CN102242940B

CN102242940B - 一种结构分三级预混预蒸发的低污染燃烧室

Info

Publication number: CN102242940B
Application number: CN201110214905.5A
Authority: CN
Inventors: 陶智; 林宇震; 曹文宇; 许全宏; 张弛
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2031-07-29
Also published as: CN102242940A

Abstract

一种结构分三级预混预蒸发的低污染燃烧室，采用单环腔结构，包括扩压器、燃烧室外机匣、燃烧室内机匣、火焰筒外壁、火焰筒内壁和燃烧室头部；燃烧用空气全部由燃烧室头部进入火焰筒，采用分级燃烧方案，分为预燃级一级和主燃级两级；主燃级采用预混燃烧方式，预燃级采用旋流稳定的扩散燃烧方式。主燃级结构上分为两级，避免了主燃级一级的情况下，转级时主级油气混合变差导致的污染排放的增加，在不影响稳定燃烧的同时降低了30％工况下的污染物排放。本发明结构简单，在不影响燃烧稳定性的同时，降低了航空发动机燃烧室的整个着陆起飞循环(Landing and Take-off，LTO)的污染排放得到进一步降低。

Description

一种结构分三级预混预蒸发的低污染燃烧室

技术领域

本发明涉及一种利用预混预蒸发燃烧技术的航空燃气轮机低污染燃烧室。采用分级燃烧的模式，主燃级采用预混燃烧的方式，主要用于降低大工况下的污染排放；预燃级采用扩散燃烧的方式，在保证燃烧室稳定燃烧，主燃级采用分两级的预混预蒸发燃烧的方式，降低航空发动机整个LTO循环的污染排放。

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，仍然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。

现代民用航空发动机燃烧室的主要发展趋势是低污染燃烧。民用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 Environmental Protection）标准对污染排放物的规定已经非常严格，特别是对NOx污染排放要求；而最新的CAEP8标准提出了将NOx的排放在CAEP6的排放标准上降低15%，随着航空业的迅猛发展和人们环保意识的不断提高，未来对燃气轮机燃烧室污染排放会提出更高的要求。

美国航空发动机的两个著名公司GE和PW对低污染燃烧室早已着手研究，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RQL（富油燃烧-淬熄-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 Mixing Combustion，贫油直接混合燃烧室）技术为其GEnx发动机研制的TAPS（Twin Annular PremixingSwirler）低污染燃烧室。该燃烧室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％。GE公司申请了多项美国专利：申请号6363726、6389815、6354072、6418726、0178732、6381964和6389815，所有这些专利都是预燃级采用扩散燃烧、主燃级采用预混燃烧的燃烧组织方式，目的是降低排放指数最大的大工况下的NOx排放。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。

中国的北京航空航天大学对低污染燃烧室也申请了200910238793.X、201010101574.X、201010034141.7、201010277014.X等多项专利，采用的方案是预燃级采用扩散燃烧方式，主燃级采用预混燃烧方式，主燃级为环形结构，轴向或径向供油，采用多点喷射或是预膜雾化方式，目的是降低大工况下的NOx排放，从而使整个LTO循环的NOx的排放得到降低，但要进一步降低整个LTO循环的NOx的排放水平难度较大。

以上所述的专利，都是针对在大工况下降低污染排放，而根据国际民航组织（International Civil Aviation Organization,ICAO）规定的一个标准循环下的排放物指数，用LTO Emission来表达这个参数，计算如下式：

LTOEmission (g / kN) = \frac{D_{p}}{F_{oo}} = \frac{Σ_{i}^{N} {EI}_{m, i} {\overset{\cdot}{m}}_{mf, i} T_{m, i}}{F_{oo}}

由上式可知，LTO Emission跟四个工况下的NOx排放量有关，即既与大工况下的NOx排放有关，还与小工况下的NOx排放有关。

标准LTO循环中的运行模式、每个运行模式下的推力和运行时间，如下表所示。

表1 ICAO规定的LTO循环中的运行模式和时间

运行模式	推力设置	运行时间（min）
			起飞（Take-off）	100%F_oo	0.7
爬升（Climb）	85%F_oo	2.2
			进场（Approach）	30%F_oo	4.0
滑行/地面慢车（Taxi/ground idle）	7%F_oo	0

常规或者现役的推力在140KN的CFM56-5B/3发动机的NOx排放如下表,数据来源于ICAO Emission data bank。

表2 CFM56-5B/3的NOx排放水平

参数	单位	慢车	进场	爬升	起飞
						排放指数（EI）	g/(kgf)	4.45	9.28	19.77	26.18
燃油流量	kg/s	0.112	0.448	1.086	1.325

运行时间	g	1560	240	132	42
						排放量	g/kN	777.5	997.8	2834.1	1456.9

燃烧室采用分级燃烧，预燃级为扩散燃烧方式，主燃级为预混燃烧方式，降低了大工况下的NOx排放，可以达到的NOx排放如下表所示：

表3 主燃级采用预混燃烧可以达到的NOx排放水平

参数	单位	慢车	进场	爬升	起飞
						NOx排放指数（EI）	g/(kgf)	4.45	9.28	4	4.1
燃油流量	kg/s	0.112	0.448	1.086	1.325
						运行时间	g	1560	240	132	42
排放量	g/kN	777.5	997.8	594	228

在小工况(地面慢车、进场)下，虽然NOx排放指数较低，根据表1可知小工况下的运行时间远远高于其他大工况，根据表3可知，当主燃级采用预混燃烧方式时，可以使大工况下的NOx排放指数得到大幅度降低，此时预燃级的NOx排放总量在整个LTO循环的污染排放排放中占的比重最大，因此要想进一步降低整个LTO循环的NOx排放，就需要考虑降低预燃级的NOx排放。

而不管是何种先进的低污染燃烧室，其关键技术就是降低NOx（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NOx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NOx与CO（UHC和CO的排放规律类似）很少。基于此原理，要兼顾NOx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，在大状态时，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。在小状态时，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

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术不足，运用预混预蒸发燃烧技术，提供了一种结构分三级的预混预蒸发的低污染燃烧室，该燃烧室的主燃级采用预混燃烧方式，能在30%工况以上保持较低的污染排放；预燃级采用扩散燃烧的方式，在小工况下既能保证发动机稳定工作，从而降低了整个LTO循环中的污染排放。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：预燃级采用扩散燃烧的方式，主燃级采用分两级预混燃烧的方式。所述燃烧室采用单环腔结构，它由燃烧室外机匣和燃烧室内机匣构成其外轮廓；外界空气通过扩压器进入，火焰筒外壁、火焰筒内壁和燃烧室头部组成燃烧区域，燃烧用空气全部由燃烧室头部进入火焰筒，掺混空气由火焰筒外壁上的外掺混孔和火焰筒内壁上的内掺混孔射入；所述燃烧室头部采用分级燃烧方案，分为主燃级和预燃级，主燃级外环通过头部整体端壁与火焰筒外壁和火焰筒内壁连接固定，主燃级内环腔和燃油喷嘴焊接成为一体；预燃级通过预燃级头部端壁与主燃级联接，并与主燃级同心；所述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，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；预燃级头部端壁连接采用焊接或螺纹安装于主燃级预混蒸发段内环和预燃级外环管上；其中预燃级旋流器包括预燃级外环管、预燃级文氏管、预燃级旋流器叶片；所述主燃级由预混预蒸发环外环、预混预蒸发环中环、预混预蒸发环内环,主燃级内燃油环、主燃级外燃油环、主燃级外旋流器和主燃级内旋流器构成，其中主燃级内旋流器与预混预蒸发环中环、预混预蒸发环内环焊接在一起，构成了预混预蒸发内环腔，主燃级外旋流器与预混预蒸发环外环焊接在一起构成主燃级外环，和预混预蒸发环中环构成了预混预蒸发外环腔；所述燃油喷嘴向燃烧室供给所有燃油，燃油喷嘴包括预燃级喷嘴、主燃级内喷嘴和主燃级外喷嘴，燃油喷嘴从燃烧室头部的上游直接插入主燃级外环中；其中预燃级喷嘴为单个喷嘴，直接插入到预燃级喷嘴定位环下游内通道里，经过预燃级燃油管路的燃油通过预燃级喷嘴形成预燃级油雾，预燃级油雾打在预燃级旋流器文氏管内壁面上形成油膜，在经过预燃级内通道的来流作用下进行雾化，在预燃级出口进行扩散燃烧；主燃级内喷嘴由主燃级燃油内通道和主燃级内直射喷孔组成，主燃级内燃油环和预混预蒸发环内环一起构成主燃级燃油内通道，为一环形结构；预混预蒸发环内环上沿周向均匀开有多个主燃级内直射喷孔，燃油通过主燃级内燃油管进入主燃级燃油内通道，然后经过主燃级内直射喷孔形成多股主燃级内环喷雾，向主燃级内环腔中喷射；主燃级内环油雾在主燃级内旋流的作用下进行蒸发和预混和掺混，在较短的几何尺寸内实现燃油快速蒸发并与空气均匀掺混，然后经过主燃级内环腔进入主燃级内环出口进行预混燃烧，保证较低的污染排放；主燃级外喷嘴由主燃级燃油外通道和主燃级外直射喷孔组成，主燃级外燃油环和预混预蒸发环内环一起构成主燃级燃油外通道，为一环形结构；主燃级内旋流器、预混预蒸发环内环和预混预蒸发环中环上沿周向均匀开有多个主燃级外直射喷孔，燃油通过主燃级外燃油管进入主燃级燃油外通道，然后经过主燃级外直射喷孔形成多股主燃级外环喷雾，向主燃级外环腔中喷射；主燃级外环油雾在主燃级外旋流的作用下进行蒸发和预混和掺混，在较短的几何尺寸内实现燃油快速蒸发并与空气均匀掺混，然后经过主燃级外环腔进入主燃级出口进行预混燃烧，保证较低的污染排放。

喷嘴喷嘴喷嘴喷嘴本发明的原理如下：通过控制航空发动机燃烧室内燃烧区的当量比和均匀度来达到降低污染排放的目的。燃烧用空气全部从燃烧室头部进入火焰筒，使大部分的燃油和空气掺混均匀后再进入火焰筒燃烧，对控制燃烧区当量比降低污染排放有利。采用分级燃烧方案，在小工况下，只有预燃级供油工作，在中间工况下，主燃级一级和预燃级共同供油工作，在大工况下，主燃级和预燃级共同供油工作。在小工况下，只有预燃级供油工作，预燃级燃油经过预燃级喷嘴在预燃级出口处燃烧，为扩散燃烧方式；由于预燃级出口为较强的回流区，扩散燃烧的预燃级燃油在该强回流区内燃烧，因此保证了燃烧的稳定性；在中间工况下，主燃级和预燃级同时供油工作，主燃级一级燃油经过直射喷嘴进入旋流器的空气流道，在旋流作用下进行预先蒸发和与空气掺混，在主燃级出口处参与燃烧，为预混燃烧方式，避免主燃级不分级时由于照顾大工况导致的主燃级流量数太大而导致中间工况雾化和混合变差，保证中间工况的污染排放。在大工况下，主燃级和预燃级同时供油工作，而主燃级的燃油流量占大部分，污染物排放主要受主燃级控制，而主燃级采用的均匀油气混合气预混燃烧，使燃烧区的当量比在污染排放较低的范围内，从而控制了大工况下的污染排放。因此，该型燃烧室确保了航空发动机在宽的工作范围内拥有低污染排放，从而进一步降低了整个LTO循环下的NOx排放，同时保证了燃烧稳定性。

本发明与现有技术相比所具有的优点如下：

（1）本发明预燃级采用扩散燃烧和预混燃烧相结合的燃烧方式，通过将燃油分三级的方式达到两种燃烧方式共存的目的，在不影响燃烧室工作稳定性的同时，降低了全工况下的污染排放。

（2）主燃级分为两级，避免了主燃级一级的情况下，转级时主级油气混合变差导致的污染排放的增加，可以将大工况下和小工况下的污染排放同时降低，从而进一步降低了整个LTO循环的污染排放。

（3）本发明采用单环腔燃烧室结构，燃烧用空气全部由头部供入，火焰筒上只有掺混孔和必要的冷却孔，具有模块化特征，简化了燃烧室结构，主燃级和预燃级结构较简单，易于加工。

附图说明

图1是发动机结构示意图;

图2是本发明的燃烧室结构剖视图;

图3是本发明的燃烧室头部结构剖视图;

图4是本发明的预燃级结构剖视图;

图5是本发明的头部结构剖视立体图（不包含喷嘴杆）;

图6是本发明的过主燃级内直射喷孔的头部剖视图;

图7是本发明的主燃级外环剖视图；

图8是本发明的燃油喷嘴结构剖视图；

图9是本发明的主燃级外直射喷孔中心截面（A-A截面）的剖视图;

图10是本发明的主燃级内直射喷孔中心截面（B-B截面）的剖视图;

其中1是低压压气机，2是高压压气机，3是燃烧室，4是高压涡轮，5是低压涡轮，6是燃烧室外机匣，7是燃烧室内机匣，8是火焰筒外壁，9是火焰筒内壁，10是扩压器，11是火焰筒外壁掺混孔，12是火焰筒内壁掺混孔，13是燃烧室头部，14是主燃级，15是预燃级，16是燃油喷嘴，17是预燃级油雾，18是主燃级内环油雾，19是主燃级外环油雾，20是预燃级旋流器组件，21是预燃级喷嘴，22是预燃级头部端壁，23是预燃级外环管，24是预燃级文氏管，25是预燃级旋流器叶片，26是预燃级喷嘴定位环，27是预燃级内通道，28是预燃级燃油管路，29是预燃级文氏管内壁面，30是预燃级出口，31是预混预蒸发环外环，32是预混预蒸发环中环，33是预混预蒸发环内环，34是主燃级外旋流器，35是主燃级内旋流器，36是主燃级外环腔，37是主燃级内环腔，38是主燃级外环，39是预燃级喷嘴，40是主燃级内喷嘴喷嘴，41是主燃级外喷嘴，42是主燃级外燃油环，43是主燃级内燃油环，44是主燃级燃油外通道，45是主燃级燃油内通道，46是主燃级内燃油管，47是主燃级外燃油管，48是主燃级外直射喷孔，49是主燃级内直射喷孔，50是主燃级内出口，51是主燃外出口，52是头部整体端壁，53是主燃级内叶片通道，54是主燃级外叶片通道。

具体实施方式

图1是发动机结构示意图，包括低压压气机1，高压压气机2，燃烧室3，高压涡轮4和低压涡轮5。发动机工作时，空气经过低压压气机1压缩后，进入高压压气机2，高压空气再进入燃烧室3中与燃油燃烧，燃烧后形成的高温高压燃气进入到高压涡轮4和低压涡轮5，通过涡轮做功分别驱动高压压气机2和低压压气机1。

如图2所示，燃烧室3采用单环腔结构，燃烧室外机匣6和燃烧室内机匣7构成了燃烧室的外轮廓，并与前后的高压压气机2和高压涡轮4连接。高压压气机2的来流空气从扩压器10经过降速扩压后进入燃烧室，在火焰筒外壁8、火焰筒内壁9和燃烧室头部13所包围的空间内与燃油完成燃烧。在外掺混孔11和内掺混孔12以前的区域为燃烧区，掺混空气从掺混孔进入火焰筒，与燃烧区的高温燃气掺混，使出口温度达到设计要求。燃烧室头部13包括主燃级14、预燃级15以及燃油喷嘴16，主燃级14通过头部整体端壁52与火焰筒外壁8和火焰筒内壁9焊接固定，而预燃级15则由预燃级头部端壁22与主燃级14固定联接，燃油喷嘴16供给全部燃油。所述燃烧室头部13沿周向均匀布置，个数为10～60个，燃烧室头部13的空气量占燃烧室总空气量的20%～80%，其中主燃级14占头部空气量的60%～90%，预燃级15占头部空气量的10%～40%。

图3是一个燃烧室头部结构的剖视图，可清楚的看出主燃级14和预燃级15按照同心的方式布置在一起。图4是预燃级结构剖视图，从图4中可以看到，预燃级15由预燃级旋流器20组成。从图4、图5、图6可以看到，预燃级旋流器20为叶片式旋流器或槽道式旋流器，旋流器的结构可以是轴向旋流器或是径向旋流器。当预燃级旋流器20采用单级旋流器时，直接与预燃级头部端壁22连接，当预燃级旋流器20采用多级旋流器时，各级旋流器先连接成一个整体，组成预燃级旋流器20后再与预燃级头部端壁22连接。预燃级旋流器20与预燃级头部端壁22连接采用预燃级旋流器安装边55与预燃级头部端壁22焊接或螺纹加锁紧的方式实现。预燃级旋流器20包括预燃级外环管23、预燃级文氏管24、预燃级旋流器叶片25。预燃级旋流器叶片25沿预燃级外环管前直段56和预燃级文氏管前直段57周向均匀布置并焊接在其上，从而将预燃级外环管23和预燃级文氏管24连接在一起，预燃级旋流器叶片25的叶片安装角度为30°～70°。预燃级喷嘴21为单个压力雾化喷嘴、气动雾化喷嘴或组合式喷嘴，直接插入到预燃级喷嘴定位环26下游内通道27里，经过预燃级燃油管路28的燃油通过预燃级喷嘴21形成预燃级油雾17，预燃级油雾17打在预燃级旋流器文氏管内壁面29上形成油膜，在经过预燃级内通道27的来流作用下进行雾化，在预燃级出口30进行扩散燃烧。

从图3、图5和图6可以看到，主燃级14由预混预蒸发环外环31、预混预蒸发环中环32、预混预蒸发环内环33,主燃级内燃油环43、主燃级外燃油环42、主燃级外旋流器34和主燃级内旋流器35构成，其中主燃级内旋流器35与预混预蒸发环中环42、预混预蒸发环内环33焊接在一起，构成了预混预蒸发内环腔37，主燃级外旋流器34与预混预蒸发环外环31焊接在一起构成主燃级外环38，和预混预蒸发环中环32构成了预混预蒸发外环腔36。主燃级15采用的主燃级内旋流器35和主燃级外旋流器34为叶片式旋流器，叶片安装角度为30°～70°。每级叶片式旋流器的结构是轴向旋流器，或是径向旋流器，两级旋向相同或相反。

从图8可以看到，燃油喷嘴16向燃烧室供给所有燃油，燃油喷嘴16包括预燃级喷嘴39、主燃级内喷嘴40和主燃级外喷嘴41，燃油喷嘴16从燃烧室头部13的上游直接插入主燃级外环38中。

从图8，图9，图10中可以看到，主燃级内喷嘴40由主燃级燃油内通道45和主燃级内直射喷孔49组成，主燃级内燃油环43和主燃级外燃油环42一起构成主燃级燃油内通道45，为一环形结构。预混预蒸发环内环33上沿周向均匀开有多个主燃级内直射喷孔49，燃油通过主燃级内燃油管46进入主燃级燃油内通道45，然后经过主燃级内直射喷孔49形成多股主燃级内环喷雾19，向主燃级内环腔37中喷射。

主燃级外喷嘴41由主燃级燃油外通道44和主燃级外直射喷孔48组成，主燃级外燃油环42和预混预蒸发环内环33一起构成主燃级燃油外通道44，为一环形结构。主燃级内旋流器35、预混预蒸发环内环33和预混预蒸发环中环32上沿周向均匀开有多个主燃级外直射喷孔48，燃油通过主燃级外燃油管47进入主燃级燃油外通道44，然后经过主燃级外直射喷孔48形成多股主燃级外环喷雾18，向主燃级外环腔中喷射。主燃级外环油雾18在主燃级外旋流的作用下进行蒸发和预混和掺混，在较短的几何尺寸内实现燃油快速蒸发并与空气均匀掺混，然后经过主燃级外环腔进入主燃级出口51进行预混燃烧，保证较低的污染排放。主燃级内直射喷孔49和主燃级外直射喷孔48的个数为6～30个，主燃级内旋流器35和主燃级外旋流器34叶片的个数与直射喷油孔的个数之比为1:1～5:1，和预混预蒸发环内环33壁面所形成的倾角均为10°～90°。直射喷孔轴向位置在主燃级内外叶片通道里或主燃级内外叶片通道下游，距主燃级出口的轴向距离为20～50mm。主燃级燃油占总燃油量的比例为50%～90%。

Claims

1.一种结构分三级预混预蒸发的低污染燃烧室，其特征在于：所述燃烧室采用单环腔结构，它由燃烧室外机匣（6）和燃烧室内机匣（7）构成外轮廓；外界空气通过扩压器（10）进入，火焰筒外壁（8）、火焰筒内壁（9）和燃烧室头部（13）组成燃烧区域，燃烧用空气全部由燃烧室头部（13）进入火焰筒，掺混空气由火焰筒外壁（8）上的外掺混孔（11）和火焰筒内壁（9）上的内掺混孔（12）射入；所述燃烧室头部（13）采用分级燃烧方案，分为主燃级（14）和预燃级（15）；预燃级（15）通过预燃级头部端壁（22）与主燃级（14）连接，并与主燃级（14）同心；所述预燃级（15）由中心向外包括预燃级喷嘴（21）、预燃级旋流器组件（20）、预燃级头部端壁（22），预燃级喷嘴（21）和预燃级旋流器组件（20）配合定位，预燃级喷嘴（21）位于预燃级旋流器组件（20）内，并与预燃级旋流器组件（20）同轴；预燃级旋流器组件（20）和预燃级头部端壁（22）连接，预燃级（15）利用由预燃级旋流器组件（20）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（20）通过预燃级头部端壁（22）与主燃级预混预蒸发段内环（33）相连接；预燃级头部端壁（22）安装于主燃级预混蒸发段内环（33）和预燃级外环管（23）上；其中预燃级旋流器（20）包括预燃级外环管（23）、预燃级文氏管（24）、预燃级旋流器叶片（25）、预燃级喷嘴定位环（26），预燃级旋流器叶片（25）依次连接预燃级外环管（23）、预燃级文氏管（24）、预燃级喷嘴定位环，预燃级旋流器叶片（25）沿预燃级外环管前直段（56）和预燃级文氏管前直段（57）周向均匀布置并焊接在其上，从而将预燃级外环管（23）和预燃级文氏管（24）连接在一起；所述主燃级（14）由内于外包括预混预蒸发环内环（33）、主燃级内燃油环（43）、预混预蒸发环中环（32）、主燃级内旋流器（35）、预混预蒸发环外环（31）、主燃级外燃油环（42）、主燃级外旋流器（34），其中主燃级内旋流器（35）与预混预蒸发环中环（32）、预混预蒸发环内环（33）连接在一起，构成了预混预蒸发内环腔（37），主燃级外旋流器（34）与预混预蒸发环外环（31）一起构成主燃级外环（38），主燃级外旋流器（34）和预混预蒸发环中环（32）构成了预混预蒸发外环腔（36）；所述燃油喷嘴（16）由中心向外包括预燃级喷嘴（39）、主燃级内喷嘴（40）和主燃级外喷嘴（41），预燃级喷嘴（39）和预燃级喷嘴定位环（26）连接；燃油喷嘴（16）从燃烧室头部（13）的上游直接插入主燃级外环（38）中，主燃级外环（38）通过头部整体端壁（52）与火焰筒外壁（8）和火焰筒内壁（9）连接固定，主燃级内环腔（37）和燃油喷嘴（16）为一体；其中预燃级喷嘴（21）为单个喷嘴，直接插入到预燃级喷嘴定位环（26）下游内通道（27）里，经过预燃级燃油管路（28）的燃油通过预燃级喷嘴（21）形成预燃级油雾（17），预燃级油雾（17）打在预燃级旋流器文氏管内壁面（29）上形成油膜，在经过预燃级内通道（27）的来流作用下进行雾化，在预燃级出口（30）进行扩散燃烧；主燃级内喷嘴（40）由主燃级燃油内通道（45）和主燃级内直射喷孔（49）组成，固定于预混预蒸发环内环（33）外侧，主燃级内燃油环（43）和预混预蒸发环内环（33）一起构成环形结构主燃级燃油内通道（45）；预混预蒸发环内环（33）上沿周向均匀开有多个主燃级内直射喷孔（49），燃油通过主燃级内燃油管（46）进入主燃级燃油内通道（45），然后经过主燃级内直射喷孔（49）形成多股主燃级内环油雾（19），向主燃级内环腔（37）中喷射；主燃级内环油雾（19）在主燃级内旋流的作用下进行蒸发和预混和掺混，实现燃油快速蒸发并与空气均匀掺混，然后经过主燃级内环腔（37）进入主燃级内环出口（50）进行预混燃烧，保证低污染排放；主燃级外喷嘴（41）由主燃级燃油外通道（44）和主燃级外直射喷孔（48）组成，固定于预混预蒸发环中环（32）外侧，主燃级内喷嘴（40）外侧；主燃级外燃油环（42）和主燃级内燃油环（43）一起构成一环形结构主燃级燃油外通道（44）；预混预蒸发环中环（32）上沿周向均匀开有多个主燃级外直射喷孔（48），燃油通过主燃级外燃油管（47）进入主燃级燃油外通道（44），然后经过主燃级外直射喷孔（48）形成多股主燃级外环油雾（18），向主燃级外环腔中喷射；主燃级外环油雾（18）在主燃级外旋流的作用下进行蒸发和预混和掺混，实现燃油快速蒸发并与空气均匀掺混，然后经过主燃级外环腔（36）进入主燃级外出口（51）进行预混燃烧，保证低的污染排放。

2.根据权利要求1所述的一种结构分三级预混预蒸发的低污染燃烧室，其特征在于：所述预燃级喷嘴（21）为压力雾化喷嘴、气动雾化喷嘴或组合式喷嘴。

3.根据权利要求1所述的一种结构分三级预混预蒸发的低污染燃烧室，其特征在于：所述预燃级（15）采用的预燃级旋流器（20）的叶片安装角度为30°～70°，预燃级旋流器（20）的级数n为1≤n≤3；每级叶片式旋流器的结构是轴向旋流器，或是径向旋流器。

4.根据权利要求1所述的一种结构分三级预混预蒸发的低污染燃烧室，其特征在于：所述燃油喷嘴（16）供应燃烧室所需的全部燃油，主燃级燃油占总燃油量的比例为50%～90%。

5.根据权利要求1所述的一种结构分三级预混预蒸发的低污染燃烧室，其特征在于：所述主燃级（14）采用的主燃级内旋流器（35）和主燃级外旋流器（34）为叶片式旋流器，叶片安装角度为30°～70°；每级叶片式旋流器的结构是轴向旋流器，或是径向旋流器，两级旋向相同或相反；

6.根据权利要求1所述的一种结构分三级预混预蒸发的低污染燃烧室，其特征在于：所述主燃级内直射喷孔（49）和主燃级外直射喷孔（48）的个数分别为6～30个，主燃级内旋流器（35）和内直射喷油孔（49）的个数之比分别为1:1～5:1，主燃级外旋流器（34）叶片的个数与外直射喷油孔（48）的个数之比分别为1:1～5:1；主燃级内直射喷孔（49）和预混预蒸发环内环（33）、主燃级外直射喷孔（48）和预混预蒸发环中环（32）壁面所形成的倾角均为10°～90°，与对应主燃级燃油内通道（45）和主燃级燃油外通道（44）的有效流通面积比值为1:2～1:5；所述主燃级内直射喷孔（49）和主燃级外直射喷孔（48）轴向位置距主燃级内出口（50）和主燃级外出口（51）的轴向距离为20～50mm。

7.根据权利要求1所述的一种结构分三级预混预蒸发的低污染燃烧室，其特征在于：所述主燃级内直射喷孔（49）的结构形式有两种，一种是开在预混预蒸发环内环（33）上，喷油到主燃级内环腔（37）内：另一种是开在主燃级内旋流器（35）叶片上，喷孔和叶片表面所形成的倾角均为10°～90°。

8.根据权利要求1所述的一种结构分三级预混预蒸发的低污染燃烧室，其特征在于：所述燃烧室头部（13）沿周向均匀布置，个数为10～60个，燃烧室头部（13）的空气量占燃烧室总空气量的20%～80%，其中主燃级（14）占头部空气量的60%～90%，预燃级（15）占头部空气量的10%～40%。