CN107238106A - 一种用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨 - Google Patents
一种用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨，采用多层油轨相邻的结构，由环形油轨、油轨盖板、集油腔、喷嘴以及供油导管构成。将分级时需要一起工作的喷嘴，设计成由同一层环轨进行供油；多层油轨按照分级工作的顺序进行排列，相互贴合并焊接在一起，形成彼此隔绝的燃油轨道，利用燃油流动及时对相邻油轨壁面进行冷却，防止燃油在其表面发生结焦；每一层油轨在其侧壁的不同位置处，开有不同数量、供燃油流入集油腔内的缺口。本发明通过将所有喷嘴结构集中于一体化的环形多层油轨上，实现供油结构的简化；利用集油腔设计灵活的特点，可以简化喷嘴设计、易于装配；同时可单独拆装的单个喷嘴提高了该装置的维护性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种供油装置，特别涉及一种用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨。
背景技术
随着人们对生存环境、自身健康的关注日益增加，对于航空发动机污染排放的要求日 益严格，尤其是针对航空发动机的NOx排放。为了减少航空发动机的NOx排放，人们先后 提出了多种航空发动机低污染燃烧室方案。目前在实际应用中最为广泛的是以RR公司TALON为代表的富油猝熄贫油燃烧室，以及GE公司TAPS为代表的贫油预混预蒸发燃烧室。然而随着为了增加航空发动机的工作效率，其增压比正在不断地提高，这也意味着燃烧室进 口温度和压力也在升高，这极大地缩短了燃油着火延迟时间，LPP燃烧室技术中的自燃和回 火成为了亟待解决的问题。研究人员为了克服LPP燃烧室中出现的这些缺点，提出了各种各 样的解决办法，包括：部分预混预蒸发和贫油直喷燃烧室。其中贫油直喷燃烧室采用将燃烧 直接喷入到燃烧区的方法，是最有希望应用在下一代超低污染燃烧室中的燃烧技术。
贫油直接喷射(Lean Direct Injection,LDI)燃烧技术是直接将燃油与空气直接喷射到燃 烧室中进行燃烧。由于其不存在预混预蒸发的过程，所以避免了自燃和回火问题。但是如何 能够快速地使空气与燃料均匀混合，是这类技术减排的关键，这也对燃烧室头部燃油雾化以 及油气混合的能力提出了更高的要求。LDI低排放燃烧室必须能够使燃油在进入燃烧室、未 燃烧前实现快速雾化、蒸发并与空气混合，这样才可以避免在燃烧室内出现局部高温区，实 现与LPP相同的排放水平。目前LDI低排放燃烧室主要有两种结构形式，一种是采用中心 分级的多旋流LDI燃烧室，另外一种在是拥有多个单元喷嘴的多点喷射LDI燃烧室。
多点喷射LDI燃烧室用多个喷嘴阵列式排布的形式取代了传统的大旋流器结构，将燃油 分布到每个小喷嘴中再直接喷射到燃烧室中。这样大大增加了燃油与空气的接触面积，促使 燃油与空气快速的混合成均匀的贫油状态，从而降低燃烧温度，抑制NOx的生成。而每一 个小喷嘴采用旋流稳火的方式，其形成的回流区则较传统的旋流器形成的回流区更小，减小 了火焰长度燃烧停留时间，也可以有效的减少NOx的生成。
在航空发动机中，多点喷射LDI燃烧室采用燃油分级的方式，可以实现在不同工况下使 用不同数量的喷嘴，从而保证燃烧区的当量比始终在排放性能最好的区间。这就对多点喷射 燃烧室的供油装置提出了挑战，能够设计出一种简便且易于维护的结构满足其分级工作的要 求。此外多点喷射燃烧技术在实际应用中还存在许多问题，其中最重要的问题是油路结焦的 问题。正如之前所述，航空发动机增压比的不断升高，燃烧室进口温度也不断升高，这对于 防止油路结焦是非常不利的。燃油在高温金属表面上裂解氧化、缩合脱氧，在壁面上沉积结 焦，使喷嘴性能衰减。而对于多点喷射燃烧室来说，油路结焦还会带来更大的问题。对于这 种采用贫油燃烧降低污染排放的燃烧室来说，排放水平很大程度上取决于燃烧区域油气混合 的均匀程度。在多点喷射燃烧室中如果某个喷嘴的油路发生结焦影响喷嘴性能，则会造成油 雾分布不均匀，在燃烧区内出现高温区，最终导致排放结果变差。
从目前相关多点喷射的研究中来看，多点喷射燃烧室中大多是根据燃烧室工作时分级以 及喷嘴分的具体情况将几个小喷嘴合为一条油路，在头部采用多个单独油路为所有小喷嘴供 油。而这种结构不仅给油路冷却带来困难，同时其工程应用性能、维护性能也比较差。因此， 就需要一种既能够满足多点喷射燃烧室工作要求、可以防止油路结焦，同时又均有实际应用 价值和维护性的供油装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种实用性较强的用于多点喷 射燃烧室的供油装置。该供油装置可以通过较为简便的结构实现多个喷嘴分级工作的要求， 采用单个可拆卸的喷嘴结构提高维护性能。同时，利用燃油流动对供油管路壁面进行冷却， 防止燃油发生结焦。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨， 采用多层相邻的油轨结构，由环形油轨、油轨盖板、集油腔、喷嘴以及供油导管构成。多个 环形油轨以及油轨盖板之间相互贴合并焊接在一起，形成彼此隔绝的燃油轨道。通过合理地 排布每层油轨上孔的位置，可以实现燃油从油轨盖板上不同的开孔流入不同的独立燃油轨道 中。每一层油轨在其侧壁的不同位置处，开有不同数量、供燃油流入集油腔内的缺口，每一 个集油腔内仅有一个这样的燃油进口。每个集油腔均可根据实际头部结构需求设计成不同大 小和形状，每个集油腔侧壁上根据具体情况均开有螺纹孔。喷嘴通过螺纹与集油腔连接，由 集油腔为其供油。每个喷嘴则对应于一个多点喷射燃烧室头部的一个单元喷点。每层油轨分 别负责几个需要一起工作的喷嘴的供油，满足多点喷射燃烧室分级工作的要求；而每层油轨 在供油的同时，也可以利用燃油对相邻油轨的壁面进行冷却，防止发生燃油结焦。供油导管 中包含有与独立工作的油轨相同数量的管道，用于给每层油轨单独供油；管道之间距离较小， 以便于冷却相邻壁面。供油导管上游安装有数个接头，可以与燃油管路连接；下游不同的管 道与油轨盖板上的相应燃油进口对接进行供油。
其中，所述的环形油轨的材料为不锈钢，为一带有凹槽的环轨；环轨的造型可以根据燃 烧室头部具体方案进行设计，所有的环形油轨的外形均是相同的；凹槽的深度和宽度的厚度 根据燃油流量和安装空间进行确定，环形油轨三个侧壁面的厚度为1-3mm；不同层的环形油 轨根据供油的需要分别开有不同数量的通孔，在其侧面上开有多个用于燃油流动到集油腔的 缺口。
所述的油轨盖板的材料为不锈钢，为一与环轨外形相同的平板；油轨盖板的厚度在 1-3mm之间，其上开有进油通孔。
所述的集油腔的材料为不锈钢，为一侧敞口的空腔；在集油腔的其中一侧壁面上开有 4-6mm深的螺纹通孔，用于喷嘴的安装；集油腔其余侧壁的厚度为1-4mm；集油腔的外形以 及螺纹孔的位置可根据实际需求进行设计。
所述的喷嘴的材料为不锈钢。喷嘴的类型根据设计需要可以是离心喷嘴，或是直射式喷 嘴。本发明中以直射式喷嘴为例，螺柱中间开有直径在2-3mm的孔，在其螺母上加工有直 射式喷嘴的小孔，其长径比在0.5-1之间。
所述的供油导管的材料为不锈钢，为一端带有法兰安装边的管路系统。供油导管中包含 有多个相互独立但距离很近的管道，供油导管的上游通过接头与燃油管路连接，下游出口处 与油轨盖板上的燃油进口进行连接。
本发明的工作原理：将分级时需要一起工作的喷嘴，设计成由同一层环轨进行供油；每 层油轨按照分级工作的顺序进行排列，这样可以利用燃油流动及时对相邻油轨壁面进行冷 却，有效地防止燃油在其表面发生结焦；燃油通过环轨上的缺口流入到相应的独立的集油腔， 之后通过集油腔侧壁上安装的燃油喷嘴进入到燃烧室中；集油腔的外形可以根据实际需要进 行设计，利用集油腔燃油可以流动到需要的位置，简化喷嘴的设计。
本发明与现有技术相比具有的优点如下：
(1)本人发明的用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨，根据实际多点喷射燃烧室的分 级情况分为多层油轨，实现多个喷嘴分工况工作的要求。
(2)本人发明的用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨，每层油轨相互接触，在燃烧室 工作随着工况的提高逐层供油，利用燃油流动对相邻油轨的壁面及时进行冷却，有效地组织 燃油在表面结焦的问题；同时在供油导管中也采用相同的结构，利用燃油进行冷却，防止结 焦。
(3)本人发明的用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨，通过将所有喷嘴结构集中于环 形的环形油轨上，实现供油结构的简化；利用集油腔设计灵活的特点，可以简化喷嘴设计、 易于装配；同时可单独拆装的单个喷嘴提高了该装置的维护性能。
附图说明
图1-1为本发明的一种用于多点喷射燃烧室的环形供油轨的结构示意图；
图1-2为本发明的一种用于多点喷射燃烧室的环形供油轨的正三轴测图；
图2为本发明的油轨盖板和三层环形油轨的示意图；
图3为本发明的集油腔的示意图；
图4为本发明的喷嘴的示意图；
图5为供油导管5中包含有多个彼此靠近、但却相互独立的油路示意图；
图中附图标记含义为：1(1a、1b、1c)为环形油轨，2为油轨盖板，3为集油腔，4为 喷嘴，5为供油导管。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明：
如图1-1和图1-2所示本实例所述的一种用于贫油多点喷射燃烧室的环形供油轨，采用 结合多层相邻的环形油路为多点燃烧室中的每个点进行供油，整体采用不锈钢材料，其中包 括：环形油轨1(1a、1b、1c)、油轨盖板2、集油腔3、喷嘴4以及供油导管5构成。燃油从上游的供油装置中经过供油导管5进入到中心由环形油轨1和油轨盖板2组合成的环形油路中。多个环形油轨1以及油轨盖板2之间相互贴合，焊接在一起形成彼此隔绝的燃油轨道，组成一个整体多层环形油路。通过合理地排布每层环形油轨1上孔的位置，可以实现燃油从油轨盖板2上不同的开孔流入到不同的独立燃油轨道中。每层环形油轨1根据实际需求在其侧壁的不同位置处，开有数个供燃油流入集油腔3内的缺口。每一个集油腔3可根据实际工程的需要设计成不同的大小和形状，每一个集油腔3仅对应有一个环形油轨1上的燃油进口。 在集油腔3侧壁上的适当位置处开有螺纹孔，用于与喷嘴4进行连接，为喷嘴4供油。每个 喷嘴4则对应于一个多点喷射燃烧室头部的一个单元喷点。
如图2所示，以三层供油环路为例，油轨盖板2和三个环形油轨1的外形是完全一致的， 宽度在5-9mm之间，其中油轨盖板2的厚度为1-2mm，环形油轨1的厚度为4-7mm。在环 形油轨1上加工有供燃油流动的油路，深度为2-6mm，宽度为3-7mm。环形油轨1的侧壁上 开有宽度为3-6mm的缺口，缺口的位置可根据实际操作需求确定。在油轨盖板2上开有四 个燃油入口分别于供油导管5的出口相对，而每个入口都对应与整体环形油轨1的一个独立 的油路。在每层环形油轨1上开有不同数量的孔，这些孔的位置与油轨盖板2上相对应孔的 位置是相同的。将每层按照顺序连接在一起，就可以使燃油通过盖板上四个入口进入到各个 独立的油路且互不影响。
如图3所示，集油腔3为一侧敞口的空腔结构，其外形和大小均可根据实际需求进行单 独设计。每一个集油腔3对应环形油轨1上的一个缺口，集油腔3的进口尺寸须大于环形油 轨1上缺口的尺寸。集油腔3在其侧壁上开有螺纹孔，用来与喷嘴4连接。
如图4所示，该供油装置可以安装的直射式喷嘴4。喷嘴4上加工有螺纹结构用于安装。 前段面加工有半径在0.2-1mm之间的小孔。
如图5所示，供油导管5中共包含有多个彼此靠近、但却相互独立的油路。油路的直径 为4-6mm，油路之间的壁厚为1-2mm。供油导管5另一端设计有用于安装定位的法兰凸缘。在其每个管道进口处可通过接头与供油管道进行连接，不同的管道的出口与油轨盖板上的相 应燃油进口对接进行供油。
Claims (6)
1.一种用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨，其特征在于：采用多层相邻的油轨结构，由环形油轨(1)、油轨盖板(2)、集油腔(3)、喷嘴(4)以及供油导管(5)构成，多个环形油轨(1)以及油轨盖板(2)之间相互贴合并焊接在一起，形成彼此隔绝的燃油流动轨道，组成一个整体多层环形油路，通过合理地排布每层油轨(1)上孔的位置，可以实现燃油从油轨盖板(2)上不同的开孔流入各自独立的油路中，每层油轨(1)根据实际需求在其侧壁的不同位置处，开有数个供燃油流入集油腔(3)内的缺口，每一个集油腔(3)内仅有一个这样的燃油进口，其大小和形状可根据实际结构需求设计，集油腔(3)侧壁上根据具体情况开有螺纹孔，喷嘴(4)通过螺纹与集油腔连接，每个喷嘴(4)对应于一个多点喷射燃烧室头部的一个单元喷点，每层油轨(1)分别负责几个需要一起工作的喷嘴(4)的供油，满足多点喷射燃烧室分级工作的要求；而每层油轨(1)在供油的同时，也可以利用燃油对相邻油轨(1)的壁面进行冷却，防止发生燃油结焦。供油导管(5)中包含有与独立油路相同数量的管道，用于给每层油轨(1)单独供油；管道之间距离较小，以便于冷却相邻壁面，供油导管(5)上游安装有数个接头，可以与储油管路连接；下游不同的管道与油轨盖板上的相应燃油进口对接进行供油。
2.根据权利要求1所述的一种用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨，其特征在于：所述的环形油轨(1)的材料为不锈钢，为一带有凹槽的环轨；环轨的造型可以根据燃烧室头部具体方案进行设计，所有的环形油轨的外形是相同的；凹槽的深度和宽度的厚度可根据燃油流量和安装空间进行确定；环形油轨三个侧壁面的厚度为1-3mm，在其侧面上开有多个用于燃油流动到集油腔的缺口；不同层的环形油轨根据供油的需要在不同位置开有不同数量的通孔，将每层按照顺序组合在一起，就可以使燃油通过不同的入口互不影响地进入到各个独立的油路。
3.根据权利要求1所述的一种用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨，其特征在于：所述的油轨盖板(2)的材料为不锈钢，为一与环轨外形相同的平板；油轨盖板的厚度在1-3mm之间，其上开有每个油路的入口通孔。
4.根据权利要求1所述的一种用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨，其特征在于：所述的集油腔(3)的材料为不锈钢，为一侧敞口的空腔；在集油腔(3)的其中一侧壁面上开有螺纹通孔，用于喷嘴(4)的安装；集油腔的外形以及螺纹孔的位置均可根据实际需求进行单独设计。
5.根据权利要求1所述的一种用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨，其特征在于：所述的喷嘴(4)的材料为不锈钢，其上加工有螺纹用于连接，喷嘴(4)的类型可以是离心喷嘴，或是直射式喷嘴，直射式喷嘴螺柱中间开有直径在2-3mm的孔，在其螺母上加工有直射式喷嘴的小孔，其长径比在0.5-1之间。
6.根据权利要求1所述的一种用于多点喷射燃烧室的多层环形油轨，其特征在于：所述的供油导管(5)的材料为不锈钢，为一端带有法兰安装边的管路系统，供油导管(5)中包含有多个相互独立但距离很近的管道，供油导管(5)的上游通过接头与燃油管路连接，下游出口处与油轨盖板(2)上的燃油进口进行连接。
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