CN215951499U - 贫油预混预蒸发燃烧室以及航空发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种贫油预混预蒸发燃烧室以及航空发动机，包括环形主燃级通道与供油装置，进入所述环形主燃级通道的空气能够沿所述环形主燃级通道的轴向流动，所述供油装置包括设于所述环形主燃级通道中的喷油管，所述喷油管具有沿所述环形主燃级通道的径向布置的多个喷油孔，所述喷油孔的轴向与所述环形主燃级通道的轴向间具有夹角。采用这样的结构，喷出油料的可在主燃级通道气流的作用下，剪切、破碎、雾化、掺混后形成主燃级预混油气，雾化质量好、混合程度高。有利于提高燃烧室的燃烧效率和降低NOx排放。

Description

贫油预混预蒸发燃烧室以及航空发动机

技术领域

本实用新型涉及航空发动机领域，特别涉及一种贫油预混预蒸发燃烧室以及航空发动机。

背景技术

民用航空发动机污染排放物主要包括氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、未燃碳氢(UHC)、非挥发性颗粒物(nvPM)等。其危害主要分为两大类：一类是对局部空气质量的影响，对机场附近的乘客、机场工作人员和周围居民的健康造成伤害；另一类是对全球气候变化的影响，比如NOx、CO2引起的温室效应、nvPM引发的冰云效应等。为了提高热力循环效率，日益提高的航空发动机燃烧室工作压力和温度使NOx成为最难控制的污染物。国际民航组织(ICAO)、中国民用航空局(CAAC)等都制定了航空发动机污染排放标准，污染物排放是否达标直接决定了航空发动机产品能否进入市场。因此，降低航空发动机燃烧室污染物排放是航空发动机设计必须考虑的重要因素。

民用航空燃烧室最大挑战为在应对越来越严苛的NOx排放标准下同时保证燃烧性能、安全性和可靠性。为了降低NOx排放，需要先进的低排放燃烧组织形式。在接近化学恰当燃烧时(当量比为1)，NOx生成量最大；随着供油减少(当量比＜1，贫油)或供油增加(当量比>1，富油)，NOx生成量会大幅降低。

目前，低排放燃烧组织形式主要有三种：富油-淬熄-贫油燃烧(RQL)、贫油预混预蒸发(LPP)、贫油多点直接喷射(LDI)。这些方案多采用燃油分级或空气分级的形式来兼顾多个工况下的排放性能。其中，LPP低排放燃烧技术降低排放潜力最大，其原理是通过部分预混的贫油燃烧降低燃烧区温度，从而减少NOx生成。同时采用分级燃烧的概念，将燃烧室分成几个燃烧区，通过控制各区的燃油和空气比例来控制各燃烧区的油气比，以使燃烧室在所有工况下均保持较低的排放水平并具有良好的燃烧性能。LPP低排放燃烧技术目前已成功应用于在役型号；而国内相关研究起步时间较短，基础相对薄弱。因此，本领域需要一种创新的LPP低排放燃烧室气动热力方案。

如背景技术所述，LPP低排放燃烧技术通过部分预混的贫油燃烧降低燃烧区温度，从而减少NOx生成，通过分级燃烧，使得在所有工况下均保持较低的排放水平并具有良好的燃烧性能。LPP燃烧室通常采用中心分级的燃烧组织方式，中心预燃级为富油扩散燃烧，外围主燃级为贫油的部分预混燃烧。

现有的LPP燃烧室目前所要面临的挑战为两个方面。

一个是燃油的雾化质量和油气混合程度依然不高，影响燃烧效率和NOx排放。

另一个是由于主燃级为预混燃烧，预混段内发生自燃和回火风险很大，主燃级通道内易发生烧蚀和结焦。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中雾化质量和油气混合程度不高的缺陷，提供一种贫油预混预蒸发燃烧室。

一种贫油预混预蒸发燃烧室，包括环形主燃级通道与供油装置，进入所述环形主燃级通道的空气能够沿所述环形主燃级通道的轴向流动，所述供油装置包括设于所述环形主燃级通道中的喷油管，所述喷油管具有沿所述环形主燃级通道的径向布置的多个喷油孔，所述喷油孔的轴向与所述环形主燃级通道的轴向间具有夹角。

采用这样的结构，喷出的油料可在主燃级通道气流的作用下，剪切、破碎、雾化、掺混后形成主燃级预混油气，雾化质量好、混合程度高。有利于提高燃烧室的燃烧效率和降低NOx排放。

优选的，所述喷油管为空心柱状，所述喷油孔沿所述喷油管的轴向间隔布置，所述喷油孔设于所述喷油管的径向两侧。

优选的，多个所述喷油管沿所述环形主燃级通道的周向均匀间隔布置。从而在燃烧室主燃级头部周向形成均匀的油雾场，避免燃烧室出口火焰出现局部热点。

优选的，所述供油装置还包括设于环形主燃级通道外壁上的环形集油腔，多个所述喷油管连通所述集油腔，所述集油腔与第一喷油杆连通。通过集油腔的实现多个喷油管的均匀供油。

优选的，所述喷油孔的轴向垂直于所述环形主燃级通道的轴向或者与所述环形主燃级通道的轴向之间具有45°-90°的夹角，所述喷油管的轴向平行于所述环形主燃级通道的径向或与所述环形主燃级通道的径向之间具有小于45°的夹角。

优选的，所述贫油预混预蒸发燃烧室包括外筒和内筒，所述外筒与内筒同轴布置，所述外筒与内筒之间的间隙构成所述环形主燃级通道，所述环形主燃级通道被配置为：使进入所述环形主燃级通道的空气能够沿所述环形主燃级通道进行螺旋状的轴向流动。起到减少乱流，提高燃烧均匀度的效果。

优选的，所述外筒和内筒的进口端处具有连接外筒和内筒的端壁，所述外筒进口端处设有第一进风孔，所述内筒进口端处设有第二进风孔，所述端壁上设有第三进风孔，所述第一进风孔、第二进风孔和第三进风孔连通外界，且所述第一进风孔、第二进风孔和第三进风孔的轴向与所述环形主燃级通道的轴向间具有夹角，或者，所述环形主燃级通道内具有螺旋状的导流部，或者，所述环形主燃级通道的内壁上设有用于导流的螺旋状凹槽。

优选的，所述贫油预混预蒸发燃烧室还包括预燃级，所述预燃级设于被所述环形主燃级通道所围成的内圈中，所述预燃级连通第二喷油杆，所述第二喷油杆的出口相对所述环形主燃级通道的轴向位置可调整。

优选的，所述环形主燃级通道和预燃级之间通过级间壁连接，所述级间壁上具有可供气流穿过的冷却孔。以进行冷却，保证在主、预燃级之间的组件不被烧蚀。

优选的，所述喷油管上的喷油孔数量为4-10个。

优选的，所述喷油管的数量为6-24个。

本实用新型还提供了一种航空发动机，包括如上文所述的贫油预混预蒸发燃烧室。

本实用新型的积极进步效果在于：

设置圆柱形的喷油管和设于喷油管径向两侧的喷油孔，有利于提高燃烧效率并降低NOx的排放；

第二喷油杆的出口相对环形主燃级通道的轴向位置可调整。通过灵活设置第二喷油杆的位置实现来避免燃油喷射后的自燃回火。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的燃烧室的前视立体图；

图2为本实用新型一实施例的燃烧室的后视立体图；

图3为本实用新型一实施例的燃烧室的前视图；

图4为图3的A-A面剖视图；

图5为本实用新型一实施例的燃烧室的侧视图；

图6为图5的B-B面剖视图；

图7为图6的D-D面剖视图；

图8为图5的C部分局部放大图；

图9为本实用新型一实施例的喷油管的立体图；

图10为喷油管的剖视图。

附图标记说明：

环形主燃级通道100

外筒110

第一进风孔111

内筒120

第二进风孔121

端壁130

第三进风孔131

级间壁140

冷却孔141

供油装置200

喷油管210

喷油孔211

集油腔220

第一喷油杆230

第二喷油杆240

预燃级300

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

如图1、图2、图3、图4所示，一种贫油预混预蒸发燃烧室，包括环形主燃级通道100与供油装置200，进入环形主燃级通道100的空气能够沿环形主燃级通道100的轴向流动，该供油装置200包括设于环形主燃级通道100中的喷油管210，喷油管210具有沿环形主燃级通道100的径向布置的多个喷油孔211，该喷油孔211的轴向与环形主燃级通道100的轴向间具有夹角。

采用这样的结构，如图7和图8所示，喷出的油料可在主燃级通道气流的作用下，剪切、破碎、雾化、掺混后形成主燃级预混油气，雾化质量好、混合程度高。有利于提高燃烧室的燃烧效率和降低NOx排放。

如图9和图10所示，具体来说，该喷油管210为空心圆柱形，6-24个喷油管210沿着环形主燃级通道100的周向均匀间隔布置。从而在燃烧室主燃级头部周向形成均匀的油雾场，避免燃烧室出口火焰出现局部热点。

该喷油管210的轴向沿环形主燃级通道100的径向延伸设置，4-10个喷油孔211沿喷油管210的轴向布置于喷油管210的径向两侧。该喷油孔211的轴向与环形主燃级通道100的轴向垂直，从而使燃油能够向两侧横向喷射，与上游空气进行雾化混合，使喷出的燃油在主燃级通道内均匀分布，进一步增强了燃油雾化效果，对降低LPP燃烧室NOx排放具有很大效用。

当然，本实用新型不局限于使喷油管210的轴向平行于环形主燃级的径向，也可使喷油管210的轴向与环形主燃级的径向之间具有0-45°的夹角。也不局限使喷油孔211的轴向与环形主燃级通道100的轴向垂直，也可使喷油孔211的轴向与环形主燃级通道100的径向间具有45°-90°的夹角。

另外，该喷油孔211在喷油管210上的轴向位置以及相邻两个喷油孔211之间的间距可调，便于主燃级中形成的燃油雾化场与预燃级300燃油雾化场形成强耦合或弱耦合。

如图5和图6所示，该供油装置200还包括设于环形主燃级通道100外壁上的环形集油腔220，多个喷油管210均与该环形集油腔220相连通。该环形集油腔220与第一喷油杆230相连通。第一喷油杆230喷出的油料可经集油腔220沿环路对各个喷油管210进行供油。

如图4和图6所示，该环形主燃级通道100是由同轴布置的外筒110和内筒120构成的，该外筒110和内筒120的进口端处沿周向设有连接外筒110和内筒120的端壁130，该外筒110进口端处设有第一进风孔111，该内筒120进口端处设有第二进风孔121，该端壁130上设有第三进风孔131，该第一进风孔111、第二进风孔121和第三进风孔131连通外界，且第一进风孔111、第二进风孔121和第三进风孔131的轴向与环形主燃级通道100的轴向间具有夹角。从而能在三组进风孔的导流作用下形成螺旋形的轴向气流，起到减少乱流，提高燃烧均匀度的效果。

当然，上述结构仅为本实用新型的一种优选方式，另外，也可采用在环形主燃级通道100内设置螺旋状的导流部，或者在环形主燃级通道100的内壁上设置用于导流的螺旋状凹槽的方式来形成螺旋形的轴向气流。

结合图1和图2，该贫油预混预蒸发燃烧室还包括预燃级300，该预燃级300位于被环形主燃级通道100所围成的内圈中，预燃级300连通第二喷油杆240，该第二喷油杆240的出口相对环形主燃级通道100的轴向位置可调整。通过灵活设置第二喷油杆240的位置实现来避免燃油喷射后的自燃回火。

该环形主燃级通道和预燃级300之间具有级间壁140，该级间壁140上具有可供气流穿过的冷却孔141。以进行冷却，保证在主、预燃级300之间的组件不被烧蚀。

本实用新型还提供了一种航空发动机，包括上述贫油预混预蒸发燃烧室。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种贫油预混预蒸发燃烧室，包括环形主燃级通道与供油装置，进入所述环形主燃级通道的空气能够沿所述环形主燃级通道的轴向流动，其特征在于：所述供油装置包括设于所述环形主燃级通道中的喷油管，所述喷油管具有沿所述环形主燃级通道的径向布置的多个喷油孔，所述喷油孔的轴向与所述环形主燃级通道的轴向间具有夹角。

2.如权利要求1所述的贫油预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述喷油管为空心柱状，所述喷油孔沿所述喷油管的轴向间隔布置，所述喷油孔设于所述喷油管的径向两侧。

3.如权利要求2所述的贫油预混预蒸发燃烧室，其特征在于：多个所述喷油管沿所述环形主燃级通道的周向均匀间隔布置。

4.如权利要求3所述的贫油预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述供油装置还包括设于环形主燃级通道外壁上的环形集油腔，多个所述喷油管连通所述集油腔，所述集油腔与第一喷油杆连通。

5.如权利要求2所述的贫油预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述喷油孔的轴向垂直于所述环形主燃级通道的轴向或者与所述环形主燃级通道的轴向之间具有45°-90°的夹角，所述喷油管的轴向平行于所述环形主燃级通道的径向或与所述环形主燃级通道的径向之间具有小于45°的夹角。

6.如权利要求1所述的贫油预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述贫油预混预蒸发燃烧室包括外筒和内筒，所述外筒与内筒同轴布置，所述外筒与内筒之间的间隙构成所述环形主燃级通道，所述环形主燃级通道被配置为：使进入所述环形主燃级通道的空气能够沿所述环形主燃级通道进行螺旋状的轴向流动。

7.如权利要求6所述的贫油预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述外筒和内筒的进口端处具有连接外筒和内筒的端壁，所述外筒进口端处设有第一进风孔，所述内筒进口端处设有第二进风孔，所述端壁上设有第三进风孔，所述第一进风孔、第二进风孔和第三进风孔连通外界，且所述第一进风孔、第二进风孔和第三进风孔的轴向与所述环形主燃级通道的轴向间具有夹角，或者，所述环形主燃级通道内具有螺旋状的导流部，或者，所述环形主燃级通道的内壁上设有用于导流的螺旋状凹槽。

8.如权利要求1所述的贫油预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述贫油预混预蒸发燃烧室还包括预燃级，所述预燃级设于被所述环形主燃级通道所围成的内圈中，所述预燃级连通第二喷油杆，所述第二喷油杆的出口相对所述环形主燃级通道的轴向位置可调整。

9.如权利要求8所述的贫油预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述环形主燃级通道和预燃级之间通过级间壁连接，所述级间壁上具有可供气流穿过的冷却孔。

10.如权利要求2所述的贫油预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述喷油管上的喷油孔数量为4-10个。

11.如权利要求3所述的贫油预混预蒸发燃烧室，其特征在于：所述喷油管的数量为6-24个。

12.一种航空发动机，其特征在于：包括如权利要求1至11中任意一项所述的贫油预混预蒸发燃烧室。

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