CN114542347A - 一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴 - Google Patents

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张群
吴智迪
周子豪
杨卓蒙
范颖静
夏怡真
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Abstract

本发明提供一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴，涉及航空发动机燃烧室领域，该喷嘴由燃油总管，支架，弹簧，喷头以及外部壳体组成，分为中心油路和外部空气通路两部分，定量的空气通过外部空气通路引入喷嘴，继而从喷头与外部壳体之间的通道旋流而出，并与燃油进行一次掺混，弹簧安装在中心油路部分的燃油总管上，位于支架和喷头之间，一部分燃油经燃油总管从喷头前部喷管喷出，另一部分燃油从喷头侧面的泄油孔流出，本发明中由于弹簧的作用，引气流量的大小可以控制该喷头侧面泄油孔的开合面积，进而控制燃油流量，在获得较好雾化效果的基础上，还可以保证定量的油气比，有利于提高燃烧室工作的稳定性，扩大燃气轮机的工作范围，并提高燃烧效率。

Description

一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴
技术领域
本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴。
背景技术
航空发动机是现代飞机的心脏，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。航空发动机的燃烧室的作用是将化学能(燃油加空气)转化为燃烧产物和剩余的未燃空气的热能，为涡轮提供均匀混合的热气，发动机的燃烧室可以说是“心脏”中的“心脏”。
液态燃油必须被输送到燃烧室，在燃烧之前与空气进行充分掺混。对于液态燃油来说，常见的供油方法是通过燃油喷嘴实现的，特别是在点火的时候，要尽量确保燃烧室内部有稳定的温度场分布。一个理想的喷嘴应该满足在宽广的燃油流量范围内，都能提供很好的雾化效果，并且不受流量不稳定性影响。
在某些特定用途的发动机中，需要保证点火和燃烧的稳定性，油气比是衡量该稳定性的一个重要参数。因此，保证油气比在一定范围内，使得发动机高效工作使未来发动机研究的一个重要研究方向。
作为燃油射流破碎和雾化的上游边界，喷嘴内燃油流动特性对其雾化具有极大的影响，合理设计喷嘴内部结构，可以有效的控制现代燃气轮机雾化过程和组织燃烧，也是最直接、最有利的途径去改善燃料射流破碎和雾化。在燃烧室的不同工况下，喷嘴能够使燃油液柱发生破碎，缩短燃油喷射距离，提高燃油雾化效果，改善燃烧室内燃油空气掺混水平，对于实现能源的高效清洁利用有着重要影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴，与现有的技术相比，本方案的优点利用弹簧的弹性特点，使内部油路的机械结构可以进行一定的轴向运动，从而控制油气比在一定的范围内，提高燃烧室内的点火可行性和燃烧室工作的稳定性，进一步扩大燃气轮机的工作范围，提高燃烧效率。
技术方案
本发明的目的在于提供一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴。
本发明技术方案如下：
一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴，包括：燃油总管，支架，弹簧，喷头以及外部壳体，其特征在于：外部壳体(4)由支架(2)固定在燃油总管(1)上，弹簧(5)安装在在燃油喷头(3)和支架(2)之间并与两者连接，喷头和燃油总管组成的结构可以在引气的作用下进行轴向活动，该活动的程度由弹簧(5)限制。
根据权利要求1所述的一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴，其特征在于：喷头(3)的外缘以30°角为间隔阵列12个泄油孔(6)，喷头(3)外壁面与外部壳体上的凸台(7)壁面间距为0.1～1mm,通道出口的角度为30～50°。
根据权利要求1所述的一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴，其特征在于：外部空气通路中的引气来源于发动机的进气，并且引气流量随着进气流量的变化而变化，并保证作用在喷头(2)后部壁面上的压力不超过弹簧(5)的弹性限度。
根据权利要求1所述的一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴，其特征在于：固定外部壳体的支架(2)，以120°角为间隔沿着燃油总管周向分布，弹簧通过卡槽将支架(2)和喷头(3)连接起来。
根据权利要求1所述的一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴，其特征在于：所设计的喷管收敛半角为45°，壁厚1～5mm，内部燃油总管(1)和外部壳体(4)的圆心位于同一轴线上。
本发明具有以下有益效果：
(1)本喷嘴采用可伸缩的弹簧内部油路机械结构，可以根据发动机的进气流量控制发动机的供油量，保证油气比保持在一个固定的值或范围内，从而清洁发动机的尾气中污染物，并提高发动机的燃烧效率。(2)在引气流经外部空气通路部分中成一定角度的气流通道时，壁面上的凸台对气流施加了一个作用力，使气流速度具有一定的切向分量，有利于燃油的破碎雾化，可以加强燃油的雾化效果。
附图说明
图1：一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴的整体示意图
图2：一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴的截面视图
图3：一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴的右视图
图4：一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴的主视图
图中：1-燃油总管，2-支架，3-喷头，4-外部壳体，5-弹簧，6-泄油孔，7-凸台
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述：
结合图1、图2、图3以及图4，本发明提供一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴的技术方案。图1为一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴的整体示意图，图2为本发明的一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴的截面视图，图3为一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴的右视图，图4为一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴的主视图。
在中心油路部分，燃油通过燃油总管(1)进入燃油总管前方喷头(3)的油腔内，一部分燃油通过喷头头部的圆形出口进入前方的空腔；另一部分燃油通过侧面的泄油孔(6)进入前方的空腔，该处燃油量可以由泄油孔的开合有效面积控制。在外部空气通路部分，从发动机内部引入一股气流，其流量与发动机进气量成比例。喷头(3)与弹簧(5)相连并由支架(2)固定在燃油总管(1)的某个位置上，引气对喷头(3)后部的壁面产生一个向前的作用力，从而使弹簧(5)和喷头(3)组成的机械结构产生一定的轴向位移。由于外部壳体(4)内壁面上的凸台(7)和泄油孔(6)在初始位置完全重合，作用力产生的位移越大，则泄油孔(6)的开合有效面积也越大，因此总的燃油流量也越大，即随着发动机的进气流量增大，燃油供给量也越大，使得发动机的油气比保持一定的值或者某个高效工作的范围内。引入的空气继而通过凸台(7)和喷头(3)之间的倾斜通道，附加上一个切向作用力，使流入的空气和前方空腔内的燃油剪切破碎，可提升该燃油喷嘴的雾化效果，有利于提高发动机的燃烧效率和扩大发动机的工作范围。

Claims (5)

1.一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴，包括：燃油总管，支架，弹簧，喷头以及外部壳体，其特征在于：外部壳体(4)由支架(2)固定在燃油总管(1)上，弹簧(5)安装在在燃油喷头(3)和支架(2)之间并与两者连接，喷头和燃油总管组成的结构可以在外部空气通路中的引气的作用下进行轴向活动，该活动的程度由弹簧(5)限制。
2.根据权利要求1所述的一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴，其特征在于：喷头(3)的外缘以30°角为间隔阵列12个泄油孔(6)，喷头(3)外壁面与外部壳体上的凸台(7)壁面间距为0.1～1mm，通道出口的角度为30～50°。
3.根据权利要求1所述的一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴，其特征在于：外部空气通路中的引气来源于发动机的进气，引气量随着发动机的进气流量的变化而变化，并保证作用在喷头(2)后部壁面上的压力不超过弹簧(5)的弹性限度。
4.根据权利要求1所述的一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴，其特征在于：固定外部壳体的支架(2)，以120°角为间隔沿着燃油总管周向分布，弹簧通过卡槽将支架(2)和喷头(3)连接起来。
5.根据权利要求1所述的一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴，其特征在于：所设计的喷管收敛半角为45°，壁厚1～5mm，内部燃油总管(1)和外部壳体(4)的圆心位于同一轴线上。
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