CN114992632A - 一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴，包括可更换波瓣混合器、可更换喷嘴出口、可更换旋流件、可更换中间连接杆、焊接直通、球头以及整流器，所述可更换波瓣混合器与所述可更换喷嘴出口通过法兰连接，所述可更换喷嘴出口与所述焊接直通采用焊接，所述可更换旋流件与所述可更换中间连接杆及整流器通过螺纹连接且置与喷嘴流道内。本发明可以解决传统燃油喷嘴结构固定，无法独立研究喷嘴某一部分结构参数改变对燃油喷射掺混的影响；本发明设计的可更换波瓣混合器、可更换旋流件、可更换中间连接杆分别以不同方式改变喷嘴雾化效果，可更换喷嘴出口可以使喷嘴在压力雾化与气动雾化模式之间切换。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，具体为一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴。
背景技术
燃油喷嘴是航空发动机燃烧室的关键部件之一，燃油喷嘴的性能直接影响到航空发动机的燃烧效率、运行稳定性以及出口温度分布等重要性能参数。球头管路凭借其可重复使用特性以及在高温高压条件下的可靠性已经被广泛应用于航空发动机的制造与实验中。
目前航空发动机主要使用的喷嘴为压力雾化喷嘴和气动雾化喷嘴，其中压力雾化喷嘴结构简单、技术成熟且可靠性高，应用范围更为广泛，而气动雾化喷嘴在燃气轮机和航空发动中也有应用。随着航空发动机压比的提高，现有燃烧室进口空气温度超过900K，而高温空气来流不利于航空发动机的稳定运行，现有解决思路为利用燃油与空气换热，降低来流空气温度。在此过程中，燃油迅速升温，很有可能达到超临界态，此状态下燃油的物性会发生明显改变使其喷射掺混规律不同于常规状态，因此需要详细研究喷嘴内部结构改变对超临界航空煤油物化掺混特性的影响。
喷嘴出口形状、近喷嘴处结构、喷嘴旋流数等均对燃油雾化蒸发有显著的影响。然而，传统燃油喷嘴采用一体化设计制造方法，喷嘴结构固定，无法使用单个喷嘴研究某一喷嘴结构参数的改变对于燃油雾化掺混的影响。现有解决方案是针对某一结构，制作数个仅该结构不同的喷嘴用于实验研究，这样不仅需要频繁拆卸喷嘴增加实验时间成本还增加了实验研究的经济成本。
因此，需要设计一种便于拆卸和更换的燃油喷嘴，以便于针对喷嘴结构参数对超临界航空煤油雾化蒸发的影响进行解耦研究，寻找单一结构改变对其雾化掺混的影响规律。
发明内容
要解决的技术问题
针对由于航空发动机喷嘴整体结构固定无法使用单个喷嘴研究某一喷嘴结构参数的改变对于燃油雾化掺混的影响这一问题，本发明设计了一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴。
本发明的技术方案为：
1、结构包括可更换波瓣混合器(1)、可更换喷嘴出口(2)、可更换旋流件(3)、可更换中间连接杆(4)、焊接直通(5)、球头(6)、整流器(7)等，所述可更换波瓣混合器(1)与所述可更换喷嘴出口(2)连接，更换所述可更换波瓣混合器(1)可以获得不同程度的强化掺混效果，所述可更换喷嘴出口(2)同时设计了压力雾化喷嘴和同轴气动雾化喷嘴两种类型以适应不同的实际需求，所述可更换喷嘴出口(2)与所述焊接直通(5)连接，所述焊接直通(5)与所述球头(6)通过外套螺母(8)连接，所述可更换旋流件(3)与所述可更换中间连接杆(4)连接，通过更换所述可更换旋流件(3)及更换所述可更换中间连接杆(4)均可调整喷嘴内部结构以产生不同的旋流强度，所述整流器(7)与所述可更换中间连接杆(4)连接，可更换喷嘴出口(2)与焊接直通(5)及球头(6)构成燃油喷嘴主体，球头(6)上游部分与实际燃油供应管道连接。
2、所述可更换波瓣混合器(1)与所述可更换喷嘴出口(2)同轴布置且通过法兰连接，密封方式同时采用端面密封与垫片密封；若燃油喷嘴运行工况恶劣导致垫片烧蚀，亦可通过拆卸所述可更换波瓣混合器(1)对燃油喷嘴进行维护。
3、所述可更换喷嘴出口(2)与所述焊接直通(规格为DN32)(5)同轴布置且采用焊接。
4、所述焊接直通(5)与所述球头(规格为DN32)(6)同轴布置且通过外套螺母(8)连接。
5、所述可更换旋流件(3)与所述可更换中间连接杆(4)同轴布置且通过螺纹连接。
6、所述整流器(7)与所述可更换中间连接杆(4)同轴布置且通过螺纹连接。
7、所述可更换波瓣混合器(1)作为燃油出口控制燃油喷嘴出口截面积，因此更换所述可更换波瓣混合器(1)也可改变燃油喷嘴流量-压力特性以适应不同工作负荷。
8、所述可更换中间连接杆(4)设计长度为50mm、40mm、25mm，以此可以调节所述可更换旋流件(3)在流道内的位置。
9、所述整流器(7)置于来流管道内，整流器上沿周向均布6个直径8mm圆孔作为流道。
有益效果
(1)针对传统燃油喷嘴结构固定，无法对局部进行更换的缺点，本发明将燃油喷嘴划分为多个单元部件，每个单元部件均可拆卸更换，当某个部件损坏或需要调整喷嘴参数时不需要拆卸更换整个喷嘴，大大减少了实际使用和试验研究过程中的时间成本和经济成本。
(2)通过大量对波瓣混合器增混效果的实验研究，设计了多种增混效果明显的可更换波瓣混合器(1)以应对使用者对掺混效果的需求；同时设计了叶片角度从20°至75°的可更换旋流件(3)使旋流喷嘴具有不同旋流数(旋流数0.275-2.82的广泛区间)以提供不同程度的旋流效果。
(3)可更换喷嘴出口(2)包括压力雾化喷嘴出口与气动雾化喷嘴出口两个基本组件，通过改变喷嘴雾化方式使喷嘴具有更广泛的使用空间。
(4)可更换中间连接杆(4)长度分别为50mm、40mm和25mm，通过选用不同长度的中间连接杆可以改变可更换旋流件(3)的位置，通过改变流经旋流件的燃油周向速度损失的大小改变喷嘴旋流强度的大小。
(5)喷嘴尾部含有整流器，加强喷嘴流道内燃油流动的均匀性，保证喷嘴在来流工况不稳定的条件下具有可靠的雾化能力。
附图说明
图1：一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴结构示意图；
图2：一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴剖视图；
图3：可更换波瓣混合器组件结构图；
图4：可更换喷嘴出口组件结剖视图；
图5：可更换旋流件组件结构图；
图6：可更换中间连接杆组件结构图；
图7：整流器结构图；
图中，可更换波瓣混合器(1)、可更换喷嘴出口(2)、可更换旋流件(3)、可更换中间连接杆(4)、DN32焊接直通(5)、DN32球头(6)、整流器(7)、外套螺母(8)、紫铜垫片(9)。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。本发明中可更换波瓣混合器(1)、可更换燃油喷嘴出口(2)、可更换旋流件(3)和可更换中间连接杆(4)有众多构型可以设计选择，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明中可更换波瓣混合器(1)、可更换燃油喷嘴出口(2)、可更换旋流件(3)和可更换中间连接杆(4)的结构不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例如图1-7所示，本发明提出一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴，图2为本发明的剖视图，包括可更换波瓣混合器(1)、可更换喷嘴出口(2)、可更换旋流件(3)、可更换中间连接杆(4)、DN32焊接直通(5)、DN32球头(6)、整流器(7)等，可更换波瓣混合器(1)与可更换喷嘴出口(2)通过法兰连接(图示为压力雾化喷嘴组件，所示螺纹规格M6*1)，可更换喷嘴出口(2)与DN32焊接直通(5)采用焊接，DN32焊接直通(5)与DN32球头(6)通过外套螺母(8)连接(螺纹规格M52*2)，可更换旋流件(3)、可更换中间连接杆(4)及整流器(7)通过螺纹连接(螺纹规格M6*1)，可更换喷嘴出口(2)与DN32焊接直通(5)及DN32球头(6)构成燃油喷嘴主体，DN32球头(6)上游部分与实际燃油供应管道连接，具体连接方式可由实际情况决定。
图3为本发明中可更换波瓣混合器组件结构图，通过大量对波瓣混合器增混效果的实验研究，本发明设计了图3所示的四种构型的波瓣混合器，分别为矩形波瓣混合器(A)、方形花瓣波瓣混合器(B)、内花瓣波瓣混合器(C)以及圆形花瓣波瓣混合器(D)。不同波瓣构型均可产生较大的径向压力梯度以此诱导形成大尺度的涡结构进而强化油气掺混。
图4为本发明中可更换喷嘴出口组件结构图，左侧为压力雾化喷嘴结构，右侧为旋流空气雾化喷嘴结构。由于波瓣混合器常与压力雾化喷嘴配合使用，因此在压力雾化喷嘴上设置螺纹孔与波瓣混合器连接；气动雾化喷嘴组件采用同轴喷射构型，预留四根外径15mm的气体管路作为气体来流入口。
图5为本发明中可更换旋流件组件结构图，旋流组件叶片角度分别为20°、30°、40°、45°、60°、75°，旋流数范围在0.275-2.82之间，包含了弱旋流(旋流数<0.3)到极强旋流(旋流数>2)的广泛区间。
图6为可更换中间连接杆组件结构图，连接杆长度为50mm、40mm和25mm。
图7为本发明中整流器结构，中间连接体尾部整流器上沿周向均布6个直径8mm圆孔作为流道。
工作过程
燃油首先通过整流器整流，在流道横截面上拥有均匀的速度及质量流量分布后进入喷嘴，喷嘴流道总长121.5mm(包括球头内长度)提供足够流动距离使整流器更好发挥作用。对于采用压力雾化喷嘴组件的构型，整流后的燃油经过旋流组件获得一定周向速度后继续向下游运动，喷嘴出口前流道收缩，燃油在渐缩流道内加速进入喷嘴出口小孔，从喷嘴出口射出后在波瓣混合器的作用下加速与环境空气掺混。对于采用气动雾化喷嘴组件的构型，整流后的燃油在渐缩流道内加速进入喷嘴出口小孔，同时气流从气路进入喷嘴环腔，在渐缩流道内加速随后改变流动方向与燃油同轴喷出，通过气动雾化原理加快燃油雾化。
Claims (9)
1.一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴其特征在于：结构包括可更换波瓣混合器(1)，可更换喷嘴出口(2)，可更换旋流件(3)，可更换中间连接杆(4)，焊接直通(5)，球头(6)，整流器(7)等，所述可更换波瓣混合器(1)与所述可更换喷嘴出口(2)连接，更换所述可更换波瓣混合器(1)能够获得不同程度的强化掺混效果，所述可更换喷嘴出口(2)同时设计了压力雾化喷嘴和同轴气动雾化喷嘴两种类型以适应不同的实际需求，所述可更换喷嘴出口(2)与所述焊接直通(5)连接，所述焊接直通(5)与所述球头(6)通过外套螺母(8)连接，所述可更换旋流件(3)与所述可更换中间连接杆(4)连接，通过更换所述可更换旋流件(3)及更换所述可更换中间连接杆(4)均可调整喷嘴内部结构以产生不同的旋流强度，所述整流器(7)与所述可更换中间连接杆(4)连接，可更换喷嘴出口(2)与焊接直通(5)及球头(6)构成燃油喷嘴主体，球头(6)上游部分与实际燃油供应管道连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴其特征在于：所述可更换波瓣混合器(1)与所述可更换喷嘴出口(2)同轴布置且通过法兰连接，密封方式同时采用端面密封与垫片密封；若燃油喷嘴运行工况恶劣导致垫片烧蚀，亦可通过拆卸所述可更换波瓣混合器(1)对燃油喷嘴进行维护。
3.根据权利要求1所述的一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴其特征在于：所述可更换喷嘴出口(2)与所述焊接直通(规格为DN32)(5)同轴布置且采用焊接。
4.根据权利要求1所述的一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴其特征在于：所述焊接直通(5)与所述球头(规格为DN32)(6)同轴布置且通过外套螺母(8)连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴其特征在于：所述可更换旋流件(3)与所述可更换中间连接杆(4)同轴布置且通过螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴其特征在于：所述整流器(7)与所述可更换中间连接杆(4)同轴布置且通过螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴其特征在于：所述可更换波瓣混合器(1)作为燃油出口控制燃油喷嘴出口截面积，因此更换所述可更换波瓣混合器(1)也可改变燃油喷嘴流量-压力特性以适应不同工作负荷。
8.根据权利要求1所述的一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴其特征在于：所述可更换中间连接杆(4)设计长度为50mm、40mm、25mm，以此可以调节所述可更换旋流件(3)在流道内的位置。
9.根据权利要求1所述的一种基于球头管路的可拆装多功能燃油喷嘴其特征在于：所述整流器(7)置于来流管道内，整流器上沿周向均布6个直径8mm圆孔作为流道。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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