CN107490021B - 一种大流量宽裕度燃料喷嘴组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大流量宽裕度燃料喷嘴组件，包括喷嘴、套管、喷油杆、环形电磁铁和弹簧；套管为两端开口的空腔柱状体，喷嘴位于套管中，与套管内壁间隙配合；喷油杆为一端开口一端封闭的空腔柱状体，开口端插入套管中且为间隙配合；喷嘴的喷口位于喷油杆空腔内，喷嘴底部与外部节流活门连接；喷油杆伸出套管的杆体侧壁上开有出油槽，出油槽呈螺旋状分布；环形电磁铁与套管通过滑槽连接，环形电磁铁和套管之间设有弹簧；燃油通过外部节流活门，经过喷嘴上的进油孔进入喷嘴内部后旋转进入喷油杆内部；根据所需供油量大小，外部控制设备控制环形电磁铁中电流大小，从而带动套管沿轴线轴向运动，控制出油量。

Description

一种大流量宽裕度燃料喷嘴组件

技术领域

本发明属于航空发动机燃油喷嘴领域，特别涉及一种大流量宽裕度燃料喷嘴组件。

背景技术

燃油喷嘴对航空发动机燃烧室工作性能具有重要影响。燃油进入燃烧室后，在燃油喷嘴的作用下实现雾化，雾化程度越高，燃油的蒸发表面积越大，形成混气速度越快，从而加快了燃烧速度，提高燃烧效率。此外，对航空发动机而言，一方面，需满足不同工况条件下对燃油流量的不同需求，另外一方面，必须在保证燃烧室综合性能的同时，最大限度缩短其结构尺寸，这就要求在有限的空间内使燃油在宽流量范围内充分雾化。

现有技术中航空发动机应用的燃油喷嘴多为离心喷嘴，雾化能耗小，运行可靠，但由于燃油粘性大，摩擦阻力造成较大的压力损失，因此离心喷嘴所需供油压力较大，雾化质量不高且工作范围受限。发明专利CN201621401860.7提出的焊接结构式燃油喷嘴，在一定程度上克服传统雾化喷嘴喷雾锥角随燃油流量增大而减小的缺点，但其所能允许的燃油流量范围较小，无法满足燃烧室不同工况条件下对燃油流量的要求。在中国专利CN201710017854.4公开的一种燃油喷嘴，虽然通过预混燃气与空气的方式有效降低有害气体的排放，但其结构较为复杂，体积偏大，不宜在航空发动机中进行使用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为提高燃油喷嘴喷油量的调节范围，本发明提供一种大流量宽裕度燃料喷油装置。

本发明的技术方案是：一种大流量宽裕度燃料喷嘴组件，包括喷嘴12、套管8、喷油杆5、环形电磁铁5和弹簧4；所述喷嘴12为单油路离心喷嘴，沿喷嘴12轴线周向均布四个进油孔13；套管8为两端开口的空腔柱状体，喷嘴12位于套管8中，与套管8内壁间隙配合；喷油杆6为一端开口一端封闭的空腔柱状体，开口端插入套管8中且为间隙配合；喷嘴12的喷口7位于喷油杆6空腔内，喷嘴12底部与外部节流活门连接；喷油杆6伸出套管的杆体侧壁上开有出油槽11，出油槽11呈螺旋状分布；环形电磁铁5与套管8固连，环形电磁铁5和套管8之间设有弹簧4；燃油通过外部节流活门，经过喷嘴12上的进油孔13进入喷嘴12内部后旋转进入喷油杆6内部；根据所需供油量大小，外部控制设备控制环形电磁铁5中电流大小，从而带动套管沿轴线轴向运动，控制出油量。

本发明的进一步技术方案是：从喷油杆6开口端至封闭端方向，出油槽11的宽度依次增大。

本发明的进一步技术方案是：所述通孔轴线与喷嘴轴线夹角为60度—80度。

发明效果

本发明的技术效果在于：

(1)燃油通过螺旋槽射出后与旋流器的空气剪切实现雾化，由于两者速度方向呈钝角，剪切充分，经计算，液滴直径在20μm～200μm之间变化，油滴雾化效果良好。

(2)螺旋槽的宽度从尾部到端部逐渐增大，通过调节套管的位置可以调节燃油流量的范围，操作简单且调节范围较大。当油量最大时，靠近尾部的螺旋槽中射出的燃油由于螺旋槽宽度较窄，速度较大，所能达到的径向距离也较大；相反，靠近端部的螺旋槽中射出的燃油由于螺旋槽宽度较宽，速度较小，所能达到的径向距离也较小。因此，整体来看，燃油雾化后所能覆盖的体积较大，流量密度分布更为均匀，可以将燃油颗粒合理地分布到燃烧室的相应区域，并与气流实现良好的混合与燃烧，在保证燃烧室综合性能的同时，尽可能地缩短其结构长度。

(3)旋流器中的空气与喷油杆中射出的燃气剪切雾化后，在两级旋流器作用下，于回流区边界层附近达到较高的紊流强度，有效促进油气混合，有利于强化燃烧以提高燃烧效率。

(4)燃油经过离心喷嘴旋流室后除轴向速度外还有切向速度，经螺旋槽喷出后迹线呈螺旋状，形成中空的、旋转的油雾颗粒群，这种中空的喷雾炬与燃烧室头部的旋流器形成的气流结构配合良好，拓宽燃烧室稳定工作范围的同时，有利于火焰的稳定。

附图说明

图1为本装置结构示意图

图2为实施例中本装置作用于燃烧室上的示意图

附图标记说明：1—外旋流器 2—内旋流器 3—文式管 4—弹簧 5—环性电磁铁6—喷油杆 7—喷口 8—套管 9—旋流室 10—节流活门 11—出油槽 12—喷嘴 13—进油孔

具体实施方式

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括离心喷嘴，节流活门，内旋流器，外旋流器，弹簧，环形电磁铁，文式管，喷油杆，套管。套管安置于喷油杆外侧，可沿轴线方向滑动；套管外套有弹簧以及环形电磁铁；套管末端具有强磁性；外旋流器位于内旋流器外侧，位于文式管内侧。

所述喷嘴为单油路离心喷嘴，包括进油孔，旋流室和喷口。四个进油孔关于喷嘴轴线呈中心对称分布。

所述喷油杆上开有螺旋槽，螺旋槽的宽度从尾部到端部逐渐增大，且从剖视图看，螺旋槽向尾部倾斜，本实施例中，与喷嘴轴线夹角为75度。槽的宽度不同，从中射出的燃油流速不同，燃油所射出的距离也不同，使得油雾分布更为均匀，空间利用率更高。

所述内旋流器为轴向，流道为锥形收敛通道，通道平均锥角为8°，直叶片布置在锥形通道中，顺气流方向看，叶片为右旋；外旋流器为轴向，流道为锥形收敛通道，通道锥角为10°，直叶片布置在锥形通道中，顺气流方向看，叶片为左旋。

本装置和外部燃烧室其他部件的连接关系为：输油管道末端通过喷嘴接头以螺纹形式连接到节流活门，节流活门与旋流室也是通过螺纹进行连接。环形电磁铁通过滑槽与套管连接，胶接于弹簧末端。套管与喷油杆为间隙配合。文式管通过螺栓连接固定于火焰筒中，内外旋流器分别以花键连接于内外转轴之上，转轴均为空心轴。文式管的作用为：调整气流，产生回流区，使燃气和空气回合均匀，并能稳定火焰。

本装置作用于燃烧室上的工作过程为：燃油从输油管道流入，当油压升至0.5MPa时，压力时活门打开，经节流活门10后通过成对布置的切向孔进入旋流室9，并在其中作旋转运动，同时以一定的轴向速度向喷口方向推进，临近喷口时受旋流室壁面限制而收缩，从喷口旋转着进入开有螺旋槽的喷油杆6。由于离心作用，燃油并不充满旋流室，中间存在一个空气涡，因此燃油进入喷油杆后成环状管膜。

所需供油量最小时，外部控制器发出指令，单片机产生PWM波使环形电磁铁两端电压达到最大，从而电磁铁对套管末端引力达到最大，压缩弹簧4吸引套管前移覆盖喷油杆五分之四的长度，从而燃油只能通过喷油杆前端小部分螺旋槽喷入燃烧室。由于喷油杆前端的螺旋槽宽度较大，因此燃油的射流速度较小，所能达到的径向距离较短，燃油与内旋流器的空气剪切实现雾化，内旋流器2的空气与雾化的燃油混合成均匀的可燃混气，进入火焰筒燃烧区进行燃烧，此时外旋流器1不工作。

所需供油量逐渐增大时，控制器发出指令，单片机产生PWM波降低环形电磁铁两端电压，使得环形电磁铁中电流逐渐减弱从而引力降低，在弹簧弹性力作用下使得套管逐渐后移，所覆盖的螺旋槽长度也随之减小，从而燃油能够以更宽的范围从螺旋槽射出。又由于螺旋槽的宽度从喷油杆尾部到前端逐渐增大，所以从螺旋槽射出的燃油速度不同，所能达到的径向距离也不同。燃油与两级旋流器1、2的空气剪切实现雾化，旋流器的空气与雾化的燃油混合成均匀的可燃混气，进入火焰筒燃烧区进行燃烧。

所需供油量达到最大时，控制器发出指令，单片机产生PWM波使电磁铁两端电压降为零，从而环形电磁铁对套管末端不产生引力，弹簧恢复原长，使得套管后移，螺旋槽完全暴露于燃烧室中，大部分燃油直接从螺旋槽中喷出，与两级旋流器中空气剪切实现雾化。从喷油杆尾部喷出的小部分燃油在文式管中形成油膜，油膜顺流至文式管3唇口处被两级旋流器的空气剪切实现雾化，两级旋流器的空气与雾化的燃油混合成均匀的可燃混气，进入火焰筒燃烧区进行燃烧。

该组件亦可用于其他设备如燃气灶等，此时工质为气体。燃气从螺旋槽射出后，与旋流器中流出的空气充分混合，同时通过改变套管的位置调节燃气比，提高燃烧效率。此外，在旋流器的作用下，火焰更为稳定。

Claims (2)

1.一种大流量宽裕度燃料喷嘴组件，其特征在于，包括喷嘴(12)、套管(8)、喷油杆(6)、环形电磁铁(5)和弹簧(4)；所述喷嘴(12)为单油路离心喷嘴，沿喷嘴(12)轴线周向均布四个进油孔(13)；套管(8)为两端开口的空腔柱状体，喷嘴(12)位于套管(8)中，与套管(8)内壁间隙配合；喷油杆(6)为一端开口一端封闭的空腔柱状体，开口端插入套管(8)中且为间隙配合；喷嘴(12)的喷口(7)位于喷油杆(6)空腔内，喷嘴(12)底部与外部节流活门连接；喷油杆(6)伸出套管的杆体侧壁上开有出油槽(11)，出油槽(11)呈螺旋状分布；环形电磁铁(5)通过滑槽与套管(8)连接，环形电磁铁(5)和套管(8)之间设有弹簧(4)；燃油通过外部节流活门，经过喷嘴(12)上的进油孔(13)进入喷嘴(12)内部后旋转进入喷油杆(6)内部；根据所需供油量大小，外部控制设备控制环形电磁铁(5)中电流大小，从而带动套管沿轴线轴向运动，控制出油量。

2.如权利要求1所述的一种大流量宽裕度燃料喷嘴组件，其特征在于，从喷油杆(6)开口端至封闭端方向，出油槽(11)的宽度依次增大。