CN106705123A - 一种焊接结构式发动机燃油喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接结构式发动机燃油喷嘴，包括喷嘴壳体，喷嘴壳体上设置有与喷嘴壳体内部连通的喷口组件，喷口组件上安装有用于压紧喷口组件并提供吹除喷口表面积碳和冷却作用的压紧机构，喷口组件中设置有贯穿喷口组件且呈倾斜状并形成螺旋结构的旋流槽，旋流槽均匀分布在主旋流器上，油滤由卡簧固定在两接头的入口处。该燃油喷嘴的喷嘴接头与喷嘴主体分别使用棒料机加成型，再通过焊接得到喷嘴壳体，喷嘴壳体重量轻，且强度、寿命、材料内部质量优于同等材料的精铸件，有效降低燃油喷嘴制造难度和缩短制造周期减少，雾锥打开时间短，雾化所需油压低，喷嘴雾锥稳定性较好，能够克服压力雾化式喷嘴的喷雾锥角随燃油流量增大而减小的缺点。

Description

一种焊接结构式发动机燃油喷嘴

技术领域

本发明属于航空发动机喷嘴领域，具体涉及一种焊接结构式发动机燃油喷嘴。

背景技术

航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，为航空器提供飞行所需动力的发动机。作为飞机的心脏，被誉为“工业之花”，它直接影响飞机的性能、可靠性和经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。

燃油喷嘴作为航空发动机燃烧室的重要组成部分，其高品质和稳定可靠的性能对于航空发动机都具有重要意义，其工作性能直接影响发动机的功率、燃油经济性以及可靠性。作为燃油喷射系统的终端，喷嘴的结构和几何参数是影响燃油流动特性、性能指标、喷雾质量的关键因素，最终影响发动机燃烧室效率和性能指标。

目前在发动机喷嘴领域应用最广的是双路双室离心式燃油喷嘴，但是这类喷嘴壳体都是采用铸造成型，其加工成本高，加工时的废品率也高，同时制造周期长，而且产品的使用寿命短。并且喷嘴打开时间长，造成雾化所需油压较高，喷嘴雾锥的稳定性较差，同时喷嘴的喷雾锥角随燃油流量增大而减小，造成喷嘴的喷雾效率降低，尤其是在压力雾化式喷嘴中尤为明显。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有双路双室离心式燃油喷嘴的铸造成型喷嘴壳体重量重，制造周期长，成本高，而且喷嘴打开时间长，造成雾化所需油压较高，喷嘴雾锥的稳定性较差，喷嘴的喷雾效率降低，因此设计了一种焊接结构式发动机燃油喷嘴，该燃油喷嘴的喷嘴接头与喷嘴主体分别使用棒料机加成型，再通过焊接得到喷嘴壳体，降低成本，喷嘴壳体重量轻，且强度、寿命、材料内部质量远优于同等材料的精铸件，有效降低燃油喷嘴制造难度和缩短制造周期减少，雾锥打开时间短，雾化所需油压低，喷嘴雾锥稳定性较好，能够克服压力雾化式喷嘴的喷雾锥角随燃油流量增大而减小的缺点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种焊接结构式发动机燃油喷嘴，包括喷嘴壳体，所述喷嘴壳体上设置有与喷嘴壳体内部连通的喷口组件，喷口组件上安装有用于压紧喷口组件并提供吹除喷口表面积碳和冷却作用的压紧机构，所述喷口组件中设置有若干条贯穿喷口组件内外壁且呈倾斜状并形成螺旋结构的旋流槽。目前在发动机喷嘴领域应用最广的是双路双室离心式燃油喷嘴，这类燃油喷嘴的喷嘴壳体虽然也包括喷嘴主体以及喷嘴接头，但是喷嘴主体和喷嘴接头都是直接为整体结构，采用铸造的方式成型，即便是采用精铸件，其重量也重，铸造件由于工艺质量以及材料成型特点等原因，在强度、寿命以及材料内部质量等方面都受到限制，同时由于喷嘴壳体的结构复杂，铸造成型难度大，制造周期长，一般都只能大批量制造才能降低成本，而双路双室离心式燃油喷嘴的使用有时候是小批量，这样制造成本太高就降低了产品的竞争力，喷口组件是燃油喷嘴的现有部件，其用于实现将燃油形成雾锥喷出，但是在喷嘴中燃油引出时会与壁面进行碰撞，其引出位置单一，燃油与引出通道本身也存在碰撞，存在阻挡作用，进一步降低了燃油引出压力，最终形成的旋流会随着旋流路径而产生减缓，造成雾锥结构不稳定，打开时间较长，尤其是在压力雾化式喷嘴中还容易存在加大燃油量后反而喷雾锥角随燃油流量增大而减小的现象，造成得不偿失，进一步影响航空发动机工作效率，存在很大的安全隐患。而本方案设计的焊接结构式发动机燃油喷嘴，喷嘴接头与喷嘴主体分别使用棒料机加成型，再通过焊接得到喷嘴壳体，喷嘴壳体重量低于精铸件，且强度、寿命、材料内部质量远优于同等材料的精铸件，有效降低燃油喷嘴制造难度和缩短制造周期减少，尤其在小批量制造具有显著成本优势。焊接的方式能够将各个部件形成流水线分别加工，解决了整体铸造时结构复杂难以成型的缺陷，焊接采用满焊的方式，将焊点连接形成喷嘴接头与喷嘴主体焊缝无间隙，这样在燃油通过时不会从焊缝处泄漏，同时还将主喷口、副喷口和主旋流器形成的喷口组件中，主旋流器与副喷口构成副路旋流室，主喷口和副喷口构成主路旋流室，旋流槽设置在主旋流器上，并贯穿主旋流器的内外壁，还将旋流槽与主旋流器外壁贯穿的端头同时与主旋流器的顶端连通，而旋流槽的数量优选为四条，将四条旋流槽沿着主旋流器的中心线均匀分布在主旋流器上。旋流槽的具体数量根据实际需求进行设定，但是至少为两条，旋流槽为两条时其沿着主旋流器的中心线对称设置，旋流槽为两条以上时，就需要将旋流槽沿着主旋流器的中心线均匀分布在主旋流器上，这样形成的旋流在各处能够保持很强的力度，获得油压补偿，形成较大的内外压差，获得稳定的雾锥，其雾化所需油压低，雾锥打开时间较短，喷雾锥角不会随燃油流量增大而减小。旋流槽作为将燃油从右路引入旋流室的通道，最终要将燃油在旋流室内形成一股强旋流，如果仅仅是开设几个通槽，其虽然能够形成引流通道，在燃油自身冲击力的作用下能够形成旋流，但是旋流的强度不强，同时随着旋转路径以及与壁面的碰撞，旋转在旋流室中将逐渐减弱，造成雾锥打开的时间长同时不稳定，而本方案将旋流槽设计为贯穿主旋流器内外壁且呈倾斜状并形成螺旋结构，根据实际对燃油进行引导时的状态分析，在旋流槽的倾斜角度为13°至19°范围内且旋流槽的螺旋状态为等速螺旋时，才能达到本方案所需要的效果，超过这个范围，其效果不明显，与普通槽起到的作用无区别，而等速螺旋通过极坐标表达，其计算公式为：R＝aθ，其中R为极径，θ为极角，α为常数。本方案通过将旋流槽设计为斜向与螺旋结合的结构，从而能够实现将燃油进行引导，与主旋流器壁面形成相切，能够将从油路中引导出燃油的同时对燃油形成帮助，随着燃油流动方向形成旋流，多个旋流槽使得燃油进行旋流室内部形成不同方位的补偿，从而使得旋流室中获得稳定的高压力旋流，能够形成稳定且高压的雾锥，将雾锥快速打开，同时由于旋流槽自身对燃油压力进行了补偿，减少了冲击损耗，在同等流量系数要求下，其雾化所需油压低，旋流槽的螺旋参数能根据需要进行调整，即使是增大燃油量，其喷雾锥角也是随之增大，而不会出现喷雾锥角随燃油流量增大而减小的现象，进一步保证了航空发动机的使用安全性。

还在喷嘴接头远离喷嘴主体的一端内腔中均安装有卡簧和机滤，机滤设置在卡簧和喷嘴主体之间。卡簧和机滤都是现有结构，机滤的作用是对来自油底壳的机油中有害杂质进行滤除，以洁净的机油供给喷嘴，卡簧也叫挡圈或扣环，属于紧固件的一种，供装在机器、设备的轴槽或孔槽中，起着阻止轴上或孔上的零件轴向运动的作用。本方案中卡簧是用于防止机滤在喷嘴接头中移动。

压紧机构为雾化螺母，其通过螺纹旋合在喷嘴壳体上，将主旋流器进行压紧。雾化螺母也称为雾化器螺母，其主要作用是起到压紧喷口组件并提供吹除喷口表面积碳和冷却，同时还在喷嘴壳体和压紧机构之间设置有起密封和定位作用的锁片。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)本发明将喷嘴接头与喷嘴主体分开加工制造，采用棒料机加形式替代传统喷嘴壳体的铸造成型，大大减少加工成本，缩短制造周期，增加产品的使用寿命；

(2)本发明在燃油喷嘴的旋流器上设有四个均布的、带斜度、螺旋状的旋流槽，在同等测试条件下，雾锥打开时间显著短于常规结构旋流器；

(3)本发明在同等流量系数要求下，其雾化所需油压低于常规结构结构旋流器；

(4)本发明在同等结构类型的副路旋流室，喷嘴雾锥稳定性较好；

(5)本发明在同等结构类型的副路旋流室通过调节特定的螺旋参数，可在一定程度上克服压力雾化式喷嘴的喷雾锥角随燃油流量增大而减小的缺点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的剖视图；

图3为喷嘴壳体的结构示意图；

图4为主旋流器的侧视图；

图5为主旋流器的俯视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-雾化螺母，2-副喷口，3-主喷口，4-主旋流器，5-喷嘴壳体，6-机滤，7-卡簧，8-锁片，9-进油口一，10-进油口二，11-喷嘴主体，12-焊接处，13-喷嘴接头，14-旋流槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

如图1至图5所示，一种焊接结构式发动机燃油喷嘴，包括喷嘴壳体5，所述喷嘴壳体5包括喷嘴主体11以及喷嘴接头13，而喷嘴接头13数量有两根，每根喷嘴接头13分别与喷嘴主体11焊接固定，同时要对应与喷嘴接头13中的一路燃油通道连通，其中焊接处12位于喷嘴主体11的外壁，焊缝为满焊。每根喷嘴接头13的空腔中都安装有卡簧7和机滤6，油滤6由卡簧7固定在两接头的入口处，机滤6设置在卡簧7和喷嘴主体11之间。将其中一根喷嘴接头13的入口命名为进油口一9，另一根喷嘴接头13的入口命名为进油口二10，在燃油通道的末端安装有喷口组件，喷口组件包括主喷口3、副喷口2和主旋流器4，且主旋流器4与副喷口2构成副路旋流室，主喷口3和副喷口2构成主路旋流室，四条呈13°至19°斜度并形成等速螺旋线状的旋流槽14设置在主旋流器4上，并每条旋流槽14贯穿主旋流器4的内外壁，同时旋流槽14与主旋流器4外壁贯穿的端头同时与主旋流器4的顶端连通，将四条旋流槽14沿着主旋流器4的中心线均匀分布在主旋流器4上。

在喷嘴壳体5上设置有与其采用螺纹旋合方式固定的雾化螺母1作为压紧机构，雾化螺母1用于压紧喷口组件并提供吹除喷口表面积碳和冷却作用，将主旋流器4的底部套在雾化螺母1内部，还在喷嘴壳体5和雾化螺母1之间设置有锁片8，锁片8起密封和定位作用，防止油雾从喷嘴壳体5和雾化螺母1间溢出。

工作时，燃油从喷嘴两接头进油口进入，经过卡簧7、油滤6进入到喷口组件内，经过主旋流器4上四个均布的带斜度的旋流槽14进入旋流室内，形成一股强旋流，最后在内外压差的推动下，以锥形油膜形式从喷口喷孔喷入燃烧室内。

本发明的性能指标高、制造难度较低，能够有效改善喷嘴雾化质量和性能指标并可降低小批量的制造成本，通过将喷嘴壳体分开加工制造，采用棒料机加形式替代传统喷嘴壳体的铸造成型，喷嘴壳体重量略低于精铸件，且强度、寿命、材料内部质量远优于同等材料的精铸件，大大减少加工成本，缩短制造周期，增加产品的使用寿命，尤其在小批量制造具有显著成本优势。而在燃油喷嘴的旋流器上设有四个均布的、带斜度、螺旋状的旋流槽，在同等测试条件下，雾锥打开时间显著短于常规结构旋流器；在同等流量系数要求下，其雾化所需油压低于常规结构结构旋流器；在同等结构类型的副路旋流室，喷嘴雾锥稳定性较好；在同等结构类型的副路旋流室通过调节特定的螺旋参数，可一定程度上克服压力雾化式喷嘴的喷雾锥角随燃油流量增大而减小的缺点。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种焊接结构式发动机燃油喷嘴，包括喷嘴壳体(5)，所述喷嘴壳体(5)上设置有与喷嘴壳体(5)内部连通的喷口组件，喷口组件上安装有用于压紧喷口组件并提供吹除喷口表面积碳和冷却作用的压紧机构，其特征在于，所述喷口组件中设置有若干条贯穿喷口组件内外壁且呈倾斜状并形成螺旋结构的旋流槽(14)。

2.根据权利要求1所述的一种焊接结构式发动机燃油喷嘴，其特征在于，所述喷口组件包括主喷口(3)、副喷口(2)和主旋流器(4)，且主旋流器(4)与副喷口(2)构成副路旋流室，主喷口(3)和副喷口(2)构成主路旋流室，旋流槽(14)设置在主旋流器(4)上，并贯穿主旋流器(4)的内外壁。

3.根据权利要求1所述的一种焊接结构式发动机燃油喷嘴，其特征在于，所述旋流槽(14)的倾斜角度为13°至19°。

4.根据权利要求1所述的一种焊接结构式发动机燃油喷嘴，其特征在于，所述旋流槽(14)的螺旋状态为等速螺旋，R＝aθ，其中R为极径，θ为极角，α为常数。

5.根据权利要求2所述的一种焊接结构式发动机燃油喷嘴，其特征在于，所述旋流槽(14)与主旋流器(4)外壁贯穿的端头同时与主旋流器(4)的顶端连通。

6.根据权利要求5所述的一种焊接结构式发动机燃油喷嘴，其特征在于，所述旋流槽(14)的数量为四条，四条旋流槽(14)沿着主旋流器(4)的中心线均匀分布在主旋流器(4)上。

7.根据权利要求1所述的一种焊接结构式发动机燃油喷嘴，其特征在于，所述喷嘴壳体(5)包括喷嘴主体(11)以及喷嘴接头(13)，且喷嘴接头(13)和喷嘴主体(11)相互焊接固定并连通。

8.根据权利要求7所述的一种焊接结构式发动机燃油喷嘴，其特征在于，所述喷嘴接头(13)远离喷嘴主体(11)的一端内腔中均安装有卡簧(7)和机滤(6)，机滤(6)设置在卡簧(7)和喷嘴主体(11)之间。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的一种焊接结构式发动机燃油喷嘴，其特征在于，所述压紧机构为雾化螺母(1)，其通过螺纹旋合在喷嘴壳体(5)上。

10.根据权利要求1至8中任意一项所述的一种焊接结构式发动机燃油喷嘴，其特征在于，所述喷嘴壳体(5)和压紧机构之间设置有起密封和定位作用的锁片(8)。