CN111473363B - 一种径向分区的甩油盘 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种径向分区的甩油盘，用于在涡轮发动机燃烧室内喷射燃油，包括：甩油盘盘体，与涡轮发动机旋转轴连接；多个供油管，设置在所述甩油盘盘体上；以及多个喷嘴，设置在所述甩油盘盘体和所述多个供油管的不同径向位置上，用于将燃油喷出至燃烧室内。本发明所提供的径向分区的甩油盘通过在甩油盘盘体上增加带有喷嘴的供油管和喷嘴，实现了燃油和空气的高效匹配，从而提高了燃烧室在大油气比条件下的燃烧效率，可应用在更大尺寸及更宽工作边界要求的高性能燃烧室中。
Description
技术领域
本发明属于动力装置燃烧技术领域，具体涉及一种径向分区的甩油盘。
背景技术
在采用液体燃料的燃烧室中，燃油通过喷嘴将连续流动的液体喷射进入空气中，雾化成不同的液滴。液滴从周围环境中吸热蒸发后与空气中的氧气混合并燃烧。同样质量流量下，液滴的尺寸越小，则液滴表面积越大，则蒸发和燃烧的速率越快。燃油的雾化质量和蒸发速率是增大燃油燃烧速率，提高燃烧效率和缩短燃烧室长度、减小结构重量的重要因素。
甩油盘喷嘴是中小型航空发动机主燃烧室中一种典型的结构，甩油盘与涡轮发动机旋转轴连接，其雾化性能与供油压力无关，因此可以采用低压供油结构，从而降低对燃油增压系统的要求。甩油盘喷嘴利用高速旋转动能来提高燃油喷射的速度，周向分布均匀。同时在喷嘴内形成薄的液膜，以减小离开燃油喷嘴的初始液滴尺寸，从而缩短燃油在燃烧室内雾化蒸发时间，加强空气掺混及燃烧的速率，进而缩短了完全燃烧所需的燃烧室长度，将大大降低结构重量。
甩油盘喷嘴后的燃油雾化液滴尺寸很小，燃油雾化蒸发很快，因此甩油盘喷嘴的穿透深度不大，液滴集中在甩油盘喷嘴后的一个有限环形区域，这种特性决定了油盘喷嘴只能应用在小流量及小尺寸燃烧室中，典型的甩油盘的直径为100毫米，燃烧室直径为300毫米左右，工作的油气比变化范围较小。继续增大油气比，将导致甩油盘附近出现富油工作情况，燃烧效率将显著降低。国内外研究学者提出了增大甩油盘雾化特性的一些措施，如改变喷嘴出口形状，增加旋流结构及腔体结构，以提高雾化锥角，这些改进的结构在小流量及小尺寸燃烧室中较为适用，高效工作的燃油流量变化范围较小，这些甩油盘喷嘴并不能解决较大尺寸的燃烧室所存在的上述问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种径向分区的甩油盘，通过在甩油盘结构上增加带有喷嘴的供油管，在燃烧室不同径向位置喷射燃油，从而提高燃油在大空间内的分布均匀性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种径向分区的甩油盘，用于在涡轮发动机燃烧室内喷射燃油，包括：甩油盘盘体，与涡轮发动机旋转轴连接；多个供油管，设置在所述甩油盘盘体上；以及多个喷嘴，设置在所述甩油盘盘体和所述多个供油管的不同径向位置上，用于将燃油喷出至燃烧室内。
本发明所提供的径向分区的甩油盘喷嘴，还具有这样的特征：所述甩油盘盘体中空，中空的盘体内形成集油腔。
本发明所提供的径向分区的甩油盘喷嘴，还具有这样的特征：所述甩油盘盘体上设有凹腔，所述凹腔用于安装供油管。
本发明所提供的径向分区的甩油盘喷嘴，还具有这样的特征：所述供油管底端设有与所述凹腔配合的凸台；所述凸台与所述凹腔焊接；所述凸台底端不高于所述集油腔的外缘。
本发明所提供的径向分区的甩油盘喷嘴，还具有这样的特征：所述供油管为空心圆柱结构，内部空腔与所述集油腔连接，所述供油管管头由堵头密封。
本发明所提供的径向分区的甩油盘喷嘴，还具有这样的特征：所述供油管与设置在所述甩油盘盘体上的喷嘴交替排列。
本发明所提供的径向分区的甩油盘喷嘴，还具有这样的特征：所述供油管与所述甩油盘盘体以榫卯结构形式连接。
本发明所提供的径向分区的甩油盘喷嘴，还具有这样的特征：所述供油管的长径比为10-30。
本发明所提供的径向分区的甩油盘喷嘴，还具有这样的特征：所述供油管的数量为12-18个；所述每根供油管上喷嘴的数量为2-4个；所述供油管上喷嘴间距为10-20mm；所述供油管上喷嘴直径为1-2mm。
本发明所提供的径向分区的甩油盘喷嘴，还具有这样的特征：所述甩油盘盘体半径为50-100mm；所述甩油盘盘体上喷嘴直径为1-2mm。
基于上述技术方案可知，本发明的径向分区的甩油盘喷嘴结构相对于现有技术具有以下优势：
本发明所提供的径向分区的甩油盘通过在甩油盘盘体上增加供油管并在不同径向位置设置喷嘴，从而提高燃油在大空间内的分布均匀性，实现了燃油和空气的高效匹配，从而提高燃烧室在大油气比条件下的燃烧效率，增强了在不同油气范围的工作匹配性，拓宽燃烧室高效工作的范围，可应用在更大尺寸及更宽工作边界要求的高性能燃烧室中。
本发明所提供的径向分区的甩油盘通过在供油管不同径向位置上设置喷嘴，并随甩油盘高速旋转，能够提高燃油雾化径向均匀性，增强燃油与空气的匹配性，拓宽燃烧室高效工作范围。
附图说明
图1为本发明的径向分区的甩油盘喷嘴结构的三维结构示意图；
图2为本发明的径向分区的甩油盘喷嘴结构的主视图；
图3为图2结构的通过甩油盘喷嘴的A-A剖视图
图4为本发明的径向分区的甩油盘喷嘴结构的左视图；
图5为图4结构的通过甩油盘的喷嘴及供油管的B-B剖视图；以及
图6为甩油盘盘体与供油管采用榫卯连接结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
如图1-6所示，本发明所提供的径向分区的甩油盘，用于在涡轮发动机燃烧室内喷射燃油，包括：甩油盘盘体100，与涡轮发动机旋转轴9连接；多个供油管200，设置在所述甩油盘盘体100上；以及多个喷嘴5，设置在所述甩油盘盘体100和所述多个供油管200的不同径向位置上，用于将燃油喷出至燃烧室内。
基于上述实施例，作为可选的实施例，甩油盘盘体100的前壁1与后壁2以及环形壁面3形成集油腔4。甩油盘盘体100上设置的喷嘴5与集油腔4联通，前壁1的内径R2大于后壁2的内径R1。燃油从甩油盘盘体100前方喷入集油腔4后，通过甩油盘盘体100上的喷嘴及供油管200上的喷嘴分别进入燃烧室的不同径向区域位置。所述甩油盘盘体100为轴对称结构，采用整体铸造加工而成。
通过在甩油盘盘体上增加喷嘴，在燃烧室不同径向位置喷射燃油，从而提高燃油在大空间内的分布均匀性，提高燃油与空气的匹配性，从而提高大流量及大尺寸燃烧室的效率，增强在不同油气范围内的工作匹配性，拓宽燃烧室高效工作的范围。
基于上述实施例，作为可选的实施例，甩油盘盘体100通过后壁2与发动机的旋转轴9连接。
基于上述实施例，作为可选的实施例，甩油盘盘体100上设置的喷嘴5均匀布设于环形壁面3上。
基于上述实施例，作为可选的实施例，甩油盘盘体100的环形壁面3上设有凹腔6，凹腔6用于安装供油管。凹腔6与集油腔4连通。
基于上述实施例，作为可选的实施例，供油管200为空心圆柱结构，设置在甩油盘盘体100上，内部空腔与所述集油腔4连接，所述供油管200管头由堵头8焊接密封。供油管200向气流方向倾斜，供油管200与甩油盘盘体100中心轴的角度小于90°，以便于不同径向喷嘴径向向外将燃油喷入燃烧室。供油管200不同径向位置上设有燃油喷嘴，用于将燃油喷出到燃烧室不同径向区域位置。设置在供油管200上的燃油喷嘴与甩油盘盘体中心轴垂直，燃油喷嘴位置可优化调整，达到在大尺寸燃烧室中大油气比状态下径向分区高效燃烧的目的，进而拓宽燃烧室的工作边界，缩短燃烧室长度。
通过供油管径向喷嘴的位置及间距，可以改善在贫油熄火边界的工作稳定性。
基于上述实施例，作为可选的实施例，供油管200与甩油盘盘体100中心轴的角度为65°-75°。
基于上述实施例，作为可选的实施例，供油管200一端设有与所述凹腔6配合的凸台7；所述凸台7与所述凹腔6以榫卯结构形式连接；所述凸台底端不高于所述集油腔的外缘，将燃油导入供油管200中。
基于上述实施例，作为可选的实施例，凸台7与凹腔6咬合后，再进行焊接，可以增强连接强度以承受甩油盘盘体100及供油管200在高速旋转时产生的离心力，并防止燃油通过凹腔泄露。
基于上述实施例，作为可选的实施例，凸台7与凹腔6之间采用硬钎焊方式强化连接强度，同时防止燃油通过凹腔6进入甩油盘100外缘。
基于上述实施例，作为可选的实施例，供油管周向均匀布置在甩油盘盘体100上，并与设置在所述甩油盘盘体100上的喷嘴5交替排列。
基于上述实施例，作为可选的实施例，供油管200轴向位置比甩油盘盘体100上的喷嘴更靠近前壁1。
基于上述实施例，作为可选的实施例，如图5所示，L为供油管的长度，供油管的外直径为6-8mm，供油管的长径比为10-30，供油管的长度和角度与燃烧室的结构相匹配。
基于上述实施例，作为可选的实施例，供油管的数量为12-18个；每根供油管上喷嘴的数量为2-4个；供油管上喷嘴间距为10-20mm；供油管上喷嘴直径d2为1-2mm。
基于上述实施例，作为可选的实施例，甩油盘盘体半径R3为50-100mm；甩油盘盘体上的喷嘴数量为12-18个；甩油盘盘体上喷嘴直径d1为1-2mm。
本发明的工作流程：
根据燃烧室的结构选择合适的供油管200长度和角度，燃油以轴向向后的方向进入集油腔4。甩油盘盘体100通过后壁与发动机的旋转轴9连接，甩油盘盘体100被旋转轴9带动旋转过程中，集油腔4中的燃油一部分通过甩油盘盘体100上的燃油喷嘴5喷射至燃烧室内燃烧，另外一部分进入供油管200，通过供油管200上的燃油喷嘴喷射至燃烧室的不同径向位置。达到在大尺寸燃烧室中大油气比状态下径向分区高效燃烧的目的，进而拓宽燃烧室的工作边界，缩短燃烧室长度。
以上所述的具体实施例，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，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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 (9)
1.一种径向分区的甩油盘，用于在涡轮发动机燃烧室内喷射燃油，其特征在于，包括：
甩油盘盘体，与涡轮发动机旋转轴连接；
多个供油管，设置在所述甩油盘盘体上；以及
多个喷嘴，设置在所述甩油盘盘体和所述多个供油管的不同径向位置上，用于将燃油喷出至燃烧室内；
所述甩油盘盘体中空，中空的盘体内形成集油腔。
2.根据权利要求1所述的径向分区的甩油盘，其特征在于，所述甩油盘盘体上设有凹腔，所述凹腔用于安装供油管。
3.根据权利要求2所述的径向分区的甩油盘，其特征在于，
所述供油管底端设有与所述凹腔配合的凸台；
所述凸台与所述凹腔焊接；
所述凸台底端不高于所述集油腔的外缘。
4.根据权利要求3所述的径向分区的甩油盘，其特征在于，所述供油管为空心圆柱结构，内部空腔与所述集油腔连接，所述供油管管头由堵头密封。
5.根据权利要求1所述的径向分区的甩油盘，其特征在于，所述供油管与设置在所述甩油盘盘体上的喷嘴交替排列。
6.根据权利要求1所述的径向分区的甩油盘，其特征在于，所述供油管与所述甩油盘盘体以榫卯结构形式连接。
7.根据权利要求1所述的径向分区的甩油盘，其特征在于，所述供油管的长径比为10-30。
8.根据权利要求1所述的径向分区的甩油盘，其特征在于，
所述供油管的数量为12-18个；
所述每根供油管上喷嘴的数量为2-4个；
所述供油管上喷嘴间距为10-20mm；
所述供油管上喷嘴直径为1-2mm。
9.根据权利要求1所述的径向分区的甩油盘，其特征在于，
所述甩油盘盘体半径为50-100mm；
所述甩油盘盘体上喷嘴直径为1-2mm。
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