CN115978589A - 一种带有空气隔层的燃油喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有空气隔层的燃油喷嘴，包括喷嘴壳体、设置于喷嘴壳体内的若干空气进气孔、燃油喷口，所述喷嘴壳体外固定设置空气隔层部，所述空气隔层部设置用于空气旋流的隔层腔体，所述空气进气孔与燃油喷口均与腔体连通，空气隔层部远离燃油喷口一端设置隔层出口，隔层出口内径大于燃油在隔层出口处喷雾面的半径。在燃油喷嘴喷口处增设了空气隔层用以降低高温燃气对喷嘴头部的传热影响，从而降低了喷嘴头部的燃油温度与壁面温度，增强了喷嘴的气动雾化性能和掺混性能，降低了燃油结焦的可能性，强化了喷嘴的热防护性能，最终提高了燃烧室的工作稳定性与安全性。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机燃烧室的燃油喷嘴热防护结构，具体是涉及一种带有空气隔层的燃油喷嘴。
背景技术
燃油喷嘴是航空发动机燃烧室关键部件之一。在正常的运行条件下，喷气燃料被燃气涡轮发动机的热部件加热。高温区域包括燃油喷嘴、燃油喷嘴支持组件和换热器。燃料也被用作所有现代飞机的主要热源。由于喷气燃料受到高温负荷的影响，它会承受热载荷，并使燃油恶化。这种恶化将导致飞机燃料系统的结焦积炭，尤其在喷嘴处。结焦一旦形成，往往会积累，阻塞重要的发动机部件，或显著降低发动机的寿命和运行效率。热生成的沉积物对飞机引擎的有效运行是有害的，由于燃料喷雾模式的变形，可能会对发动机的热部件造成损害。在极端情况下，它们也可能导致发动机失效。
发动机的高温和压力有利于碳氢化合物的氢再分配反应，从而形成富含碳的固体颗粒。燃料退化的机理取决于燃料所暴露的环境、燃料成分以及退化燃料表面的性质。在没有氧气的情况下，在400摄氏度以上的温度下，燃料的退化是通过裂解反应生成的，而在较低的温度下(250摄氏度)，在氧气存在的情况下，会发生彻底的自氧化反应。
航空发动机燃烧室的火焰筒内主燃区温度极高，可以达到2000K左右。而燃油喷嘴的喷口通常暴露在火焰筒的高温区中，受高温燃气的辐射传热影响以及喷嘴杆与喷嘴体的传热影响，喷嘴头部温度升高，进而造成油温升高，产生结焦。结焦产物会沉积、附着在壁面上，容易堵塞喷嘴喷口，影响喷雾锥角、液滴粒径等雾化性能。当结焦产物脱落后，会随燃油流动至燃烧室火焰筒内，降低发动机的性能，缩短发动机的使用寿命，严重时会出现安全问题致发动机停车。
目前，降低喷嘴内燃油温升的方式主要有两种：一是合理设计喷嘴内的流道结构，减少燃油在喷嘴的停留时间；二是采取隔热措施，在喷嘴体外增加薄壁隔热套结构，或在流道内设置隔热管，减少空气传给燃油的热量。
发明内容
发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种在不影响燃烧室内流场分布、燃油喷嘴雾化性能的前提下，降低主燃区高温燃气对喷嘴头部传热影响的带有空气隔层的燃油喷嘴。
技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种带有空气隔层的燃油喷嘴，包括喷嘴壳体、设置于喷嘴壳体内的若干空气进气孔、燃油喷口，所述喷嘴壳体外固定设置空气隔层部，所述空气隔层部设置用于空气旋流的隔层腔体，所述空气进气孔与燃油喷口均与隔层腔体连通，空气隔层部远离燃油喷口一端设置隔层出口，隔层出口内径大于燃油在隔层出口处喷雾面的半径。
进一步的，所述空气隔层部包括圆环状的内圆环部和圆环状的外圆环部，所述内圆环部一端与喷嘴壳体固定连接，内圆环部另一端与外圆环部固定连接，所述内圆环部内径大于外圆环部内径，且内圆环部的圆心、外圆环部的圆心与燃油喷口位于同一直线上，所述内圆环部内侧、喷嘴壳体端面、外圆环部端面围绕形成隔层腔体。
进一步的，所述喷嘴壳体内设置与燃油喷嘴周向斜切的空气进气孔，空气经各斜切的空气进气孔后形成旋流空气进入隔层腔体。
有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是与传统燃油喷嘴的喷口直接暴露在燃烧室高温区中相比，在燃油喷嘴喷口处增设了空气隔层用以降低高温燃气对喷嘴头部的传热影响，从而降低了喷嘴头部的燃油温度与壁面温度，增强了喷嘴的气动雾化性能和掺混性能，降低了燃油结焦的可能性，强化了喷嘴的热防护性能，最终提高了燃烧室的工作稳定性与安全性。
附图说明
图1为现有技术中的双油路离心喷嘴结构的中心剖面图；
图2为图1中A-A截面的剖面图；
图3为现有技术中的双油路离心喷嘴结构的喷口部分中心剖面图；
图4为现有技术中的燃油喷嘴在燃烧时的温度分布图；
图5为本发明中燃油喷嘴的燃油喷口部分剖面图；
图6为图5中A-A截面的剖面图。
具体实施方式
如图1、图3所示，现有技术中的燃油喷嘴的主油路燃油通过进油管路4先后流入圆环通道1、圆孔通道3、圆环通道2以及旋流槽，最终流至主喷口喷出；副油路5燃油通过进油管路先后流入径向圆孔、圆环通道、旋流槽以及旋流器，最终流至副喷口喷出；在喷嘴壳体还设有进气孔结构，如图2所示，喷嘴壳体设有轴向均布的6个直径为d2的空气进气孔7。如图3所示，燃油喷嘴的燃油喷口直径为d1、喷雾锥角为α。如图4所示，燃烧室结合现有技术燃油喷嘴在燃烧时的温度分布图。可以看出，一级涡流器内部，燃油喷嘴喷口处存在两个高温区，温度为1000K左右。
本实施例中的一种带有空气隔层的燃油喷嘴，包括喷嘴壳体11、设置于喷嘴壳体内的若干空气进气孔8、燃油喷口10，喷嘴壳体11外固定设置空气隔层部9，空气隔层部9包括圆环状的内圆环部92和圆环状的外圆环部91，内圆环部一端与喷嘴壳体固定连接，内圆环部另一端与外圆环部固定连接，内圆环部内径大于外圆环部内径，且内圆环部的圆心、外圆环部的圆心与燃油喷口位于同一直线上，内圆环部内侧、喷嘴壳体端面、外圆环部端面围绕形成用于空气旋流的隔层腔体，喷嘴壳体内设置与燃油喷嘴周向斜切的空气进气孔8，空气进气孔与燃油喷口均与隔层腔体连通，空气经各斜切的空气进气孔后形成旋流空气进入隔层腔体，空气隔层部远离燃油喷口一端设置隔层出口93，隔层出口93内径大于燃油在隔层出口处喷雾面的半径。
本实施例中的燃油喷嘴在燃油喷口外增设了空气隔层部，空气隔层部的结构尺寸保证了燃油喷嘴喷口直径d1、喷雾锥角为α与火焰筒内流场结构不变，保证了喷雾锥角依然为90°，并且将传统燃油喷嘴体外侧的径向进气孔改成了切向进气孔，使空气由切向进气孔流入后，旋流到空气隔层内，强化气动雾化与掺混效果，弱化主燃区高温燃气的辐射传热效果。
当外部空气通过空气进气孔进入圆环通道后，旋向流动至燃油喷口外的空气隔层中，在空气隔层中继续旋流直至流入燃烧室火焰筒内。而空气隔层的结构既不能影响喷嘴的雾化性能，比如燃油不能喷出到空气隔层的固体壁面上进而影响到喷雾锥角；也不能影响燃烧室内的流场分布与燃烧时的温度分布。另外，冷却气不用额外引入，而是从燃烧室的二股通道利用和火焰筒的压差供入。
前述实施例中，空气隔层结构内空气旋流形成空气层，降低了火焰筒内高温燃气对喷嘴头部的辐射传热影响和固体壁面传热影响，降低了喷嘴燃油喷口处的燃油温度与壁面温度，提高了喷嘴的热防护性能，降低了喷嘴内燃油结焦的可能性。
Claims (3)
1.一种带有空气隔层的燃油喷嘴，包括喷嘴壳体、设置于喷嘴壳体内的若干空气进气孔、燃油喷口，其特征在于，所述喷嘴壳体外固定设置空气隔层部，所述空气隔层部设置用于空气旋流的隔层腔体，所述空气进气孔与燃油喷口均与腔体连通，空气隔层部远离燃油喷口一端设置隔层出口，隔层出口内径大于燃油在隔层出口处喷雾面的半径。
2.根据权利要求1所述的燃油喷嘴，其特征在于，所述空气隔层部包括圆环状的内圆环部和圆环状的外圆环部，所述内圆环部一端与喷嘴壳体固定连接，内圆环部另一端与外圆环部固定连接，所述内圆环部内径大于外圆环部内径，且内圆环部的圆心、外圆环部的圆心与燃油喷口位于同一直线上，所述内圆环部内侧、喷嘴壳体端面、外圆环部端面围绕形成隔层腔体。
3.根据权利要求2所述的燃油喷嘴，其特征在于，所述喷嘴壳体内设置与燃油喷嘴周向斜切的空气进气孔，空气经各斜切的空气进气孔后形成旋流空气进入隔层腔体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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