下进行燃烧，主燃级预 混预蒸发段通过主燃级头部整体端壁与火焰筒外壁和火焰筒外壁相连，主燃级头部整体导 流板与主燃级头部整体端壁相连；预燃级喷嘴和主燃级喷嘴均连接在燃油喷嘴座上，通过 燃油喷嘴座与燃烧室外机匣相连。本发明的原理是一般而言，航空发动机燃烧室低污染排放的实现主要就是通过 两方面，一是控制整个燃烧室内燃烧区域的总体当量比范围；二则是控制燃烧室内整个燃 烧区域的燃烧均勻性，即当量比均勻性，因为局部富油而导致的局部当量比过大也会大大 增加发动机的污染排放。根据上述原理并且考虑到航空发动机燃烧室的工作特点，本发明 采用分级燃烧的设计思想，使燃烧用气分别从预燃级和主燃级供入燃烧室，并将燃油进行 分级供入，控制燃油在燃烧区内的当量比在航空发动机不同工作状态下都在低污染燃烧区
5内，从而达到降低燃烧污染排放物的目的。预燃级在慢车等小状态下启动，保持小状态时燃 烧区的当量比落在上述低污染燃烧当量比区间内，并且使燃烧的稳定性好，容易启动。当发 动机工作在大状态时才启动主燃级，主燃级采用切向供油的预混预蒸发燃烧组织方式，控 制燃烧区的当量比在上述低污染燃烧当量比区间。采用上述低污染燃烧室，可确保航空发 动机燃烧室在所有的工作状态下，燃烧区的当量比都控制在低污染燃烧的区间内，同时可 以通过控制主燃级油雾均勻度、混合度和蒸发度来控制燃烧区的当量比均勻度，从而达到 航空发动机低污染燃烧室污染排放低、稳定性好的性能要求。本发明与现有技术相比的优点如下(1)本发明的燃烧室为单环腔结构，采用分级燃烧的概念设计，燃烧用气量全部由 预燃级和主燃级供入，火焰筒没有主燃孔，冷却气和掺混气从火焰筒供入，增加燃烧室功效 的同时简化燃烧室结构。(2)本发明的主燃级采用切向供油的预混预蒸发的燃烧组织方式。切向供油可以 在获得良好的燃油一次雾化效果的同时简化主燃级结构，预混预蒸发可以使雾化后的燃油 与空气进一步混合均勻，形成均勻的油气混合气射流。当这股均勻的油气混合气射流被点 燃后，油气混合气可以在极短的时间内燃烧完全，从而降低燃烧室的污染排放。(3)本发明的预燃级采用旋流稳定的扩散火焰燃烧组织方式，主燃级采用切向供 油的预混预蒸发燃烧组织方式，这种组合燃烧模式可以实现航空发动机燃烧室在宽广的工 作范围内高效稳定的工作，同时可以实现燃烧室低污染排放。
图1为本发明的工作示意图；图2为本发明的结构剖视图；图3为本发明的火焰筒头部结构剖视图；图4为本发明的主燃级预混预蒸发段组件结构示意图；图5为本发明的主燃级预混预蒸发段组件结构剖视图；图6为本发明的预燃级组件结构示意图；图7为本发明的预燃级组件结构剖视图；图8为本发明的预燃级旋流器组件结构示意图；图9为本发明的预燃级旋流器组件结构剖视图；图10为本发明的具体实施方案火焰筒结构示意图；图11为本发明采用的燃油喷嘴结构示意图；图12为本发明采用的主燃级喷嘴喷射方式示意图。图中1.燃烧室进口气流，2.火焰筒头部气流，3.燃烧室外环腔气流，4.燃烧室内 环腔气流，5.燃烧室出口气流，6.预燃级燃烧区域，7.主燃级燃烧区域，8.分流式扩压器， 9.燃烧室外机匣，10.燃烧室内机匣，11.燃油喷嘴，12.主燃级头部整体端壁，13.主燃级头 部整体导流板，14.火焰筒头部，15.火焰筒外壁，16.火焰筒内壁，17.火焰筒外壁掺混孔， 18.火焰筒内壁掺混孔，19.发散冷却孔，20.预燃级，21.主燃级预混预蒸发段，22.预燃级 旋流器组件，23.预燃级头部端壁，24.预燃级头部导流板，25.预燃级一级旋流器，26.预燃 级一级旋流器压板，27.预燃级二级旋流器，28.主燃级预混预蒸发环管，29.主燃级喷嘴雾
6化空气进入管，30.预燃级喷嘴，31.主燃级喷嘴，32.燃油喷嘴座，33.主燃级。
具体实施例方式如图1和图2所示，本发明设计的切向供油的预混预蒸发燃烧室为单环腔结构，采 用分级燃烧的概念设计，燃烧用气量全部由预燃级和主燃级供入，预燃级采用旋流稳定的 扩散火焰燃烧组织方式，主燃级采用切向供油的预混预蒸发的燃烧组织方式，冷却气和掺 混气从火焰筒供入。本燃烧室包含两个燃烧区域——预燃级燃烧区域6和主燃级燃烧区域 7，两个燃烧区域共用相同的内外边界，燃烧区域的外边界是火焰筒外壁15，燃烧区域的内 边界是火焰筒内壁16，环形的火焰筒外壁15和火焰筒内壁16位于环形的燃烧室外机匣9 和燃烧室内机匣10之间。在火焰筒外壁15上安排有火焰筒外壁掺混孔17，在火焰筒内壁 16上安排有火焰筒内壁掺混孔18，掺混用气通过火焰筒外壁掺混孔17和火焰筒内壁掺混 孔18进入燃烧室，用于调节燃烧室出口温度分布。火焰筒外壁15和火焰筒内壁16还安排 有冷却，冷却方式可以采用气膜冷却、发散冷却或复合冷却方式，用于冷却火焰筒壁面，保 证燃烧室的寿命。在具体实施方案中，火焰筒外壁15和火焰筒内壁16的冷却方式采用发 散冷却，在火焰筒外壁15和火焰筒内壁16开有发散冷却孔19，发散冷却孔19的示意如图 1和图2所示。在预燃级燃烧区域6的上游是火焰筒头部14，火焰筒头部14包括预燃级20和主 燃级39，火焰筒头部14，如图3所示。主燃级33包括主燃级喷嘴31、主燃级预混预蒸发段21、主燃级头部整体端壁12 和主燃级头部整体导流板13。主燃级预混预蒸发段21通过主燃级头部整体端壁12与火 焰筒外壁15和火焰筒内壁16相连接，连接方式可以是焊接或螺纹或螺栓。主燃级预混预 蒸发段21如图4和图5所示，由主燃级预混预蒸发环管28和主燃级喷嘴雾化空气进入管 29组成。主燃级预混预蒸发环管28上的进气孔形状可以是圆孔或半孔或方孔或槽，开孔 的角度为-90 90度。具体实施方案如图4和图5所示，以主燃级预混预蒸发环管28上 的进气孔为圆孔为例。安装时，将主燃级喷嘴雾化空气进入管29与主燃级预混预蒸发环管 28采用整体制造或螺纹或螺栓或焊接的连接方式，组合成主燃级预混预蒸发段21，即可完 成主燃级预混预蒸发段21的安装。预燃级20包括预燃级旋流器组件22、预燃级喷嘴30、预燃级头部端壁23、预燃级头部导流板24，预燃级20如图6和图7所示，预燃级旋流器组件22如图8和图9所示。预 燃级旋流器组件22通过预燃级头部端壁23与主燃级预混预蒸发段内环29相连接。预燃 级头部端壁23与主燃级预混预蒸发段内环29的连接方式可采用整体制造或螺纹或螺栓或 焊接的方式。预燃级旋流器组件22采用的旋流器的级数1 < η < 5。每级旋流器可采用旋 流器的结构可以是轴向旋流器，也可以是径向旋流器，也可以是切向旋流器。当预燃级旋流 器组件22的级数η = 1时，可采用焊接或螺栓或螺纹的连接方式将旋流器直接与预燃级头 部端壁23连接；当预燃级旋流器组件18的级数1 < η < 5时，在保证各级旋流器同轴的同 时，采用焊接或螺栓或螺纹的连接方式将各级旋流器先连接成一个整体，组成预燃级旋流 器组件22后再与预燃级头部端壁23连接。在具体实施方案中，以预燃级旋流器组件22采 用二级旋流器方案为例，如图6、图7、图8和图9所示，预燃级旋流器组件22包括预燃级一 级旋流器25、预燃级一级旋流器压板26和预燃级二级旋流器27。安装时，首先采用整体制造或螺纹或螺栓或焊接的方式将预燃级头部端壁23与主燃级预混预蒸发环管28连接在一 起；然后将预燃级头部导流板24采用螺纹或螺栓或焊接的方式与预燃级头部端壁23相连 接；在保证预燃级一级旋流器25与预燃级二级旋流器27同轴的同时，采用焊接或螺纹或螺 栓连接的方式，使预燃级一级旋流器压板26与预燃级二级旋流器27连接在一起，并且将预 燃级一级旋流器25夹在预燃级一级旋流器压板26与预燃级二级旋流器27之间，使三个部 件连接成为一个整体组成预燃级旋流器组件22 ；然后采用焊接或螺纹或螺栓连接的方式 将预燃级旋流器组件22固定到预燃级头部端壁23上，通过预燃级头部端壁23把预燃级旋 流器组件22与主燃级预混预蒸发环管28的内环相连接，将预燃级旋流器组件22与主燃级 预混预蒸发段21连接固定在一起，从而完成预燃级20的安装。 在主燃级预混预蒸发段21与预燃级旋流器组件22安装完成后，在对应位置插入 主燃级喷嘴31和预燃级喷嘴30，从而完成火焰筒头部14的安装。如图1和图2所示，预燃级喷嘴30与主燃级喷嘴31都安装在燃油喷嘴座32上， 组合成一个整体的燃油喷嘴11，在完成火焰筒头部14的安装后，从燃烧室外机匣9的开口 处伸入燃烧室中，插入对应位置，从而完成燃烧室的安装。预燃级喷嘴30和主燃级喷嘴31 采用的单个燃油喷嘴(34)可以是压力雾化喷嘴，可以是气动雾化喷嘴，也可以是组合式喷 嘴。具体实施方案中的燃油喷嘴11结构如图11所示。预燃级喷嘴30与预燃级一级旋流器 25相对应，并且预燃级喷嘴30的轴线与预燃级一级旋流器25的轴线相重合。主燃级喷嘴 31位于主燃级喷嘴雾化空气进入管29入口，并与主燃级喷嘴雾化空气进入管29同轴，主 燃级喷嘴31采用在同一圆周上设置多个单个燃油喷嘴34的喷射方式，该圆周的圆心位于 预燃级喷嘴30的轴线上，主燃级喷嘴31采用的单个燃油喷嘴34的数量与主燃级喷嘴雾化 空气进入管29的数量相对应，主燃级喷嘴31采用的单个燃油喷嘴34的数量0 < ρ < 50， 单个燃油喷嘴34的喷射线与圆周的切角A为-90 90度，主燃级喷嘴31的喷射示意如图 12所示。燃烧室进口气流1进入燃烧室后，经过分流式扩压器8的减速扩压后分为三股火 焰筒头部气流2、燃烧室外环腔气流3和燃烧室内环腔气流4，以满足燃烧室各部分对空气 流量的需求，合理组织燃烧室内流场，便于高效稳定的组织燃烧。火焰筒头部气流2全部为燃烧用气，占燃烧室进口气流1的40% 80%，除了 0% 25%的火焰筒头部气流2被用于预燃级头部端壁23和主燃级头部整体端壁12的冷 却外，其余分别由预燃级20和主燃级33供入，用于预燃级20和主燃级33对应燃油的雾化 和燃烧，预燃级20所需气量占全部燃烧气量的10 % 40 %，其余由主燃级39供入。预燃级 20所需燃油经预燃级喷嘴30喷出后，被来自预燃级旋流器组件22的空气旋流剪切破碎，形 成油雾，然后进入由预燃级旋流器组件22的空气旋流形成的低速回流区——预燃级燃烧区 域6形成扩散燃烧。预燃级喷嘴30可以是压力雾化喷嘴，也可以是气动雾化喷嘴，也可以 是组合式喷嘴，预燃级喷嘴30的选择依靠燃油在预燃级喷嘴30结合来自预燃级旋流器组 件22的空气旋流的共同作用下的雾化和散布效果决定雾化和散布效果越好，油雾分布越 均勻，越利于在预燃级燃烧区域6内组织高效稳定低污染的燃烧。主燃级33所需的燃油经 主燃级喷嘴31喷出后，首先在经过主燃级喷嘴雾化空气进入管29的气流作用下雾化形成 油气混合气，然后流入主燃级预混预蒸发环管28，雾化后的油气混气在主燃级预混预蒸发 环管28中蒸发和散布，在主燃级预混预蒸发段21的出口处形成均勻的油气混合气射流，该油气混合气射流在预燃级火焰的引燃下被点燃，形成主燃级燃烧区域7。主燃级喷嘴31位 于主燃级喷嘴雾化空气进入管29入口，并与主燃级喷嘴雾化空气进入管29同轴，主燃级喷 嘴31采用在同一圆周上设置多个燃油喷嘴的喷射方式，该圆周的圆心位于预燃级喷嘴30 的轴线上，采用的喷嘴数量与主燃级喷嘴雾化空气进入管29的数量相对应，采用的燃油喷 嘴数量0 < ρ < 50单个喷嘴的喷射线与圆周的切角A为-90 90度。主燃级喷嘴31可 以是压力雾化喷嘴，也可以是气动雾化喷嘴，也可以是组合式喷嘴，主燃级喷嘴的个数和喷 射角度的选择依靠燃油在来自主燃级喷嘴雾化空气进入管29的雾化空气和来自主燃级预 混预蒸发环管28的蒸发掺混气流的共同作用下，在主燃级预混预蒸发段21出口形成的油 气混合气的均勻程度决定形成的油气混合气越均勻，越利于在主燃级燃烧区域7内组织 快速高效稳定低污染的燃烧。燃烧室外环腔气流3包括火焰筒外壁13的冷却用气和火焰筒外壁掺混孔15的掺混用气。燃烧室内环腔气流4包括火焰筒内壁14的冷却用气和火焰筒内壁掺混孔16的掺 混用气。其中火焰筒外壁13或火焰筒内壁14的冷却气占燃烧室进口气流1的0% 20%， 火焰筒外壁掺混孔15或火焰筒内壁掺混孔16的掺混用气占燃烧室进口气流1的10% 30%。具体实施方案的燃烧室整体结构和燃油喷嘴结构如图10、图11和图12所示。图 10为火焰筒结构示意，图11为此时采用的燃油喷嘴11的结构示意，图12为主燃级喷嘴31 喷射示意。如图10所示，火焰筒头部14通过主燃级头部整体端壁12与火焰筒外壁15与火 焰筒内壁16相连接。火焰筒头部14由预燃级20和主燃级33组成主燃级33包括主燃级 喷嘴31、主燃级预混预蒸发段21、主燃级头部整体端壁12和主燃级头部整体导流板13，主 燃级预混预蒸发段21如图4和图5所示；预燃级20包括预燃级旋流器组件22、预燃级喷嘴 35、预燃级头部端壁23、预燃级头部导流板24，预燃级旋流器组件22如图8和9所示。预燃 级旋流器组件22与主燃级预混预蒸发段21同轴，此时采用的燃油喷嘴11如图11所示，预 燃级喷嘴30与预燃级一级旋流器25相对，主燃级喷嘴31与主燃级喷嘴雾化空气进入孔29 对应。当航空发动机工作在低功率状态时，燃烧室只有预燃级20供油，主燃级33只有空气 经过而不供油，控制此时的油气比在贫油范围，在预燃级燃烧区6内形成扩散燃烧，从而保 证了发动机燃烧室可靠的稳定性和起动特性，并降低CO和UHC污染排放。当航空发动机工 作在高功率状态时，预燃级20和主燃级33同时供油，预燃级20在预燃级燃烧区6内形成 扩散燃烧，主燃级33在预燃级燃烧区6的外围形成主燃级燃烧区域7。主燃级33采用切向 供油的预混预蒸发方式，一方面可以将主燃级33的所需的燃油在主燃级预混预蒸发段21 内快速均勻的混合形成油气混合气，该混合气进入火焰筒后可以快速的较好的燃烧干净， 从而减少NOx的生成，另一方面可以将预燃级未烧完的CO和UHC燃烧干净。由此可见预混 预蒸发燃烧室在航空发动机宽广的工作范围内在保证高效稳定燃烧的同时能有效的降低 燃烧室的污染排放，在掺混孔气流的辅助下也可以获得较好的出口温度分布性能。本发明未详细阐述部分属于本领域公知常识。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
主燃级切向供油的预混预蒸发燃烧室，其特征在于所述燃烧室为单环腔结构，采用分级燃烧方式，燃烧用气量全部由预燃级和主燃级供入，预燃级采用旋流稳定的扩散火焰燃烧组织方式，主燃级采用切向供油的预混预蒸发燃烧组织方式，冷却气和掺混气从火焰筒供入；所述主燃级切向供油的预混预蒸发燃烧室主要由分流式扩压器(8)、燃烧室外机匣(9)、燃烧室内机匣(10)、燃油喷嘴(11)、火焰筒头部(14)、火焰筒外壁(15)和火焰筒内壁(16)组成；火焰筒头部(14)由预燃级(20)和主燃级(33)组成预燃级(20)包括预燃级旋流器组件(22)、预燃级喷嘴(30)、预燃级头部端壁(23)和预燃级头部内导流板(24)，预燃级(20)利用由预燃级旋流器组件(22)进入燃烧室的旋流空气产生的低速回流区稳定火焰，预燃级旋流器组件(22)通过预燃级头部端壁(23)与主燃级预混预蒸发环管(28)相连接，预燃级喷嘴(30)位于预燃级旋流器组件(22)内，并与预燃级旋流器组件(22)同轴，预燃级头部内导流板(24)与预燃级头部端壁(23)相连；主燃级(33)包括主燃级喷嘴(31)、主燃级预混预蒸发段(21)、主燃级头部整体端壁(12)和主燃级头部整体导流板(13)，主燃级预混预蒸发段(21)由主燃级预混预蒸发环管(28)和主燃级喷嘴雾化空气进入管(29)组成，主燃级喷嘴(31)位于主燃级喷嘴雾化空气进入管(29)入口，并与主燃级喷嘴雾化空气进入管(29)同轴，主燃级喷嘴(31)采用在同一圆周上设置多个单个燃油喷嘴(34)的喷射方式，该圆周的圆心位于预燃级喷嘴(30)的轴线上，主燃级喷嘴(31)采用的单个燃油喷嘴(34)的数量与主燃级喷嘴雾化空气进入管(29)的数量相对应，主燃级(33)所需的燃油由主燃级喷嘴(31)喷出后，首先被主燃级喷嘴雾化空气进入管(29)的气流雾化形成油气混合气，然后流入主燃级预混预蒸发环管(28)，油气混合气在主燃级预混预蒸发环管(28)中蒸发，并与空气进一步掺混，在主燃级预混预蒸发环管(28)的出口处形成均匀的油气混合气射流进入火焰筒内，在预燃级火焰的引燃下进行燃烧，主燃级预混预蒸发段(21)通过主燃级头部整体端壁(12)与火焰筒外壁(15)和火焰筒内壁(16)相连，主燃级头部整体导流板(13)与主燃级头部整体端壁(12)相连；预燃级喷嘴(30)和主燃级喷嘴(31)均连接在燃油喷嘴座(32)上，组成燃油喷嘴(11)，燃油喷嘴(11)通过燃油喷嘴座(32)与燃烧室外机匣(9)相连。
2.根据权利要求1所述的预混预蒸发燃烧室，其特征在于在所述的火焰筒外壁(15) 后部设置有火焰筒外壁掺混孔(17)，在所述的火焰筒内壁(16)后部设置有火焰筒内壁掺 混孔(18)，掺混用气分别从火焰筒外壁掺混孔(17)和火焰筒内壁掺混孔(18)进入火焰筒， 以控制燃烧室出口温度分布。
3.根据权利要求1或2所述的预混预蒸发燃烧室，其特征在于所述的分流式扩压器(8)将燃烧室进口气流(1)分为三股火焰筒头部气流(2)、燃烧室外环腔气流(3)和燃烧室内环腔气流(4)，以满足燃烧室各部分对空气流量的需求。
4.根据权利要求1或2所述的预混预蒸发燃烧室，其特征在于所述预燃级喷嘴(30) 和主燃级喷嘴(31)采用的单个燃油喷嘴(34)为压力雾化喷嘴、气动雾化喷嘴或组合式喷 嘴。
5.根据权利要求1所述的预混预蒸发燃烧室，其特征在于所述预燃级旋流器组件 (22)采用的旋流器的级数5 ；每级旋流器采用旋流器的结构是轴向旋流器，或是径 向旋流器，或是切向旋流器；当预燃级旋流器组件(22)的级数n = 1时，旋流器直接与预燃 级头部端壁(23)连接；当预燃级旋流器组件(22)的级数1 < n < 5时，各级旋流器先连接成一个整体，组成预燃级旋流器组件(22)后再与预燃级头部端壁(23)连接。
6.根据权利要求1所述的预混预蒸发燃烧室，其特征在于所述主燃级喷嘴(31)采用 在同一圆周上设置多个单个燃油喷嘴(34)的喷射方式，该圆周的圆心位于预燃级喷嘴(30)的轴线上，采用的单个燃油喷嘴(34)的数量与主燃级喷嘴雾化空气进入管(29) 的数量相对应，单个燃油喷嘴(34)的数量0<p<50，单个燃油喷嘴(34)的喷射线与圆周 的切角A为-90 90度。
7.根据权利要求1所述的预混预蒸发燃烧室，其特征在于所述燃烧室的燃烧用气全 部由火焰筒头部(14)供入，空气分配占燃烧室进口气流的40% 80% 预燃级头部端壁 (23)和主燃级头部整体端壁(12)的冷却所需气量占全部燃烧气量的0% 25%，预燃级(20)所需气量占全部燃烧气量的10% 40%，其余由主燃级(33)的主燃级预混预蒸发段(21)供入。
8.根据权利要求1所述的预混预蒸发燃烧室，其特征在于所述燃烧室的火焰筒外壁 (15)和火焰筒内壁(16)的冷却方式采用气膜冷却、发散冷却或复合冷却方式，以对壁面温 度进行控制延长火焰筒的寿命。
全文摘要
一种主燃级切向供油的预混预蒸发燃烧室，燃烧室为单环腔结构，采用分级燃烧的概念设计，燃烧用气量全部由预燃级和主燃级供入。燃烧室主要由分流式扩压器、燃烧室外机匣、燃烧室内机匣、燃油喷嘴、预燃级、主燃级、火焰筒外壁和火焰筒内壁组成。预燃级利用由预燃级旋流器组件进入燃烧室的旋流空气产生的低速回流区稳定火焰；主燃级所需的燃油经切向的主燃级喷嘴喷出后，在主燃级喷嘴雾化空气进入管的气流作用下雾化，然后流入预混预蒸发环管中蒸发，并与空气进一步掺混，在预混预蒸发环管的出口处形成均匀的油气混合气进入火焰筒，在预燃级火焰的引燃下进行燃烧。本发明结构简单，在保证航空发动机正常工作状态的同时能有效的降低污染排放。
文档编号F23R3/42GK101799174SQ20101003414
公开日2010年8月11日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者刘高恩, 张弛, 林宇震, 林阳, 许全宏 申请人:北京航空航天大学