本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)低污染燃燒室的貧油直接噴射旋流噴嘴模。

背景技術(shù)：

近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)越來越強(qiáng)，無論對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)或是地面燃?xì)廨啓C(jī)，其污染物排放要求日益嚴(yán)格。例如國際民航組織(icao)下屬環(huán)境保護(hù)委員會(huì)(caep)制定的一系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)一氧化碳、未燃碳?xì)浜偷趸锏呐欧抛龀隽藝?yán)格規(guī)定，只有符合排放要求的發(fā)動(dòng)機(jī)才能取得適航認(rèn)證。因此必須大力發(fā)展低污染燃燒技術(shù)以降低燃?xì)廨啓C(jī)污染物排放水平，從而滿足現(xiàn)在和未來更高的排放要求。

目前，燃?xì)廨啓C(jī)低污染燃燒技術(shù)主要包括:富油燃燒-快速淬熄-貧油燃燒技術(shù)(richburn-quickquench-leanburn，rql)、貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒技術(shù)(leanpremixedprevaporised，lpp)、貧油直接噴射燃燒技術(shù)(leandirectinjection，ldi)。pw公司低污染燃燒室talonⅱ采用rql技術(shù)，其nox排放水平剛能滿足caep6的要求，但由于rql技術(shù)中，淬熄過程有可能產(chǎn)生接近化學(xué)恰當(dāng)比的反應(yīng)條件，從而生成大量nox，因此rql技術(shù)降低污染排放的潛力有限，很難滿足未來icao更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。ge公司將lpp技術(shù)應(yīng)用到taps系列低污染燃燒室中，tapsⅰ和tapsⅱ的nox排放比caep6的規(guī)定再降低50％和60％，而用于ge9x的tapsⅲ的nox排放比caep8的規(guī)定還低30％。ldi技術(shù)是將燃油直接噴射到燃燒室中與空氣混合發(fā)生擴(kuò)散燃燒，由于沒有燃油和空氣預(yù)混，因此不存在自燃和回火的問題，且其燃燒不穩(wěn)定性問題也沒有l(wèi)pp那樣嚴(yán)重。因而近年來許多研究機(jī)構(gòu)開展了關(guān)于ldi技術(shù)的研究，在nasaera項(xiàng)目支持下，goodrich公司設(shè)計(jì)了陣列式ldi燃燒室，該方案的nox排放比caep6的規(guī)定低75％。parker公司在nasaueet項(xiàng)目支持下，提出了多級(jí)分區(qū)ldi燃燒方案，其污染物排放水平可以滿足降低caep6規(guī)定nox排放70％的要求。國內(nèi)也有許多關(guān)于低污染燃燒室的研發(fā)。

發(fā)明專利201510673156.0、201510674145.4公開了兩種低污染燃燒室，其中預(yù)燃級(jí)采用旋流穩(wěn)定的擴(kuò)散燃燒與旋流預(yù)混燃燒相結(jié)合的方式，可在小狀態(tài)下穩(wěn)定燃燒的同時(shí)降低污染物；主燃級(jí)采用預(yù)混預(yù)蒸發(fā)的燃燒方式，可在大狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)均勻燃燒以降低nox排放。發(fā)明專利201410643105.9公開了一種主燃級(jí)貧預(yù)混的分層部分預(yù)混低污染燃燒室，值班級(jí)采用擴(kuò)散燃燒，主燃級(jí)采用貧油預(yù)混燃燒；在大工況時(shí)，值班級(jí)和主燃級(jí)同時(shí)工作，主燃區(qū)處于貧油狀態(tài)，能夠顯著降低nox的排放。但是主燃級(jí)采用預(yù)混預(yù)蒸發(fā)的方式有可能產(chǎn)生燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重影響燃燒性能，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性的破壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種燃?xì)廨啓C(jī)低污染燃燒室的貧油直接噴射旋流噴嘴模，采用貧油非預(yù)混燃燒方式，避免自燃和回火的發(fā)生，降低燃燒不穩(wěn)定性出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，在保證燃燒穩(wěn)定的同時(shí)降低污染物排放。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括旋流器葉片、旋流器內(nèi)壁、旋流器外壁、旋流器出口平直段、環(huán)形旋流空氣平直流道、旋流器出口擋板、旋流器出口收斂段、冷卻孔、環(huán)形旋流空氣收斂通道、旋流空氣出口、噴嘴、噴嘴出口、噴嘴安裝座、燃油入口管、旋流流道，所述旋流器葉片為直葉片，葉片安裝角度為35～40°,旋流器葉片數(shù)量為8～16片，旋流器葉片沿周向固定在旋流器內(nèi)壁上，所述旋流器葉片與旋流器內(nèi)壁和旋流器外壁形成旋流流道；

所述噴嘴安裝座為中空圓柱結(jié)構(gòu)，端部凸臺(tái)段有內(nèi)螺紋，噴嘴安裝座與旋流器內(nèi)壁固連，燃油進(jìn)口位于噴嘴安裝座前端，所述噴嘴安裝座與旋流器出口平直段形成環(huán)形旋流空氣平直流道；

所述噴嘴與噴嘴安裝座螺紋連接，所述噴嘴與旋流器出口收斂段形成環(huán)形旋流空氣收斂流道，旋流空氣出口處為空氣流道上最小流通面積，通過改變旋流空氣出口來調(diào)節(jié)空氣量，旋流器出口收斂段壁面上周向均布若干冷卻孔，所述旋流器出口收斂段與旋流器出口擋板水平方向夾角α為40～50°；噴嘴出口與旋流器收斂出口平齊，從噴嘴出口噴出的錐形油霧在旋流空氣剪切作用下破碎形成均勻分布的小液滴，且與空氣混合形成均勻的油氣分布。

所述旋流噴嘴模燃燒當(dāng)量比為0.6～0.8。

所述環(huán)形旋流空氣平直流道長度h1與內(nèi)徑d1比值為0.15～0.20。

有益效果

本發(fā)明提出的一種燃?xì)廨啓C(jī)低污染燃燒室的貧油直接噴射旋流噴嘴模，采用貧油非預(yù)混燃燒方式，避免自燃和回火的發(fā)生，降低燃燒不穩(wěn)定性出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，在保證燃燒穩(wěn)定的同時(shí)降低污染物排放。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下特點(diǎn):旋流噴嘴模為貧油燃燒方式，工作當(dāng)量比在0.6～0.8之間，此時(shí)火焰溫度較低，有效降低氮氧化物的生成；采用非預(yù)混燃燒方式，有效地避免自燃和回火的發(fā)生，降低振蕩燃燒出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)；采用旋流空氣平直流道來消除旋流葉片尾跡的影響，使得旋流器出口的氣流分布更加均勻；由于旋流器出口是空氣流路最小截面積位置，因此可通過改變出口面積調(diào)節(jié)旋流器空氣流量；旋流噴嘴模結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于加工和裝配，通過合理設(shè)計(jì)旋流噴嘴模排布方式可形成多點(diǎn)直接噴射燃燒室頭部。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種燃?xì)廨啓C(jī)低污染燃燒室的貧油直接噴射旋流噴嘴模作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明旋流噴嘴模軸測圖。

圖2為本發(fā)明旋流噴嘴模剖視圖。

圖3a、圖3b為本發(fā)明實(shí)施例旋流噴嘴模布置示意圖。

圖中:

1.燃油進(jìn)口2.旋流器內(nèi)壁3.空氣進(jìn)口4.旋流器葉片5.旋流器外壁6.旋流器出口平直段7.環(huán)形旋流空氣平直流道8.旋流器出口擋板9.旋流器出口收斂段10.冷卻孔11.環(huán)形旋流空氣收斂通道12.旋流空氣出口13.噴嘴14.噴嘴出口15.噴嘴安裝座16.燃油入口管17.旋流流道18.錐形油霧19.流線20.旋流噴嘴模

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例是一種燃?xì)廨啓C(jī)低污染燃燒室的貧油直接噴射旋流噴嘴模。

參閱圖1、圖2、圖3a、圖3b，本實(shí)施例燃?xì)廨啓C(jī)低污染燃燒室的貧油直接噴射旋流噴嘴模，由燃油進(jìn)口1、旋流器內(nèi)壁2、空氣進(jìn)口3、旋流器葉片4、旋流器外壁5、旋流器出口平直段6、環(huán)形旋流空氣平直流道7、旋流器出口擋板8、旋流器出口收斂段9、冷卻小孔10、環(huán)形旋流空氣收斂通道11、旋流空氣出口12、噴嘴13、噴嘴出口14、噴嘴安裝座15、燃油入口管16、旋流流道17組成；其中,旋流器葉片為直葉片，葉片安裝角度為35～40°,旋流器葉片數(shù)量為8～16片，旋流器葉片沿周向固定在旋流器內(nèi)壁2上，所述旋流器葉片4與旋流器內(nèi)壁2和旋流器外壁5形成旋流流道17。噴嘴安裝座15為中空圓柱結(jié)構(gòu)，端部凸臺(tái)段有內(nèi)螺紋，噴嘴安裝座15與旋流器內(nèi)壁2固連，燃油進(jìn)口位于噴嘴安裝座前端，所述噴嘴安裝座15與旋流器出口平直段6形成環(huán)形旋流空氣平直流道7。噴嘴13與噴嘴安裝座15螺紋連接，所述噴嘴13與旋流器出口收斂段9形成環(huán)形旋流空氣收斂流道11，旋流空氣出口12處為空氣流道上最小流通面積，通過改變旋流空氣出口來調(diào)節(jié)空氣量，旋流器出口收斂段9壁面上周向均布若干冷卻孔10，所述旋流器出口收斂段與旋流器出口擋板8水平方向夾角α為40～50°；噴嘴出口14與旋流器收斂出口12平齊，從噴嘴出口14噴出的錐形油霧18在旋流空氣剪切作用下破碎形成均勻分布的小液滴，且與空氣混合形成均勻的油氣分布。旋流噴嘴模20燃燒當(dāng)量比為0.6～0.8。環(huán)形旋流空氣平直流道長度h1與內(nèi)徑d1比值為0.15～0.20。

本實(shí)施例中，空氣經(jīng)過空氣進(jìn)口3進(jìn)入旋流流道17形成旋流運(yùn)動(dòng)，在環(huán)形旋流空氣平直流道7中消除旋流葉片尾跡的影響，隨后經(jīng)過環(huán)形旋流空氣收斂通道11加速流動(dòng)，在旋流器出口12形成沿徑向內(nèi)側(cè)低外側(cè)高的速度分布，隨后在下游流線19擴(kuò)張形成回流區(qū)。旋流空氣出口12是空氣流路上最小流通面積位置，在實(shí)際燃燒室中，可通過改變旋流空氣出口12面積來調(diào)節(jié)空氣量。冷卻孔10均勻布置在旋流器出口收斂段9上面，小部分旋流空氣流經(jīng)冷卻孔10來冷卻出口收斂段9。噴嘴出口14與旋流器收斂出口12平齊，從噴嘴出口14噴出的錐形油霧18在旋流空氣剪切作用下快速破碎形成均勻分布的小液滴，隨后與空氣混合形成均勻的油氣分布，保證燃燒以貧油非預(yù)混方式快速進(jìn)行，燃燒區(qū)當(dāng)量比為0.6～0.8。

在實(shí)際燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中，通過合理布置多個(gè)旋流噴嘴模形成多點(diǎn)直接噴射結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)分區(qū)燃燒功能，既能保證寬工作狀態(tài)下穩(wěn)定工作，又能有效降低污染物生成。具體的噴嘴模數(shù)目和布置方式可根據(jù)實(shí)際工況需求和燃燒室限制尺寸來確定，本實(shí)施例中的旋流噴嘴?？山M成中心一點(diǎn)、周圍六點(diǎn)的七點(diǎn)噴射頭部結(jié)構(gòu)；也可組成中心四點(diǎn)、周圍八點(diǎn)的十二點(diǎn)噴射頭部結(jié)構(gòu)。

工作過程:

本實(shí)施例中,燃油從燃油進(jìn)口進(jìn)入噴嘴安裝座，然后流入噴嘴，從噴嘴出口噴出形成錐形噴霧。燃油錐形噴霧和旋流空氣混合后在下游以貧油狀態(tài)穩(wěn)定燃燒。環(huán)形旋流空氣收斂流道是由噴嘴外壁和旋流器出口收斂段圍成的，空氣經(jīng)過軸流式旋流器產(chǎn)生旋流運(yùn)動(dòng)，在平直流道中消除旋流葉片尾跡的影響，隨后經(jīng)過收斂通道加速流動(dòng)，在旋流器出口形成沿徑向內(nèi)側(cè)低外側(cè)高的速度分布；旋流空氣出口是空氣流路上最小流通面積位置，在實(shí)際燃燒室中可通過改變旋流空氣出口來調(diào)節(jié)空氣量。旋流器擋板通過焊接與旋流器外壁連接在一起，起到裝配定位作用。噴嘴安裝座通過焊接固定在旋流器輪轂上，燃油進(jìn)口位于噴嘴安裝座上游，噴嘴通過螺紋連接固定在噴嘴安裝座上，噴嘴出口與旋流器收斂出口平齊，從噴嘴噴出的錐形油霧在旋流空氣剪切作用下快速破碎形成均勻分布的小液滴，隨后與空氣混合形成均勻的油氣分布，保證燃燒以貧油非預(yù)混方式快速進(jìn)行。