CN106499559A - 主副油路一体化设计的双油路离心喷嘴结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于小型弹/无人机用涡轮发动机技术领域,具体涉及一种主副油路一体化设计的双油路离心喷嘴结构,其包括主油管、副油管、喷嘴杆、锁片、固定螺母、副油路旋流器、主油路喷口和副油路喷口。上述技术方案的本发明结构简单可靠,试验结果表明主油路开启点设置合理,双油路喷嘴能满足大流量调节比的要求,主副油路喷雾锥角合理,且在发动机工作全程主副油路燃油雾化均满足使用需要。
Description
技术领域
本发明属于小型弹/无人机用涡轮发动机技术领域,具体涉及一种主副油路一体化设计的双油路离心喷嘴结构。
背景技术
如图1所示,小型弹/无人机用涡轮发动机燃烧室供油雾化的工作原理是:燃油从发动机进油口进入喷油环各个供油座101,流经供油座101的燃油依次流过压紧螺塞102、燃油旋流器103,燃油流经燃油旋流器103端面的旋流槽后会产生高速旋转,从而在喷嘴壳体104喷孔中心处形成低压区,外界空气在逆压差的作用下进入喷嘴内部,在喷孔中心形成空气芯,液体在喷嘴出口形成环形液膜,随后液膜在扰动波的作用下破碎形成空心雾锥。在喷嘴外围通常配备有旋流器105,不参与燃油雾化,主要负责构造出喷嘴喷雾附近的回流区流场以利于燃烧。图1为离心喷嘴工作原理图。
由于小型弹/无人机用涡轮发动机结构尺寸小,双油路供油难度大。以往普遍采用单油路供油,即使是个别发动机采用双油路也是由两个完全独立的单油路组成,结构复杂,可靠性差。随着当今对小型弹/无人机用发动机性能要求的提高,需要更高的工作升限,这就使得传统的供油方式由于无法同时兼顾高空巡航和最大设计工况的燃油雾化需求而无法满足发动机大包线宽空域的工作需要,导致发动机燃烧室容易火焰不稳定、燃烧振荡、燃烧效率低,严重的甚至导致发动机熄火。这就迫切需要提供一种简单可靠,采用双油路一体化设计的离心喷嘴,能够适应大流量调节比,满足最大和最小工况下的雾化需要,从而确保发动机工作安全。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是:如何为小型弹/无人机用涡轮发动机设计一种双油路离心喷嘴,主副喷嘴采用一体化设计。要能满足发动机对喷嘴流量调节比大、在流量调节全程范围内均实现良好雾化的要求。此外,该双油路离心喷嘴要能方便拆卸、加工方便。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明提供一种主副油路一体化设计的双油路离心喷嘴结构,其包括:主油管1、副油管2、喷嘴杆3、锁片4、固定螺母5、副油路旋流器6、主油路喷口7和副油路喷口8;主油路和副油路的燃油分别从主油管1和副油管2流入到喷嘴杆3中;
喷嘴杆3中开有主油道和副油道两个油道,其中,副油道是倾斜的,主油道是平直的,在出口端面设有一个环形的槽道;副油道一端的圆心正对着副油管的轴线,另一端圆心正对着副油路旋流器6的腔室的轴线;而主油道则一端正对着主油管,另一端环形槽道正对着副油路喷口8端面上的两个进油孔;最终副油路燃油从副油路喷口8的中心喷出,而主油路燃油从主油路喷口7和副油路喷口8形成的燃油腔出口喷出;副油路在发动机工作全程都一直工作,主油路只在发动机慢车转速以上才开启工作,主油路开启点为1.4Pa;
喷嘴在装配时,在固定螺母5内部空腔内依次装入主油路喷口7、副油路喷口8、副油路旋流器6,然后再从左至由顶入喷嘴杆3;固定螺母5后端内表面和喷嘴杆3前端内表面设有相互匹配的螺纹,将螺纹拧紧产生压紧力,从而将上述零件依次压紧,且由于喷嘴杆3、主油路喷口7和副油路喷口8的接触端面粗糙度很小,端面光滑,当螺纹压紧力将各零件压紧后实现密封,从而达到将主副油路隔开的目的;
喷嘴杆3外表面设有台阶结构,固定螺母5通过该台阶结构套于喷嘴杆3上;
另外,为了避免双油路喷嘴在长时间工作的过程中螺纹发生松动,在喷嘴杆3和固定螺母5之间设置锁片4;该锁片4为一环体结构,环体上部一定高度处设有第一水平弯折区域D,环体下部设有由环体下端向下方延伸突出的突出部,该突出部作为第二水平弯折区域C,为便于所述第一水平弯折区域D和第二水平弯折区域C弯折,所述所述第一水平弯折区域D和第二水平弯折区域C各自与环体结合部位处打有线形孔;
在喷嘴杆3和固定螺母5之间的螺纹拧紧到位后,将锁片4的第一水平弯折区域D向逆着燃油流向的方向弯折贴紧喷嘴杆3上部表面,将锁片4的第二水平弯折区域C沿着燃油流向正向弯折贴紧固定螺母5下部表面,从而达到锁紧的目的;
为保证固定螺母5和喷嘴杆3螺纹拧紧,固定螺母5与喷嘴杆3结合部位的下部末端处加工为外六角,供对应的第二水平弯折区域C贴合,而喷嘴杆3在与固定螺母5结合的上部端面处加工出一个凹面段,供对应的第一水平弯折区域D贴合,方便拧紧;
由于副油路旋流器6直接影响副油路燃油雾化质量,需要保证其在副油路喷口8内位置固定,不发生晃动;又由于此处零件尺寸很小,无法采用螺纹连接,故这两个零件采用过盈配合加热装的方式;副油路旋流器6设置为一个台阶状的结构,当副油路旋流器6安装到位顶紧副油路喷口8内壁的顶端面后,副油路旋流器6台阶结构前端较细的部位外表面与副油路喷口8内壁之间形成第一环腔B;第一环腔B由副油路喷口8内壁的顶端面和竖直壁面、副油路旋流器6的台阶面和竖直壁面组成;而当螺纹拧紧,将主油路喷口7和副油路喷口8压紧后,依靠副油路喷口8的竖直壁面和上下壁面、主油路喷口7的竖直壁面形成第二环腔A;
燃油从副油路流经喷嘴杆3流入到副油路旋流器6的腔室6a内,再从副油路旋流器6端面周向均布的3个小孔6b流到副油路旋流器6与副油路喷口8之间的第一环腔B中,然后燃油再从副油路旋流器6端面的2个切向的平行的旋流槽6c流出进入到旋流室6d内;由于燃油在流经旋流槽6c后会在旋流室6d内高速旋转从而使喷嘴轴中心形成低压区,外界空气在逆压差的作用下进入副油路喷口8,在副油路喷口8的出口中心产生空气芯,燃油在出口形成环形液膜,最终形成空心雾锥喷出;其中副油路喷口8的出口端采用拉法尔喷管的形状,在流道的轴向方向的中间部位处存在一最小截面,直径为0.3mm~0.4mm,而最小截面入流端张角50°~55°,出射端张角为82°~90°;
燃油从主油路流经喷嘴杆3时,由于在喷嘴杆3出口端面设有一个环形槽3a,燃油在环形槽3a内经过整流,再通过副油路喷口8的下壁面上周向均布的两个进油孔8a流入到主油路喷口7和副油路喷口8之间的第二环腔A内,燃油再经过副油路喷口8上壁面的旋流槽8b后产生旋转最终从主油路喷口7和副油路喷口8之间的出口流出;由于主油路一般只在大工况时开启,且为避免主油喷雾与副油喷雾相互干扰,主油喷雾角度较大,为105°;为形成该喷雾角度,将主油路喷口7和副油路喷口8的出口设计为平直角,且主油路喷口7出口端面较副油路喷口8出口端面长0.5~1mm。
(三)有益效果
与现有技术相比较,本发明具备如下特点:
(1)提供一种主副油路一体化设计的双油路离心喷嘴结构由主油管1、副油管2、喷嘴杆3、锁片4、固定螺母5、副油路旋流器6、主油路喷口7和副油路喷口8组成。
(2)副油路在发动机工作全程都一直工作,主油路只在发动机慢车转速以上才开启工作,主油开启点约1.4Pa。
(3)由于喷嘴内部各零件接触端面的粗糙度很小,在利用固定螺母5和喷嘴杆3的螺纹压紧力将零件依次压紧时即实现了密封,从而将主副油路隔开,结构简单易行。
(4)为避免固定螺母5和喷嘴杆3的螺纹松动,在中间增加了锁片4,通过将锁片上下端分别向零件两端弯曲,从而达到锁紧防松的目的。
(5)副油路喷口出口端类似于拉法尔喷管,存在一最小截面,直径仅0.35mm,而最小截面左端张角52°,右端张角为90°,该出口形状对于形成副油路约73°的喷雾锥角、限定燃油流量至为重要。
(6)将主油路喷口和副油路喷口的出口设计为平直角,且主油路喷口出口端面较副油路喷口出口端面长0.5~1mm,从而避免主油路燃油喷雾干扰副油路燃油喷雾。
上述技术方案的本发明结构简单可靠,试验结果表明主油路开启点设置合理,双油路喷嘴能满足大流量调节比的要求,主副油路喷雾锥角合理,且在发动机工作全程主副油路燃油雾化均满足使用需要。
附图说明
图1为离心喷嘴工作原理图。
图2及图3为本发明技术方案结构示意图。
图4为锁片结构示意图。
图5是副油路旋流器6的结构示意图。
图6是副油路喷口8的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决上述技术问题,本发明提供一种主副油路一体化设计的双油路离心喷嘴结构,其包括:主油管1、副油管2、喷嘴杆3、锁片4、固定螺母5、副油路旋流器6、主油路喷口7和副油路喷口8;如图2所示,主油路和副油路的燃油分别从主油管1和副油管2流入到喷嘴杆3中;
喷嘴杆3中开有主油道和副油道两个油道,其中,副油道是倾斜的,主油道是平直的,在出口端面设有一个环形的槽道;副油道一端的圆心正对着副油管的轴线,另一端圆心正对着副油路旋流器6的腔室的轴线;而主油道则一端正对着主油管,另一端环形槽道正对着副油路喷口8端面上的两个进油孔;最终副油路燃油从副油路喷口8的中心喷出,而主油路燃油从主油路喷口7和副油路喷口8形成的燃油腔出口喷出;副油路在发动机工作全程都一直工作,主油路只在发动机慢车转速以上才开启工作,主油路开启点约为1.4Pa;
喷嘴在装配时,在固定螺母5内部空腔内依次装入主油路喷口7、副油路喷口8、副油路旋流器6,然后再从左至由顶入喷嘴杆3;固定螺母5后端内表面和喷嘴杆3前端内表面设有相互匹配的螺纹,将螺纹拧紧产生压紧力,从而将上述零件依次压紧,且由于喷嘴杆3、主油路喷口7和副油路喷口8的接触端面粗糙度很小,端面光滑,当螺纹压紧力将各零件压紧后实现密封,从而达到将主副油路隔开的目的;
喷嘴杆3外表面设有台阶结构,固定螺母5通过该台阶结构套于喷嘴杆3上;
另外,为了避免双油路喷嘴在长时间工作的过程中螺纹发生松动,在喷嘴杆3和固定螺母5之间设置锁片4;如图4所示,该锁片4为一环体结构,环体上部一定高度处设有第一水平弯折区域D,环体下部设有由环体下端向下方延伸突出的突出部,该突出部作为第二水平弯折区域C,为便于所述第一水平弯折区域D和第二水平弯折区域C弯折,所述所述第一水平弯折区域D和第二水平弯折区域C各自与环体结合部位处打有线形孔;
在喷嘴杆3和固定螺母5之间的螺纹拧紧到位后,将锁片4的第一水平弯折区域D向逆着燃油流向的方向弯折(即附图4中上部向左边弯折)贴紧喷嘴杆3上部表面,将锁片4的第二水平弯折区域C沿着燃油流向正向弯折(即附图4中下部向右边弯折)贴紧固定螺母5下部表面,从而达到锁紧的目的;图4为锁片结构示意图。
为保证固定螺母5和喷嘴杆3螺纹拧紧,固定螺母5与喷嘴杆3结合部位的下部末端处加工为外六角,供对应的第二水平弯折区域C贴合,而喷嘴杆3在与固定螺母5结合的上部端面处加工出一个凹面段,供对应的第一水平弯折区域D贴合,方便拧紧;
由于副油路旋流器6直接影响副油路燃油雾化质量,需要保证其在副油路喷口8内位置固定,不发生晃动;又由于此处零件尺寸很小,无法采用螺纹连接,故这两个零件采用过盈配合加热装的方式,结构简单;副油路旋流器6设置为一个台阶状的结构,当副油路旋流器6安装到位顶紧副油路喷口8内壁的顶端面后,副油路旋流器6台阶结构前端较细的部位外表面与副油路喷口8内壁之间形成第一环腔B;第一环腔B由副油路喷口8内壁的顶端面和竖直壁面、副油路旋流器6的台阶面和竖直壁面组成;而当螺纹拧紧,将主油路喷口7和副油路喷口8压紧后,依靠副油路喷口8的竖直壁面和上下壁面、主油路喷口7的竖直壁面形成第二环腔A;
燃油从副油路流经喷嘴杆3流入到副油路旋流器6的腔室6a内,再从副油路旋流器6端面周向均布的3个小孔6b流到副油路旋流器6与副油路喷口8之间的第一环腔B中,然后燃油再从副油路旋流器6端面的2个切向的平行的旋流槽6c流出进入到旋流室6d内;由于燃油在流经旋流槽6c后会在旋流室6d内高速旋转从而使喷嘴轴中心形成低压区,外界空气在逆压差的作用下进入副油路喷口8,在副油路喷口8的出口中心产生空气芯,燃油在出口形成环形液膜,最终形成空心雾锥喷出;其中副油路喷口8的出口端采用拉法尔喷管的形状,在流道的轴向方向的中间部位处存在一最小截面,直径为0.3mm~0.4mm,而最小截面入流端张角50°~55°,出射端张角为82°~90°,该出口形状对于形成副油路约73°的喷雾锥角、限定燃油流量至为重要。图5是副油路旋流器6的结构示意图;
燃油从主油路流经喷嘴杆3时,由于在喷嘴杆3出口端面设有一个环形槽3a,燃油在环形槽3a内经过整流,再通过副油路喷口8的下壁面上周向均布的两个进油孔8a流入到主油路喷口7和副油路喷口8之间的第二环腔A内,燃油再经过副油路喷口8上壁面的旋流槽8b后产生旋转最终从主油路喷口7和副油路喷口8之间的出口流出;由于主油路一般只在大工况时开启,且为避免主油喷雾与副油喷雾相互干扰,主油喷雾角度较大,约为105°;为形成该喷雾角度,将主油路喷口7和副油路喷口8的出口设计为平直角,且主油路喷口7出口端面较副油路喷口8出口端面长0.5~1mm。图6是副油路喷口8的结构示意图。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种主副油路一体化设计的双油路离心喷嘴结构,其特征在于,其包括:主油管(1)、副油管(2)、喷嘴杆(3)、锁片(4)、固定螺母(5)、副油路旋流器(6)、主油路喷口(7)和副油路喷口(8);主油路和副油路的燃油分别从主油管(1)和副油管(2)流入到喷嘴杆(3)中;
喷嘴杆(3)中开有主油道和副油道两个油道,其中,副油道是倾斜的,主油道是平直的,在出口端面设有一个环形的槽道;副油道一端的圆心正对着副油管的轴线,另一端圆心正对着副油路旋流器(6)的腔室的轴线;而主油道则一端正对着主油管,另一端环形槽道正对着副油路喷口(8)端面上的两个进油孔;最终副油路燃油从副油路喷口(8)的中心喷出,而主油路燃油从主油路喷口(7)和副油路喷口(8)形成的燃油腔出口喷出;副油路在发动机工作全程都一直工作,主油路只在发动机慢车转速以上才开启工作,主油路开启点为1.4Pa;
喷嘴在装配时,在固定螺母(5)内部空腔内依次装入主油路喷口(7)、副油路喷口(8)、副油路旋流器(6),然后再从左至由顶入喷嘴杆(3);固定螺母(5)后端内表面和喷嘴杆(3)前端内表面设有相互匹配的螺纹,将螺纹拧紧产生压紧力,从而将上述零件依次压紧,且由于喷嘴杆(3)、主油路喷口(7)和副油路喷口(8)的接触端面粗糙度很小,端面光滑,当螺纹压紧力将各零件压紧后实现密封,从而达到将主副油路隔开的目的;
喷嘴杆(3)外表面设有台阶结构,固定螺母(5)通过该台阶结构套于喷嘴杆(3)上;
另外,为了避免双油路喷嘴在长时间工作的过程中螺纹发生松动,在喷嘴杆(3)和固定螺母(5)之间设置锁片(4);该锁片(4)为一环体结构,环体上部一定高度处设有第一水平弯折区域(D),环体下部设有由环体下端向下方延伸突出的突出部,该突出部作为第二水平弯折区域(C),为便于所述第一水平弯折区域(D)和第二水平弯折区域(C)弯折,所述所述第一水平弯折区域(D)和第二水平弯折区域(C)各自与环体结合部位处打有线形孔;
在喷嘴杆(3)和固定螺母(5)之间的螺纹拧紧到位后,将锁片(4)的第一水平弯折区域(D)向逆着燃油流向的方向弯折贴紧喷嘴杆(3)上部表面,将锁片(4)的第二水平弯折区域(C)沿着燃油流向正向弯折贴紧固定螺母(5)下部表面,从而达到锁紧的目的;
为保证固定螺母(5)和喷嘴杆(3)螺纹拧紧,固定螺母(5)与喷嘴杆(3)结合部位的下部末端处加工为外六角,供对应的第二水平弯折区域(C)贴合,而喷嘴杆(3)在与固定螺母(5)结合的上部端面处加工出一个凹面段,供对应的第一水平弯折区域(D)贴合,方便拧紧;
由于副油路旋流器(6)直接影响副油路燃油雾化质量,需要保证其在副油路喷口(8)内位置固定,不发生晃动;又由于此处零件尺寸很小,无法采用螺纹连接,故这两个零件采用过盈配合加热装的方式;副油路旋流器(6)设置为一个台阶状的结构,当副油路旋流器(6)安装到位顶紧副油路喷口(8)内壁的顶端面后,副油路旋流器(6)台阶结构前端较细的部位外表面与副油路喷口(8)内壁之间形成第一环腔(B);第一环腔(B)由副油路喷口(8)内壁的顶端面和竖直壁面、副油路旋流器(6)的台阶面和竖直壁面组成;而当螺纹拧紧,将主油路喷口(7)和副油路喷口(8)压紧后,依靠副油路喷口(8)的竖直壁面和上下壁面、主油路喷口(7)的竖直壁面形成第二环腔(A);
燃油从副油路流经喷嘴杆(3)流入到副油路旋流器(6)的腔室(6a)内,再从副油路旋流器(6)端面周向均布的3个小孔(6b)流到副油路旋流器(6)与副油路喷口(8)之间的第一环腔(B)中,然后燃油再从副油路旋流器(6)端面的2个切向的平行的旋流槽(6c)流出进入到旋流室(6d)内;由于燃油在流经旋流槽(6c)后会在旋流室(6d)内高速旋转从而使喷嘴轴中心形成低压区,外界空气在逆压差的作用下进入副油路喷口(8),在副油路喷口(8)的出口中心产生空气芯,燃油在出口形成环形液膜,最终形成空心雾锥喷出;其中副油路喷口(8)的出口端采用拉法尔喷管的形状,在流道的轴向方向的中间部位处存在一最小截面,直径为0.3mm~0.4mm,而最小截面入流端张角50°~55°,出射端张角为82°~90°;
燃油从主油路流经喷嘴杆(3)时,由于在喷嘴杆(3)出口端面设有一个环形槽(3a),燃油在环形槽(3a)内经过整流,再通过副油路喷口(8)的下壁面上周向均布的两个进油孔(8a)流入到主油路喷口(7)和副油路喷口(8)之间的第二环腔(A)内,燃油再经过副油路喷口(8)上壁面的旋流槽(8b)后产生旋转最终从主油路喷口(7)和副油路喷口(8)之间的出口流出;由于主油路一般只在大工况时开启,且为避免主油喷雾与副油喷雾相互干扰,主油喷雾角度较大,为105°;为形成该喷雾角度,将主油路喷口(7)和副油路喷口(8)的出口设计为平直角,且主油路喷口(7)出口端面较副油路喷口(8)出口端面长0.5~1mm。
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