CN115289500B - 一种航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构，包括喷嘴体、喷嘴管、喷嘴座，帽罩，其中：喷嘴体内部沿轴向开设有燃油通道，后部为安装边；喷嘴管的前端设有矩形槽喷口；喷嘴座的内部后端开设有一个圆形容腔，喷嘴座上开设有一对安装孔，用于安装喷嘴管；喷嘴座的后端插入到喷嘴体上并进行固定，并与喷嘴体同轴布置；帽罩为壳体结构，帽罩位于喷嘴座、喷嘴管以及喷嘴体的圆柱体外部，帽罩的后端固定在喷嘴体的安装边上；帽罩的侧壁上开设有多个进气孔，进气孔与所述的环形腔连通；在帽罩的前端面上沿径向加工有矩形的喷口槽，且矩形槽喷口位于所述喷口槽的内部；所述喷口槽的侧壁上对称加工有与所述环形腔连通的矩形的通气口。

Description

一种航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构

技术领域

本发明属于机械结构技术领域，涉及喷嘴结构，特别涉及一种航空用低油压气动雾化扇形燃油喷嘴结构。

背景技术

航空用喷嘴是航空发动机燃烧室的重要组件，其功能是使一定压力的液态燃油通过喷嘴后转化为锥形喷雾。在航空发动机主燃烧室上，需要一种联焰喷嘴，其供油压力较低，流量较小，因空间结构限制，尺寸较小，其燃油喷雾横向需具有足够大的角度，可实现远距离火焰连接，纵向需具有足够小的角度，避免喷雾附着在壁面上，造成壁面积碳烧蚀。常见的航空发动机用喷嘴主要分为气动雾化喷嘴和压力雾化喷嘴，气动雾化喷嘴一般由离心喷嘴配合旋流器使用，结构较大，且为圆锥形油雾，无法满足要求；扇形喷嘴结构小，可实现椭圆锥形喷雾，但需供油压力较大，结构见图3，其中5为喷嘴体、6为燃油通道、7为喷口。一定压力的燃油从喷嘴体5供入，沿燃油通道6流向喷口7，喷口有V形、U形、矩形等结构，燃油从喷口处喷出，在较大的供油压力作用下，形成扇形的喷雾。

在传统的航空用喷嘴结构中存在的主要问题是在小供油压力、小流量、椭圆锥形喷雾领域，无合适的喷嘴结构。越小，雾化颗粒度越大，雾化质量越差。当流量要求小时，供油压力较小，雾化质量无法满足使用需求；同时喷口尺寸较小，喷嘴工作环境温度高，非工作状态喷口处余油极易积碳，造成喷口堵塞，从而影响喷雾流量、锥角等各项性能，无法满足主燃烧室联焰及加力燃烧室燃烧需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构，用于解决扇形喷嘴小供油压力下雾化质量差、喷口易堵塞的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构，包括喷嘴体、喷嘴管、喷嘴座，帽罩，其中：

喷嘴体为圆柱体，圆柱体内部沿轴向开设有燃油通道；帽罩套装在喷嘴体的外部，帽罩内壁与喷嘴体之间形成环形腔，用作气流通道；圆柱体后部为安装边；

喷嘴管为两段直管与一段弯管构成的U形圆管结构，喷嘴管安装于喷嘴座上，喷嘴管的两段直管插入喷嘴座的内部，与喷嘴座内的圆形容腔连接；喷嘴管的弯管外侧开设有矩形槽喷口；

喷嘴座的内部后端开设有一个圆形容腔，喷嘴座上开设有一对安装孔，用于穿过所述喷嘴管的两段直管；喷嘴座的后端插入到喷嘴体上的圆柱体内部并进行固定，并与喷嘴体同轴布置；

帽罩为壳体结构，帽罩位于喷嘴座、喷嘴管以及喷嘴体的圆柱体外部，帽罩的后端固定在喷嘴体的安装边上；帽罩的侧壁上开设有多个进气孔，进气孔与所述的环形腔连通；在帽罩的前端面上沿径向加工有矩形的喷口槽，且矩形槽喷口位于所述喷口槽的内部；所述喷口槽的侧壁上对称加工有与所述环形腔连通的矩形的通气口。

进一步地，燃油从喷嘴体的燃油通道流入喷嘴座的圆形容腔内，沿喷嘴管的两段直管流入，从喷嘴管的矩形槽喷口中喷出，形成一层扇形液膜；空气从帽罩的进气孔流入，流经帽罩和喷嘴体的环形腔流入通气口，最终从喷口槽的侧壁上流出，沿垂直方向吹向扇形油膜，用于气动雾化，形成高质量喷雾，在非工作状态形成冷却气膜，保护喷口。

进一步地，喷嘴体的燃油流道中设置有油滤；利用螺栓将安装边与发动机燃烧室基体、燃油管路密封连接，从而对喷嘴体进行安装固定。

进一步地，两段直管的轴向平行于所述燃油通道，所述矩形槽喷口位于所述燃油通道的轴线上。

进一步地，矩形槽喷口加工后焊接帽罩前，可通过喷嘴流量试验和雾化质量试验，调试矩形槽喷口。

进一步地，所述圆形容腔的直径大于燃油通道的直径，圆形容腔与燃油通道同轴连通，并在连通部位设置锥形过渡段。

进一步地，喷口槽的开设方向与所述喷嘴管上的矩形槽喷口开设方向一致。

进一步地，通气口为L形结构，通气口的一段沿帽罩的径向布置并与喷口槽连通，通气口的另一段平行于帽罩的轴向布置且与所述帽罩内壁与喷嘴体之间的环形腔连通，通气口的两段之间为圆弧过渡。

进一步地，帽罩的前端内壁与喷嘴座的前端面之间为平面密封，通过着色检查保证密封性；帽罩的前端内壁与喷嘴管的弯管之间为圆弧面密封；喷嘴管和喷嘴座、喷嘴座和喷嘴体采用真空钎焊连接。

进一步地，帽罩、喷嘴座和喷嘴体均采用高温合金，所述高温合金材料包括GH3625；喷嘴管材料为1Cr18Ni9。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

本发明提供了一种低油压气动雾化扇形喷嘴结构，实现小供油压力下较高的雾化质量，降低喷嘴积碳和堵塞的概率，提高扇形喷嘴在高温工作环境的可靠性和稳定性。当主燃烧室需要小流量联焰喷嘴或加力燃烧室狭窄结构需要小流量喷嘴时，本发明提供的喷嘴结构可实现小供油压力下喷嘴极高的雾化质量和高温环境下较高的寿命，横向很大的角度和纵向很小的角度，满足燃烧效率，避免基体烧蚀，提高燃烧室工作可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的喷嘴结构轴向剖视示意图；

图2为本发明的喷嘴结构端部视图；

图3为背景技术中提到的现有气动雾化喷嘴的结构示意图。

图中标号说明：1喷嘴体，11安装边，12圆柱体，13燃油流道，14环形腔，2喷嘴管，21矩形槽喷口，22直管，23弯管，3喷嘴座，31圆形容腔，32安装孔，4帽罩，41进气孔，42喷口槽，43通气口。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明提供的一种低油压空气雾化扇形喷嘴结构，包括喷嘴体1、喷嘴管2、喷嘴座3，帽罩4，其中：

喷嘴体1为主体结构，喷嘴体1为圆柱体12，圆柱体12内部沿轴向开设有燃油通道13；帽罩4套装在喷嘴体1的外部，帽罩4内壁与喷嘴体1之间形成环形腔14，用作气流通道；喷嘴体1的圆柱体12后部为安装边11，利用螺栓将安装边11与发动机燃烧室基体、燃油管路密封连接，从而对喷嘴体1进行安装固定。喷嘴体1的燃油流道13中可增加油滤，避免因燃油中多余物造成喷口堵塞。

喷嘴管2为两段直管22与一段弯管23构成的U形圆管结构，喷嘴管2安装于喷嘴座3上，喷嘴管2的两段直管22插入喷嘴座3的内部，与喷嘴座3内的圆形容腔31连接；喷嘴管2的弯管23外侧开设有矩形槽喷口21；两段直管的轴向平行于所述燃油通道13，所述矩形槽喷口21位于所述燃油通道13的轴线上。本方案中，喷嘴管2采用小直径圆管作为油路载体，将燃油从单一流向改为对向流动，矩形槽喷口21处在对向燃油冲击下形成的油膜厚度更薄、更均匀，可保证小供油压力下扇形油膜的质量；同时小直径圆管解决了复杂通路小孔加工问题，降低工艺难度。矩形槽喷口21工难度小，尺寸精确度高，因主要靠空气雾化，喷口质量对雾化质量影响下降，降低了喷口加工难度，节省成本，可保证与帽罩槽有较高相对位置度要求，从而保证油雾角度。其中，矩形槽喷口21加工后，焊接帽罩4前，可通过喷嘴流量试验和雾化质量试验，调试矩形槽喷口21，从而保证雾化质量。

喷嘴座3的内部后端开设有一个圆形容腔31，用于调整燃油流动稳定性；喷嘴座3上开设有一对安装孔32，用于穿过所述喷嘴管2的两段直管22，并采用真空钎焊的方式对直管22进行固定，保证燃油流路密封性；喷嘴座3的前端外部为矩形体结构，与帽罩4的内壁形成密封；喷嘴座3的后端插入到喷嘴体1上的圆柱体12内部并进行固定，并与喷嘴体1同轴布置；所述圆形容腔31的直径大于燃油通道13的直径，圆形容腔13与燃油通道13同轴连通，并在连通部位设置锥形过渡段。

帽罩4为壳体结构，帽罩4位于喷嘴座3、喷嘴管2以及喷嘴体1的圆柱体12外部，帽罩4的后端通过螺纹或氩弧焊固定在喷嘴体1的安装边11上；氩弧焊连接时需具有一定压紧力状态下连接；螺纹连接可具备拆卸、替换功能，便于产品调试。帽罩4的侧壁上开设有多个进气孔41，进气孔41与所述的环形腔14连通；在帽罩4的前端面上沿径向加工有矩形的喷口槽42，喷口槽42的开设方向与所述喷嘴管2上的矩形槽喷口21开设方向一致，且矩形槽喷口21位于所述喷口槽42的内部；所述喷口槽42的侧壁上对称加工有与所述环形腔14连通的矩形的通气口43；将帽罩4的通气口43设计为矩形，矩形长度保证空气最大程度沿扇形面展开，获得足够大的喷雾锥角；矩形宽度限制一定的空气量，提高冷气利用率；矩形加工难度更低。其中，通气口43为L形结构，通气口43的一段沿帽罩4的径向布置并与喷口槽42连通，通气口43的另一段平行于帽罩4的轴向布置且与所述帽罩4内壁与喷嘴体1之间的环形腔14连通，通气口43的两段之间为圆弧过渡。帽罩4的前端内壁与喷嘴座3的前端面之间为平面密封，可通过着色检查保证密封性；帽罩4的前端内壁与喷嘴管2的弯管23之间为圆弧面密封。喷嘴管2和喷嘴座3、喷嘴座3和喷嘴体1采用真空钎焊连接，变形小，密封性好，加工简单，喷嘴管2位置度好，可更好保证扇形油膜角度。帽罩4、喷嘴座3和喷嘴体1均采用高温合金，可提高喷嘴高温工作环境中寿命。本实施例中，帽罩4、喷嘴座3和喷嘴体1材料为GH3625，喷嘴管2材料为1Cr18Ni9，市场均有成熟的材料。

利用帽罩4结构，引导具有一定动量的空气沿扇形油膜垂直方向冲击油膜，使油膜雾化为更小的液滴，提高雾化质量，保证燃烧效率，该结构可使扇形喷嘴应用范围扩大至很低的供油压力；同时保证喷雾的纵向角度足够小，防止燃油喷溅到壁面上，造成烧蚀。同时利用帽罩结构，在扇形喷嘴非工作状态，引导具有一定动量的空气在喷口外部形成一层稳定的冷却气膜，降低喷口温度，保护喷口不易积碳；流动冷气提高了帽罩和喷嘴体的冷却效率，可使扇形喷嘴应用范围扩大至环境温度较高的区域。

另外，可通过更换不同直径的喷嘴管2、设置不同宽度的矩形槽喷口21从而调节流量、扇形油膜的锥角；通过调整帽罩4上喷口槽42的宽度，调节扇形油膜的范围；通过调整帽罩4的通气口43的出口面积调节空气量。

本发明的工作过程如下：

燃油从喷嘴体1的燃油通道13流入喷嘴座3的圆形容腔31内，沿喷嘴管2的两段直管22流入，从喷嘴管2的矩形槽喷口21中喷出，形成一层扇形液膜；空气从帽罩3的进气孔41流入，流经帽罩4和喷嘴体1的环形腔14流入通气口43，最终从喷口槽42的侧壁上流出，沿垂直方向吹向扇形油膜，用于气动雾化，形成高质量喷雾，在非工作状态形成冷却气膜，保护喷口。

以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构，其特征在于，包括喷嘴体(1)、喷嘴管(2)、喷嘴座(3)，帽罩(4)，其中：

喷嘴体(1)为圆柱体(12)，圆柱体(12)内部沿轴向开设有燃油通道(13)；帽罩(4)套装在喷嘴体(1)的外部，帽罩(4)内壁与喷嘴体(1)之间形成环形腔(14)，用作气流通道；圆柱体(12)后部为安装边(11)；

喷嘴管(2)为两段直管(22)与一段弯管(23)构成的U形圆管结构，喷嘴管(2)安装于喷嘴座(3)上，喷嘴管(2)的两段直管(22)插入喷嘴座(3)的内部，与喷嘴座(3)内的圆形容腔(31)连接；喷嘴管(2)的弯管(23)外侧开设有矩形槽喷口(21)；

喷嘴座(3)的内部后端开设有一个圆形容腔(31)，喷嘴座(3)上开设有一对安装孔(32)，用于穿过所述喷嘴管(2)的两段直管(22)；喷嘴座(3)的后端插入到喷嘴体(1)上的圆柱体(12)内部并进行固定，并与喷嘴体(1)同轴布置；

帽罩(4)为壳体结构，帽罩(4)位于喷嘴座(3)、喷嘴管(2)以及喷嘴体(1)的圆柱体(12)外部，帽罩(4)的后端固定在喷嘴体(1)的安装边(11)上；帽罩(4)的侧壁上开设有多个进气孔(41)，进气孔(41)与所述的环形腔(14)连通；在帽罩(4)的前端面上沿径向加工有矩形的喷口槽(42)，且矩形槽喷口(21)位于所述喷口槽(42)的内部；所述喷口槽(42)的侧壁上对称加工有与所述环形腔(14)连通的矩形的通气口(43)。

2.根据权利要求1所述的航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构，其特征在于，燃油从喷嘴体(1)的燃油通道(13)流入喷嘴座(3)的圆形容腔(31)内，沿喷嘴管(2)的两段直管(22)流入，从喷嘴管(2)的矩形槽喷口(21)中喷出，形成一层扇形液膜；空气从帽罩(4)的进气孔(41)流入，流经帽罩(4)和喷嘴体(1)的环形腔(14)流入通气口(43)，最终从喷口槽(42)的侧壁上流出，沿垂直方向吹向扇形油膜，用于气动雾化，形成高质量喷雾，在非工作状态形成冷却气膜，保护喷口。

3.根据权利要求1所述的航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构，其特征在于，喷嘴体(1)的燃油流道(13)中设置有油滤；利用螺栓将安装边(11)与发动机燃烧室基体、燃油管路密封连接，从而对喷嘴体(1)进行安装固定。

4.根据权利要求1所述的航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构，其特征在于，两段直管(22)的轴向平行于所述燃油通道(13)，所述矩形槽喷口(21)位于所述燃油通道(13)的轴线上。

5.根据权利要求1所述的航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构，其特征在于，矩形槽喷口(21)加工后焊接帽罩(4)前，可通过喷嘴流量试验和雾化质量试验，调试矩形槽喷口(21)。

6.根据权利要求1所述的航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构，其特征在于，所述圆形容腔(31)的直径大于燃油通道(13)的直径，圆形容腔(31)与燃油通道(13)同轴连通，并在连通部位设置锥形过渡段。

7.根据权利要求1所述的航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构，其特征在于，喷口槽(42)的开设方向与所述喷嘴管(2)上的矩形槽喷口(21)开设方向一致。

8.根据权利要求1所述的航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构，其特征在于，通气口(43)为L形结构，通气口(43)的一段沿帽罩(4)的径向布置并与喷口槽(42)连通，通气口(43)的另一段平行于帽罩(4)的轴向布置且与所述帽罩(4)内壁与喷嘴体(1)之间的环形腔(14)连通，通气口(43)的两段之间为圆弧过渡。

9.根据权利要求1所述的航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构，其特征在于，帽罩(4)的前端内壁与喷嘴座(3)的前端面之间为平面密封，通过着色检查保证密封性；帽罩(4)的前端内壁与喷嘴管(2)的弯管(23)之间为圆弧面密封；喷嘴管(2)和喷嘴座(3)、喷嘴座(3)和喷嘴体(1)采用真空钎焊连接。

10.根据权利要求1所述的航空用低油压气动雾化扇形喷嘴结构，其特征在于，帽罩(4)、喷嘴座(3)和喷嘴体(1)均采用高温合金，所述高温合金材料包括GH3625；喷嘴管(2)材料为1Cr18Ni9。

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