CN103335333A

CN103335333A - 一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室

Info

Publication number: CN103335333A
Application number: CN2013102500568A
Authority: CN
Inventors: 王凯; 许全宏; 林宇震; 李林; 郭凯; 徐华胜; 邓远灏
Original assignee: Beihang University; China Gas Turbine Research Institute
Current assignee: Beihang University; China Gas Turbine Research Institute
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: CN103335333B

Abstract

本发明涉及一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，采用单环腔结构，燃烧室采用中心分级燃烧方式，燃烧室头部分为预燃级和主燃级，预燃级采用扩散燃烧与旋流预混燃烧相结合的方式，在保证燃烧稳定性的同时降低小工况的污染物排放；主燃级采用预混预蒸发燃烧方式，能有效的降低燃烧污染物。主燃级为单级油路，燃油在预膜板上形成油膜，油膜在两股旋流作用下雾化、蒸发并与空气掺混，形成的油气混合物在交错板作用下增加了径向掺混，在内旋流器和外旋流器的旋流作用下形成均匀的油气混合物，预膜板有助于增加油雾沿周向的均匀性，而交错板加强了油雾在径向上的掺混和散布，有利于在主燃级出口形成均匀的油气混合物，降低燃烧污染物。

Description

一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室

技术领域

本发明涉及航空燃气轮机的技术领域，具体涉及一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室。

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。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。

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，提供了一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，燃烧室采用中心分级燃烧的模式，预燃级在中心，采用扩散燃烧和预混燃烧相结合的方式，用以保证燃烧室工作的稳定性和安全性，同时降低小工况下的污染排放；主燃级采用预混预蒸发燃烧方式，能有效的降低燃烧污染物。主燃级燃油在预膜板上形成油膜，油膜在两股旋流作用下雾化、蒸发及与空气掺混，形成周向分布均匀的油气混合物；油气混合物又在主燃级交错板的作用下增加了燃油和空气的径向掺混，提高油雾沿径向均匀性；进一步的，在主燃级外旋流器和主燃级内旋流器旋转气流的作用下进一步蒸发并与空气掺混；在主燃级出口形成均匀的油气混合物，并以一定的旋流形式进入主燃区进行预混燃烧；预膜板和交错板的设计大大提升了主燃级预混预蒸发段的油气混合物均匀性，降低了航空发动机燃烧室的污染排放水平。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，该低污染燃烧室采用单环腔结构，由扩压器、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组成；扩压器通过内、外壁和燃烧室外机匣和燃烧室内机匣焊接在一起，火焰筒外壁通过后缘的支板和燃烧室外机匣连接在一起，火焰筒内壁同样通过后部的支板和燃烧室内机匣连接固定；燃烧用空气全部由燃烧室头部进入火焰筒，掺混空气由内环掺混孔和外环掺混孔射入；采用中心分级燃烧方案，分为预燃级和单油路主燃级，燃油杆供给燃烧室所有燃油，包括预燃级油路和主燃级油路；单油路主燃级通过头部整体端壁与火焰筒外壁和火焰筒内壁固定，预燃级则通过隔离段与单油路主燃级联接，并与单油路主燃级同心；所述单油路主燃级由主燃级一级雾化轴向旋流器、主燃级二级雾化轴向旋流器、主燃级外旋流器、主燃级内旋流器、主燃级燃油预膜板、主燃级交错板、主燃级外壁组成；主燃级集油环外壁和主燃级一级雾化轴向旋流器叶片为一体化结构；主燃级内旋流器叶片外缘和主燃级集油环内壁焊接成一个整体，主燃级一级雾化轴向旋流器叶片外缘与主燃级二级雾化轴向旋流器内壁焊接，构成主燃级内环部分；主燃级二级雾化轴向旋流器叶片外缘与主燃级外旋流器内壁面为安装配合面；主燃级外旋流器叶片外缘与主燃级外壁通过焊接形成主燃级外环整体，再通过主燃级外壁和燃烧室头部端壁连接到燃烧室头部；内交错板与集油环后缘为一体化结构；外交错板与外旋流器内壁为一体化结构；主燃级集油槽外壁上有主燃级燃油喷射孔；主燃级集油环和燃油杆在主燃级集油槽进油孔位置处通过焊接成一个整体；预燃级燃油通过燃油杆的预燃级油路流进预燃级燃油喷嘴中；单油路主燃级燃油经过燃油杆的主燃级油路进入主燃级集油环的燃油集油槽，再经由燃油喷射孔喷入主燃级一级燃油雾化通道中，一部分燃油在旋转气流作用下雾化蒸发，一部分燃油在主燃级燃油预膜板形成主燃级油膜，油膜的形成有助于提高油雾沿周向的均匀性；主燃级燃油预膜板的油膜在主燃级一级雾化轴向旋流器的旋转气流与主燃级二级雾化轴向旋流器旋流气流共同作用下雾化破碎，雾化破碎后的油气混合物又在主燃级交错板的作用下增加了燃油和空气的径向掺混，提高油雾沿径向均匀性；进一步的，在主燃级外旋流器和主燃级内旋流器旋转气流的作用下进一步蒸发并与空气掺混；在主燃级出口形成均匀的油气混合物，并以一定的旋流形式进入主燃区进行预混燃烧。

进一步的，所述主燃级内交错板的齿片和外交错板的齿片交错排列，油气混合物在齿片的导流作用下流过齿片之间的缝隙，形成内外交错的油气混合气流；内外交错板齿片个数为24～48个；交错板齿片与轴向的夹角为30°～50°。

进一步的，所述预燃级采用的旋流器的级数为1≤n≤3；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；当预燃级的级数n=1时，旋流器直接与隔离段连接；当预燃级的级数1<n≤3时，各级旋流器先连接成一个整体，再与隔离段连接；当预燃级的级数1<n≤3时，各级旋流器的旋流方向或是同旋，或是反旋。

进一步的，所述预燃级燃油喷嘴结构是压力雾化喷嘴、气动雾化喷嘴或组合式喷嘴，喷嘴流量数在8～22kg/(hr·MPa^0.5)之间。

进一步的，所述单油路主燃级中的主燃级一级雾化轴向旋流器与主燃级二级雾化轴向旋流器结构是轴向叶片式，或者是开槽式旋流器；主燃级外旋流器和主燃级内旋流器结构是轴向叶片式旋流器。

进一步的，所述单油路主燃级的四级旋流中气流的旋向或为同旋，或为反旋，四股旋流最终汇为一股，以旋流形式进入燃烧室中。

进一步的，所述燃烧室头部沿周向均匀布置，个数为12～30个，燃烧室头部的空气量占燃烧室总空气量的50%～70%。

进一步的，所述主燃级占燃烧室头部空气量的75%～90%，预燃级燃烧室头部空气量的7%～20%。

进一步的，所述燃烧室的火焰筒外壁和火焰筒内壁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。

进一步的，所述的火焰筒外壁后部设置有火焰筒外环掺混孔，在所述的火焰筒内壁后部设置有火焰筒内环掺混孔，掺混用气分别从火焰筒外环掺混孔和火焰筒内环掺混孔进入火焰筒，以调整燃烧室出口温度分布。

本发明的原理如下：

本发明该燃烧室采用中心分级燃烧的模式，预燃级在中心，采用扩散燃烧和预混燃烧相结合的方式，用以保证燃烧室工作的稳定性和安全性，同时降低小工况下的污染排放；单油路主燃级在预燃级径向外围，采用预混预蒸发燃烧的方式。燃油经喷射孔喷射到预膜板形成油膜，油膜在主燃级一级雾化轴向旋流器旋流气流与主燃级二级雾化轴向旋流器旋流气流共同作用下雾化破碎，雾化破碎后的油气混合物又在主燃级交错板的作用下增加了燃油和空气的径向掺混，提高油雾沿径向均匀性；进一步的，在主燃级外旋流器和主燃级内旋流器旋转气流的作用下进一步蒸发并与空气掺混；在主燃级出口形成均匀的油气混合物，并以一定的旋流形式进入主燃区进行预混燃烧；预膜板和交错板的使用，有利于提高油气混合物在主燃级出口位置处的均匀性，有利于航空发动机燃烧室污染排放的降低。

通过控制航空发动机不同工况下燃烧室内燃烧区的当量比和以及燃烧的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，头部进气量相对于常规燃烧室大很多，使燃烧室主燃区当量比较小，有利于燃烧区污染排放的降低；同时采用中心分级燃烧方案，预燃级在中心，为扩散燃烧方式，用于保证整个燃烧室的燃烧稳定性和安全性；主燃级在预燃级径向外围，为预混燃烧模式，燃油在主燃级预混预蒸发段里雾化、蒸发并与空气不断掺混，形成均匀的可燃气进入燃烧室参与燃烧，有利于整个燃烧室内污染排放的进一步降低；单油路预膜式交错板主燃级燃油在预膜板上形成油膜，油膜在两股旋流气动作用下雾化，在预混预蒸发通道中不断的蒸发并与空气掺混，形成周向分布较均匀混气；油气混合物又在主燃级交错板的作用下增加了燃油和空气的径向掺混，提高油雾沿径向均匀性；进一步的，在主燃级外旋流器和主燃级内旋流器旋转气流的作用下进一步蒸发并与空气掺混；在主燃级出口形成均匀的油气混合物，并以一定的旋流形式进入主燃区进行预混燃烧，有利于降低航空发动机的污染排放。

本发明与现有技术相比所具有的优点如下：

（1）本发明主燃级采用单油路预膜式交错板方案，油膜的形成有助于油气混合物的周向均匀性，交错板的设计有助于油气混合物径向均匀性，这种设计能够保证油雾在主燃级预混预蒸发通道出口的周向和径向分布都比较均匀，有利于均匀燃烧，可有效的降低燃烧室的污染排放；

（2）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；主燃级内环、预燃级及燃油杆可设计为一体化结构，不仅能保证同心度，而且易于装配；

（3）本发明采用中心分级燃烧概念，预燃级提供稳火源，保证整个燃烧室工作的稳定性和安全性，预混预蒸发的单油路主燃级实现低污染燃烧；这种燃烧方案布局不仅能够有效的降低污染排放水平，同时可确保航空发动机燃烧室的稳定性。

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是本发明的本发明的单油路主燃级结构剖视图；

图5是本发明的单油路主燃级集油环剖视图；

图6是本发明的主燃级交错板局部放大图；

图7是本发明的主燃级内交错板放大图；

图8是本发明的主燃级外交错板放大图；

图9是本发明的预燃级结构剖视图；

图中：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是火焰筒外环掺混孔，12是火焰筒内环掺混孔，13是燃烧室头部，14是单油路主燃级，15是预燃级，16是燃油杆，17是隔离段，18挡溅盘，19是头部端壁，20是预燃级油路，21是主燃级油路，22是预燃级燃油喷嘴，23是预燃级一级旋流器，24是预燃级文氏管，25是预燃级旋流器出口套筒，26是主燃级油膜，27是预燃级二级旋流器，28是预燃级喷嘴安装孔，29是预燃级一级旋流器叶片，30是主燃级一级雾化轴向旋流器，31是主燃级二级雾化轴向旋流器，32是主燃级外旋流器，33是主燃级内旋流器，34是主燃级外壁，35是主燃级燃油预膜板，36是主燃级交错板，37是主燃级燃油喷射孔，38是主燃级燃油雾化通道，39是主燃级集油环，40是主燃级集油槽进油孔，41是主燃级燃油集油槽，42是主燃级集油槽内壁，43是主燃级集油槽外壁，44是预燃级油雾，45是主燃级一级燃油雾化通道，46是主燃级外旋流器叶片，47是主燃级内交错板，48是主燃级外交错板，49是主燃级一级雾化轴向旋流器叶片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图1-9公开了一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，所述低污染燃烧室采用单环腔结构，由扩压器10、燃烧室外机匣6、燃烧室内机匣7、火焰筒外壁8、火焰筒内壁9和燃烧室头部13组成，扩压器10通过内、外壁和燃烧室外机匣6和燃烧室内机匣7焊接在一起，火焰筒外壁8通过后缘的支板和燃烧室外机匣6连接在一起，火焰筒内壁9同样通过后部的支板和燃烧室内机匣7连接固定；在火焰筒外壁8后部设置有火焰筒外环掺混孔11，在火焰筒内壁9后部设置有火焰筒内环掺混孔12，燃烧用空气全部由燃烧室头部13进入火焰筒，掺混空气由内环掺混孔12和外环掺混孔11进入火焰筒，以调整燃烧室出口温度分布；所述燃烧室采用中心分级燃烧方案，分为预燃级15和单油路主燃级14，燃油杆16供给燃烧室所有燃油，燃油分为两路，包括预燃级油路20和主燃级油路21；所述单油路主燃级14通过头部端壁19与火焰筒外壁8和火焰筒内壁9固定，预燃级15通过隔离段17与单油路主燃级14联接，并与单油路主燃级14同心；所述的单油路主燃级14采用四级旋流结构，由主燃级一级雾化轴向旋流器30、主燃级二级雾化轴向旋流器31、主燃级外旋流器32、主燃级内旋流器33、主燃级燃油预膜板35、主燃级交错板36和主燃级外壁34组成；主燃级集油环39外壁和主燃级一级雾化轴向旋流器30叶片为一体化结构；主燃级内旋流器33叶片外缘和主燃级集油环39内壁焊接成一个整体，主燃级一级雾化轴向旋流器叶片49外缘与主燃级二级雾化轴向旋流器31内壁焊接，构成主燃级内环部分；主燃级二级雾化轴向旋流器31叶片外缘与主燃级外旋流器32内壁面为安装配合面；主燃级外旋流器叶片46外缘与主燃级外壁34通过焊接形成主燃级外环整体，再通过主燃级外壁34和燃烧室头部端壁19连接到燃烧室头部；主燃级内交错板47与主燃级集油环39后缘为一体化结构；主燃级外交错板48与主燃级外旋流器32内壁为一体化结构；主燃级集油槽外壁43上有主燃级燃油喷射孔37；主燃级集油环39和燃油杆16在主燃级集油槽进油孔40位置处通过焊接成一个整体；预燃级燃油通过燃油杆16的预燃级油路20流进预燃级燃油喷嘴22中；单油路主燃级14燃油经过燃油杆16的主燃级油路21进入主燃级燃油集油槽41，再经由主燃级燃油喷射孔37喷入主燃级一级燃油雾化通道45中，一部分燃油在旋转气流作用下雾化蒸发，一部分燃油在主燃级燃油预膜板35形成主燃级油膜26，油膜的形成有助于提高油雾沿周向的均匀性；主燃级燃油预膜板35的油膜在主燃级一级雾化轴向旋流器30的旋转气流与主燃级二级雾化轴向旋流器31旋流气流共同作用下雾化破碎，雾化破碎后的油气混合物又在主燃级交错板36的作用下增加了燃油和空气的径向掺混，提高油雾沿径向均匀性；而且，在主燃级外旋流器32和主燃级内旋流器33旋转气流的作用下进一步蒸发并与空气掺混；在主燃级出口形成均匀的油气混合物，并以一定的旋流形式进入主燃区进行预混燃烧。

所述主燃级内交错板47的齿片和主燃级外交错板48的齿片交错排列，油气混合物在齿片的导流作用下流过齿片之间的缝隙，形成内外交错的油气混合气流；内外交错板齿片个数为24～48个；交错板齿片与轴向的夹角为30°～50°。

所述预燃级15采用的旋流器的级数为1≤n≤3；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15的级数n=1时，旋流器直接与隔离段17连接；当预燃级15的级数1<n≤3时，各级旋流器先连接成一个整体，再与隔离段17连接；当预燃级15的级数1<n≤3时，各级旋流器的旋流方向或是同旋，或是反旋。

所述预燃级燃油喷嘴22结构是压力雾化喷嘴、气动雾化喷嘴或组合式喷嘴，喷嘴流量数在8～22kg/(hr·MPa^0.5)之间。

所述单油路主燃级14中的主燃级一级雾化轴向旋流器30与主燃级二级雾化轴向旋流器31结构是轴向叶片式，或者是开槽式旋流器；主燃级外旋流器32和主燃级内旋流器33结构是轴向叶片式旋流器。

所述单油路主燃级14的四级旋流中气流的旋向或为同旋，或为反旋，四股旋流最终汇为一股，以旋流形式进入燃烧室中。

所述燃烧室头部13沿周向均匀布置，个数为12～30个，燃烧室头部13的空气量占燃烧室总空气量的50%～70%。

所述单油路主燃级14占燃烧室头部13空气量的75%～90%，预燃级15燃烧室头部13空气量的7%～20%。

所述燃烧室的火焰筒外壁8和火焰筒内壁9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。

所述的火焰筒外壁8后部设置有火焰筒外环掺混孔11，在所述的火焰筒内壁9后部设置有火焰筒内环掺混孔12，掺混用气分别从火焰筒外环掺混孔11和火焰筒内环掺混孔12进入火焰筒，以调整燃烧室出口温度分布。

具体结合每个附图说明如下：

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，燃烧室头部采用中心分级结构，预燃级在中心，主燃级在预燃级径向外围。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的高速来流空气经过扩压器10经过降速扩压后进入燃烧室，空气由火焰筒外壁8和火焰筒内壁9的掺混孔和冷却孔，以及燃烧室头部13的旋流器和冷却孔进入由火焰筒外壁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，使出口温度分布达到设计要求。燃烧室头部13包括单油路主燃级14、预燃级15、燃油杆16及预燃级燃油喷嘴22，单油路主燃级14通过头部端壁19与火焰筒外壁8和火焰筒内壁9焊接固定，而预燃级15由隔离段17与单油路主燃级14固定联接，燃油杆16供给预燃级15和单油路主燃级13全部燃油。挡溅盘18焊接在头部端壁19上，使其与火焰筒内的高温燃气分开。

图3是一个燃烧室头部13结构的剖视图，单油路主燃级14和预燃级15按照同心的方式装配在一起，预燃级15在中心，单油路主燃级14布置在预燃级15外围。燃烧室头部13沿整个发动机周向均匀布置，个数为12～30个，燃烧室头部13的空气量占燃烧室3总空气量的50%～70%，其中单油路主燃级14占头部空气量的75%～90%，预燃级15占头部空气量的7%～20%。预燃级燃油喷嘴22为压力雾化喷嘴、气动雾化喷嘴或组合式喷嘴，喷嘴流量数在8～22kg/(hr·MPa^0.5)之间，喷雾张角在60～120°之间。

在图4中，单油路主燃级14由主燃级一级雾化轴向旋流器30、主燃级二级雾化轴向旋流器31、主燃级外旋流器32、主燃级内旋流器33、主燃级燃油预膜板35、主燃级外壁34及主燃级集油环39组成。主燃级集油环39外壁和主燃级一级雾化轴向旋流器30叶片为一体化结构；主燃级内旋流器33叶片外缘和主燃级集油环39内壁焊接成一个整体，主燃级一级雾化轴向旋流器叶片49外缘与主燃级二级雾化轴向旋流器31内壁焊接，构成主燃级内环部分；主燃级二级雾化轴向旋流器31叶片外缘与主燃级外旋流器32内壁面为安装配合面；主燃级外旋流器叶片46外缘与主燃级外壁34通过焊接形成主燃级外环整体，再通过主燃级外壁34和燃烧室头部端壁19连接到燃烧室头部。在图4可以看到，主燃级一级雾化轴向旋流器30、主燃级二级雾化轴向旋流器31、主燃级外旋流器32、主燃级内旋流器33叶片数为24～48个，叶片厚度0.6～1.2毫米，叶片偏转角为35～60度。

在图5中燃烧室头部的全部燃油由燃油杆16供给，燃油杆16内包含两路燃油：预燃级油路20，主燃级油路21；主燃级的燃油进入主燃级燃油集油槽41后由主燃级燃油喷射孔37喷出。主燃级燃油喷射孔数目为14～28，喷孔直径0.27～0.45毫米。

在图6中，主燃级内交错板47齿片与主燃级外交错板48齿片交错布置，内外交错板齿片数目为24～48个，齿片厚度0.6～1.2毫米，主燃级外交错板48与主燃级外旋流器32一体化设计。

在图7中，主燃级内交错板47与主燃级集油环39一体化设计；主燃级一级雾化轴向旋流器叶片49与主燃级集油环39为一体化设计。

在图8中，主燃级外交错板48与主燃级外旋流器32为一体化设计。

在图9中，预燃级15采用了双旋流器结构，由预燃级一级旋流器23、预燃级二级旋流器27、预燃级文氏管24及预燃级旋流器出口套筒25、隔离段17组成，四者焊接在一起。预燃级油雾44在预燃级两级旋流作用下进一步雾化、蒸发，进入燃烧区中。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于：所述低污染燃烧室采用单环腔结构，由扩压器（10）、燃烧室外机匣（6）、燃烧室内机匣（7）、火焰筒外壁（8）、火焰筒内壁（9）和燃烧室头部（13）组成，扩压器（10）通过内、外壁和燃烧室外机匣（6）和燃烧室内机匣（7）焊接在一起，火焰筒外壁（8）通过后缘的支板和燃烧室外机匣（6）连接在一起，火焰筒内壁（9）同样通过后部的支板和燃烧室内机匣（7）连接固定；在火焰筒外壁（8）后部设置有火焰筒外环掺混孔（11），在火焰筒内壁（9）后部设置有火焰筒内环掺混孔（12），燃烧用空气全部由燃烧室头部（13）进入火焰筒，掺混空气由内环掺混孔（12）和外环掺混孔（11）进入火焰筒，以调整燃烧室出口温度分布；所述燃烧室采用中心分级燃烧方案，分为预燃级（15）和单油路主燃级（14），燃油杆（16）供给燃烧室所有燃油，燃油分为两路，包括预燃级油路（20）和主燃级油路（21）；所述单油路主燃级（14）通过头部端壁（19）与火焰筒外壁（8）和火焰筒内壁（9）固定，预燃级（15）通过隔离段（17）与单油路主燃级（14）联接，并与单油路主燃级（14）同心；所述的单油路主燃级（14）采用四级旋流结构，由主燃级一级雾化轴向旋流器（30）、主燃级二级雾化轴向旋流器（31）、主燃级外旋流器（32）、主燃级内旋流器（33）、主燃级燃油预膜板（35）、主燃级交错板（36）和主燃级外壁（34）组成；主燃级集油环（39）外壁和主燃级一级雾化轴向旋流器（30）叶片为一体化结构；主燃级内旋流器（33）叶片外缘和主燃级集油环（39）内壁焊接成一个整体，主燃级一级雾化轴向旋流器叶片（49）外缘与主燃级二级雾化轴向旋流器（31）内壁焊接，构成主燃级内环部分；主燃级二级雾化轴向旋流器（31）叶片外缘与主燃级外旋流器（32）内壁面为安装配合面；主燃级外旋流器叶片（46）外缘与主燃级外壁（34）通过焊接形成主燃级外环整体，再通过主燃级外壁（34）和燃烧室头部端壁（19）连接到燃烧室头部；主燃级内交错板（47）与主燃级集油环（39）后缘为一体化结构；主燃级外交错板（48）与主燃级外旋流器（32）内壁为一体化结构；主燃级集油槽外壁（43）上有主燃级燃油喷射孔（37）；主燃级集油环（39）和燃油杆（16）在主燃级集油槽进油孔（40）位置处通过焊接成一个整体；预燃级燃油通过燃油杆（16）的预燃级油路（20）流进预燃级燃油喷嘴（22）中；单油路主燃级（14）燃油经过燃油杆（16）的主燃级油路（21）进入主燃级燃油集油槽（41），再经由主燃级燃油喷射孔（37）喷入主燃级一级燃油雾化通道（45）中，一部分燃油在旋转气流作用下雾化蒸发，一部分燃油在主燃级燃油预膜板（35）形成主燃级油膜（26），油膜的形成有助于提高油雾沿周向的均匀性；主燃级燃油预膜板（35）的油膜在主燃级一级雾化轴向旋流器（30）的旋转气流与主燃级二级雾化轴向旋流器（31）旋流气流共同作用下雾化破碎，雾化破碎后的油气混合物又在主燃级交错板（36）的作用下增加了燃油和空气的径向掺混，提高油雾沿径向均匀性；而且，在主燃级外旋流器（32）和主燃级内旋流器（33）旋转气流的作用下进一步蒸发并与空气掺混；在主燃级出口形成均匀的油气混合物，并以一定的旋流形式进入主燃区进行预混燃烧。

2.根据权利要求1所述的一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于：所述主燃级内交错板（47）的齿片和主燃级外交错板（48）的齿片交错排列，油气混合物在齿片的导流作用下流过齿片之间的缝隙，形成内外交错的油气混合气流；内外交错板齿片个数为24～48个；交错板齿片与轴向的夹角为30°～50°。

3.根据权利要求1所述的一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于：所述预燃级（15）采用的旋流器的级数为1≤n≤3；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（15）的级数n=1时，旋流器直接与隔离段（17）连接；当预燃级（15）的级数1<n≤3时，各级旋流器先连接成一个整体，再与隔离段（17）连接；当预燃级（15）的级数1<n≤3时，各级旋流器的旋流方向或是同旋，或是反旋。

4.根据权利要求1所述的一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于：所述预燃级燃油喷嘴（22）结构是压力雾化喷嘴、气动雾化喷嘴或组合式喷嘴，喷嘴流量数在8～22kg/(hr·MPa^0.5)之间。

5.根据权利要求1所述的一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于：所述单油路主燃级（14）中的主燃级一级雾化轴向旋流器（30）与主燃级二级雾化轴向旋流器（31）结构是轴向叶片式，或者是开槽式旋流器；主燃级外旋流器（32）和主燃级内旋流器（33）结构是轴向叶片式旋流器。

6.根据权利要求1所述的一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于：所述单油路主燃级（14）的四级旋流中气流的旋向或为同旋，或为反旋，四股旋流最终汇为一股，以旋流形式进入燃烧室中。

7.根据权利要求1所述的一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于：所述燃烧室头部（13）沿周向均匀布置，个数为12～30个，燃烧室头部（13）的空气量占燃烧室总空气量的50%～70%。

8.根据权利要求1所述的一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于：所述单油路主燃级（14）占燃烧室头部（13）空气量的75%～90%，预燃级（15）燃烧室头部（13）空气量的7%～20%。

9.根据权利要求1所述的一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于：所述燃烧室的火焰筒外壁（8）和火焰筒内壁（9）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所述的一种单油路预膜式交错板主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于：所述的火焰筒外壁（8）后部设置有火焰筒外环掺混孔（11），在所述的火焰筒内壁（9）后部设置有火焰筒内环掺混孔（12），掺混用气分别从火焰筒外环掺混孔（11）和火焰筒内环掺混孔（12）进入火焰筒，以调整燃烧室出口温度分布。