CN116378830B - 燃油喷嘴、发动机和直升机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种燃油喷嘴、发动机和直升机，其中，燃油喷嘴包括相互连接的进油管和蒸发管，所述蒸发管包括汇流管和蒸发喷管，所述汇流管上形成有气路通路和油路通路，所述油路通路的一端与所述进油管相连通，所述油路通路的另一端与所述蒸发喷管相连通，所述气路通路与所述油路通路相连通，所述蒸发喷管呈螺旋状，且所述蒸发喷管上设置有多个蒸发喷口。本申请的燃油喷嘴，有效地提高了燃油和油气混合流体的雾化能力。

Description

燃油喷嘴、发动机和直升机

技术领域

本申请涉及航空发动机和燃气轮机技术领域，尤其是指一种燃油喷嘴、发动机和直升机。

背景技术

小型和微型航空发动机和燃气轮机在近几年是国内外研究热点，具有体积小、重量轻、输出能量大、密度高等优点。燃烧室的设计是燃气涡轮发动机中的关键环节，与常规尺度燃烧室相比，此种小型和微型燃气涡轮发动机的燃烧室具有特征尺寸小和面容比大的特点，致使气流停留时间短、散热损失大，从而导致燃烧不稳定现象的出现。

国内外虽已开展小型和微型燃气涡轮发动机的燃烧室相关研究工作，但由于成本和空间限制，基本采用离心式喷嘴点火起动，结构简单的蒸发管式或空气雾化喷嘴供油工作，采用此种方式供油方式可以在较短的燃烧停留时间条件下获得较高的燃烧性能。而其中蒸发管式的环形燃烧室具有供油压力低、成本低以及重量轻等多方面优点。空气雾化喷嘴具有能够保证燃油和气流实现充分而有均匀地混合等优点。

随着燃气涡轮发动机燃烧室压比、温升的不断提高，且由于燃气轮机的燃油规范放宽，燃烧室的冒烟、积碳和壁温高等问题尤为严重。高性能发动机的发展，对燃油供给系统提出了一些更高的要求：在更短的燃烧区内完全燃烧，以缩短燃烧室长度、减轻其重量；更高要求的点火性能及贫油熄火范围；更低的污染物排放，以满足未来航空燃气轮机低污染排放要求。

传统的空气雾化喷嘴结构使得燃油在向下游的流动过程中受到内、外两股旋流空气剪切力的作用，形成比较小的雾化颗粒。这种空气雾化喷嘴的不足之处在于一次雾化容易造成燃油雾化质量不佳，进而导致温度分布不均匀，影响整个燃烧室的燃烧效率。

传统的蒸发管喷嘴基本原理是蒸发管被加热后，当燃油流经蒸发管时遇热蒸发成油雾并与空气参混，形成雾化的燃气，使燃烧室点火、燃烧成功，燃油雾化的效果好坏取决于蒸发管壁温、燃油在蒸发管内的停留时间和燃油的受热面积，而现行的蒸发管由于发动机结构限制，使得蒸发管过短，由于蒸发管内气流流速过快，燃油迅速被气流吹出蒸发管，燃油在蒸发管内停留时间极短，因而燃油受热的时间短、效果差，燃油被蒸发、雾化的程度也就很低；并且蒸发管是一个内壁光滑的圆管，既没有降低燃油流速的装置，也没有增加燃油受热的设施。

因此，传统的空气雾化喷嘴和蒸发管喷嘴雾化效果较差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种燃油喷嘴、发动机和直升机，可以提高燃油和油气混合流体的雾化能力。

一方面，本申请提供了一种燃油喷嘴，包括相互连接的进油管和蒸发管，所述蒸发管包括汇流管和蒸发喷管，所述汇流管上形成有气路通路和油路通路，所述油路通路的一端与所述进油管相连通，所述油路通路的另一端与所述蒸发喷管相连通，所述气路通路与所述油路通路相连通，所述蒸发喷管呈螺旋状，且所述蒸发喷管上设置有多个蒸发喷口。

在本申请的一个实施例中，所述进油管与所述蒸发管之间设置有节流环，所述节流环上还设置有节流孔，所述进油管与所述蒸发管之间通过所述节流孔相连通。

在本申请的一个实施例中，所述节流环与所述蒸发管之间设置有阻流雾化器，所述阻流雾化器靠近所述蒸发管的一端设置有阻流雾化板，所述阻流雾化板上设置有雾化喷口，所述阻流雾化器内形成有阻流雾化腔，所述阻流雾化腔的一端通过所述雾化喷口与所述蒸发管相连通，所述阻流雾化腔的另一端与所述节流环相连通。

在本申请的一个实施例中，所述雾化喷口在所述阻流雾化器靠近所述蒸发管的一端上等距阵列布置。

在本申请的一个实施例中，所述汇流管包括油路套管，所述油路套管外套设有气路套管，所述气路套管与所述油路套管之间形成有进气腔，所述油路套管上设置有多个通气孔，所述进气腔通过所述通气孔与所述油路套管相连通，所述油路套管形成所述油路通路，所述气路套管与所述油路套管之间形成所述气路通路。

在本申请的一个实施例中，所述通气孔的轴线方向与所述油路套管的径向不平行设置。

在本申请的一个实施例中，所述通气孔上位于所述油路套管外缘的一端与所述节流环之间的距离小于所述通气孔上位于所述油路套管内缘的一端与所述节流环之间的距离。

在本申请的一个实施例中，所述气路套管呈喇叭孔状。

另一方面，提供了一种发动机，安装有上述燃油喷嘴。

再一方面，提供了一种直升机，安装有上述发动机。

本申请的上述燃油喷嘴技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本申请中节流环上的节流孔对燃油进行初步雾化，然后通过阻流雾化板上的雾化通孔进行加强雾化，其次通过油路套管的旋流气路进行旋流雾化形成油气混合流体，最后油气混合流体在蒸发喷管内部进行充分换热蒸发，即，实现了对燃油的多级雾化，极大程度的提高了燃油雾化效果，大大降低了发烟度，提高了燃油的燃烧效率。

(2)本申请中油路套管的旋流气路不但可以对燃油进行旋流雾化，也可以使得燃气贴合管路壁面流转，增加了内部燃油与主体壁面的接触面积和时间，从而提高了传热蒸发的雾化效果。

(3)本申请中螺旋式的蒸发喷管在蒸发雾化燃油的同时可以在火焰筒的高温下预热燃气，使得燃油燃烧更充分，氮氧化物排放量更低。

(4)本申请中蒸发喷管通过沿蒸发喷管螺旋段轴线方向按一定规律布置蒸发喷口，使得油气混合流体从蒸发喷管的不同位置以及不同方向从每个喷口喷出，提高了火焰筒内油气混合流体分布的均匀性，并极大程度地避免了局部高温区的出现，促进更好地燃烧。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本申请的燃油喷嘴的结构示意图；

图2是本申请的燃油喷嘴的主视图；

图3是图2中A-A处的剖视图；

图4是图2中B-B处通气孔的分布示意图；

图5是本申请的燃油喷嘴的蒸发管的结构示意图；

图6是本申请的燃油喷嘴的节流环的结构示意图；

图7是本申请的燃油喷嘴的阻流雾化器的结构示意图；

图8是本申请的燃油喷嘴阻流雾化器的剖视图。

说明书附图标记说明：

1、进油管；2、蒸发管；3、汇流管；4、蒸发喷管；5、气路通路；6、油路通路；7、蒸发喷口；8、节流环；9、节流孔；10、阻流雾化器；11、阻流雾化板；12、雾化喷口；13、阻流雾化腔；14、油路套管；15、气路套管；16、进气腔；17、通气孔；18、第一安装孔；19、第二安装孔；20、内侧壁；21、第一端；22、第二端。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

参照图1～图8所示，本申请的燃油喷嘴，包括相互连接的进油管1和蒸发管2，所述蒸发管2包括汇流管3和蒸发喷管4，所述汇流管3上形成有气路通路5和油路通路6，所述油路通路6的一端与所述进油管1相连通，所述油路通路6的另一端与所述蒸发喷管4相连通，所述气路通路5与所述油路通路6相连通，所述蒸发喷管4呈螺旋状，且所述蒸发喷管4上设置有多个蒸发喷口7。

燃油喷嘴包括进油管1和蒸发管2，燃油通过进油管1进入蒸发管2，然后通过蒸发管2进行蒸发雾化，雾化后的燃油经点火后组织燃烧。进一步的，蒸发管2包括汇流管3和蒸发喷管4，汇流管3上形成有气路通路5和油路通路6，气路通路5中流通有空气，油路通路6中流通有燃油，汇流管3负责将气路通路5中的空气与油路通路6中的燃油进行混合形成油气混合的流体，油气混合的流体通过蒸发喷管4进行换热蒸发，雾化后的燃油经点火后组织燃烧。油路通路6的一端与进油管1相连通，因此通过进油管1向油路通路6输送燃油。油路通路6的另一端与蒸发喷管4相连通，因此建立起从进油管1到蒸发喷管4的油路通路6，油路通路6中的燃油在汇流管3处于空气混合。蒸发喷管4呈螺旋状，且蒸发喷管4上设置有多个蒸发喷口7，现有技术中的蒸发管2喷嘴中燃油所停留的时间极短，因此会导致燃油蒸发和雾化的效果较差，相对于现有技术，本申请的蒸发喷管4呈螺旋状，借助蒸发喷口7，同样长度的蒸发喷管4能够有效增加燃油在蒸发喷管4中的停留时间，能够有效地提高燃油的蒸发和雾化效果。进一步地，进油管1中的燃油经过蒸发管2时，由于蒸发管2位于火焰筒中，火焰筒的内部高温会与蒸发管2内的油气混合流体高温换热，充分使得蒸发管2内的油气混合流体蒸发雾化，燃油雾化后形成燃气，油气混合流体最后通过蒸发管2上的蒸发喷口7喷出组织燃烧，其中，蒸发喷口7的直径取值为0.2mm～0.8mm，优选0.3mm。

在其中一个实施方式中，所述进油管1与所述蒸发管2之间设置有节流环8，所述节流环8上还设置有节流孔9，所述进油管1与所述蒸发管2之间通过所述节流孔9相连通。

进油管1与蒸发管2之间设置有节流环8，如图6所示的节流环8，整体外缘呈圆柱形，节流环8上设置有第一安装孔18和第二安装孔19，第一安装孔18用于将进油管1与节流环8进行连接，第二安装孔19用于将节流环8与阻流雾化器10相连接，第一安装孔18与第二安装孔19之间形成有内侧壁20，内侧壁20上节流环8的轴线处设置有节流孔9，节流孔9的直径为0.5mm～1.5mm，根据具体的实际场景匹配设置，节流孔9比与其相连接的两端的管道直径小，以便于实现对燃油的节流功能。燃油从进油管1流入后进入节流环8，燃油通过节流环8上的节流孔9，燃油压力下降，流速增加，密度降低，部分燃油雾化，流入阻流雾化器10。

在其中一个实施方式中，所述节流环8与所述蒸发管2之间设置有阻流雾化器10，所述阻流雾化器10靠近所述蒸发管2的一端设置有阻流雾化板11，所述阻流雾化板11上设置有雾化喷口12，所述阻流雾化器10内形成有阻流雾化腔13，所述阻流雾化腔13的一端通过所述雾化喷口12与所述蒸发管2相连通，所述阻流雾化腔13的另一端与所述节流环8相连通。

节流环8与蒸发管2之间设置有阻流雾化器10，阻流雾化器10呈阶梯轴形状，包括第一端21和第二端22，第一端21为与节流环8相连接的一端，第二端22为与蒸发管2相连接的一端，阻流雾化器10靠近蒸发管2的一端设置有阻流雾化板11，阻流雾化板11上设置有雾化喷口12，也就是第二端22上设置有雾化喷口12，如图8所示，阻流雾化器10中空处理形成有阻流雾化腔13(或者阻流雾化器10与阻流雾化板11相焊接形成阻流雾化腔13)，阻流雾化腔13的一端通过雾化喷口12与蒸发管2相连通，阻流雾化腔13的另一端与节流环8相连通，燃油通过节流环8的节流孔9后，进入阻流雾化器10内的阻流雾化腔13，由于阻流雾化板11的作用，燃油射流在阻流雾化板11后，燃油流速下降，燃油通过雾化喷口12进一步雾化并喷入蒸发管2上的油路套管14内。

在其中一个实施方式中，所述雾化喷口12在所述阻流雾化板11上等距阵列布置。

为了提高阻流雾化器10的雾化效果，以及提升雾化的均匀能力，阻流雾化器10上的雾化喷口12在阻流雾化板11上等距阵列布置，如图7所示，等间距的雾化喷口12阵列能够有效地提高雾化效果和均匀能力。

在其中一个实施方式中，所述汇流管3包括油路套管14，所述油路套管14外套设有气路套管15，所述气路套管15与所述油路套管14之间形成有进气腔16，所述油路套管14上设置有多个通气孔17，所述进气腔16通过所述通气孔17与所述油路套管14相连通，所述油路套管14形成所述油路通路，所述气路套管15与所述油路套管14之间形成所述气路通路。

蒸发管2包括汇流管3和蒸发喷管4，汇流管3包括油路套管14和气路套管15，气路套管15套设在油路套管14外缘，如图3和图5所示，气路套管15在靠近进油管1的一侧为开口状，气路套管15在靠近蒸发喷管4的一侧与油路套管14连接，为封闭状，在气路套管15与油路套管14之间形成进气腔16，且在油路套管14上设置有多个通气孔17，通气孔17将进气腔16与油路套管14相连通，所述油路套管14形成所述油路通路，所述气路套管15与油路套管14之间形成所述气路通路。因此燃油首先从进油管1流入后进入节流环8，燃油通过节流环8上的节流孔9，燃油压力下降，流速增加，密度降低，部分燃油雾化，流入阻流雾化器10；燃油进入阻流雾化器10内的阻流雾化腔13，由于阻流雾化板11的作用，燃油射流在阻流雾化板11后，燃油流速下降，燃油通过雾化喷口12进一步雾化并喷入蒸发管2上的油路套管14内；同时，空气进入进气腔16，然后通过通气孔17进入油路套管14，与燃油混合形成油气混合流体。

在其中一个实施方式中，所述通气孔17的轴线方向与所述油路套管14的径向不平行设置。

为了实现油气混合流体的旋流，通气孔17的轴线方向与所述油路套管14的径向不平行设置，也就是通气孔17的轴线方向与油路套管14的径向呈倾斜状态，如图4所示，定义垂直于油路套管14轴线且穿过其中一个通气孔17的平面为基准平面，在基准平面内，多个通气孔17整体呈螺旋状。进气腔16内的空气通过通气孔17进入油路套管14后，空气进入油路套管14的方向沿通气孔17的轴线方向，如图4中的箭头方向为空气的旋流方向，空气形成旋流，因此高速气流对油路套管14内的燃油起到了剪切作用，使得燃油进一步雾化，燃油与空气形成油气混合流体，并且油气混合的流体沿旋流方向在蒸发喷管4内贴合管壁旋转前进，并与火焰筒内部高温换热进行蒸发雾化，最后由蒸发喷管4上的蒸发喷口7喷出，经点火后组织燃烧。

在其中一个实施方式中，所述通气孔17上位于所述油路套管14外缘的一端与所述节流环8之间的距离小于所述通气孔17上位于所述油路套管14内缘的一端与所述节流环8之间的距离。

进一步的，以图5中剖面为基准，通气孔17沿其轴线方向形成两端，通气孔17上位于油路套管14外缘的一端与节流环8之间的距离小于通气孔17上位于油路套管14内缘的一端与节流环8之间的距离，也就是通气孔17相对于气路套管15的轴线处于倾斜状态，倾斜状态参考距离所述，能够提高旋流效果，便于空气从进气腔16内进入油路套管14，但是此时会增加燃料的前进速度，如果油气混合流体蒸发的太理想，则会导致回火和自燃现象的发生，因此要在油混合流体的蒸发程度和通气孔17相对于气路套管15轴线的倾斜角度(相当于，燃料的前进速度，油气混合流体的换热时间)进行匹配设计，以便于达到最优平衡状态。其中，通气孔17根据实际需求来设置相应的数量和组数，图5中设置为三组，每组设置六个通气孔17，共十八个通气孔17。

在其中一个实施方式中，所述气路套管15呈喇叭孔状。

为了提高空气进入进气腔16的效率，气路套管15设置成喇叭孔状，能够有效地将空气聚集到进气腔16并进入油路套管14内与燃油进行充分混合。

在其中一个实施方式中，所述蒸发喷管4上远离所述汇流管3的一端封闭处理。

蒸发喷管4的一端与汇流管3相连接，蒸发喷管4的另一端，也就是蒸发喷管4上远离汇流管3的一端封闭处理，这样在蒸发喷管4内的油气混合流体只能从蒸发喷口7流出，能够有效地提高油气混合流体的雾化能力。

在其中一个实施方式中，所述蒸发喷管4沿着所述蒸发喷管4的旋向至少均匀布置一组。

蒸发喷管4要根据实际情况进行设置，如图5所示，蒸发喷管4类似于螺纹呈螺旋状，优选的，有效圈数设置四圈，每圈上设置两组蒸发喷口7，每组蒸发喷口7呈等距螺旋阵列布置，能够提高油气混合流体的雾化均匀性。蒸发喷管4通过沿蒸发喷管4螺旋段轴线方向按一定规律布置蒸发喷口7，使得油气混合流体从蒸发喷管4的不同位置以及不同方向从每个喷口喷出，提高了燃烧室内燃油分布的均匀性，并极大程度地避免了局部高温区的出现，促进更好地燃烧。蒸发喷口7的数量、分布可根据燃气涡轮发动机的燃油流量范围进行配置。

燃油的流动过程具体为：

如图3所示，燃油首先从进油管1流入后通过油路通路6(图3中空心箭头实线箭尾)进入节流环8，燃油通过节流环8上的节流孔9，燃油压力下降，流速增加，密度降低，部分燃油雾化，流入阻流雾化器10；燃油进入阻流雾化器10内的阻流雾化腔13，由于阻流雾化板11的作用，燃油射流在阻流雾化板11后，燃油流速下降，燃油通过雾化喷口12进一步雾化并喷入蒸发管2上的油路套管14内；同时，空气通过气路通路5(图3中实心箭头虚线箭尾)进入进气腔16，然后通过通气孔17进入油路套管14，与燃油混合形成油气混合流体(图3中实心箭头实线箭尾)；油气混合流体流向蒸发喷管4，通过蒸发喷管4的蒸发喷口7喷出蒸发喷管4，最终在火焰筒内点火组织燃烧。

实施例二

一种发动机，安装有实施例一中的燃油喷嘴，采用实施例一中的燃油喷嘴的发动机，在燃油喷嘴提高燃油和油气混合流体的雾化能力的基础之上，能够有效地提高发动机的燃油效率，使得燃油燃烧更充分，氮氧化物排放量更低。

实施例三

一种直升机，安装有实施例二中的发动机，采用实施例二中的发动机的直升机，在燃油喷嘴提高燃油和油气混合流体的雾化能力、提高发动机的燃油效率的基础之上，能够有效地降低直升机的燃油成本。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其它等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种燃油喷嘴，其特征在于：包括相互连接的进油管(1)和蒸发管(2)，所述蒸发管(2)包括汇流管(3)和蒸发喷管(4)，所述汇流管(3)上形成有气路通路(5)和油路通路(6)，所述油路通路(6)的一端与所述进油管(1)相连通，所述油路通路(6)的另一端与所述蒸发喷管(4)相连通，所述气路通路(5)与所述油路通路(6)相连通，所述蒸发喷管(4)呈螺旋状，且所述蒸发喷管(4)上设置有多个蒸发喷口(7)；所述进油管(1)与所述蒸发管(2)之间设置有节流环(8)，所述节流环(8)上还设置有节流孔(9)，所述进油管(1)与所述蒸发管(2)之间通过所述节流孔(9)相连通；所述节流环(8)与所述蒸发管(2)之间设置有阻流雾化器(10)，所述阻流雾化器(10)靠近所述蒸发管(2)的一端设置有阻流雾化板(11)，所述阻流雾化板(11)上设置有雾化喷口(12)，所述阻流雾化器(10)内形成有阻流雾化腔(13)，所述阻流雾化腔(13)的一端通过所述雾化喷口(12)与所述蒸发管(2)相连通，所述阻流雾化腔(13)的另一端与所述节流环(8)相连通。

2.根据权利要求1所述的燃油喷嘴，其特征在于：所述雾化喷口(12)在所述阻流雾化器(10)靠近所述蒸发管(2)的一端上等距阵列布置。

3.根据权利要求2所述的燃油喷嘴，其特征在于：所述汇流管(3)包括油路套管(14)，所述油路套管(14)外套设有气路套管(15)，所述气路套管(15)与所述油路套管(14)之间形成有进气腔(16)，所述油路套管(14)上设置有多个通气孔(17)，所述进气腔(16)通过所述通气孔(17)与所述油路套管(14)相连通，所述油路套管(14)形成所述油路通路，所述气路套管 (15)与所述油路套管(14) 之间形成所述气路通路。

4.根据权利要求3所述的燃油喷嘴，其特征在于：所述通气孔(17)的轴线方向与所述油路套管(14)的径向不平行设置。

5.根据权利要求4所述的燃油喷嘴，其特征在于：所述通气孔(17)上位于所述油路套管(14)外缘的一端与所述节流环(8)之间的距离小于所述通气孔(17)上位于所述油路套管(14)内缘的一端与所述节流环(8)之间的距离。

6.根据权利要求3所述的燃油喷嘴，其特征在于：所述气路套管(15)呈喇叭孔状。

7.一种发动机，包括如权利要求1~6任一项所述的燃油喷嘴。

8.一种直升机，包括如权利要求7所述的发动机。