CN110726158A - 航空发动机燃油喷嘴结构 - Google Patents

Abstract

一种航空发动机燃油喷嘴结构，包括套筒外壳；输油部，所述输油部包括第一输油部与第二输油部；所述第二输油部的一端与所述第一输油部一体相连，另一端与副涡流器连接；所述套筒外壳与所述输油部一体成型，所述套筒设置在所述第二输油部的外部，从所述第一输油部与第二输油部的交界处起向所述第二输油部延伸，与所述第二输油部之间的径向空间提供半封闭的空气隔热腔，所述空气隔热腔的开口侧设置有与所述空气隔热腔的相对的两侧壁接触的弹性件。上述燃油喷嘴结构具有结构稳定可靠、使用寿命长等优点。

Description

航空发动机燃油喷嘴结构

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，尤其涉及一种用于航空发动机的燃油喷嘴结构。

背景技术

燃油喷嘴是航空发动机燃烧室关键部件之一，在环形燃烧室中，燃油喷嘴均匀分布在火焰筒头部定位装置上，通过喷嘴安装板螺栓固定于燃烧室机匣上。燃油通过外部管路进入喷嘴的输油部内，再经过旋流雾化进入燃烧室火焰筒内参与燃烧。燃油喷嘴置于压气机出口，压气机出口温度在500～1000K左右，在高温气流下，喷嘴承受一个较大的热负荷，不仅会使喷嘴的输油部内油温上升而发生结焦堵塞现象，而且高温环境下喷嘴强度寿命问题也显得更为突出。

燃油喷嘴在燃烧室所处的气动环境较复杂，受多种振动激励影响，主要包括：

(1)通过安装座传递给燃油喷嘴的机匣振动；

(2)燃烧室上游高压压气机出口不均匀气流对喷嘴油杆产生激振；

(3)燃烧室火焰筒内不稳定的燃烧压力脉动对安装在头部的喷嘴下游产生激振力。

随着对航空发动机综合性能要求提高，势必促使燃烧室内气流更高温升和更大压力，在这种环境下，多种振动联合作用，使喷嘴承受较大的振动负荷，对喷嘴强度和寿命带来风险，同时喷嘴产生大幅度振动，会导致油路不稳定，进一步影响燃烧的稳定性，对燃油喷嘴寿命和可靠性带来更大挑战。

因此本领域需要一种燃油喷嘴结构，其能够有效吸收振动能量、降低振动，隔绝外部热量防止油温上升等效果，以达到航空发动机燃烧室设计要求的长寿命、燃烧稳定等要求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种航空发动机燃油喷嘴结构。

根据本发明一个方面的一种航空发动机燃油喷嘴结构，包括：安装座，用于与燃烧室机匣连接；套筒外壳；输油部，所述输油部包括第一输油部与第二输油部，分别位于所述安装座的两侧；所述第二输油部的一端与所述第一输油部一体相连，另一端与副涡流器连接；所述套筒设置在所述第二输油部的外部，从所述第一输油部与第二输油部的交界处起向所述第二输油部延伸，与所述第二输油部之间的径向空间提供半封闭的空气隔热腔，所述空气隔热腔的开口侧设置有与所述空气隔热腔的相对的两侧壁接触的弹性件。

在所述燃油喷嘴结构的实施例中，所述弹性件为环形弹性件。

在所述燃油喷嘴结构的实施例中，所述环形弹性件与所述隔热腔的相对的两侧壁线接触。

在所述燃油喷嘴结构的实施例中，所述环形弹性件包括半封闭的主环体以及从所述主环体的开口处径向两侧延伸的半封闭的副环体，所述主环体与副环体一体成型，所述副环体分别与所述隔热腔的相对的两侧壁线接触。

在所述燃油喷嘴结构的实施例中，所述半封闭的主环体的开口方向与所述隔热腔体的开口方向相同。

在所述燃油喷嘴结构的实施例中，所述副环体的开口方向与所述主环体的开口方向相反。

在所述燃油喷嘴结构的实施例中，所述副环体的边缘为圆弧。

在所述燃油喷嘴结构的实施例中，所述套筒外壳与所述输油部之间连接处包括圆弧过渡段。

在所述燃油喷嘴结构的实施例中，所述隔热腔内设置有对应所述弹性件的限位凸起，所述限位凸起设置于所述弹性件的轴向两侧，以限制所述弹性件在轴向的位移。

在所述燃油喷嘴结构的实施例中，所述外壳的内壁与所述输油管路的外壁之间提供多个径向分隔的空气隔热腔，每个空气隔热腔内均设置有所述弹性件。

综上，本发明的进步效果至少包括：

(1)喷嘴的套筒壳体与喷嘴的输油部之间形成空气隔热腔对燃油起到热防护作用，可一定程度的避免燃油结焦；

(2)空气隔热腔内设置的弹性件，可有效吸收从输油部到输油部的第二输油部连接的的副涡流器所受到的机械振动能量；

(3)环形弹性件的与空气隔热腔体之间形成线接触，有效减小导热面积，从而减少从喷嘴外的燃烧室、高压气体导入喷嘴的输油部的热量，降低输油部内的燃油结焦风险。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制，其中：

图1是燃油喷嘴结构在航空发动机中的安装结构示意图。

图2是燃油喷嘴结构的一种实施例的纵向剖视图。

图3是根据图2的A处的放大结构示意图。

图4是根据图2的B处的放大结构示意图。

图5是根据图2的燃油喷嘴结构的横向剖视图。

图6是根据图2的燃油喷嘴结构的环形弹性件的部分结构视图。

附图中的附图标记如下：

1 燃油喷嘴

2 外机匣

3 火焰筒外环

4 火焰筒内环

5 内机匣

6 头部转接段

7 扩压器

11 燃油喷嘴预然级油管

12 燃油喷嘴主燃级油管

13 喷嘴套筒壳体

15 副涡流器

16 喷嘴输油部

161 第一输油部

162 第二输油部

17 喷嘴盖板

18 空气隔热腔

101 弹性件

102 限位凸起

120 主环体

121、122 副环体

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

另外，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外，使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本发明保护范围的限制。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同时，说明书中的轴向指的是套筒外壳13的轴向，径向指的是套筒外壳13的径向。

参考图1，燃烧室包括燃油喷嘴1、外机匣2、火焰筒外环3、火焰筒内环4、内机匣5。燃油喷嘴1通过安装座，即喷嘴盖板17连接于环形燃烧室外机匣2，燃油输油部16置于扩压器7的出口，副涡流器15经过头部转接段6将气体和燃油在火焰筒进行掺混。因此，燃油喷嘴1不但处于高温环境下，而且承受机匣2、不均匀气流和燃烧不稳定带来的一系列振动。

如图2所示，燃油喷嘴1的包括套筒外壳13、输油部16、以及弹性件101，输油部16包括一体相连的第一输油部161与第二输油部162，燃油通过外部管路控制系统输入输油部16的预然级油管11以及主燃级油管12，两者贯穿第一输油部161与第二输油部162，第二输油部162的一端与第一输油部161一体连接，另一端则与副涡流器15焊接，副涡流器15经过头部转接段6将气体和第二输油部输入的燃油在火焰筒进行混合。套筒外壳13与输油部16一体成型，设置在所述第二输油部162的外部，且从第一输油部161与第二输油部162的交界处起向第二输油部162延伸。套筒外壳13与第二输油部162之间的径向空间提供半封闭的空气隔热腔18，空气隔热腔18的开口侧设置有与空气隔热腔18的相对的两侧壁接触的弹性件101，；一方面，输油部16与质量较大的副涡流器15焊接在一起，形成悬臂振动机构，弹性件101本身可吸收机械振动能量，减小悬臂机构摆动振幅，实现减振效果；另一方面，弹性件101可将悬臂机构的振动分散一部分到套筒壳体13上，减小输油部16的振幅，从而降低振动引起的输油部16的疲劳风险；因此，弹性件101吸收和分散了输油部16的振动能量，减小振幅，提高了输油部16的供油稳定性，进而使得发动机获得更好燃烧性能。

如图3所示，套筒外壳13与输油部16之间连接处可以包括圆弧过渡段，以降低两者之间温度失配热变形引起的应力，起到降低裂纹萌生风险作用。其原理在于，航空发动机工作时，套筒外壳13受到高压压气机出气口的高温气体以及燃烧室的热，膨胀较大，而输油部16由于存在燃油的冷却作用而温度较低，膨胀较小，因此需要将膨胀较大套筒外壳13与膨胀较小的输油部16之间的连接处设置为圆弧过渡，以防止热失配应力在连接处的应力集中而导致裂纹的产生。

参考图2以及图4至图6，弹性件101的具体结构可以是环形弹性件，如此可以更方便地安装在环形的空气隔热腔18内，进一步地，如图4所示，环形弹性件可以与隔热腔18的相对的两侧壁成线接触，如此获得的有益效果在于免了安装弹性件101而引起燃油较大的温升。其原理在于，一般而言，弹性件101的导热系数远大于空气的导热系数，因此在空腔内设置了弹性件101采用线接触的接触方式，可以尽量减小导热面积，从而减少从高温的套筒壳体13通过热传导至需保持较低温度以避免燃油结焦的输油部16的热量。

参考图4、图6，环形弹性件的具体结构的例子可以是环形弹性件包括半封闭的主环体120以及从主环体120的开口处的径向两侧延伸的半封闭的副环体121、122，主环体120与副环体121、122一体成型，副环体121、122分别与隔热腔18的相对的两侧壁线接触，尽管还存在其它的具体结构。如此获得的有益效果在于，半封闭的主副环体的设置，其受到振动力时，主副环体可以发生朝向减小开口处的径向的变形，以更多地吸收从输油部16的第二部162的振动能量，主环体与副环体一体成型以及副环体从主环体延伸，使得环形弹性件能够快速地将从隔热腔体18一侧壁的振动传递至另一侧壁，加速了输油部16将振动力传递至套筒壳体13，提高了输油部16的供油稳定性。进一步地，如图4、图6所示，副环体121、122的边缘可以是圆弧形，副环体121、122的开口方向与主环体120的开口方向相反，以进一步提高环形弹性件的减振能力。主环体120的开口方向可以与隔热腔体18的开口方向相同，以便于将环形弹性件安装至隔热腔体18内。

参考图4、图5，隔热腔18内设置有对应弹性件101的限位凸起102，限位凸起102设置于弹性件101的轴向两侧，以限制弹性件101在轴向的位移，由于来自输油部16的振动力的方向主要为径向，限制弹性件101在轴向的位移，可以使得弹性件101更高效地吸收以及传递来自输油部16的振动力。限位凸起102的数量可以是如图5所示的四处，但不以此为限。如图4所示，若弹性件101采用环形弹性件，套筒13底部与输油部16留有足够空间将环形弹性件从底部放入，固定于限位凸起102内。

综上，采用上述实施例的燃油喷嘴结构的有益效果至少包括：

(1)喷嘴的套筒壳体与喷嘴的输油部之间形成空气隔热腔对燃油起到热防护作用，可一定程度的避免燃油结焦；

(2)空气隔热腔内设置的弹性件，可有效吸收从输油部到输油部的第二输油部连接的的副涡流器所受到的机械振动能量；

(3)环形弹性件的与空气隔热腔体之间形成线接触，有效减小导热面积，从而减少从喷嘴外的燃烧室、高压气体导入喷嘴的输油部的热量，降低输油部内的燃油结焦风险。

本发明虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。例如，除图2所示的在套筒外壳13与第二输油部162之间的径向空间设置单个空气隔热腔18的方案外，也可以在套筒外壳13与第二输油部162之间的径向空间设置多个径向分隔的空气隔热腔18，每个空气隔热腔18均设置弹性件101等方案进行空气隔热腔18以及弹性件101的布置。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航空发动机燃油喷嘴结构，其特征在于，包括：

安装座，用于与燃烧室机匣连接；

套筒外壳；

输油部，所述输油部包括第一输油部与第二输油部，分别位于所述安装座的两侧；

所述第二输油部的一端与所述第一输油部一体相连，另一端与副涡流器连接；所述套筒外壳设置在所述第二输油部的外部，从所述第一输油部与第二输油部的交界处起向所述第二输油部延伸，所述套筒外壳与所述第二输油部之间的径向空间提供半封闭的空气隔热腔，所述空气隔热腔的开口侧设置有与所述空气隔热腔的相对的两侧壁接触的弹性件。

2.如权利要求1所述的燃油喷嘴结构，其特征在于，所述弹性件为环形弹性件。

3.如权利要求2所述的燃油喷嘴结构，其特征在于，所述环形弹性件与所述隔热腔的相对的两侧壁线接触。

4.如权利要求3所述的燃油喷嘴结构，其特征在于，所述环形弹性件包括半封闭的主环体以及从所述主环体的开口处径向两侧延伸的半封闭的副环体，所述主环体与副环体一体成型，所述副环体分别与所述隔热腔的相对的两侧壁线接触。

5.如权利要求4所述的燃油喷嘴结构，其特征在于，所述半封闭的主环体的开口方向与所述隔热腔体的开口方向相同。

6.如权利要求4所述的燃油喷嘴结构，其特征在于，所述副环体的开口方向与所述主环体的开口方向相反。

7.如权利要求4所述的燃油喷嘴结构，其特征在于，所述副环体的边缘为圆弧。

8.如权利要求1-7任意一项所述的燃油喷嘴结构，其特征在于，所述隔热腔内设置有对应所述弹性件的限位凸起，所述限位凸起设置于所述弹性件的轴向两侧，以限制所述弹性件在轴向的位移。

9.如权利要求1所述的燃油喷嘴结构，其特征在于，所述套筒外壳与所述输油部之间连接处包括圆弧过渡段。

10.如权利要求1所述的燃油喷嘴结构，其特征在于，所述外壳的内壁与所述输油管路的外壁之间提供多个径向分隔的空气隔热腔，每个空气隔热腔内均设置有所述弹性件。

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