燃气涡轮发动机课件：第3章燃烧室.ppt

1、主要内容主要内容3.1、概述、概述3.2、燃烧室的基本类型、燃烧室的基本类型3.3、燃烧室基本构件的结构、燃烧室基本构件的结构3.4、燃烧室主要零件的材料及其表面防护、燃烧室主要零件的材料及其表面防护3.5、典型故障、典型故障3.1 概述概述定定义义3.1 概述概述功功用用3.1 概述概述性性能能指指标标3.1 概述概述燃燃烧烧室室的的燃燃烧烧特特点点3.1 概述概述基基本本要要求求在起动发动机和空中再点火时，是燃烧在起动发动机和空中再点火时，是燃烧室和发动机能否正常工作的关键。室和发动机能否正常工作的关键。在规定的全部飞行高度、速度范围内都在规定的全部飞行高度、速度范围内都能稳定燃烧，不被吹

2、熄。能稳定燃烧，不被吹熄。燃油的化学能尽可能完全地释放燃油的化学能尽可能完全地释放出来，转变为热能，并用于加热出来，转变为热能，并用于加热工质，提高发动机的作功能力。工质，提高发动机的作功能力。气体流过燃烧室并且在燃烧室中气体流过燃烧室并且在燃烧室中喷入燃油燃烧，不可避免的会使喷入燃油燃烧，不可避免的会使气流的总压下降。气流的总压下降。除燃烧室点火过程的短时间以外，除燃烧室点火过程的短时间以外，火焰不得伸出火焰筒；燃气温度火焰不得伸出火焰筒；燃气温度沿周向均匀分布沿周向均匀分布为了提高发动机的推重比，要求为了提高发动机的推重比，要求各部件尺寸下，重量轻各部件尺寸下，重量轻有效控制污染物的形成，

3、如烟、有效控制污染物的形成，如烟、COCO、NONOx x等。等。火焰筒经常产生裂纹、烧蚀、掉火焰筒经常产生裂纹、烧蚀、掉块、变形等故障。块、变形等故障。3.1 概述概述燃燃烧烧室室的的工工作作过过程程3.1 概述概述燃燃烧烧室室的的工工作作过过程程3.1 概述概述燃燃烧烧室室的的工工作作过过程程3.1 概述概述燃燃烧烧室室的的工工作作过过程程3.1 概述概述燃燃烧烧室室的的工工作作过过程程3.1 概述概述燃燃烧烧室室的的工工作作过过程程3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型分分类类分分类类3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型分分类类3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型分分类类3.2

4、 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型单单管管燃燃烧烧室室3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型环环管管燃燃烧烧室室3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型环环形形燃燃烧烧室室 3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型环环形形燃燃烧烧室室3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型环环形形燃燃烧烧室室 3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型环环形形燃燃烧烧室室3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型环环形形燃燃烧烧室室3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型环环形形燃燃烧烧室室3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型环环形形燃燃烧烧室室3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型环环形形燃燃烧烧室室3

5、.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型环环形形燃燃烧烧室室3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型环环形形燃燃烧烧室室3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型发动机牌发动机牌号号设计时间设计时间结构特点结构特点火焰筒制火焰筒制造技术造技术喷嘴数目喷嘴数目燃油喷嘴燃油喷嘴点火方式点火方式CF6-80C2CF6-80C219831983，适，适短环形短环形机械加工机械加工3030离心式离心式直接直接PW4000PW400019861986，适，适短环形短环形滚轧成型滚轧成型2424气动式气动式直接直接CFM36-3CFM36-319841984，适，适短环形短环形锻环机械锻环机械加工加工2020气

6、动式气动式直接直接V2300V230019881988，适，适浮壁式火浮壁式火焰筒焰筒2020气动式气动式直接直接GE90GE9019931993，适，适双环腔火双环腔火焰筒焰筒激光加工激光加工孔气膜孔气膜3030双锥喷嘴双锥喷嘴直接直接环环形形燃燃烧烧室室3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型第1路，约占12.3%，由前进气盘壁上的孔和缝隙流入第2路，约占12.3%环环形形燃燃烧烧室室3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型环环形形燃燃烧烧室室3.2 燃烧室的基本类型燃烧室的基本类型3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构基基本本构构件件扩扩压压器器3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧

7、室基本构件的结构一一级级扩扩压压器器3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构二二级级扩扩压压器器3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构突突然然扩扩张张式式扩扩压压器器3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构火火焰焰筒筒3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构火火焰焰筒筒3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构涡涡流流器器传焰管传焰管3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构火火焰焰筒筒冷却气进冷却气进口口补燃补燃口口掺混掺混口口火火焰焰筒筒3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构火火焰焰筒筒

8、3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构火火焰焰筒筒3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构涡涡流流器器3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构叶叶片片式式涡涡流流器器3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构空气进空气进气方向气方向3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构叶叶片片式式涡涡流流器器非非叶叶片片式式涡涡流流器器3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构火火焰焰筒筒筒筒体体3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构火火焰焰筒筒筒筒体体3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构加速混合气的形成，加速混合气的形成，保持稳定的火源，

9、需保持稳定的火源，需要局部略微富油要局部略微富油加快油气混合气的燃加快油气混合气的燃烧过程，保证完全燃烧过程，保证完全燃烧前半部进来的空气烧前半部进来的空气进行助燃，后半部进进行助燃，后半部进来的空气进行补燃来的空气进行补燃降低高温燃气的温度，降低高温燃气的温度，使涡轮能够承受，并使涡轮能够承受，并形成均匀的温度场形成均匀的温度场火火焰焰筒筒筒筒体体3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构 作用：将燃油雾化（或汽化），加速混合气形作用：将燃油雾化（或汽化），加速混合气形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效率。成，保证稳定燃烧和提高燃烧效率。 分类：离心喷嘴，气动喷嘴，蒸发喷嘴（蒸发分类：离心喷

10、嘴，气动喷嘴，蒸发喷嘴（蒸发管），甩油喷嘴。管），甩油喷嘴。3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构燃燃油油喷喷嘴嘴 利用高压燃油通过喷嘴的涡流器后，在涡流室内利用高压燃油通过喷嘴的涡流器后，在涡流室内高速旋转，有较大的切向速度，然后从较小的出口高速旋转，有较大的切向速度，然后从较小的出口喷出；燃油喷出时，靠大切向速度产生离心力的作喷出；燃油喷出时，靠大切向速度产生离心力的作用，将燃油雾化散开成为许多微小的油珠。用，将燃油雾化散开成为许多微小的油珠。3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构离离心心喷喷嘴嘴离心式喷嘴的工作原理和构造离心式喷嘴的工作原理和构造3.3 燃烧室基本构件

11、的结构燃烧室基本构件的结构离离心心喷喷嘴嘴3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构离离心心喷喷嘴嘴3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构离离心心喷喷嘴嘴 分类：单油路离心喷嘴，双油路离心喷嘴。分类：单油路离心喷嘴，双油路离心喷嘴。 由于发动机的供油量变化很大，在低空以最大速度飞行，由于发动机的供油量变化很大，在低空以最大速度飞行，其供油量约等于在高空以最低速度飞行的其供油量约等于在高空以最低速度飞行的10102020倍，把启动倍，把启动状态算在内，则供油量变化可达状态算在内，则供油量变化可达40403030倍。倍。3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构单单油油路路离

12、离心心喷喷嘴嘴3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构双双油油路路离离心心喷喷嘴嘴3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构双双油油路路离离心心喷喷嘴嘴 优点：使燃烧室在较宽的的混合比范围优点：使燃烧室在较宽的的混合比范围内能稳定燃烧内能稳定燃烧; ;结构坚固结构坚固, ,易于调试易于调试, ,广泛用广泛用于分管和环管燃烧室。于分管和环管燃烧室。 缺点：供油压力要求高，存在富油区造缺点：供油压力要求高，存在富油区造成发烟污染；不同飞行条件下，燃烧室出口成发烟污染；不同飞行条件下，燃烧室出口温度变化大；燃烧室环形通道与喷嘴与锥形温度变化大；燃烧室环形通道与喷嘴与锥形油雾不匹配。油雾

13、不匹配。离离心心喷喷嘴嘴3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构 利用内外两股高速气流作用下，碎裂成与空气充利用内外两股高速气流作用下，碎裂成与空气充分掺混的油雾，进入火焰筒头部。分掺混的油雾，进入火焰筒头部。3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构气气动动喷喷嘴嘴两种气动式燃油喷嘴两种气动式燃油喷嘴a:RB211 b:PW4000a:RB211 b:PW4000 燃油经六个切向孔，燃油经六个切向孔，在喇叭口的内壁面上在喇叭口的内壁面上形成旋转的薄油膜层。形成旋转的薄油膜层。3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构气气动动喷喷嘴嘴 优点：油气混合均匀，避免了主燃区的局部

14、富油，减少了冒烟和优点：油气混合均匀，避免了主燃区的局部富油，减少了冒烟和积碳，火焰筒壁温较低；不要求很高的供油压力，在较宽的工作范积碳，火焰筒壁温较低；不要求很高的供油压力，在较宽的工作范围内，喷雾锥角大致保持不变；燃烧室出口温度场分布均匀，稳定；围内，喷雾锥角大致保持不变；燃烧室出口温度场分布均匀，稳定；仅用单管简化了供油管道。仅用单管简化了供油管道。3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构气气动动喷喷嘴嘴 缺点：油气充分掺混，贫油熄火极限大大降低，燃烧室稳定工缺点：油气充分掺混，贫油熄火极限大大降低，燃烧室稳定工作范围窄，启动时，气流速度较低，压力较小，雾化不良。作范围窄，启动时

15、，气流速度较低，压力较小，雾化不良。 油气的混合提前在蒸发管内进行；燃油首先喷入处于高油气的混合提前在蒸发管内进行；燃油首先喷入处于高温燃气流中的炽热蒸发管内，迅速吸热并蒸发为燃油蒸汽，温燃气流中的炽热蒸发管内，迅速吸热并蒸发为燃油蒸汽，与进入蒸汽管内的少量空气初步混合成油气，然后从蒸发与进入蒸汽管内的少量空气初步混合成油气，然后从蒸发管喷入火焰筒的主燃区内，与大量空气混合后燃烧。管喷入火焰筒的主燃区内，与大量空气混合后燃烧。3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构蒸蒸发发喷喷嘴嘴蒸发管式燃油喷嘴蒸发管式燃油喷嘴 优点：同气动喷嘴，早期航空发动机上采用优点：同气动喷嘴，早期航空发动机上

16、采用; ; 缺点：存在燃烧室稳定工作范围窄、蒸发管冷却困难、缺点：存在燃烧室稳定工作范围窄、蒸发管冷却困难、管内预混存在自然问题和需要辅助启动供油系统等缺点。管内预混存在自然问题和需要辅助启动供油系统等缺点。3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构蒸蒸发发喷喷嘴嘴蒸发管式燃油喷嘴蒸发管式燃油喷嘴 作用：在启动发动机时或在高空熄火后形成点火源。作用：在启动发动机时或在高空熄火后形成点火源。点火性能直接影响发动机工作的安全可靠。点火性能直接影响发动机工作的安全可靠。3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构点点火火装装置置 分为：直接点火和间接点火两种。分为：直接点火和间接点火两种。

17、 现代航空器需要点火器在三种情况下工作：现代航空器需要点火器在三种情况下工作：一：地面启动时；一：地面启动时；二：发达空中停车时；二：发达空中停车时；三：当飞机在暴风雨中或做机动飞行时，防止燃烧室三：当飞机在暴风雨中或做机动飞行时，防止燃烧室熄火熄火点火时间短，点火能量点火时间短，点火能量大，采用高能点火器大，采用高能点火器点火持续时间长，称为长明灯式点火，点火持续时间长，称为长明灯式点火，点火能量小，采用低能点火器点火能量小，采用低能点火器 用电嘴直接点燃火焰筒头用电嘴直接点燃火焰筒头部的混合气。随着高能电嘴部的混合气。随着高能电嘴的发展，使电嘴能在低电压的发展，使电嘴能在低电压下，放电能量

18、大大增加。下，放电能量大大增加。3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构直直接接点点火火装装置置斯贝发动机点火器斯贝发动机点火器 在专门的点火器中先点燃气在专门的点火器中先点燃气动喷嘴的燃油，形成小股火动喷嘴的燃油，形成小股火焰后再进入火焰筒头部去点焰后再进入火焰筒头部去点燃工作喷嘴的燃油。燃工作喷嘴的燃油。3.3 燃烧室基本构件的结构燃烧室基本构件的结构间间接接点点火火装装置置WP7WP7发动机点火器发动机点火器 2 2个点火器装在燃烧室外套个点火器装在燃烧室外套前部与启动输油圈相连，在前部与启动输油圈相连，在80008000米高空进行补氧，可保米高空进行补氧，可保证点火高度达到证点

19、火高度达到1200012000米。米。 根据作用在零件上的负荷、工作温度及制造工根据作用在零件上的负荷、工作温度及制造工艺进行选择。艺进行选择。3.4 燃烧室主要零件的材料及表面防护燃烧室主要零件的材料及表面防护主主要要零零件件所所使使用用的的材材料料 扩压器和燃烧室外壳等零构件工作温度较低，扩压器和燃烧室外壳等零构件工作温度较低，多采用结构钢及不锈钢。多采用结构钢及不锈钢。 工作温度很高的零件，火焰筒、传焰管、燃气工作温度很高的零件，火焰筒、传焰管、燃气导管等，采用热强度高、热稳定性好、耐腐蚀能力导管等，采用热强度高、热稳定性好、耐腐蚀能力强、热塑性好的镍基高温合金。强、热塑性好的镍基高温合

20、金。 减少零件变形和裂纹故障比较简单而有效的方减少零件变形和裂纹故障比较简单而有效的方法。采用耐热、耐腐蚀涂层能够显著提高材料的抗法。采用耐热、耐腐蚀涂层能够显著提高材料的抗氧化、抗腐蚀性能，采用耐热、隔热涂层可以有效氧化、抗腐蚀性能，采用耐热、隔热涂层可以有效降低基体的工作温度，提高材料的热强度和热疲劳降低基体的工作温度，提高材料的热强度和热疲劳性能，易于磨损的部位，敷以耐磨涂层能大大延长性能，易于磨损的部位，敷以耐磨涂层能大大延长零件的使用寿命。零件的使用寿命。3.4 燃烧室主要零件的材料及表面防护燃烧室主要零件的材料及表面防护燃燃烧烧室室的的防防护护涂涂层层 高温珐琅涂层、热扩散涂层、热

21、喷涂涂层、烘高温珐琅涂层、热扩散涂层、热喷涂涂层、烘烤涂层。烤涂层。 燃烧室在高温下工作，温度分布很不均匀，零件燃烧室在高温下工作，温度分布很不均匀，零件内将产生很大的热应力；进入燃烧室的气流速度大，内将产生很大的热应力；进入燃烧室的气流速度大，压力高，燃烧室的零件要承受很大的气体力，还承受压力高，燃烧室的零件要承受很大的气体力，还承受发动机的轴向力和惯性力，以及由不稳定燃烧、气流发动机的轴向力和惯性力，以及由不稳定燃烧、气流脉动和其他机械振动而引起的交变力；发动机工作范脉动和其他机械振动而引起的交变力；发动机工作范围宽，燃烧室零件受到反复的热冲击，造成热疲劳。围宽，燃烧室零件受到反复的热冲击

22、，造成热疲劳。3.5 典型故障典型故障3.5 典型故障典型故障 燃烧不稳定导致熄火，使发动机停车，危机飞行安燃烧不稳定导致熄火，使发动机停车，危机飞行安全；燃烧室出口温度场不均匀，局部地区燃气温度超过全；燃烧室出口温度场不均匀，局部地区燃气温度超过规定值，使涡轮叶片过热，甚至烧毁；供气不足或供油规定值，使涡轮叶片过热，甚至烧毁；供气不足或供油雾化不良，燃油未能完全燃烧而冒烟，在燃烧室零件表雾化不良，燃油未能完全燃烧而冒烟，在燃烧室零件表面和涡轮叶片上积炭；尤其是火焰筒的变形、裂缝、掉面和涡轮叶片上积炭；尤其是火焰筒的变形、裂缝、掉块、烧穿、脱焊以及零件表面磨损等故障经常发生。这块、烧穿、脱焊以

23、及零件表面磨损等故障经常发生。这些都严重影响了发动机的工作和寿命。些都严重影响了发动机的工作和寿命。 现象：发动机声音不正常；转速和排气温度突然现象：发动机声音不正常；转速和排气温度突然降低；油门操纵失灵；单发熄火向失效发倾斜。降低；油门操纵失灵；单发熄火向失效发倾斜。燃燃烧烧室室熄熄火火 原因：混合气余气系数超出稳定燃烧范围。原因：混合气余气系数超出稳定燃烧范围。3.5 典型故障典型故障 飞行条件对稳定燃烧范围的影响飞行条件对稳定燃烧范围的影响燃燃烧烧室室熄熄火火 飞行高度对稳定燃烧范围的影响飞行高度对稳定燃烧范围的影响3.5 典型故障典型故障H H升高，稳定燃烧范围变窄升高，稳定燃烧范围变

24、窄 飞行条件对稳定燃烧范围的影响飞行条件对稳定燃烧范围的影响燃燃烧烧室室熄熄火火 发动机转速对稳定燃烧范围的影响发动机转速对稳定燃烧范围的影响3.5 典型故障典型故障n n升高，稳定燃烧范围变窄升高，稳定燃烧范围变窄结论：高空小转速下最容易熄火结论：高空小转速下最容易熄火 飞行中熄火的情况：飞行中熄火的情况：燃燃烧烧室室熄熄火火 压气机进入严重喘振状态；压气机进入严重喘振状态； 发动机吸入大量的冰和水发动机吸入大量的冰和水 进入严重颠簸气流进入严重颠簸气流 处置发动机不当，如推、收油门过猛，误将工处置发动机不当，如推、收油门过猛，误将工 作发动机停车，误关燃油系统等。作发动机停车，误关燃油系统等。3.5 典型故障典型故障 慢车状态：慢车状态：COCO和和HCHC污污染染物物3.6 排气污染排气污染 起飞状态：起飞状态：NONOx x 改善燃油雾化质量改善燃油雾化质量改改进进措措施施3.6 排气污染排气污染 采用氢燃料采用氢燃料 采用低污染燃烧室采用低污染燃烧室