CN113188152B - 一种多级旋流的燃油喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级旋流的燃油喷嘴，包括喷嘴体，所述喷嘴体与外部安装座螺钉连接，所述喷嘴体的外部两侧通过燃烧室机匣壁与火焰筒壁形成供空气进入的二股通道，所述喷嘴体的外部装配有隔热套一，所述隔热套一的外部焊接有隔热套二，所述喷嘴体的上端装配有旋流罩，所述喷嘴体的上端且位于旋流罩的内部螺纹连接有喷口组件，喷嘴体的一侧装配有进气罩，进气罩与喷嘴体之间设置有隔板和弹簧，隔板底面同弹簧上端连接，旋流罩上耦合有涡流片二，所述隔热套一上耦合有涡流片一，本发明设计了多级旋流的燃油喷嘴，该燃油喷嘴隔热套上设置了多级旋流装置，使燃油喷嘴和多级旋流器之间的偏心现象得以控制，使得旋流器拆装更换更为便利。

Description

一种多级旋流的燃油喷嘴

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，具体是一种多级旋流的燃油喷嘴。

背景技术

燃油喷嘴是航空发动机上的重要零部件之一，它关系到燃烧室的可靠点火和稳定燃烧，直接影响到燃烧室的燃烧效率、出口温度分布以及熄火边界等性能参数。

航空发动机常用的燃油喷嘴主要有压力雾化喷嘴(也称离心喷嘴)、气动雾化喷嘴、蒸发管、甩油盘等，从当前大多数航空发动机所采用的燃油喷嘴来看，压力雾化喷嘴因发展成熟仍然是发动机燃烧室燃油喷嘴选择的主流，具有广泛的应用。压力雾化喷嘴可分为单油路压力雾化喷嘴和双油路压力雾化喷嘴两种，单油路压力雾化喷嘴结构简单，成本低，但存在供油范围窄，所需供油压力高的不足，特别是随着当代航空发动机对供油范围要求越来越宽广，对高温升、高空点火(高空性能)等要求也日益提高，单油路喷嘴已不能满足发动机的供油要求，因此供油范围宽、雾化质量好以及贫油熄火极限宽的双油路喷嘴就得到了越来越多的应用，双油路压力雾化喷嘴类似如图1所示；

同时大多数燃烧室在火焰筒头部使用旋流器结构，旋流器出口产生的高速旋转气流在火焰筒头部形成低压区，从而形成回流区以保证稳定燃烧，如图2所示；

火焰筒头部旋流器按进气方式不同，有径向式、轴向式及斜切孔式等，按级数来分，有单级、双级、三级及三级以上旋流器，常用旋流器组合方式有双级轴向、双级径向以及一级斜切孔二级径向等，在工程应用上，双级旋流器一般固定在火焰筒头部，为方便燃油喷嘴的安装，通常将一级旋流器设计成可径向活动，如图3所示，通过装入燃油喷嘴(通过喷嘴安装座固定在燃烧室机匣上)进行固定。

综上，现有双油路燃油喷嘴技术的主要缺点：1)主油路低油压时雾化能力较差；2)高空条件下供油压力降低时燃油雾化变差；现有旋流器技术的主要缺点：1)工程实践时，多级旋流器容易出现不同心现象；2)更换旋流器时需要分解整个燃烧室。

因此，亟需设计一种多级旋流的燃油喷嘴，解决低污染燃烧设计中对双油路燃油喷嘴供油范围、雾化质量要求较苛刻的问题，提高发动机的点火高度以及解决高空条件下供油压力降低时燃油雾化变差的问题，为提高燃烧效率和降低污染物排放提供保障；同时，解决双油路燃油喷射装置主油路在低油压时雾化差的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多级旋流的燃油喷嘴，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：

一种多级旋流的燃油喷嘴，包括喷嘴体，所述喷嘴体与外部安装座螺钉连接，所述喷嘴体的外部两侧通过燃烧室机匣壁与火焰筒壁形成供空气进入的二股通道，所述喷嘴体的外部装配有隔热套一，所述隔热套一的外部焊接有隔热套二，所述喷嘴体的上端装配有旋流罩，所述喷嘴体的上端且位于旋流罩的内部螺纹连接有喷口组件，所述喷嘴体的一侧装配有进气罩，所述进气罩与喷嘴体之间设置有隔板和弹簧，所述隔板底面同弹簧上端连接；

所述旋流罩上耦合有涡流片二，所述隔热套一上耦合有涡流片一。

作为本发明再进一步的方案：所述进气罩上开设有进气孔四，所述进气孔四位于隔板的正上方，所述进气孔四通过进气孔一与喷嘴体的主油路连通。

作为本发明再进一步的方案：所述隔热套一与隔热套二之间形成空间结构，所述隔热套一的两侧开设有进气孔二，所述隔热套二的两侧开设有进气孔三。

作为本发明再进一步的方案：所述喷口组件的顶部开设有主喷口和副喷口，所述主喷口与喷嘴体的主油路连通，所述副喷口与喷嘴体的副油路连通。

作为本发明再进一步的方案：所述喷嘴体的主油路与进气罩之间开设有通油孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明设计了多级旋流的燃油喷嘴，该燃油喷嘴隔热套上设置了多级旋流装置，使得燃油喷嘴和多级旋流器之间的偏心现象得以控制，并且使得旋流器拆装更换更为便利；

2、本发明涉及到的油气预混结构，使得进入的空气与喷出的燃油快速混合，在低油压情况下，主油路容易形成更加均匀的油雾分布，不仅有利于避免喷油器外壳受到RQL燃烧过程中高温燃气的影响，同时有利于降低燃烧室的污染排放；

3、本发明中高压空气通过旋流罩叶片和各级隔热套叶片的流道进行旋流后进入火焰筒，可以提高燃烧效率，降低污染物排放；

4、本发明将旋流器结构与燃油喷嘴一体化，旋流器的拆装非常便捷，旋流器与燃油喷嘴装配时采用小间隙配合，二者之间的偏心现象便得以降低，有利于改善燃油雾化性能，提高燃烧室的燃烧效率，同时可使燃油喷嘴更适应中小型航空发动机结构精简、体积小的特点；

5、本发明中将燃油和空气先在喷嘴体的油气预混腔进行预混再通过喷口组件旋流喷出，油气充分预混后形成再旋流形成的油雾能充分燃烧，在主油路刚开启时，提高主油路低油压情况时的雾化性能，降低污染物排放，满足低污染排放要求，燃料可以是燃油也可以是燃气；

6、主油路良好的低油压雾化性能同时可避免高空条件下，供油压力降低时燃油雾化变差的现象，保证发动机燃烧室在不同工况下的正常工作及高效的燃烧效率。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为现有技术双油路压力雾化喷嘴类型的结构示意图。

图2为现有技术中旋流器产生的回流区示意图。

图3为现有技术中双级旋流器和喷嘴安装示意图。

图4为本发明中多级旋流的燃油喷嘴的结构示意图。

图5为本发明中多级旋流的燃油喷嘴原理图。

图6为本发明中喷嘴体的结构示意图一。

图7为本发明中喷嘴体的结构示意图二。

图8为本发明中多级旋流的原理图。

图中：1、喷嘴体；101、进气孔一；102、通油孔；103、主油路；104、副油路；2、隔热套一；201、涡流片一；202、进气孔二；3、隔热套二；301、进气孔三；4、旋流罩；401、涡流片二；5、喷口组件；501、主喷口；502、副喷口；6、进气罩；601、进气孔四；7、隔板；8、弹簧；9、燃烧室机匣壁；10、火焰筒壁。

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。

参阅图4-8，本发明实施例中，一种多级旋流的燃油喷嘴，包括喷嘴体1，所述喷嘴体1与外部安装座螺钉连接，所述喷嘴体1的外部两侧通过燃烧室机匣壁9与火焰筒壁10形成供空气进入的二股通道，所述喷嘴体1的外部装配有隔热套一2，所述隔热套一2的外部焊接有隔热套二3，所述喷嘴体1的上端装配有旋流罩4，所述喷嘴体1的上端且位于旋流罩4的内部螺纹连接有喷口组件5，所述喷嘴体1的一侧装配有进气罩6，所述进气罩6与喷嘴体1之间设置有隔板7和弹簧8，所述隔板7底面同弹簧8上端连接，通过隔板7和弹簧8的作用，实现隔板7对进气罩6表面进气孔四601的启闭，对所述旋流罩4上耦合有涡流片二401，所述隔热套一2上耦合有涡流片一201，通过涡流片一201和涡流片二401形成多级旋流。

所述进气罩6上开设有进气孔四601，所述进气孔四601位于隔板7的正上方，所述进气孔四601通过进气孔一101与喷嘴体1的主油路103连通。

所述隔热套一2与隔热套二3之间形成空间结构，所述隔热套一2的两侧开设有进气孔二202，所述隔热套二3的两侧开设有进气孔三301。

所述喷口组件5的顶部开设有主喷口501和副喷口502，所述主喷口501与喷嘴体1的主油路103连通，所述副喷口502与喷嘴体1的副油路104连通。

所述喷嘴体1的主油路103与进气罩6之间开设有通油孔102。

燃油喷嘴未工作时，弹簧8将隔板7贴合至进气罩6上的进气孔四601处，当燃烧室机匣壁9与火焰筒壁10之间的二股通道进入高压空气时，高压空气通过隔热套二3上的进气孔三301进入隔热套一2和隔热套二3形成的内腔，一部分高压气体通过隔热套一2上的进气孔二202进入隔热套一2的内腔，此时气体压力高于喷嘴体1上的主油路103内的压力，继而高压气体分别通过旋流罩4上的涡流片二401进行一级旋流后进入火焰筒内和通过进气罩6上的进气孔四601推动隔板7压缩弹簧8然后从喷嘴体1上的进气孔一101进入喷嘴体1上主油路103的油气预混腔，并通过喷口组件5上的主喷口501旋流进入火焰筒内；另一部分高压气体通过隔热套一2上的涡流片一201进行二级旋流后进入火焰筒内，同时，喷嘴体1上的副油路104开始供低压油，燃油通过喷口组件5上的副喷口502进行旋流雾化喷出，完成点火；

当点火完成后，喷嘴体1上的副油路104的油压保持不变，开启喷嘴体1上的主油路103供油，在低油压状态时，由于主油路103内燃油压力小于空气压力，弹簧8处于压缩状态，燃油一部分通过喷嘴体1上的通油孔102进入弹簧8所在腔内，另一部分进入喷嘴体1上的油气预混腔，同时高压空气通过喷嘴体1上的进气孔一101进入喷嘴体1上主油路103的油气预混腔，高压空气和燃油将在油气预混腔内进行初步的旋流预混；之后油气混合物将通过喷口组件5上的主喷口501旋流后喷入火焰筒内；

当完成低油压工作状态后，需进入高油压工作状态时，喷嘴体1上的主油路103油压增加，通过喷嘴体1上的通油孔102进入弹簧8所在腔内的燃油压力大于空气压力，弹簧8将回弹，隔板7贴合至进气罩6上的进气孔四601处，再通过喷口组件5上的主喷口501旋流后喷入火焰筒内；

当地面工作状态进入高空工作状态时，喷嘴体1上的主油路103油压下降，随着油压的下降，弹簧8将逐渐被压缩，当油压低于气压时，高压空气从喷嘴体1上的进气孔一101进入喷嘴体1上主油路103的油气预混腔，高压空气和燃油将在油气预混腔内进行初步的旋流预混；之后油气混合物将通过喷口组件5上的主喷口501旋流后喷入火焰筒内；

当工作结束，喷嘴体1上的主油路103和喷嘴体1上的副油路104停止供油后，火焰筒内气体压力一直小于等于二股通道空气压力，随着工作结束，二股通道内空气压力下降，弹簧8将回弹，重新将隔板7贴合至进气罩6上的进气孔四601处，部分油气混合物将通过喷嘴体1上的通油孔102进入弹簧8所在腔内。

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 (3)

1.一种多级旋流的燃油喷嘴，包括喷嘴体（1），所述喷嘴体（1）与外部安装座螺钉连接，所述喷嘴体（1）的外部两侧通过燃烧室机匣壁（9）与火焰筒壁（10）形成供空气进入的二股通道，其特征在于，所述喷嘴体（1）的外部装配有隔热套一（2），所述隔热套一（2）的外部焊接有隔热套二（3），所述喷嘴体（1）的上端装配有旋流罩（4），所述喷嘴体（1）的上端且位于旋流罩（4）的内部螺纹连接有喷口组件（5），所述喷嘴体（1）的一侧装配有进气罩（6），所述进气罩（6）与喷嘴体（1）之间设置有隔板（7）和弹簧（8），所述隔板（7）底面同弹簧（8）上端连接；

所述旋流罩（4）上耦合有涡流片二（401），所述隔热套一（2）上耦合有涡流片一（201）;

所述进气罩（6）上开设有进气孔四（601），所述进气孔四（601）位于隔板（7）的正上方，所述进气孔四（601）通过进气孔一（101）与喷嘴体（1）的主油路（103）连通;

所述隔热套一（2）与隔热套二（3）之间形成空间结构，所述隔热套一（2）的两侧开设有进气孔二（202），所述隔热套二（3）的两侧开设有进气孔三（301）。

2.根据权利要求1所述的一种多级旋流的燃油喷嘴，其特征在于，所述喷口组件（5）的顶部开设有主喷口（501）和副喷口（502），所述主喷口（501）与喷嘴体（1）的主油路（103）连通，所述副喷口（502）与喷嘴体（1）的副油路（104）连通。

3.根据权利要求2所述的一种多级旋流的燃油喷嘴，其特征在于，所述喷嘴体（1）的主油路（103）与进气罩（6）之间开设有通油孔（102）。

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