CN103697500B - 一种双油路四旋流预膜式主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双油路四旋流预膜式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。主燃级燃油路分为两级，每级燃油在预膜板上形成油膜，油膜在两股旋流作用下雾化、蒸发及掺混，形成均匀的油气混合物，有利于降低燃烧污染物；双油路的设计能够满足进场等中小工况下主燃级一级进行工作，起飞等大工况下主燃级两级均进行工作，有利于燃烧室不同工况下的油气匹配，进一步降低航空发动机燃烧室整个着陆起飞循环的污染排放水平。

Description

一种双油路四旋流预膜式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，具体涉及一种双油路四旋流预膜式主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，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；双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，主燃级双油路的设计能够满足进场等中小工况下主燃级一级进行工作，起飞等大工况下主燃级两级均进行工作，有利于燃烧室不同工况下的油气匹配，有利于于降低整个燃烧室的污染排放，从而降低航空发动机整个着陆起飞循环(LandingandTake-off,LTO)循环的污染排放水平。

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(CommitteeonAviationEnvironmentalProtection)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，Richburn-Quench-Leanburn，简称RQL)低污染燃烧室TALONII(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(LeanDirectMixingCombustion，贫油直接混合燃烧室)技术为其GEnx发动机研制的TAPS(TwinAnnularPremixingSwirler)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TALONX，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200710178394.X、200810105062.3、200810105061.9、200810104686.3、200810104684.4、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(InternationalCivilAviationOrganization,ICAO)规定的一个标准循环下的排放物指数，用LTOEmission来表达这个参数，计算如下式：

$LTOEmission(g/kN)=\frac{D_p}{F_{oo}}=\frac{\underset{i}{\overset{N}{\Σ}}{\mathrm{EI}}_{m,i}{\stackrel{\·}{m}}_{mf,i}{T}_{m,i}}{F_{oo}}$

由上式可知，LTOEmission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1ICAO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％Foo	0.7
爬升(Climb)	85％Foo	2.2
			进场(Approach)	30％Foo	4.0
滑行/地面慢车(Taxi/ground idle)	7％Foo	26.0

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ICAOEmissiondatabank。

表2CFM56-5B/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	s	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	s	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，提供了一种双油路四旋流预膜式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。主燃级燃油路分为两级，每级燃油在预膜板上形成油膜，油膜在两股旋流作用下雾化、蒸发及掺混，形成均匀的油气混合物，有利于降低燃烧污染物；双油路的设计能够满足进场等中小工况下主燃级一级进行工作，起飞等大工况下主燃级两级均进行工作，有利于燃烧室不同工况下的油气匹配，进一步降低航空发动机燃烧室整个着陆起飞循环的污染排放水平

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双油路四旋流预膜式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，分为预燃级和双油路主燃级，燃油杆供给燃烧室所有燃油，包括预燃级单油路和主燃级双油路；双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双油路主燃级联接，并与双油路主燃级同心；所述双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、主燃级一级燃油预膜板、主燃级二级燃油膜板、主燃级外壁组成；主燃级二级雾化轴向旋流器、主燃级外旋流器及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；主燃级一级雾化轴向旋流器和主燃级内旋流器焊接成整体，然后通过主燃级一级雾化轴向旋流器叶片外缘和主燃级集油环内壁焊接成一个整体，构成双油路主燃级内环部分，主燃级集油环外圆柱面和主燃级二级雾化轴向旋流器内环面是安装配合面；(给出此处选红部分之间的相互位置关系，即静态连接关系)；集油环内端壁、集油环外端壁和主燃级集油环内、外壁面焊接，构成内、外两个集油槽，分别是：一级燃油集油槽和二级燃油集油槽；在主燃级集油环外壁面上有主燃级二级燃油喷射孔，喷射孔通过主燃级二级燃油分配孔和二级燃油集油槽连通；主燃级集油环内壁面上有主燃级一级燃油喷射孔，喷射孔通过主燃级一级燃油分配孔和一级级燃油集油槽连通；主燃级集油环和燃油杆在主燃级一级集油槽进油孔、主燃级二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喷嘴中；双油路主燃级燃油分别经过燃油杆的主燃级一级油路和主燃级二级油路分别进入主燃级集油环的一级燃油集油槽和二级燃油集油槽，再经由一级燃油喷射孔及二级燃油喷射孔分别喷入主燃级一级燃油雾化通道和主燃级二级燃油雾化通道中，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一级燃油预膜板和主燃级二级燃油膜板上形成一级油膜和二级油膜；主燃级一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内旋流器旋流气流共同作用下雾化破碎，主燃级二级燃油预膜板的油膜在主燃级二级雾化轴向旋流器的旋转气流与主燃级外旋流器旋流气流共同作用下雾化破碎；在航空发动机慢车、进场等工况只有主燃级一级燃油喷射孔处于喷油工作状况，而在航空发动机爬升、起飞等大工况主燃级两级油路均处于工作状态；主燃级内的油雾在预混预蒸发段与空气掺混蒸发形成均匀混合可燃气，以一定的旋流形式进入火焰筒进行预混燃烧。

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，所述预燃级采用的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，喷雾张角在60～120°之间。

进一步的，所述的双油路主燃级采用四级旋流结构，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旋流器；主燃级外旋流器结构是轴向旋流器，或是径向旋流器，或是切向旋流器；主燃级内旋流器结构是径向旋流器，或是切向旋流器；所述的双油路主燃级四级旋流的旋向或为同旋，或为反旋，四股气流最终汇为一股，以旋流形式进入燃烧室中。

进一步的，所述的双油路主燃级的两路燃油分别从燃油杆的主燃级一级油路和主燃级二级油路经一级集油槽进油孔和二级集油槽进油孔分别进入双油路主燃级的一级燃油集油槽和二级燃油集油槽，再经由一级燃油分配孔和二级燃油分配孔从一级燃油喷射孔及二级燃油喷射孔喷出；主燃级油路为独立的两级，极大的利于在航空发动机不同工况下燃烧室的油气匹配的调整，有利于航空发动机燃烧室污染排放的降低；双油路主燃级的每级油膜，均在内外两股旋转气流的气动作用下雾化，增加了主燃级预混预蒸发通道内油雾周向及径向分布的均匀性，有利于航空发动机燃烧室污染排放的降低。

进一步的，所述的燃油杆供应燃烧室所需的全部燃油，燃油分为三路，包括预燃级油路，主燃级一级油路及主燃级二级油路；主燃级燃油占总燃油量的比例为40％～90％。

进一步的，所述的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40％～75％，其中主燃级占头部空气量的70％～90％，预燃级占头部空气量的10％～30％。

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：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；主燃级采用双油路四旋流预膜方案，主燃级采用双油路的设计能够更好的调节航空发动机燃烧室内不同工况下的油气匹配，更好的控制燃烧区的当量比及其均匀性，进而降低整个燃烧室污染排放的产生；双油路主燃级在两级预膜板上形成油膜，每级油膜均在内外两股旋流气动作用下雾化，进而在预混预蒸发通道中不断的蒸发并与空气掺混，在主燃级出口形成周向和径向分布较均匀预混气；这样大部分的燃油和空气掺混均匀后再进入燃烧区燃烧，对降低航空发动机整个起飞着陆循环的污染排放有利。

本发明与现有技术相比所具有的优点如下：

(1)本发明主燃级采用双油路四旋流预膜方案，主燃级两级独立油路能够更好的满足航空发动机不同工况下燃烧室内的油气匹配，在地面慢车以及进场等工况只有主燃级一级油路工作，在爬升、起飞等大工况下主燃级两级油路共同工作；同时每级燃油均在内外两层旋转气流作用下雾化、蒸发并与空气不断掺混，这种气动布局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，预混预蒸发的双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整个起飞着陆循环的污染排放水平，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是本发明的预燃级结构剖视图；

图5是本发明的双油路主燃级结构剖视图；

图6是本发明的双油路主燃级集油环剖视图；

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是火焰筒外环掺混孔，12是火焰筒内环掺混孔，13是燃烧室头部，14是双油路主燃级，15是预燃级，16是燃油杆，17是隔离段，18档溅盘，19是头部端壁，20是预燃级油路，21是主燃级一级油路，22是主燃级二级油路，23是预燃级喷嘴，24是预燃级一级旋流器，25是预燃级文氏管，26是预燃级旋流器出口套筒，27是主燃级二级油膜，28是主燃级一级油膜，29是预燃二级旋流器，30是预燃级喷嘴安装孔，31是双油路主燃级二级雾化旋流器，32是双油路主燃级一级雾化旋流器，33是双油路主燃级外旋流器，34是双油路主燃级内旋流器，35是主燃级一级预膜板，36是主燃级二级预膜板，37是主燃级外壁，38是主燃级一级燃油喷射孔，39是主燃级二级燃油喷射孔，40是主燃级一级燃油雾化通道，41是主燃级二级燃油雾化通道，42是主燃级集油环，43是主燃级一级集油槽进油孔，44是主燃级二级集油槽进油孔，45是主燃级的一级燃油集油槽，46是主燃级二级燃油集油槽，47是一级燃油分配孔，48是主燃级二级燃油分配孔，49是预燃级油雾，50是预燃级一级旋流器叶片，51是集油环外端壁，52是集油环内端壁。

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包括双油路主燃级14、预燃级15、燃油杆16及预燃级喷嘴23，主燃级14通过头部整体端壁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与主燃级14固定联接，燃油喷杆16供给预燃级15和双油路主燃级13全部燃油。档溅盘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，双油路主燃级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，双油路主燃级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40％～75％，其中主燃级14占头部空气量的70％～90％，预燃级15占头部空气量的10％～30％。预燃级喷油嘴23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，预燃级15采用了双旋流器结构，由预燃级一级旋流器50、预燃级二级旋流29、预燃级文氏管25及预燃级出口套筒26、隔离段17组成，四者焊接在一起。预燃级油雾49在预燃级两级旋流作用下进一步雾化、蒸发，进入燃烧区中。

在图5中，双油路主燃级14由主燃级一级雾化旋流器32、主燃级二级雾化旋流器31、主燃级外旋流器33、主燃级内旋流器34、主燃级一级预膜板35、主燃级二级预膜板36、主燃级外壁37及主燃级集油环42组成。主燃级二级雾化旋流器31和主燃级集油环42之间为装配面，主燃级二级雾化旋流器31、主燃级外旋流器33及主燃级外壁37焊接为整体，再与头部端壁19固定。在图5可以看到，主燃级内旋流器34，开孔排数为1～4排，每排开孔的孔数为36～50个，开孔倾斜角为40～60度，气流流过倾斜孔形成旋流。主燃级一级雾化旋流器32、主燃级二级雾化旋流器31、主燃级外旋流器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6中燃烧室头部的全部燃油由燃油杆16供给，燃油杆16内包含三路燃油：预燃级油路20，主燃级一级油路21，主燃级二级油路22；主燃级的两路燃油进入主燃级集油环42后分别由主燃级的一级燃油集油槽45和主燃级二级燃油集油槽46，两股燃油分别经过主燃级一级燃油喷射孔38和主燃级二级燃油喷射孔39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，主燃级一级和二级燃油喷射孔沿周向交错均匀布置。

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 (3)

1.一种双油路四旋流预膜式主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于：燃烧室采用中心分级燃烧方案，分为预燃级(15)和双油路主燃级(14)，燃油杆(16)供给燃烧室所有燃油，燃油分为三路，包括预燃级油路(20)，主燃级一级油路(21)及主燃级二级油路(22)；所述双油路主燃级(14)通过头部整体端壁(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)与双油路主燃级(14)连接，并与双油路主燃级(14)同心；所述的双油路主燃级(14)采用四级旋流结构，由主燃级一级雾化轴向旋流器(32)、主燃级二级雾化轴向旋流器(31)、主燃级外旋流器(33)、主燃级内旋流器(34)、主燃级一级燃油预膜板(35)、主燃级二级燃油膜板(36)和主燃级外壁(37)组成；主燃级二级雾化轴向旋流器(31)、主燃级外旋流器(33)及主燃级外壁(37)通过焊接形成主燃级外环整体，再通过主燃级外壁(37)和燃烧室头部端壁(19)连接到燃烧室头部；主燃级一级雾化轴向旋流器(32)和主燃级内旋流器(34)焊接成整体，然后通过主燃级一级雾化轴向旋流器(32)叶片外缘和主燃级集油环(42)内壁焊接成一个整体，构成双油路主燃级内环部分，主燃级集油环(42)外圆柱面和主燃级二级雾化轴向旋流器(31)内环面是安装配合面；集油环内端壁(52)、集油环外端壁(51)和主燃级集油环(42)内、外壁面焊接，构成内、外两个集油槽，分别是：一级燃油集油槽(45)和二级燃油集油槽(46)；在主燃级集油环(42)外壁面上有主燃级二级燃油喷射孔(39)，喷射孔通过主燃级二级燃油分配孔(48)和二级燃油集油槽(46)连通；主燃级集油环(42)内壁面上有主燃级一级燃油喷射孔(38)，喷射孔通过主燃级一级燃油分配孔(47)和一级燃油集油槽(45)连通；主燃级集油环(42)和燃油杆(16)在主燃级一级集油槽进油孔(43)、主燃级二级集油槽进油孔(44)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(23)中；双油路主燃级(14)燃油分别经过燃油杆(16)的主燃级一级油路(21)和主燃级二级油路(22)分别进入主燃级集油环(42)的一级燃油集油槽(45)和二级燃油集油槽(46)，再经由一级燃油喷射孔(38)及二级燃油喷射孔(39)分别喷入主燃级一级燃油雾化通道(40)和主燃级二级燃油雾化通道(41)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一级燃油预膜板(35)和主燃级二级燃油膜板(36)上形成一级油膜(28)和二级油膜(27)；主燃级一级燃油预膜板(35)的油膜在主燃级一级雾化轴向旋流器(32)的旋转气流与主燃级内旋流器(34)旋流气流共同作用下雾化破碎，主燃级二级燃油预膜板(36)的油膜在主燃级二级雾化轴向旋流器(31)的旋转气流与主燃级外旋流器(33)旋流气流共同作用下雾化破碎；在航空发动机慢车、进场工况只有主燃级一级燃油喷射孔(38)处于喷油工作状况，而在航空发动机爬升、起飞大工况主燃级两级油路均处于工作状态；主燃级内的油雾在预混预蒸发段与空气掺混蒸发形成均匀混合可燃气，以一定的旋流形式进入火焰筒进行预混燃烧；

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(23)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；

所述双油路主燃级(14)中的主燃级一级雾化轴向旋流器(32)与主燃级二级雾化轴向旋流器(31)结构是轴向旋流器；主燃级外旋流器(33)结构是轴向旋流器，或是径向旋流器，或是切向旋流器；主燃级内旋流器(34)结构是径向旋流器，或是切向旋流器；

所述双油路主燃级(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；

所述主燃级一级油路(21)及主燃级二级油路(22)中的主燃级燃油占总燃油量的比例为40％～90％；

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40％～75％；

所述双油路主燃级(14)占燃烧室头部(13)空气量的70％～90％，预燃级(15)燃烧室头部(13)空气量的10％～30％。

2.根据权利要求1所述的一种双油路四旋流预膜式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。

3.根据权利要求1所述的一种双油路四旋流预膜式主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室，其特征在于：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)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。