CN116085829A - 一种主副喷口自切换的燃油喷嘴结构 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空燃气涡轮发动机燃烧室设计领域，特别涉及一种主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，其壳体具有环腔，所述环腔由进油的前端到后端依次安装调节板与底板，调节板与底板将所述环腔分为前腔，后腔以及中腔，所述中腔具有两端分别抵住调节板与底板的弹簧，调节板上具有联通前腔与中腔的多个节流孔，底板上具有联通中腔与后腔的多个通孔，壳体侧壁预设位置处具有多个主喷口；其中，在弹簧处于初始状态时，调节板侧壁封堵主喷口；前腔与中腔的压差达到预设值时，调节板轴向滑动，主喷口与前腔联通，本申请无需设计复杂的油路冷却结构即可实现分级燃烧室中主、副喷口在不同供油压力下的切换，同时，实现开口面积与前腔与中腔的压差自平衡。

Description

一种主副喷口自切换的燃油喷嘴结构

技术领域

本申请属于航空燃气涡轮发动机燃烧室设计领域，特别涉及一种主副喷口自切换的燃油喷嘴结构。

背景技术

随着航空发动机技术的不断发展，燃烧室的设计逐渐向高温升和低污染方向发展，传统的单级燃烧组织方式由于冒烟、积碳、燃烧效率低、排气污染高等问题已不满足先进燃烧室的设计要求，分级燃烧组织方式成为必然的趋势。通过对火焰筒头部的精心设计，在火焰筒内形成预燃级和主燃级两个燃烧区，满足不同状态下发动机对燃烧室的性能要求。对于采用分级燃烧组织方式的燃烧室，在主燃级不工作时，燃油喷嘴主油路内存在大量静止燃油，为防止燃油结焦，通常需设计复杂的回油冷却结构。本发明提出了一种主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，可避免分级燃烧室燃油喷嘴结焦问题，简化燃油喷嘴结构。

现有技术方案中，GE公司为GEnx发动机研发的燃油喷嘴是较为典型的一款。在该装置中心，设置预燃级燃油喷射，在预燃级文氏管形成油膜，并在预燃级两级旋流器空气的剪切作用下进一步雾化。主燃级是预混设计，将主燃级燃油通过多个小孔直接喷射到高速流过预混通道的空气中，形成良好的雾化后，与主燃级空气进行混合后进入燃烧区。在主燃级不工作时，主油路内存在大量静止燃油，为防止燃油结焦，该燃油喷嘴设置了复杂的油路冷却管道来对主油路进行冷却，导致燃油喷嘴加工难度大、成本高。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，包括：

壳体、调节板、弹簧与底板；

壳体具有环腔，所述环腔由进油的前端到后端依次安装调节板与底板，调节板与底板将所述环腔分为位于前端的前腔，位于后端的后腔以及位于前腔与后腔中间的中腔，所述中腔具有两端分别抵住调节板与底板的弹簧，调节板上具有联通前腔与中腔的多个节流孔，底板上具有联通中腔与后腔的多个通孔，壳体侧壁预设位置处具有多个主喷口；

其中，在弹簧处于初始状态时，调节板侧壁封堵主喷口；前腔与中腔的压差达到预设值时，调节板轴向滑动，主喷口与前腔联通。

优选的是，壳体与调节板通过滑动副连接。

优选的是，所述环腔内表面上周向分布多个轴向的滑动槽，调节板外缘具有多个嵌入滑动槽的滑键，调节板通过所述滑键与滑动槽在所述环腔中轴向滑动。

优选的是，底板上具有套在弹簧外侧或者内侧的凸台，凸台用于定位弹簧。

优选的是，主喷口为沿轴向的长条孔，调节板的轴向移动调节主喷口与前腔的开口面积，并实现前腔与中腔的压差与主喷口开口面积的自平衡。

优选的是，所述壳体外侧套设有外旋流器，外旋流器的进口朝向所述主喷口。

优选的是，壳体呈环状，其具有中心孔，所述中心孔套有内旋流器。

优选的是，节流孔与通孔的数量相同，节流孔与通孔的角向位置对应。

优选的是，主喷口孔轴线垂直于壳体外表面或与壳体外表面呈60～90度偏角。

优选的是，副喷口垂直于壳体外表面或与壳体外表面呈60～90度偏角

本申请无需设计复杂的油路冷却结构即可实现分级燃烧室中主、副喷口在不同供油压力下的切换，同时，可将主喷口设置呈轴向的长条状，根据调节板的位移决定主喷口开口面积，开口面积会调节前腔与中腔的压差，压差会平衡调节板的位移，实现开口面积与前腔与中腔的压差自平衡，环状的壳体可设置内部与外部的旋流器，增加喷嘴与空气接触面积，降低喷嘴内燃油温度，实现燃油与空气的充分混合。

附图说明

图1是本申请一优选实施方式主副喷口自切换的燃油喷嘴结构侧向截面图；

图2是本申请一优选实施方式主副喷口自切换的燃油喷嘴结构截面图；

图3是本申请一优选实施方式调节板立体图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

如图1-图3所示，本申请提供了一种主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，包括：

壳体1、调节板2、弹簧3与底板5；

壳体1具有环腔，所述环腔由进油的前端到后端依次安装调节板2与底板5，调节板2与底板5将所述环腔分为位于前端的前腔E，位于后端的后腔G以及位于前腔E与后腔G中间的中腔F，所述中腔F具有两端分别抵住调节板2与底板5的弹簧3，调节板2上具有联通前腔E与中腔F的多个节流孔7，底板5上具有联通中腔F与后腔G的多个通孔8，壳体1侧壁预设位置处具有多个主喷口9，主喷口是否开启由调节板2停留位置决定。调节板2停留位置由调节板2前后压差和弹簧3的特性决定；

其中，在弹簧3处于初始状态时，调节板2侧壁封堵主喷口9；前腔E与中腔F的压差达到预设值时，调节板2轴向滑动，主喷口9与前腔E联通。

在一些可选实施方式中，壳体1与调节板2通过滑动副连接；调节板2与壳体1为间隙配合，调节板2边缘进行修型处理，减少调节板2与壳体1接触面积，所述环腔内表面上周向分布多个轴向的滑动槽6，调节板2外缘具有多个嵌入滑动槽6的滑键，调节板2通过所述滑键与滑动槽6在所述环腔中轴向滑动。

在一些可选实施方式中，底板5上具有套在弹簧3外侧或者内侧的凸台4，凸台4用于定位弹簧3。

在一些可选实施方式中，主喷口9为沿轴向的长条孔，调节板2的轴向移动调节主喷口9与前腔E的开口面积，并实现前腔E与中腔F的压差与主喷口9开口面积的自平衡。

在一些可选实施方式中，所述壳体1外侧套设有外旋流器D，外旋流器D的进口朝向所述主喷口9。

在一些可选实施方式中，壳体1呈环状，其具有中心孔，所述中心孔套有内旋流器C。

在一些可选实施方式中，节流孔7与通孔8的数量相同，节流孔7与通孔8的角向位置对应，优选的是，凸台4位于通孔8位置处，凸台4具有与通孔8同轴的孔，底板5与凸台4上的通孔8对应位置按相同孔型贯通。

在一些可选实施方式中，主喷口9孔轴线垂直于壳体1外表面或与壳体1外表面呈60～90度偏角，附图实施例中为垂直90度。

在一些可选实施方式中，副喷口10垂直于壳体1外表面或与壳体1外表面呈60～90度偏角，附图实施例中为垂直90度。

底板5与壳体1可通过焊接连接或一体成型，附图实施例中为一体成型；

凸台4与底板5可通过焊接连接或一体成型。附图实施例中为一体成型；

主喷口9数量可以为6个～15个，可为1～3排。附图实施例中为1排、8个；

副喷口10数量可以为1个～6个。附图实施例中为4个。

本申请主副喷口自切换的燃油喷嘴结构工作原理，火焰筒B头部进气分别由内旋流器C和外旋流器D进入。发动机处于小工况时，燃油流量较小，前腔E内压力较低，调节板2前后压差较小，在弹簧3作用下，调节板2遮挡住主喷口9，此时经喷嘴杆A供入的燃油经副喷口10雾化后与内旋流器C进入的空气进行掺混后燃烧。大工况时，燃油流量较大，前腔E内压力较高，调节板2前后压差较大，弹簧5压缩量较大，调节板2截止于凸台4顶端，此时经喷嘴杆A供入的燃油大部分经主喷口10雾化后与外旋流器D进入的空气进行掺混后燃烧，小部分燃油经副喷口10雾化后与内旋流器C进入的空气进行掺混后燃烧。

所述主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，小工况时只有副喷口10有燃油通过，火焰筒内中心预燃级工作；大工况时主喷口9和副喷口10均有燃油通过，火焰筒内中心预燃级和外围主燃级同时工作。在不同工况下，内腔E中始终有燃油流动，从而避免燃油喷嘴内部静止燃油结焦。

所述主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，可根据燃油喷嘴供油压力变化，实现主、副喷口在不同供油压力下的自动切换，可降低燃油喷嘴加工难度和成本，实现分级燃烧室预燃级和主燃级燃油流量的自主调控；

同时，可将主喷口设置呈轴向的长条状，根据调节板2的位移决定主喷口开口面积，开口面积会调节前腔与中腔的压差，压差会平衡调节板2的位移，实现开口面积与前腔与中腔的压差自平衡。

本申请无需设计复杂的油路冷却结构即可实现分级燃烧室中主、副喷口在不同供油压力下的切换，同时，实现开口面积与前腔与中腔的压差自平衡。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，其特征在于，包括：

壳体(1)、调节板(2)、弹簧(3)与底板(5)；

壳体(1)具有环腔，所述环腔由进油的前端到后端依次安装调节板(2)与底板(5)，调节板(2)与底板(5)将所述环腔分为位于前端的前腔(E)，位于后端的后腔(G)以及位于前腔(E)与后腔(G)中间的中腔(F)，所述中腔(F)具有两端分别抵住调节板(2)与底板(5)的弹簧(3)，调节板(2)上具有联通前腔(E)与中腔(F)的多个节流孔(7)，底板(5)上具有联通中腔(F)与后腔(G)的多个通孔(8)，壳体(1)侧壁预设位置处具有多个主喷口(9)；

其中，在弹簧(3)处于初始状态时，调节板(2)侧壁封堵主喷口(9)；前腔(E)与中腔(F)的压差达到预设值时，调节板(2)轴向滑动，主喷口(9)与前腔(E)联通。

2.如权利要求1所述的主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，其特征在于，壳体(1)与调节板(2)通过滑动副连接。

3.如权利要求2所述的主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，其特征在于，所述环腔内表面上周向分布多个轴向的滑动槽(6)，调节板(2)外缘具有多个嵌入滑动槽(6)的滑键，调节板(2)通过所述滑键与滑动槽(6)在所述环腔中轴向滑动。

4.如权利要求2所述的主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，其特征在于，底板(5)上具有套在弹簧(3)外侧或者内侧的凸台(4)，凸台(4)用于定位弹簧(3)。

5.如权利要求1所述的主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，其特征在于，主喷口(9)为沿轴向的长条孔，调节板(2)的轴向移动调节主喷口(9)与前腔(E)的开口面积，并实现前腔(E)与中腔(F)的压差与主喷口(9)开口面积的自平衡。

6.如权利要求1所述的主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，其特征在于，所述壳体(1)外侧套设有外旋流器(D)，外旋流器(D)的进口朝向所述主喷口(9)。

7.如权利要求6所述的主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，其特征在于，壳体(1)呈环状，其具有中心孔，所述中心孔套有内旋流器(C)。

8.如权利要求1所述的主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，其特征在于，节流孔(7)与通孔(8)的数量相同，节流孔(7)与通孔(8)的角向位置对应。

9.如权利要求1所述的主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，其特征在于，主喷口(9)孔轴线垂直于壳体(1)外表面或与壳体(1)外表面呈60～90度偏角。

10.如权利要求1所述的主副喷口自切换的燃油喷嘴结构，其特征在于，副喷口(10)垂直于壳体(1)外表面或与壳体(1)外表面呈60～90度偏角。

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