CN110617499A - 一种燃油喷嘴积碳的防护方法 - Google Patents

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陈祖盛
韩超
刘献忠
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    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
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    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply

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Abstract

本发明属于燃气轮机技术领域，尤其一种燃油喷嘴积碳的防护方法，在喷嘴头部的帽罩上设有气流进入孔和吹除积炭的遮流部，气流从喷嘴帽罩的外径处气流进入孔进入，从端部孔或间隙处流出，在喷嘴端面上形成气膜；在喷嘴头部的帽罩上加防护气流，这种防护主要在喷嘴端面上建立一层气膜，阻隔微小炭离子在喷嘴端部附着，尤其防止在喷嘴周围附着，避免直接影响喷雾锥角和喷雾周向均匀性；加防护气流是在喷嘴帽罩上适当的位置开设相应的进出气孔，尽量在喷嘴端面上形成气膜，它的防止对象是喷嘴端面的积炭，通过设置孔数的数量及大小来控制气流的的大小，提高喷嘴的燃烧效率。

Description

一种燃油喷嘴积碳的防护方法
技术领域
本发明属于燃气轮机技术领域，尤其为一种燃油喷嘴积碳的防护方法。
背景技术
在航空航天领域，燃气轮机是发动机的三大关键部件之首，其性能决定发动机的好坏。燃油喷嘴的加工一直影响着发动机的燃烧效率。提高加工的质量是由加工的技术决定的。新的加工工艺方法可以显著的提高零件的合格率，产品质量提高很大，从而大大缩短了加工周期。
燃油喷嘴的功能就是将燃油雾化，加速混合气的形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效率。长久以来，我国发动机制造技术和结构设计始终是制约航空航天事业发展的瓶颈。产品的质量不过关关键的技术难点之一就是在积碳的防护上。
现有的喷嘴结构很容易在发动机工作过程中在喷嘴端面、燃烧室火焰筒壁生成一种松软的炭黑状的积碳，当高温状态下燃料的消耗量越大，积碳的沉积物变增多，并越来越对喷嘴的流体动力性能有显著的下降。
喷嘴在实际使用中易产生积碳，积碳会发生在喷嘴的稳定工作状态，也会发生在喷嘴在起动或停车状态时，一旦喷嘴被积碳严重堵塞，喷嘴的燃油喷射质量，即燃油的雾化质量、流量、锥角和燃油分布的均匀性都将恶化，对燃烧效率热部件的寿命乃至发动机工作可靠性和安全性起到至关重要的影响。
发明内容
本发明提供了一种燃油喷嘴积碳的防护方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种燃油喷嘴积碳的防护方法，在喷嘴头部的帽罩上设有气流进入孔和吹除积炭的遮流部，气流从喷嘴帽罩的外径处气流进入孔进入，从端部孔或间隙处流出，在喷嘴端面上形成气膜。
优选的，气流在帽罩与喷嘴头部之间形成的间隙中的流向为，先垂直于端部，然后通过气流流出孔的折流，沿半径向中心方向流动，然后折流沿喷雾方向。
优选的，喷嘴和帽罩紧固在一起，采用研磨的方式来改变孔径的大小，采用端面磨削的方式来改变孔的长度。
优选的，在加工完成后采用高精度的接触测量的手段来测量孔结构尺寸，精确地评估帽罩尺寸精度对喷嘴性能的一致性带来的影响。
优选的，加工过程中的试验工况：喷嘴出口压力为大气压，环境温度常温，燃油温度20～28℃，燃油流量采用容积法，记录压力为表压。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在喷嘴头部的帽罩上加防护气流，这种防护主要在喷嘴端面上建立一层气膜，阻隔微小炭离子在喷嘴端部附着，尤其防止在喷嘴周围附着，避免直接影响喷雾锥角和喷雾周向均匀性；加防护气流是在喷嘴帽罩上适当的位置开设相应的进出气孔，尽量在喷嘴端面上形成气膜，它的防止对象是喷嘴端面的积炭，通过设置孔数的数量及大小来控制气流的大小，提高喷嘴的燃烧效率；
2、改善燃油的雾化质量、流量、锥角和燃油分布的均匀性，改善燃烧效率热部件的寿命，对发动机工作可靠性和安全性起到至关重要的影响，延长发动机的使用寿命，降低了维护费用。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中改变帽罩孔径时的空气流量变化情况示意图；
图3为本发明实施例中改变帽罩孔径和压力时的空气流量变化情况示意图。
图中：1、气流进入孔；2、遮流部；3、气流流出孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供以下技术方案：一种燃油喷嘴积碳的防护方法，在喷嘴头部的帽罩上设有气流进入孔1和吹除积炭的遮流部2，气流从喷嘴帽罩的外径处气流进入孔1进入，从端部孔或间隙处流出，在喷嘴端面上形成气膜。
本实施例中：新工艺原理：
喷嘴保护气防护法，在喷嘴头部的帽罩上设有进气孔和吹除积炭出气孔。气流从喷嘴帽罩的外径处进入，从端部孔或间隙处流出，一是垂直于端部，二是沿半径向中心方向，然后折流沿喷雾方向；
带保护气的喷嘴由于其雾化效果好、性能可靠等优点，在航空发动机、地面燃气轮机等动力装置上的到广泛的应用；喷嘴性能在很大程度上会影响整个动力装置的性能，其加工制造是一项技术复杂、要求很高的工作。
对帽罩结构的改变采用磨削和扩孔研磨的方式来进行，并采用高精度的接触测量的手段来测量孔结构尺寸，精确地评估帽罩尺寸精度对喷嘴性能的一致性带来的影响。
试验工况：喷嘴出口压力为大气压，环境温度常温，燃油温度20～28℃。燃油流量采用容积法，记录压力为表压。
新结构加工方法：喷嘴和帽罩紧固在一起，采用研磨的方式来改变孔径的大小，采用端面磨削的方式来改变孔的长度。
本实施方案中：表1为孔径结构尺寸变化情况：
表1： 单位：m
图2所示为改变帽罩孔径时的空气流量变化情况，空气流量随着供压力的增大显著增大；采用不同帽罩并逐渐增大帽罩孔径时，空气流量随之增大。这表明当帽罩直径在“道”级公差会显著影响其流量的一致性能，在加工中新的研磨工艺提高了研磨精度，并在加工和制造中严格检验帽罩孔径的尺寸是否达标以满足喷嘴尺寸。
本发明，新结构试验说明孔径尺寸差异对帽罩流量会产生影响，如图3所示采用了不同孔径、不同空气压力、相同孔长时的雾化锥角变化情况通过试验得出：保持孔长不变而增大孔径时，空气雾化锥角有一定的增加；较低空气压力及帽罩直径在“道”级公差变化时，雾化锥角对孔径变化比较敏感。无论是对帽罩流量还是喷雾锥角都有显著影响，帽罩雾化锥角随着孔径的增加而逐渐的扩张，当压力达到很高时，再进一步增大压力，雾化锥角反而略微减少。新结构提高了加工精度，保证了雾化锥角的变化一致性。
具体的，气流在帽罩与喷嘴头部之间形成的间隙中的流向为，先垂直于端部，然后通过气流流出孔3的折流，沿半径向中心方向流动，然后折流沿喷雾方向。
具体的，喷嘴和帽罩紧固在一起，采用研磨的方式来改变孔径的大小，采用端面磨削的方式来改变孔的长度。
具体的，在加工完成后采用高精度的接触测量的手段来测量孔结构尺寸，精确地评估帽罩尺寸精度对喷嘴性能的一致性带来的影响。
具体的，加工过程中的试验工况：喷嘴出口压力为大气压，环境温度常温，燃油温度20～28℃，燃油流量采用容积法，记录压力为表压。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种燃油喷嘴积碳的防护方法，其特征在于：在喷嘴头部的帽罩上设有气流进入孔(1)和吹除积炭的遮流部(2)，气流从喷嘴帽罩的外径处气流进入孔(1)进入，从端部孔或间隙处流出，在喷嘴端面上形成气膜。
2.根据权利要求1所述的燃油喷嘴积碳的防护方法，其特征在于：气流在帽罩与喷嘴头部之间形成的间隙中的流向为，先垂直于端部，然后通过气流流出孔(3)的折流，沿半径向中心方向流动，然后折流沿喷雾方向。
3.根据权利要求1所述的燃油喷嘴积碳的防护方法，其特征在于：喷嘴和帽罩紧固在一起，采用研磨的方式来改变孔径的大小，采用端面磨削的方式来改变孔的长度。
4.根据权利要求3所述的燃油喷嘴积碳的防护方法，其特征在于：在加工完成后采用高精度的接触测量的手段来测量孔结构尺寸，精确地评估帽罩尺寸精度对喷嘴性能的一致性带来的影响。
5.根据权利要求4所述的燃油喷嘴积碳的防护方法，其特征在于：加工过程中的试验工况：喷嘴出口压力为大气压，环境温度常温，燃油温度20～28℃，燃油流量采用容积法，记录压力为表压。
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