本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種主燃級葉片開孔噴油的低排放燃燒室。

背景技術(shù)：

對燃?xì)廨啓C(jī)典型工況下的氮氧化物(NOx)，一氧化碳(CO)，未燃碳?xì)?UHC)和冒煙(Smoke)等排放物有嚴(yán)格的限制。其中，氮氧化物的控制又是低排放燃燒室考慮的重點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)有研究，NOx主要受由熱力型機(jī)理控制，高溫下空氣中的氮?dú)馐苎趸?，因此控制燃燒室?nèi)的火焰溫度是減少NOx生成量的關(guān)鍵。而火焰溫度過低影響燃燒效率，同時易造成CO、UHC、Smoke排放過高。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)燃燒室頭部當(dāng)量比在0.6～0.8時，能夠較好地兼顧兩種排放物。綜上，現(xiàn)代低排放燃燒室的核心技術(shù)就是，在保持頭部貧油燃燒的同時，加強(qiáng)燃油與空氣的摻混，從而為火焰筒提供更加均勻的油氣混合物，避免出現(xiàn)局部高溫區(qū)。

由于主燃級燃油流量占總?cè)加土髁康慕^大部分，因此主燃級燃油的摻混決定了整個燃燒室的油霧分布?，F(xiàn)有航空燃?xì)廨啓C(jī)低排放燃燒室燃油噴射方案，主要是采用壁面徑向噴射方案(TAPS燃燒室，TELESS燃燒室)和預(yù)膜噴射方案(Lean Burn燃燒室)，而壁面徑向噴射方案得到了廣泛的應(yīng)用，即在燃燒室內(nèi)壁上開設(shè)噴油孔進(jìn)行燃油噴射，在發(fā)動機(jī)推力較大的大工況下，主燃級燃油動量比高，穿透較深，而在發(fā)動機(jī)推力較小的小工況下，燃油動量比低，會出現(xiàn)穿透深度不足的情況。燃油的霧化和分布受工況影響較大，各個工況之間難以兼顧，燃油的徑向分布均勻度較差；此外，由于噴油孔位于壁面表面，容易出現(xiàn)部分燃油貼附壁面的情況，造成結(jié)焦、自燃回火等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供主燃級葉片開孔噴油的低排放燃燒室，解決燃油徑向分布均勻度較差、燃燒室排放較高的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種主燃級葉片開孔噴油的低排放燃燒室，包括擴(kuò)壓器、燃燒室機(jī)匣、燃燒室頭部和火焰筒，所述擴(kuò)壓器設(shè)置在所述燃燒室機(jī)匣端部，所述燃燒室頭部與所述火焰筒連接，并固定在所述燃燒室機(jī)匣內(nèi)；燃燒用空氣全部由燃燒室頭部進(jìn)入火焰筒，冷卻用空氣從火焰筒上的冷卻孔進(jìn)入；

所述燃燒室頭部包括主燃級與預(yù)燃級，主燃級設(shè)置在預(yù)燃級外圍，主燃級外側(cè)與火焰筒內(nèi)壁連接，主燃級與預(yù)燃級之間通過級間段連接，主燃級的每個主燃級葉片上均設(shè)置有至少一個徑向的主燃級通油孔，每個主燃級葉片側(cè)面上還設(shè)置有至少一個主燃級噴油孔，所述主燃級噴油孔與對應(yīng)主燃級葉片上的所述主燃級通油孔連通，燃油依次沿著主燃級燃油供應(yīng)路、主燃級集油腔、主燃級通油孔進(jìn)入主燃級葉片，并通過主燃級噴油孔噴出形成螺旋軌跡的主燃級油霧，所述主燃級油霧在主燃級通道與空氣的氣流混合，形成油氣混合物進(jìn)入火焰筒參與燃燒。

其中，所述主燃級噴油孔設(shè)置在所述主燃級葉片的壓力側(cè)面或吸力側(cè)面。

其中，所述主燃級葉片的壓力側(cè)面和吸力側(cè)面上均設(shè)置有主燃級噴油孔。

其中，所述主燃級噴油孔與所述主燃級通油孔的直徑之比為0.2～1.0。

其中，所述主燃級葉片內(nèi)部設(shè)置有冷卻槽道，預(yù)燃級燃油從連通的預(yù)燃級燃油供應(yīng)路、預(yù)燃級冷卻前集油腔、冷卻槽道、預(yù)燃級冷卻后集油腔、主預(yù)油路連接管順次流過，并進(jìn)入預(yù)燃級噴嘴，預(yù)燃級燃油實現(xiàn)對所述主燃級葉片的冷卻。

其中，每個主燃級葉片上設(shè)置1～10個主燃級通油孔，且每個主燃級葉片上設(shè)置1～30個主燃級噴油孔。

其中，所述主燃級噴油孔距旋流器進(jìn)口距離與旋流器長度的比值大于0小于1。

其中，所述主燃級噴油孔與所述主燃級葉片法向夾角為0～150°。

(三)有益效果

第一、本發(fā)明采用主燃級葉片側(cè)面開設(shè)主燃級噴油孔噴射燃油的方式，從主燃級葉片側(cè)面噴入主燃級葉片間，在氣動力作用下燃油的液柱能夠迅速地完成初始破碎和二次破碎，進(jìn)一步形成細(xì)小的液滴顆粒，使得后續(xù)燃燒更為充分方便；

第二、本發(fā)明的主燃級葉片側(cè)面開設(shè)主燃級噴油孔的位置和數(shù)量具有很高的靈活性，可以在任意指定位置開設(shè)，從而能夠進(jìn)一步優(yōu)化主燃級燃油分布，具有較強(qiáng)的適用性；

第三、本發(fā)明的主燃級采用軸向葉片式旋流器，燃油從主燃級葉片側(cè)面噴出，在主燃級通道內(nèi)沿螺旋軌跡流動，實際上增加了在環(huán)形的主燃級通道內(nèi)的停留時間，加強(qiáng)了燃油與氣流的摻混，改善了燃油分布的徑向均勻度，能夠顯著降低燃燒室在大工況下的氮氧化物排放；此外，主燃級噴油孔遠(yuǎn)離主燃級通道內(nèi)壁面，避免了燃油貼附壁面；

第四、本發(fā)明通過在主燃級葉片內(nèi)部設(shè)計了冷卻槽道，可將預(yù)燃級燃油導(dǎo)入主燃級葉片的冷卻槽道，完成冷卻后再進(jìn)入預(yù)燃級噴嘴噴出；該冷卻方案可以有效防止大工況情況下，燃燒室進(jìn)口溫度過高所引起的主燃級噴油孔結(jié)焦的問題，提高了燃燒室可靠性，可延長了使用壽命。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明又一實施例提供的燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明又一實施例提供的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖4為本發(fā)明又一實施例提供的主燃級結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明又一實施例提供的主燃級葉片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明又一實施例提供的帶冷卻槽道的主燃級葉片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明又一實施例提供的主燃級剖視圖；

圖8為本發(fā)明又一實施例提供的主燃級油霧軌跡示意圖；

圖9為本發(fā)明又一實施例提供的同時在主燃級葉片壓力側(cè)面和吸力側(cè)面布置主燃級噴油孔的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明又一實施例提供的在每個主燃級葉片上布置6個主燃級噴油孔的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1低壓壓氣機(jī)，2高壓壓氣機(jī)，3傳動軸，4燃燒室，5高壓渦輪，6低壓渦輪，7擴(kuò)壓器，8預(yù)燃級燃油供應(yīng)路，9主燃級燃油供應(yīng)路，10燃燒室機(jī)匣，11燃燒室頭部，12火焰筒，13預(yù)燃級噴嘴，14預(yù)燃級，15級間段，16主燃級，17主燃級外環(huán)，18主燃級安裝邊，19預(yù)燃級旋流器，20預(yù)燃級冷卻前集油腔，21預(yù)燃級冷卻后集油腔，22預(yù)燃級套筒，23級間段冷卻孔，24級間段擋板，25預(yù)燃級套筒冷卻孔，26主燃級外層，27主燃級內(nèi)層，28主燃級安裝環(huán)，29主燃級集油腔，30主燃級葉片，31主燃級噴油孔，32主燃級通道，33主燃級冷卻孔，34主燃級擋板，35主燃級吹掃氣，36主燃級通油孔，37噴油孔高度，38主燃級葉片高度，39主燃級葉片厚度，40主燃級噴油孔與主燃級葉片法向夾角，41葉片內(nèi)部冷卻槽道，42主燃級葉片通道氣流，43主燃級油霧，44無冷卻葉片，45預(yù)燃級燃油流線，46主燃級燃油流線，47葉片壓力面，48葉片吸力面，49主燃級油霧軌跡，50噴油孔距旋流器進(jìn)口距離，51旋流器長度，52主預(yù)油路連接管，53帶冷卻葉片，54通油孔間距，55噴油孔間距。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

如圖1所示的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，其包括低壓壓氣機(jī)1、高壓壓氣機(jī)2、燃燒室4、高壓渦輪5和低壓渦輪6，壓氣機(jī)和渦輪通過傳動軸3相互連接。發(fā)動機(jī)工作時，空氣經(jīng)過低壓壓氣機(jī)1和高壓壓氣機(jī)2壓縮后進(jìn)入燃燒室4，通過噴入燃油并組織燃燒，形成高溫高壓的燃?xì)?，沖擊高壓渦輪5和低壓渦輪6，從而驅(qū)動低壓壓氣機(jī)1和高壓壓氣機(jī)2做功，并輸出動力。

如圖2所示，也可參見圖5，本發(fā)明提供的一種主燃級葉片開孔噴油的低排放燃燒室，其采用單環(huán)腔結(jié)構(gòu)，包括擴(kuò)壓器7、燃燒室機(jī)匣10、燃燒室頭部11和火焰筒12，所述擴(kuò)壓器7設(shè)置在所述燃燒室機(jī)匣10端部，所述燃燒室頭部11與所述火焰筒12連接，并固定在所述燃燒室機(jī)匣10內(nèi)；燃燒用空氣全部由燃燒室頭部11進(jìn)入火焰筒12，冷卻用空氣從火焰筒12上的冷卻孔進(jìn)入；

所述燃燒室頭部11包括主燃級16與預(yù)燃級14，兩者與預(yù)燃級噴嘴13共軸，主燃級16設(shè)置在預(yù)燃級14外圍，主燃級16外側(cè)與火焰筒12內(nèi)壁連接，主燃級16與預(yù)燃級14之間通過級間段15連接，主燃級16的每個主燃級葉片30上均設(shè)置有至少一個徑向的主燃級通油孔36，每個主燃級葉片30側(cè)面上還設(shè)置有至少一個主燃級噴油孔31，所述主燃級噴油孔31與對應(yīng)主燃級葉片30上的所述主燃級通油孔36連通，燃油依次沿著主燃級燃油供應(yīng)路9、主燃級集油腔29、主燃級通油孔36進(jìn)入主燃級葉片30，并通過主燃級噴油孔31噴出形成螺旋軌跡的主燃級油霧43，所述主燃級油霧43在主燃級通道32與空氣的氣流混合，形成油氣混合物進(jìn)入火焰筒12參與燃燒，燃燒后的高溫燃?xì)鈴娜紵?出口排出。

其中，主燃級噴油孔31一般設(shè)置在主燃級葉片30側(cè)面上，如壓力側(cè)面47或吸力側(cè)面48等方案，主燃級通油孔36與主燃級噴油孔31的數(shù)量不做限制，根據(jù)實際情況靈活設(shè)置，主燃級通油孔36與主燃級噴油孔31的連通方式有多種，一般的，每個主燃級通油孔36均與若干個主燃級噴油孔31連通。

如圖3和圖7所示，其中，所述主燃級包括主燃級外層26、主燃級內(nèi)層27和主燃級葉片30，所述主燃級外層26扣合在所述主燃級內(nèi)層27上，所述主燃級外層26與所述主燃級內(nèi)層27之間形成主燃級集油腔29，所述主燃級葉片30設(shè)置在所述主燃級外層26上，所述主燃級葉片30外套裝有主燃級安裝環(huán)28，所述主燃級安裝環(huán)28與主燃級外環(huán)17固定連接。

其中，也可參見圖4，預(yù)燃級旋流器19可以采用徑向或軸向方案，空氣通過級間段冷卻孔23，一部分沖擊級間段擋板24進(jìn)行冷卻，另一部分通過預(yù)燃級套筒冷卻孔25對預(yù)燃級套筒22進(jìn)行冷卻；主燃級16由主燃級外層26、主燃級內(nèi)層27和主燃級安裝環(huán)28連接而成，并形成主燃級集油腔29，燃油從主燃級燃油供應(yīng)路9進(jìn)入主燃級集油腔29，接著沿著主燃級通油孔36進(jìn)入主燃級葉片30，最后從主燃級噴油孔31噴出，形成主燃級葉片通道氣流42，在氣動力的作用下實現(xiàn)燃油的破碎霧化，形成主燃級油霧43，最終在主燃級通道32內(nèi)形成均勻的油氣混合物，進(jìn)入火焰筒12參與燃燒。

如圖9所示，作為優(yōu)選，所述主燃級噴油孔31設(shè)置在所述主燃級葉片30的壓力側(cè)面47或吸力側(cè)面48。作為優(yōu)選，所述主燃級葉片30的壓力側(cè)面47和吸力側(cè)面48上均設(shè)置有主燃級噴油孔31。

如圖10所示，作為優(yōu)選，每個主燃級葉片30上設(shè)置1～10個主燃級通油孔36數(shù)量，且每個主燃級葉片30上設(shè)置1～30個主燃級噴油孔31。

其中，主燃級噴油孔31可以設(shè)置在所述主燃級葉片30側(cè)面的相對兩側(cè)中的任何一側(cè)，也可以同時在兩側(cè)設(shè)置，根據(jù)實際需要靈活設(shè)置；可以根據(jù)設(shè)計需要在主燃級葉片30側(cè)面按一定規(guī)則排列，此處以僅布置一個主燃級噴油孔31為例；根據(jù)設(shè)計需要，主燃級噴油孔31可以布置主燃級葉片30的壓力側(cè)面47或吸力側(cè)面48，或同時布置，如圖4所示，此處以單獨(dú)布置在主燃級葉片30的吸力側(cè)面48為例；主燃級噴油孔31直徑、主燃級噴油孔與主燃級葉片法向夾角40根據(jù)要求設(shè)計，主燃級噴油孔31與主燃級通油孔36的直徑之比為0.2～1.0，噴油孔高度37與主燃級葉片高度38之比為0.2～0.8；主燃級16通過主燃級安裝環(huán)28與主燃級外環(huán)17裝配定位，主燃級安裝邊18上開有主燃級冷卻孔33，并與主燃級擋板34連接，從而冷卻主燃級擋板34避免結(jié)構(gòu)損壞，同時形成一股主燃級吹掃氣35，可以防止主燃級16回火。

如圖10所示，根據(jù)設(shè)計需要，本發(fā)明實施例中，在主燃級葉片30側(cè)面布置6個主燃級噴油孔31為例。主燃級噴油孔31的直徑、主燃級噴油孔高度37、主燃級通油孔間距54、主燃級噴油孔間距55等參數(shù)根據(jù)設(shè)計需要選取。

如圖9所示，此處同時在主燃級葉片30的壓力側(cè)面47或吸力側(cè)面48布置主燃級噴油孔31，主燃級噴油孔間距55根據(jù)設(shè)計需要選取。

如圖6所示，作為優(yōu)選，所述主燃級葉片30內(nèi)部設(shè)置有冷卻槽道41，預(yù)燃級燃油從連通的預(yù)燃級燃油供應(yīng)路8、預(yù)燃級冷卻前集油腔20、冷卻槽道41、預(yù)燃級冷卻后集油腔21、主預(yù)油路連接管52順次流過，并進(jìn)入預(yù)燃級噴嘴13，預(yù)燃級燃油實現(xiàn)對所述主燃級葉片30的冷卻。所述主燃級16采用軸向葉片式旋流器，所述主燃級葉片30設(shè)置有5～60個，且每個主燃級葉片30與燃燒室4的軸向之間的夾角為0～70°。

其中，根據(jù)需要，主燃級葉片30可以采用無冷卻葉片44或帶冷卻葉片53。無冷卻葉片44如圖5所示，帶冷卻葉片53如圖6所示，帶冷卻葉片53內(nèi)開有葉片內(nèi)部冷卻槽道41，預(yù)燃級燃油從預(yù)燃級燃油供應(yīng)路8進(jìn)入預(yù)燃級冷卻前集油腔20，沿預(yù)燃級燃油流線45進(jìn)入預(yù)燃級冷卻后集油腔21，實現(xiàn)對主燃級葉片30的冷卻，最后通過主預(yù)油路連接管52進(jìn)入預(yù)燃級噴嘴13；主燃級燃油從主燃級燃油供應(yīng)路9進(jìn)入主燃級集油腔29，沿主燃級燃油流線46從主燃級噴油孔31噴出。主燃級噴油孔距旋流器進(jìn)口距離50與旋流器長度51的比值大于0小于1，主燃級葉片厚度39根據(jù)加工情況選擇，在保證強(qiáng)度的情況下盡可能薄。簡便起見，主燃級噴油孔與主燃級葉片法向夾角40為0～150°，優(yōu)選的，主燃級噴油孔與主燃級葉片法向夾角40可以取90°附近。

如圖8所示主燃級16噴油示意圖，以其中一個主燃級噴油孔31為例，燃油從主燃級噴油孔31噴出后，沿主燃級油霧軌跡49以近似螺旋線的方式向下游流動。

綜上，本發(fā)明的主要工作原理為：用于燃燒的空氣占燃燒室4總空氣量的大部分，并且全部從燃燒室頭部11進(jìn)入火焰筒12，從而降低了燃燒室頭部11當(dāng)量比，有利于控制燃燒區(qū)溫度并減少NOx的生成。燃燒組織采用中心分級方式，預(yù)燃級14在中心，采用非預(yù)混燃燒的方式，可以提供穩(wěn)定的中心回流區(qū)以引燃主燃級16；主燃級16在外圍，采用預(yù)混燃燒的方式，燃油沿著主燃級葉片30內(nèi)徑向的主燃級通油孔36，從主燃級葉片30側(cè)面的主燃級噴油孔31噴出。一方面，相對于主燃級葉片30間的氣流，燃油噴出的角度較大，液柱能夠迅速的破碎霧化；另一方面，側(cè)面開孔提升了燃油噴出時的徑向位置，提高了燃油在環(huán)形的主燃級通道32的充滿程度。燃油在主燃級通道32內(nèi)沿著近似的螺旋線流動，增強(qiáng)了和氣流間的摻混。最終在主燃級16出口形成均勻的油氣混合物，從而避免了局部高溫區(qū)，降低燃燒室排放。同時，本方案考慮了主燃級葉片30的冷卻結(jié)構(gòu)，即在主燃級葉片內(nèi)部設(shè)計了冷卻槽道41，可以有效防止主燃級噴油孔31結(jié)焦。

具體優(yōu)點(diǎn)為：第一、本發(fā)明采用主燃級葉片30側(cè)面開設(shè)主燃級噴油孔31噴射燃油的方式，從主燃級葉片30側(cè)面噴入主燃級葉片30間，在氣動力作用下燃油的液柱能夠迅速地完成初始破碎和二次破碎，進(jìn)一步形成細(xì)小的液滴顆粒，使得后續(xù)燃燒更為充分方便；

第二、本發(fā)明的主燃級葉片30側(cè)面開設(shè)主燃級噴油孔31的位置和數(shù)量具有很高的靈活性，可以在任意指定位置開設(shè)，從而能夠進(jìn)一步優(yōu)化主燃級16燃油分布，具有較強(qiáng)的適用性；

第三、本發(fā)明的主燃級16采用軸向葉片式旋流器，燃油從主燃級葉片30側(cè)面噴出，在主燃級通道32內(nèi)沿螺旋軌跡流動，實際上增加了在環(huán)形的主燃級通道32內(nèi)的停留時間，加強(qiáng)了燃油與氣流的摻混，改善了燃油分布的徑向均勻度；此外，主燃級噴油孔31遠(yuǎn)離主燃級通道32內(nèi)壁面，避免了燃油貼附壁面；

第四、本發(fā)明在主燃級葉片30內(nèi)部設(shè)計了冷卻槽道41，可將預(yù)燃級燃油導(dǎo)入主燃級葉片30的冷卻槽道41，完成冷卻后再進(jìn)入預(yù)燃級噴嘴13噴出；該冷卻方案可以有效防止大工況情況下，燃燒室4進(jìn)口溫度過高所引起的主燃級噴油孔31結(jié)焦的問題，提高了燃燒室4可靠性，可延長使用壽命。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。