CN101694301A - 对冲火焰燃烧室 - Google Patents

Abstract

一种对冲火焰燃烧室，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，预燃级采用旋流稳定的扩散燃烧组织方式，主燃级采用预混预蒸发结合对冲火焰的燃烧组织方式。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、头部预燃级、火焰筒外壁主燃级、火焰筒内壁主燃级、火焰筒外壁和火焰筒内壁组成。头部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；主燃级分为火焰筒外壁主燃级和火焰筒内壁主燃级，由主燃级射入的均匀的油气混合气在火焰筒内相冲，从而形成对冲射流，在预燃级火焰的引燃下形成对冲火焰。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。

Description

对冲火焰燃烧室

技术领域

本发明涉及一种采用对冲火焰燃烧组织方式的航空燃气轮机燃烧室，采用该对冲火焰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CAEP4(Committee on Aviation EnvironmentalProtection)标准的要求已经非常严格，特别是对NOx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 MixingCombustion，贫油直接混合燃烧室)技术为其GEnx发动机研制的TAPS(Twin AnnularPremixing Swirler)低污染燃烧室。该燃烧室已经进入整机验证阶段，即将取证，在台架全环试验验证中，NOx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NOx污染排放的低污染燃烧室为TALON 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NOx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NO_X(氮氧化物)、CO(一氧化碳)、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匀，即整体和局部的当量比控制，而主燃区当量比的均匀性又主要取决于燃油雾化和油气掺混的均匀性。

本发明是针对航空发动机低污染燃烧的新方法。根据NO_X与CO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NO_X与CO(UHC和CO的排放规律类似)很少。基于此原理，要兼顾NO_X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匀性，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匀性又主要取决于燃油雾化和油气掺混的均匀性。这主要取决于两方面：一是燃油颗粒直径分布的均匀性，即SMD的分布均匀性；二则是燃油油雾浓度分布的均匀性。从燃烧方式讲，应采用均匀的预混燃烧，达到主燃区当量比均匀性要求以降低污染排放。

目前的常规燃烧方式无法降低NO_X、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匀，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：克服现有技术的不足，提供一种采用对冲火焰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：对冲火焰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，预燃级采用旋流稳定的扩散火焰燃烧组织方式，主燃级采用预混预蒸发结合对冲火焰燃烧组织方式，冷却气和掺混气从火焰筒供入。对冲火焰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、头部预燃级、火焰筒外壁主燃级、火焰筒内壁主燃级、火焰筒外壁和火焰筒内壁组成。头部预燃级包括预燃级旋流器组件、预燃级喷嘴和预燃级头部端壁，头部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火焰筒外壁和火焰筒内壁相连接，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；火焰筒外壁主燃级和火焰筒内壁主燃级共同组成主燃级，两者结构完全相同，火焰筒外壁主燃级或火焰筒内壁主燃级包括主燃级喷嘴、主燃级旋流器组件和预混预蒸发段，主燃级喷嘴位于主燃级旋流器组件内，并与主燃级旋流器组件同轴，主燃级所需的燃油由主燃级喷嘴喷出后，在经过主燃级旋流器组件的气流作用下雾化形成油气混合气，然后流入预混预蒸发段，油气混合气在预混预蒸发段中蒸发，并与空气进一步掺混，在火焰筒外壁主燃级或火焰筒内壁主燃级的出口处形成均匀的油气混合气射流，从火焰筒外壁主燃级和火焰筒内壁主燃级进入火焰筒的两股均匀的油气混合气射流在火焰筒内相遇，形成对冲射流，在头部预燃级火焰的引燃下形成对冲火焰。预燃级喷嘴和主燃级喷嘴都连接在燃油喷嘴上，并通过燃油喷嘴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匀性，即当量比均匀性，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，使燃烧用气分别从头部预燃级和对冲火焰主燃级供入燃烧室，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，主燃级采用对冲火焰燃烧组织方式，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匀度、混合度和蒸发度来控制燃烧区的当量比均匀度，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，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预混预蒸发结合对冲火焰的燃烧组织方式。预混预蒸发可以使燃油与空气混合均匀，形成均匀的油气混合气射流。对冲火焰具有燃烧快速稳定的特点。当两股均匀的油气混合气射流对冲相遇被点燃后形成对冲火焰，油气混合气可以在极短的时间内燃烧完全。同时主燃级对冲火焰也可以将预燃级的扩散火焰没有完全燃烧的UHC和CO燃烧干净，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，主燃级采用预混预蒸发结合对冲火焰的燃烧组织方式，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。

附图说明

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为本发明的头部预燃级旋流器组件结构示意图；

图4为本发明的头部预燃级旋流器组件结构剖视图；

图5为本发明的主燃级旋流器组件结构示意图；

图6为本发明的主燃级旋流器组件结构剖视图；

图7为本发明的具体实施方案之一单头部模块结构示意(m＝1)；

图8为本发明的具体实施方案之一拟用的喷嘴示意(m＝1)；

图9为本发明的具体实施方案之二单头部模块结构示意(m＝2)；

图10为本发明的具体实施方案之二拟用的喷嘴示意(m＝2)。

图中：1.燃烧室进口气流，2.分流式扩压器出口气流，3.燃烧室外环腔气流，4.燃烧室内环腔气流，5.头部预燃级燃烧区域，6.对冲火焰主燃级燃烧区域，7.燃烧室出口气流，8.分流式扩压器，9.燃烧室外机匣，10.燃烧室内机匣，11.预燃级头部端壁，12.挡溅盘，13.火焰筒外壁，14.火焰筒内壁，15.火焰筒外壁掺混孔，16.火焰筒内壁掺混孔，17.燃油喷嘴，18.预燃级旋流器组件，19.主燃级旋流器组件，20.预混预蒸发段，21.火焰筒外壁帽罩，22.火焰筒内壁帽罩，23.预燃级喷嘴，24.主燃级喷嘴，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.主燃级喷嘴安装座，29.主燃级旋流器，30.主燃级旋流器压板，31.主燃级旋流器安装座，32.火焰筒外壁主燃级，33.火焰筒内壁主燃级，34.头部预燃级气流，35.头部预燃级，36.发散冷却孔。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明设计的对冲火焰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，主燃级采用预混预蒸发结合对冲火焰的燃烧组织方式，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——头部预燃级燃烧区域5和对冲火焰主燃级燃烧区域6，两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13，燃烧区域的内边界是火焰筒内壁14，环形的火焰筒外壁13和火焰筒内壁14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13上安排有火焰筒外壁掺混孔15，在火焰筒内壁14上安排有火焰筒内壁掺混孔16，掺混用气通过火焰筒外壁掺混孔15和火焰筒内壁掺混孔16进入燃烧室，用于调节燃烧室出口温度分布。火焰筒外壁13和火焰筒内壁14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13和火焰筒内壁14冷却方式采用发散冷却，在火焰筒外壁13和火焰筒内壁14开有发散冷却孔36，发散冷却孔36示意如图1和图2所示。

在头部预燃级燃烧区域5的上游是头部预燃级，头部预燃级包括预燃级旋流器组件18、预燃级喷嘴23和预燃级头部端壁11。预燃级旋流器组件18通过预燃级头部端壁11与火焰筒外壁13和火焰筒内壁14相连接。预燃级旋流器组件18采用的旋流器的级数1≤n≤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18的级数n＝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11连接；当预燃级旋流器组件18的级数1＜n≤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18后再与预燃级头部端壁11连接。在具体实施方案中，以预燃级旋流器组件18采用二级旋流器方案为例，如图3和图4所示，预燃级旋流器组件18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，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18；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18固定到预燃级头部端壁11上；最后将预燃级头部端壁11推入火焰筒外壁13和火焰筒内壁14之间，用螺栓将预燃级头部端壁11与火焰筒外壁13和火焰筒内壁14固定在一起，从而完成头部预燃级的安装。

对冲火焰主燃级燃烧区域6是对冲火焰主燃级燃烧区域。对冲火焰主燃级由火焰筒外壁主燃级32和火焰筒内壁主燃级33组成。火焰筒外壁主燃级32和火焰筒内壁主燃级33结构相同并且是成对的，二者相对于头部预燃级35的中心截面对称分布，如图1和图2所示。相对于一个头部预燃级35，火焰筒外壁主燃级32和火焰筒内壁主燃级33的对数1≤m≤10。火焰筒外壁主燃级32的预混预蒸发段20与火焰筒外壁13相连接，且在火焰筒外壁13上均布；火焰筒内壁主燃级33的预混预蒸发段20与火焰筒内壁14相连接，且在火焰筒内壁14上均布。每对火焰筒外壁主燃级32和火焰筒内壁主燃级33的出口平面的中心线位于同一直线上。火焰筒外壁主燃级32或火焰筒内壁主燃级33包括主燃级喷嘴24、主燃级旋流器组件19和预混预蒸发段20。主燃级旋流器组件19采用的旋流器的级数1≤p≤5，与预混预蒸发段20连接后组成火焰筒外壁主燃级32或火焰筒内壁主燃级33。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。当主燃级旋流器组件19的级数n＝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混预蒸发段20连接；当主燃级旋流器组件19的级数1＜p≤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，各级旋流器先连接成一个整体，组成主燃级旋流器组件19后再与预混预蒸发段20连接。在具体实施方案中，以主燃级旋流器组件19采用一级旋流器方案为例，如图5和图6所示，主燃级旋流器组件19包括主燃级旋流器29、主燃级旋流器压板30和主燃级旋流器安装座31。安装时，先将预混预蒸发段20焊接在火焰筒外壁13或火焰筒内壁14上；在保证主燃级旋流器29与主燃级旋流器安装座30同轴的同时，采用焊接或螺栓连接的方式，将主燃级旋流器压板30与主燃级旋流器安装座31连接在一起，并且将主燃级旋流器29夹在主燃级旋流器压板30与主燃级旋流器安装座31之间，使三个部件连接成为一个整体组成主燃级旋流器组件19；然后利用螺纹或螺栓连接方式将主燃级旋流器组件19与焊接在火焰筒外壁13或火焰筒内壁14上的预混预蒸发段20连接在一起，从而完成火焰筒外壁主燃级32或火焰筒内壁主燃级33的安装。

如图1和图2所示，预燃级喷嘴23和主燃级喷嘴24作为一个整体，组合成燃油喷嘴17，在完成头部预燃级和对冲火焰主燃级的安装后，从燃烧室外机匣9的开口处伸入燃烧室，插入对应旋流器组件中心位置，从而完成燃烧室的安装。预燃级喷嘴23和主燃级喷嘴24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23与预燃级一级旋流器25相对应，并且预燃级喷嘴23的轴线与预燃级一级旋流器25的轴线相重合。主燃级喷嘴24的个数与采用的主燃级旋流器29的个数相同，每个主燃级喷嘴24对应于一个主燃级旋流器29，且主燃级喷嘴24的轴线与主燃级旋流器29的轴线相重合。

燃烧室进口气流1进入燃烧室后，经过分流式扩压器8的减速扩压后形成分流式扩压器出口气流2。分流式扩压器出口气流2分为三股：头部预燃级气流34、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。

头部预燃级气流34占全部燃烧气量的10％～40％，全部由头部预燃级35供入燃烧室，除了5％～15％的头部预燃级气流34被用于预燃级头部端壁11的冷却外，其余全部由预燃级旋流器组件18供入，用于预燃级燃油的雾化和燃烧。头部预燃级35所需燃油经预燃级喷嘴23喷出后，被来自预燃级旋流器组件18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18的空气旋流形成的低速回流区——预燃级燃烧区域5形成扩散燃烧。预燃级喷嘴23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23的选择依靠燃油在预燃级喷嘴23结合来自预燃级旋流器组件18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，油雾分布越均匀，越利于在预燃级燃烧区域5内组织高效稳定低污染的燃烧。

燃烧室外环腔气流3包括火焰筒外壁主燃级32所需用气，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包括火焰筒内壁主燃级33所需用气，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。为保证火焰筒外壁主燃级32和火焰筒内壁主燃级33的进气量基本相同，在设计时保持燃烧室外环腔气流3的流量与燃烧室内环腔气流4的流量基本相同，并保持火焰筒内、外壁面的冷却和掺混用气的流量基本相同。其中火焰筒外壁主燃级32或火焰筒内壁主燃级33所需用气占全部燃烧用气量的30％～45％，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5％～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5％～20％。

火焰筒外壁主燃级32或火焰筒内壁主燃级33包括主燃级喷嘴24、主燃级旋流器组件19和预混预蒸发段20；主燃级所需的燃油由主燃级喷嘴24喷出后，在经过主燃级旋流器组件19的气流作用下雾化形成油气混气，然后流入预混预蒸发段20，雾化后的油气混气在预混预蒸发段20中进一步雾化和散布，在火焰筒外壁主燃级32或火焰筒内壁主燃级33的出口处形成均匀的油气混合气射流，从火焰筒外壁主燃级32和火焰筒内壁主燃级33进入火焰筒的两股均匀的油气混合气射流在火焰筒内相遇，形成对冲射流。因为是以两股流量和流速都基本相同的均匀油气混合气射流形成的对冲射流，此时在头部预燃级火焰的引燃下将油气混合气点燃，在对冲射流的相撞截面会形成两个驻定的平面火焰，这两个驻定的平面火焰具有良好的稳定性。主燃级喷嘴24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24的选择依靠燃油在主燃级喷嘴24、来自主燃级旋流器组件19的雾化空气和来自预混预蒸发段20的雾化掺混气流的共同作用下，在预混预蒸发段20出口形成的油气混合气的均匀程度决定：形成的油气混合气越均匀，越利于在对冲火焰主燃级燃烧区域6内组织快速高效稳定低污染的燃烧。

相对于一个头部预燃级35，火焰筒外壁主燃级32和火焰筒内壁主燃级33的对数1≤m≤10。在具体实施方案中以m＝1和m＝2为例，如图7、8、9和10所示。图7为火焰筒外壁主燃级32和火焰筒内壁主燃级33的对数m＝1时火焰筒结构示意，图8为此时采用的燃油喷嘴17的结构示意。图9为火焰筒外壁主燃级32和火焰筒内壁主燃级33的对数m＝2时火焰筒结构示意，图10为此时采用的燃油喷嘴17的结构示意。如图7所示，当m＝1时，火焰筒外壁主燃级32和火焰筒内壁主燃级33的中心截面与头部预燃级35的中心截面位于同一平面内，此时采用的燃油喷嘴17如图8所示，预燃级喷嘴23和主燃级喷嘴24分别与预燃级一级旋流器25和主燃级旋流器29一一相对。如图9所示，当m＝2时，火焰筒外壁主燃级32和火焰筒内壁主燃级33沿头部预燃级35的中心截面对称布置在火焰筒上，此时采用的燃油喷嘴17如图10所示，预燃级喷嘴23和主燃级喷嘴24分别与预燃级一级旋流器25和主燃级旋流器29一一相对。当航空发动机工作在低功率状态时，燃烧室只有头部预燃级35供油，对冲火焰主燃级此时相当于常规燃烧室的中心主燃孔只有空气经过而不供油，控制此时的油气比在贫油范围，在头部预燃级燃烧区5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，头部预燃级35和对冲火焰主燃级同时供油，头部预燃级35在头部预燃级燃烧区5内形成扩散燃烧，对冲火焰主燃级在头部预燃级下游形成对冲火焰主燃级燃烧区域6。对冲火焰形成的两个驻定的平面火焰具有良好的稳定性，一方面可以将主燃级的油气混气快速的较好的燃烧干净减少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。由此可见对冲火焰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。

Claims (10)

1.对冲火焰燃烧室，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，主燃级采用预混预蒸发结合对冲火焰的燃烧组织方式，冷却气和掺混气从火焰筒供入，所述对冲火焰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(17)、头部预燃级(35)、火焰筒外壁主燃级(32)、火焰筒内壁主燃级(33)、火焰筒外壁(13)和火焰筒内壁(14)组成；头部预燃级(35)包括预燃级旋流器组件(18)、预燃级喷嘴(23)和预燃级头部端壁(11)，头部预燃级(35)利用由预燃级旋流器组件(18)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(18)通过预燃级头部端壁(11)与火焰筒外壁(13)和火焰筒内壁(14)相连接，预燃级喷嘴(23)位于预燃级旋流器组件(18)内，并与预燃级旋流器组件(18)同轴；火焰筒外壁主燃级(32)和火焰筒内壁主燃级(33)共同组成主燃级，两者结构完全相同，火焰筒外壁主燃级(32)或火焰筒内壁主燃级(33)包括主燃级喷嘴(24)、主燃级旋流器组件(19)和预混预蒸发段(20)，主燃级喷嘴(24)位于主燃级旋流器组件(19)内，并与主燃级旋流器组件(19)同轴，主燃级所需的燃油由主燃级喷嘴(24)喷出后，在经过主燃级旋流器组件(19)的气流作用下雾化形成油气混合气，然后流入预混预蒸发段(20)，油气混合气在预混预蒸发段(20)中蒸发并与空气进一步掺混，在火焰筒外壁主燃级(32)或火焰筒内壁主燃级(33)的出口处形成均匀的油气混合气射流，从火焰筒外壁主燃级(32)和火焰筒内壁主燃级(33)进入火焰筒的两股均匀的油气混合气射流在火焰筒内相遇，形成对冲射流，在头部预燃级火焰的引燃下形成对冲火焰；预燃级喷嘴(23)和主燃级喷嘴(24)均连接在燃油喷嘴(17)上，并通过燃油喷嘴(17)与燃烧室外机匣(9)相连。

2.根据权利要求1所述的对冲火焰燃烧室，其特征在于：所述头部预燃级(35)的空气分配占全部燃烧气量的10％～40％，火焰筒外壁主燃级(32)和火焰筒内壁主燃级(33)共同组成的主燃级的空气分配占全部燃烧气量的60％～90％。

3.根据权利要求1所述的对冲火焰燃烧室，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：头部预燃级气流(34)、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所述的对冲火焰燃烧室，其特征在于：所述预燃级喷嘴(23)和主燃级喷嘴(24)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所述的对冲火焰燃烧室，其特征在于：所述预燃级旋流器组件(18)采用的旋流器的级数1≤n≤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(18)的级数n＝1时，旋流器直接与预燃级头部端壁(11)连接；当预燃级旋流器组件(18)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(18)后再与预燃级头部端壁(11)连接。

6.根据权利要求1所述的对冲火焰燃烧室，其特征在于：所述火焰筒外壁主燃级(32)和火焰筒内壁主燃级(33)是成对出现的：对应于一个头部预燃级(35)，火焰筒外壁主燃级(32)和火焰筒内壁主燃级(33)的对数1≤m≤10；火焰筒外壁主燃级(32)的预混预蒸发段(20)与火焰筒外壁(13)相连接，且在火焰筒外壁(13)上均布；火焰筒内壁主燃级(33)的预混预蒸发段(20)与火焰筒内壁(14)相连接，且在火焰筒内壁(14)上均布；每对火焰筒外壁主燃级(32)和火焰筒内壁主燃级(33)的出口平面的中心线位于同一直线上。

7.根据权利要求1或6所述的对冲火焰燃烧室，其特征在于：所述主燃级旋流器组件(19)采用的旋流器的级数1≤p≤5，与预混预蒸发段(20)连接后组成火焰筒外壁主燃级(32)或火焰筒内壁主燃级(33)；每级旋流器可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；当主燃级旋流器组件(19)的级数n＝1时，旋流器直接与预混预蒸发段(20)连接；当主燃级旋流器组件(19)的级数1＜p≤5时，各级旋流器先连接成一个整体，组成主燃级旋流器组件(19)后再与预混预蒸发段(20)连接。

8.根据权利要求1或6或7或8所述的对冲火焰燃烧室，其特征在于：所述的主燃级喷嘴(24)的雾化气液比的范围为3～11，主燃级喷嘴(24)供入的燃油雾化所需空气全部由主燃级旋流器组件(19)供入，火焰筒外壁主燃级(32)或火焰筒内壁主燃级(33)的剩余气量由预混预蒸发段(20)供入，用于雾化后的燃油的蒸发和掺混。

9.根据权利要求1所述的对冲火焰燃烧室，其特征在于：所述燃烧室的火焰筒外壁(13)和火焰筒内壁(14)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。

10.根据权利要求1所述的对冲火焰燃烧室，其特征在于：在所述的火焰筒外壁(13)后部设置有火焰筒外壁掺混孔(15)，在所述的火焰筒内壁(14)后部设置有火焰筒内壁掺混孔(16)，掺混用气分别火焰筒外壁掺混孔(15)和火焰筒内壁掺混孔(16)进入火焰筒，以控制燃烧室出口温度分布。

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