CN113108316A - 一种采用叶片级间喷油三次雾化的空气雾化喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用叶片级间喷油三次雾化的空气雾化喷嘴，预燃级采用级间喷油，三次雾化的方式，用来解决预燃级燃油雾化不充分的问题。空气雾化喷嘴由三个旋流器组成，其中，燃油由第一径向旋流器级间喷出，在叶片两侧空气的作用下第一次雾化，继而在内腔中与轴向旋流空气相互剪切，进行二次雾化和掺混，再通过文氏管的收缩扩张，调整喷油角度后与从第二径向旋流器喷出的旋流气体进行三次雾化，有效地增强了燃油的空气雾化效果，拓宽了燃烧室的点熄火工作边界。

Description

一种采用叶片级间喷油三次雾化的空气雾化喷嘴
技术领域
本发明属于航空燃气轮机燃烧室领域，涉及一种采用叶片级间喷油三次雾化的空气雾化喷嘴，采用三股旋流空气对燃油进行三次雾化，有效地增强了燃油的空气雾化效果，提高了燃烧效率，拓宽了燃烧室的点熄火工作边界。
背景技术
航空发动机燃烧室的燃油雾化和掺混特性决定了燃烧室的燃烧性能，包括燃烧效率、燃烧稳定性和燃烧室出口温度分布质量等。喷嘴对于雾化质量的好坏至关重要。现阶主要应用的喷嘴有离心喷嘴、空气雾化喷嘴、甩油盘喷嘴和蒸发管喷嘴，空气雾化喷嘴主要依靠通过喷嘴的空气速度与油膜发生撞击、挤压、剪切撕裂等作用将油膜破碎，达到雾化效果。与其他喷嘴相比，空气雾化喷嘴具有燃油和气流实现充分而又均匀地混合、较低供油压力、出口温度场对燃油变化不太敏感以及显著降低污染物排放的优势。
但目前航空发动机燃烧室所采用的空气雾化喷嘴，仅在内外两股旋流空气之间进行一次雾化，有一定局限性，例如在低工况下，空气流量较低，空气对燃油的剪切力小，因此雾化效果较差。
发明内容
本发明提供了一种采用叶片级间喷油三次雾化的空气雾化喷嘴，用以解决现有航空发动机燃烧室所采用的空气雾化喷嘴所存在的预燃级燃油空气雾化不充分、雾化效果较差、燃烧室的点熄火工作边界较窄的技术问题，本发明的空气雾化喷嘴由三个旋流器组成，其中，燃油由第一径向旋流器级间喷出，在叶片两侧空气的作用下第一次雾化，继而在内腔中与轴向旋流空气相互剪切，进行二次雾化和掺混，再通过文氏管的收缩扩张，调整喷油角度后与从第三径向旋流器喷出的旋流气体进行三次雾化，可以有效增强燃油的空气雾化效果，拓宽燃烧室的点熄火工作边界。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案为：
一种采用叶片级间喷油三次雾化的空气雾化喷嘴，包括第一筒状体、第二筒状体、第三筒状体，所述第一筒状体、第二筒状体、第三筒状体均包括一筒体以及一设置在筒体底部的环状板，所述第一筒状体、第二筒状体、第三筒状体的筒体管径依次增大，所述第二筒状体同心套设在第一筒状体上，所述第三筒状体同心套设在第二筒状体上，且所述第一筒状体、第二筒状体、第三筒状体在轴向上和径向上均具有间隙，所述第一筒状体底部的环状板形成为喷嘴的前侧端板，所述第一筒状体与第二筒状体的环状板之间沿周向均布设置多个第一旋流器叶片，所述第二筒状体与第三筒状体的环状板之间沿周向均布设置多个第二旋流器叶片，所述第一筒状体、第二筒状体以及设置在二者之间的第一旋流器叶片形成为第一径向旋流器，所述第二筒状体、第三筒状体以及设置在二者之间的第二旋流器叶片形成为第二径向旋流器，所述第一筒状体的筒体内设置一第三轴向旋流器，其特征在于，
所述第二筒状体的筒体后端在轴向上至少与所述第三筒状体的筒体后端平齐，且在轴向上位于所述第一筒状体下游的所述第二筒状体的筒体内壁形成为先收缩后扩张的文丘里管结构，
所述第一筒状体的环状板内设有一环形储油腔，所述环形储油腔与设置在所述第一筒状体的环状板外端面上的至少一进油孔连通，各所述第一旋流器叶片均为带有叶片空腔的空心叶片，且各所述第一旋流器叶片的尾缘处均设有与所述叶片空腔连通的喷油狭缝，各所述第一旋流器叶片的空腔均通过其根部的连通孔与所述环形储油腔连通。
优选地，所述第二筒状体的筒体后端在轴向上伸出所述第三筒状体的筒体后端.
优选地，所述进油孔与外部供油管路连通。
本发明的采用叶片级间喷油三次雾化的空气雾化喷嘴中，第一径向旋流器采用级间喷油的方式，叶片尾缘开有喷油狭缝，叶片根部与第一径向旋流器的环形储油腔连通，燃油加压通过环形储油腔后进入叶片空腔10并经过叶片尾缘的喷油狭缝与叶片两侧来流空气进行作用，进行第一次雾化；第三轴向旋流器位于喷嘴腔体中心，用以提供轴向旋流。第一径向旋流器气体通过一段平直段，进入腔体与第三轴向旋流器出口的气体进行作用，实现第二次雾化，随后经过文丘里管的收缩扩张，调整气流角度；第二径向旋流器位于第一径向旋流器的后侧，其作用是提供旋流气体，与文丘里管出口的气体进行作用，实现第三次雾化。
优选地，所述第一径向旋流器的下游平直段出口与喷嘴内腔相连。
优选地，所述第一径向旋流器的出油位置可以位于两个叶片之间的前侧环形板上。
优选地，所述第一径向旋流器叶片数可以为6～10个。
优选地，所述第一径向旋流器的喷油狭缝的宽度在0.1～0.5之间。
优选地，所述第一径向旋流器的旋流强度在0.6～1.5之间。
优选地，所述第三轴向旋流器可以为径向斜切孔等非叶片式旋流器。
优选地，所述第三轴向旋流器的旋流方向与第一径向旋流器反向。
优选地，所述第二径向旋流器的旋流方向与第一径向旋流器反向。
优选地，所述第二径向旋流器可以为非叶片式旋流器。
同现有技术相比，本发明的采用叶片级间喷油三次雾化的空气雾化喷嘴由三个旋流器组成，燃油由第一径向旋流器级间喷出，在叶片两侧空气的作用下第一次雾化，继而在内腔中与轴向旋流空气相互剪切，进行二次雾化和掺混，再通过文氏管的收缩扩张，调整喷油角度后与从第三径向旋流器喷出的旋流气体进行三次雾化，可以有效增强燃油的空气雾化效果，拓宽燃烧室的点熄火工作边界。
附图说明
图1为本发明的采用叶片级间喷油三次雾化的空气雾化喷嘴的整体结构示意图。
图2为本发明的采用叶片级间喷油三次雾化的空气雾化喷嘴的截面示意图。
图3为本发明中第一径向旋流器工作示意图。
附图标记说明：
第一旋流器1，10，空腔11，油缝12，进油孔13，第二轴向旋流器2，第三径向旋流器3
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
如图1～3所示，本发明的采用叶片级间喷油三次雾化的空气雾化喷嘴，包括第一筒状体4、第二筒状体5、第三筒状体6，第一筒状体4、第二筒状体5、第三筒状体6均包括一筒体以及一设置在筒体底部的环状板，第一筒状体4、第二筒状体5、第三筒状体6的筒体管径依次增大，第二筒状体5同心套设在第一筒状体4上，第三筒状体6同心套设在第二筒状体5上，且第一筒状体4、第二筒状体5、第三筒状体6在轴向上和径向上均具有间隙，第一筒状体4底部的环状板形成为喷嘴的前侧端板，第一筒状体4与第二筒状体5的环状板之间沿周向均布设置多个第一旋流器叶片，第二筒状体5与第三筒状体6的环状板之间沿周向均布设置多个第二旋流器叶片，第一筒状体4、第二筒状体5以及设置在二者之间的第一旋流器叶片形成为第一径向旋流器1，第二筒状体5、第三筒状体6以及设置在二者之间的第二旋流器叶片形成为第二径向旋流器2，第一筒状体4的筒体内设置一第三轴向旋流器3。第二筒状体5的筒体后端在轴向上至少与第三筒状体6的筒体后端平齐，且在轴向上位于第一筒状体4下游的第二筒状体5的筒体内壁形成为先收缩后扩张的文丘里管结构；第一筒状体4的环状板内设有一环形储油腔9，环形储油腔9与设置在第一筒状体4的环状板外端面上的至少一进油孔12连通，进油孔12与外部供油管路连通，各第一旋流器叶片均为带有叶片空腔10的空心叶片，且各第一旋流器叶片的尾缘处均设有与叶片空腔10连通的喷油狭缝11，各第一旋流器叶片的空腔10均通过其根部的连通孔与环形储油腔9连通。
本发明的采用叶片级间喷油三次雾化的空气雾化喷嘴，主体由三个旋流器1、2、3组成，其工作原理为：来油通过进油孔12进入第一径向旋流器1前侧环状板的环形储油腔9中，流经过第一旋流叶片根部的连通孔进入叶片空腔10和叶片尾缘开设的喷油狭缝11，与叶片两侧的来流空气进行相互作用进行第一次雾化，而后经过第一径向旋流器1的轴向流道与第三轴向旋流器3的旋流空气相互作用，进行混合以及第二次雾化，最后经过文丘里管8的收缩扩张，调整角度后与第二径向旋流器2的旋流空气进行第三次雾化。
本发明的采用叶片级间喷油三次雾化的空气雾化喷嘴，采用三股旋流空气对燃油进行三次雾化，有效地增强了燃油的空气雾化效果，提高了燃烧效率，可以有效拓宽燃烧室的点熄火工作边界。
通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明已就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种采用叶片级间喷油三次雾化的空气雾化喷嘴，包括第一筒状体、第二筒状体、第三筒状体，所述第一筒状体、第二筒状体、第三筒状体均包括一筒体以及一设置在筒体底部的环状板，所述第一筒状体、第二筒状体、第三筒状体的筒体管径依次增大，所述第二筒状体同心套设在第一筒状体上，所述第三筒状体同心套设在第二筒状体上，且所述第一筒状体、第二筒状体、第三筒状体在轴向上和径向上均具有间隙，所述第一筒状体底部的环状板形成为喷嘴的前侧端板，所述第一筒状体与第二筒状体的环状板之间沿周向均布设置多个第一旋流器叶片，所述第二筒状体与第三筒状体的环状板之间沿周向均布设置多个第二旋流器叶片，所述第一筒状体、第二筒状体以及设置在二者之间的第一旋流器叶片形成为第一径向旋流器，所述第二筒状体、第三筒状体以及设置在二者之间的第二旋流器叶片形成为第二径向旋流器，所述第一筒状体的筒体内设置一第三轴向旋流器，其特征在于，
所述第二筒状体的筒体后端在轴向上至少与所述第三筒状体的筒体后端平齐，且在轴向上位于所述第一筒状体下游的所述第二筒状体的筒体内壁形成为先收缩后扩张的文丘里管结构，
所述第一筒状体的环状板内设有一环形储油腔，所述环形储油腔与设置在所述第一筒状体的环状板外端面上的至少一进油孔连通，各所述第一旋流器叶片均为带有叶片空腔的空心叶片，且各所述第一旋流器叶片的尾缘处均设有与所述叶片空腔连通的喷油狭缝，各所述第一旋流器叶片的空腔均通过其根部的连通孔与所述环形储油腔连通。
2.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴，其特征在于，所述第二筒状体的筒体后端在轴向上伸出所述第三筒状体的筒体后端。
3.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴，其特征在于，所述进油孔与外部供油管路连通。
4.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴，其特征在于，所述第一径向旋流器的出油位置可以位于两个叶片之间的前侧环形板上。
5.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴，其特征在于，所述第一径向旋流器叶片数可以为6～10个。
6.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴，其特征在于，所述第一径向旋流器的旋流强度在0.6～1.5之间。
7.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴，其特征在于，所述第三轴向旋流器可以为径向斜切孔等非叶片式旋流器。
8.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴，其特征在于，所述第三轴向旋流器的旋流方向与第一径向旋流器反向。
9.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴，其特征在于，所述第二径向旋流器的旋流方向与第一径向旋流器反向。
10.根据上述权利要求所述的空气雾化喷嘴，其特征在于，所述第二径向旋流器可以为非叶片式旋流器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113137629A (zh) * 2021-04-19 2021-07-20 中国航发湖南动力机械研究所 双级整体式涡流器及火焰筒头部结构

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63148015A (ja) * 1986-12-09 1988-06-20 Toa Nenryo Kogyo Kk 超音波霧化装置付燃焼器
CN103256633A (zh) * 2012-02-16 2013-08-21 中国科学院工程热物理研究所 一种采用燃油分级空气三级旋流进气的低污染燃烧室
CN103791518A (zh) * 2012-10-31 2014-05-14 中航商用航空发动机有限责任公司 一种燃烧室燃油喷射与混合装置及航空发动机
CN104406196A (zh) * 2014-11-10 2015-03-11 中国科学院工程热物理研究所 一种双级预膜分层部分预混高温升燃烧室结构
CN206861593U (zh) * 2017-05-09 2018-01-09 上海泛智能源装备有限公司 一种燃气轮机燃烧室

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63148015A (ja) * 1986-12-09 1988-06-20 Toa Nenryo Kogyo Kk 超音波霧化装置付燃焼器
CN103256633A (zh) * 2012-02-16 2013-08-21 中国科学院工程热物理研究所 一种采用燃油分级空气三级旋流进气的低污染燃烧室
CN103791518A (zh) * 2012-10-31 2014-05-14 中航商用航空发动机有限责任公司 一种燃烧室燃油喷射与混合装置及航空发动机
CN104406196A (zh) * 2014-11-10 2015-03-11 中国科学院工程热物理研究所 一种双级预膜分层部分预混高温升燃烧室结构
CN206861593U (zh) * 2017-05-09 2018-01-09 上海泛智能源装备有限公司 一种燃气轮机燃烧室

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113137629A (zh) * 2021-04-19 2021-07-20 中国航发湖南动力机械研究所 双级整体式涡流器及火焰筒头部结构
CN113137629B (zh) * 2021-04-19 2022-11-04 中国航发湖南动力机械研究所 双级整体式涡流器及火焰筒头部结构

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