CN105823086A - 一种气旋耦合喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气旋耦合喷嘴，其包括有气动衬套、与所述气动衬套相连接的气动辅助雾化舌片、设置于所述气动衬套内的燃油喷嘴、与所述燃油喷嘴相连接的喷嘴安装座及连接所述喷嘴安装座的油管，所述气旋耦合喷嘴为周向均匀布置，所述燃油喷嘴为离心喷嘴且沿轴向顺流喷射燃油，所述油管沿周向呈“环状”，本发明气旋耦合喷嘴可以将燃油雾化成具有一定厚度的扇形雾型并供入到驻涡燃烧室的驻涡区中，实现与驻涡燃烧室驻涡区特定的流场结构相匹配，以解决驻涡燃烧室值班级油气匹配的技术难题。

Description

一种气旋耦合喷嘴

技术领域

本发明涉及一种气旋耦合喷嘴，主要用于要求雾化锥形为非圆形的燃烧装置，如航空发动机及地面燃气轮机中的驻涡燃烧室，属于新概念供油装置。

技术背景

喷嘴作为燃气轮机等燃烧装置的关键部件之一，其作用是将液体燃料雾化，为进一步的蒸发、掺混及燃烧做准备，喷嘴的性能对燃气轮机等各种燃烧器的性能有着重要作用。

现有的喷嘴类型主要有直射式喷嘴、离心式喷嘴、甩油盘、空气雾化喷嘴及气动辅助雾化喷嘴等。不同类型的喷嘴，有其各自的特点。直射式喷嘴的优点在于结构简单结实耐用且流动损失小，但由于其雾化质量差且供油不均匀，通常只用在加力燃烧室或与其他装置一同组成组合式雾化喷嘴；离心喷嘴以其结构简单、雾化性能好被广泛的应用于各种燃烧器中，但由于其燃油调节比小、低压雾化质量差、高压下积碳多使其具有一定的局限性；甩油盘式喷嘴结构简单、高速旋转下雾化质量好，其不足之处在于低速条件下雾化效果差且燃油密封难，所以只在小型折流燃烧室中应用；空气雾化喷嘴的优点在于工作油压低、雾化质量极高，其不足之处在于需要外部高压气源；气动辅助雾化喷嘴具有常规空气雾化喷嘴的优点且兼顾高低工况性能广泛被用在航空发动机的燃烧室中如：F101、CFM56、M88等发动机的燃烧室中，但其不足之处在于结构过于复杂。

由上述可知，作为各种燃烧器的关键部件之一，喷嘴的种类繁多，类型比较齐全。但是，对于那些要求雾化锥形为非圆形的燃烧装置而言，上述的喷嘴则无法满足要求。如航空发动机及地面燃气轮机中的驻涡燃烧室，由于其独特的物理结构和流场结构，无论是直射式喷嘴还是离心喷嘴等都无法满足要求。若像传统旋流燃烧室采用离心喷嘴作为驻涡燃烧室值班级供油方式，则大部分燃油会直接供入回流区或溅到凹腔底部，燃油与空气将无法得到很好的匹配，甚至直接溅到点火电嘴上影响点火性能；若采用直射式喷嘴又会使雾化特性变差、喷油杆数量过多；而采用蒸发管式喷嘴，会使点熄火性能变差甚至带来烧蚀供油装置的危险。

综上所述，为了适应那些要求雾化性能高且雾化锥形非圆形的燃烧器，有必要发展一种新型喷嘴。

发明内容

本发明提供一种气旋耦合喷嘴，通过气动衬套及气动辅助雾化舌片来控制喷嘴出口的燃油雾型以解决驻涡燃烧室驻涡区的油气匹配技术难题。

本发明采用如下技术方案：一种气旋耦合喷嘴，包括环形油管，所述环形油管周向均匀布置有若干个燃油喷嘴，所述燃油喷嘴通过喷嘴安装座轴向固定于环形油管上；

每个燃油喷嘴上套设有一个气动衬套，所述气动衬套内径大于燃油喷嘴外径，使得气动衬套内表面与燃油喷嘴外表面之间存在间隙，空气通过所述间隙进入到气动衬套内；

所述气动衬套顶面开设有矩形出气缝，进入所述气动衬套内的空气能够从所述矩形出气缝中流出并辅助雾化燃油；

所述矩形出气缝两侧中间位置平行设置有一对气动辅助雾化舌片，所述气动辅助雾化舌片的长度小于出气缝的长度，使得从燃油喷嘴喷出的燃油一部分溅到气动辅助雾化舌片上形成油膜并在气动衬套中空气作用下雾化成小油滴进入到驻涡燃烧室驻涡区中参与燃烧，另一部分在压力作用下雾化成小油滴直接进入到驻涡燃烧室的驻涡区中参与燃烧。

进一步的，一对气动辅助雾化舌片中：一个与所述矩形出气缝的一边齐平，另一个与所述矩形出气缝的另一边齐平。

进一步的，所述气动辅助雾化舌片为矩形。

进一步的，所述出气缝的宽度为3mm～6mm。

进一步的，所述燃油喷嘴为离心喷嘴。

本发明具有如下有益效果：

(1).气旋耦合喷嘴可以有效控制喷嘴的出口雾型，是实现驻涡燃烧室驻涡区油气匹配的关键部件之一；

(2).运用气旋耦合喷嘴有利于提高驻涡燃烧室的燃烧效率、点火性能和贫油熄火性能，提高驻涡燃烧室的稳定性。

(3).气旋耦合喷嘴结构简单紧凑，有利于减轻燃烧室的总体结构重量，降低燃油消耗率。

(4).运用气旋耦合喷嘴，有利于解决驻涡燃烧室中，部分供油装置易被烧蚀的危险，提高驻涡燃烧室的可靠性。

附图说明

图1为本发明气旋耦合喷嘴的立体结构示意图。

图2为图1所示气旋耦合喷嘴的油管及离心喷嘴的结构示意图。

图3为图1所示气旋耦合喷嘴的局部剖视图。

图4为图1所示气旋耦合喷嘴的工作原理示意图。

图5为图1所示气旋耦合喷嘴的工作原理示意图。

其中：1-气动辅助雾化舌片、2-气动衬套、3-离心喷嘴、4-喷嘴安装座、5-油管、6-油管接头、7-“扇形”油雾锥的气动雾化区域、8-“扇形”油雾锥的压力雾化区域，9-“扇形”油雾锥的压力雾化区域。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

请参照图1至图5所示，本发明气旋耦合喷嘴包括环形油管5，所述环形油管5周向均匀布置有若干个燃油喷嘴3，所述燃油喷嘴3为离心喷嘴，所述燃油喷嘴3通过喷嘴安装座4轴向固定于环形油管上。每个燃油喷嘴3上套设有一个气动衬套2，所述气动衬套2内径大于燃油喷嘴3外径，使得气动衬套内表面与燃油喷嘴外表面之间存在间隙，空气通过所述间隙进入到气动衬套内。所述气动衬套2顶面开设有宽度为3mm～6mm的矩形出气缝，进入所述气动衬套内的空气能够从所述矩形出气缝中流出并辅助雾化燃油。所述矩形出气缝两侧中间位置平行设置有一对气动辅助雾化舌片1，所述气动辅助雾化舌片的长度小于出气缝的长度，使得从燃油喷嘴3喷出的燃油一部分溅到气动辅助雾化舌片1上形成油膜并在气动衬套2中空气作用下雾化成小油滴进入到驻涡燃烧室驻涡区中参与燃烧，另一部分在压力作用下雾化成小油滴直接进入到驻涡燃烧室的驻涡区中参与燃烧。

气动辅助雾化舌片的长度小于矩形出气缝的长度，这样设计的好处在于：使从燃油喷嘴3喷出的燃油只有一部分可以溅到气动辅助雾化舌片1上。气动辅助雾化舌片1的上下两个舌片间有一定的距离，这样的设计有利于控制“扇形”油雾锥的“厚度”。

气动衬套2与燃油喷嘴3之间有一定的间隙，这一间隙有利于控制进入气动衬套2中的空气量，并控制气旋耦合喷嘴的气液比，进而控制气旋耦合喷嘴的雾化特性。

本发明气旋耦合喷嘴中的燃油喷嘴3安装在喷嘴安装座4上，喷嘴安装座4通过油管5连接，油管5周向呈“环状”，油管接头6外接燃油总管(未图示)。

燃油喷嘴3距离气动衬套2的矩形出口有一定的距离，这样设计有利于进入气动衬套2中的空气顺利流出并雾化燃油。

请参照图5所示，“扇形”油雾锥的气动雾化区域7是经燃油喷嘴3沿气流的方向喷出的一部分燃油溅到气动辅助雾化舌片1上形成油膜并在气动衬套2中空气的气动力作用下雾化形成的；“扇形”油雾锥的压力雾化区域8和“扇形”油雾锥的压力雾化区域9是经燃油喷嘴3沿气流方向喷出的一部分燃油未溅到气动辅助雾化舌片1上而直接由压力雾化而形成的区域。由于“扇形”油雾锥的气动雾化区域7、扇形”油雾锥的压力雾化区域8和扇形”油雾锥的压力雾化区域9的存在，使驻涡区中的油雾分布特性一方面有利于提高驻涡燃烧室的点火特性和贫油熄火特性，从而进一步提高驻涡燃烧室的稳定性；另一方面有利于提高驻涡燃烧的燃烧效率。

本发明气旋耦合喷嘴的燃油雾化特性不仅具有离心喷嘴的雾化特性同时又具有气动辅助雾化喷嘴的雾化特性同时可以有效控制喷嘴的出口雾型，是实现驻涡燃烧室驻涡区油气匹配的关键部件之一，其不仅有利于提高驻涡燃烧室的燃烧效率、点火性能和贫油熄火性能，提高驻涡燃烧室的稳定性；同时该气旋耦合喷嘴有利于解决驻涡燃烧室中一些供油装置易被烧蚀的危险，提高驻涡燃烧室的可靠性；且由于其结构简单紧凑，有利于减轻燃烧室的总体结构重量，降低燃油消耗率。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种气旋耦合喷嘴，其特征在于，包括环形油管(5)，所述环形油管(5)周向均匀布置有若干个燃油喷嘴(3)，所述燃油喷嘴(3)通过喷嘴安装座(4)轴向固定于环形油管上；

每个燃油喷嘴(3)上套设有一个气动衬套(2)，所述气动衬套(2)内径大于燃油喷嘴(3)外径，使得气动衬套内表面与燃油喷嘴外表面之间存在间隙，空气通过所述间隙进入到气动衬套内；

所述气动衬套(2)顶面开设有矩形出气缝，进入所述气动衬套内的空气能够从所述矩形出气缝中流出并辅助雾化燃油；

所述矩形出气缝两侧中间位置平行设置有一对气动辅助雾化舌片(1)，所述气动辅助雾化舌片的长度小于出气缝的长度，使得从燃油喷嘴(3)喷出的燃油一部分溅到气动辅助雾化舌片(1)上形成油膜并在气动衬套(2)中空气作用下雾化成小油滴进入到驻涡燃烧室驻涡区中参与燃烧，另一部分在压力作用下雾化成小油滴直接进入到驻涡燃烧室的驻涡区中参与燃烧。

2.根据权利要求1所述的一种气旋耦合喷嘴，其特征在于，一对气动辅助雾化舌片(1)中：一个与所述矩形出气缝的一边齐平，另一个与所述矩形出气缝的另一边齐平。

3.根据权利要求1所述的一种气旋耦合喷嘴，其特征在于，所述气动辅助雾化舌片(1)为矩形。

4.根据权利要求1所述的一种气旋耦合喷嘴，其特征在于，所述出气缝的宽度为3mm～6mm。

5.根据权利要求1所述的一种气旋耦合喷嘴，其特征在于，所述燃油喷嘴(3)为离心喷嘴。