CN212390409U - 燃烧室供油系统及其燃油总管系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃油总管系统，用于安装在航空发动机的燃烧室机匣的外侧，燃油总管系统包括雾化装置，雾化装置沿燃油的输送路线位于总供油管和供油支管组的至少一个供油支管之间，雾化装置包括扩张通道和压力阀组件，扩张通道沿燃油的输送路线朝向下游逐渐扩张，压力阀组件包括堵头和连接堵头的弹性件，堵头在弹性件的弹力作用下堵塞扩张通道的上游端；总供油管供给的燃油冲开堵头，经过扩张通道之后雾化，进入至少一个供油支管。本实用新型还提供一种采用上述燃油总管系统的燃烧室供油系统。上述燃油总管系统可以提高其空间利用率和功能性。

Description

燃烧室供油系统及其燃油总管系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于对航空发动机的燃烧室内部供给燃油的燃烧室供油系统，特别地，涉及一种燃油总管系统。

背景技术

航空发动机中包括燃油总管的燃烧室供油系统用于为燃烧室输送燃油。常见的燃烧室供油系统采用双油路供油，分为主燃级供油系统和预燃级供油系统。主、预燃级供油系统的主、预燃级供油管分别呈环形安装于燃烧室机匣上，主、预燃级供油管上各引出若干供油支管与燃烧室机匣上的燃油喷嘴相连接。燃油喷嘴将燃油雾化或汽化，以加速燃油与空气的混合，保证稳定的燃烧和提高燃烧效率。

现有的应用于航空发动机的燃油总管及燃油喷嘴的结构存在很多不足。其一，燃油总管的功能单一。目前常见的燃油总管只起到燃油运输、油路分配的功能。燃油总管安装于燃烧室机匣外侧，与燃烧室内部的零组件空间相比，可用空间相对宽松。从占用空间与实现功能的角度分析，燃油总管的空间利用率有待提高。其二，燃油总管中运输的是液体燃油，液体的流动阻力较大，在发动机极端工况下，燃油总管内的燃油介质有结焦或冷凝的风险。其三，与燃油总管相连的燃油喷嘴，结构紧凑且非常复杂，加工难度大。航空发动机燃烧室中与燃油总管相连的燃油喷嘴通常有离心式、直射式、蒸发式等多种形式。但无论哪种形式，燃油喷嘴均具有结构紧凑且非常复杂的特点，对其加工与制造要求极高。燃油喷嘴与燃油总管相比，体积更小，占用空间通常只有燃油总管的几十分之一。且燃油喷嘴要保证液体燃油雾化良好。因此燃油喷嘴里的精密结构较多，例如薄壁、微孔、精密内流道等。结构小巧复杂的特点，使燃油喷嘴加工难度非常大，通常需要采用高精度数控加工或3D打印，这两种加工方法对设备精度要求都很高。高精度数控加工工艺编制复杂、加工累积误差较大，很难保证燃油喷嘴零件的形位公差。3D打印技术国内尚未成熟，在实际的加工过程中燃油喷嘴的成品率较低。

因而，需要设计一种燃油总管系统，可以避免上述问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种燃油总管系统，可以提高其空间利用率和功能性。

本实用新型的另一目的是提供一种燃油总管系统，可以降低燃油总管内的燃油介质结焦或冷凝的风险。

本实用新型的又一目的是提供一种燃油总管系统，可以实现燃油雾化功能，从而简化燃油喷嘴的结构、降低燃油喷嘴的加工难度。

本实用新型提供一种燃油总管系统，用于安装在航空发动机的燃烧室机匣的外侧，所述燃油总管系统包括引入燃油的总供油管和向燃烧室内部供给燃油的供油支管组，所述供油支管组包括多个供油支管，所述燃油总管系统还包括雾化装置，所述雾化装置沿燃油的输送路线位于所述总供油管和所述供油支管组的至少一个供油支管之间，所述雾化装置包括扩张通道和压力阀组件，所述扩张通道沿燃油的输送路线朝向下游逐渐扩张，所述压力阀组件包括堵头和连接所述堵头的弹性件，所述堵头在弹性件的弹力作用下堵塞所述扩张通道的上游端；所述总供油管供给的燃油冲开所述堵头，经过所述扩张通道之后雾化，进入所述至少一个供油支管。

在一个实施方式中，所述燃油总管系统还包括环绕所述燃烧室机匣的供油管段组；所述供油支管组包括第一供油支管，所述供油管段组包括沿环绕方向相邻的第一供油管段和第二供油管段；所述第一供油支管、所述第一供油管段、所述第二供油管段和所述总供油管通过四通接头连通，所述四通接头内设置有所述雾化装置。

在一个实施方式中，所述四通接头内通向所述第一供油支管、所述第一供油管段和所述第二供油管段的三个通路分别设置所述雾化装置，使得总供油管供给的燃油分别经过雾化以后进入所述第一供油支管、所述第一供油管段和所述第二供油管段。

在一个实施方式中，所述四通接头内通向所述总供油管的一个通路提供的入口通道朝向所述四通接头的中心逐渐收缩。

在一个实施方式中，所述供油支管组还包括第二供油支管，所述供油管段组还包括沿环绕方向与所述第二供油管段相邻的第三供油管段；所述第二供油支管、所述第二供油管段和所述第三供油管段通过三通接头连通，所述三通接头内设置有所述雾化装置。

在一个实施方式中，所述三通接头通向所述第二供油支管的一个通路设置所述雾化装置，使得所述第二供油管段和所述第三供油管段供给的燃油经过雾化以后进入所述第二供油支管。

在一个实施方式中，所述三通接头内通向所述第二供油管段和所述第三供油管段的两个通路分别提供的两个入口通道各自朝向所述三通接头的中心逐渐收缩。

在一个实施方式中，所述雾化装置还包括分布有多个穿孔的雾化孔板，所述雾化孔板盖合所述扩张通道的下游端。

在一个实施方式中，所述弹性件设置在所述堵头的下游侧，向所述堵头施加推力。

本实用新型还提供一种燃烧室供油系统，用于对航空发动机的燃烧室内部供给燃油，所述燃烧室供油系统包括主燃级供油系统和预燃级供油系统，所述主燃级供油系统和所述预燃级供油系统均采用前述的燃油总管系统。

上述燃油总管系统在管路中设置雾化装置，可以使燃油总管不仅具备运输燃油的功能，同时具备雾化燃油的功能，可以提高其空间利用率和功能性。

上述燃油总管系统中，雾化后的燃油气流高速流通，可以降低传统燃油总管内的液态燃油介质结焦或冷凝的风险。

上述燃油总管系统在管路中设置雾化装置，可以辅助或代替传统的燃油喷嘴实现燃油雾化功能，使传统燃油喷嘴里的精密结构设计得到简化，进而降低燃油喷嘴的加工难度和加工成本。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是示例性燃烧室供油系统的总体示意图。

图2是图1的燃烧室供油系统的局部放大图。

图3是四通接头附近的局部放大图。

图4是三通接头附近的局部放大图。

图5是示例性四通接头的内部示意图。

图6是示例性三通接头的内部示意图。

图7是示例性雾化装置的分解示意图。

图8是示出雾化装置中雾化孔板的安装状态的示意图。

图9是示出雾化装置中雾化孔板的安装状态的另一示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施方式的内容限制本实用新型的保护范围。

例如，在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一特征和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一特征和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一特征和第二特征之间可以不直接联系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一元件和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一元件和第二元件间接地相连或彼此结合。

图1示出了示例性燃烧室供油系统100的总体示意图，燃烧室供油系统100用于对航空发动机的燃烧室内部供给燃油，航空发动机中向燃烧室供给的燃油通常是高压燃油。图1还示出了航空发动机的燃烧室机匣400。燃烧室供油系统100包括主燃级供油系统200和预燃级供油系统300。主燃级供油系统200和预燃级供油系统300可以均采用根据本实用新型的燃油总管系统10。下面以主燃级供油系统200为例，对示例性燃油总管系统10进行描述。需要理解，图均仅作为示例，并非是按照等比例的条件绘制的，不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。

参见图1，燃油总管系统10可以安装在航空发动机的燃烧室机匣400的外侧。燃油总管系统10包括引入燃油的总供油管2和向燃烧室内部供给燃油的供油支管组3。供油支管组3包括多个供油支管30。图示实施方式中，燃油总管系统10与燃油喷嘴500相连，供油支管30向燃油喷嘴500供给燃油，然后燃油经由燃油喷嘴500输送到燃烧室内部。

根据本实用新型的燃油总管系统10还包括雾化装置1。雾化装置1可以沿燃油的输送路线位于总供油管2和供油支管组3的至少一个供油支管30之间。

图5和图6中示出了示例性雾化装置1的结构。以图6为例，雾化装置1包括扩张通道11和压力阀组件12。扩张通道11沿燃油的输送路线朝向下游(图6中，向上)逐渐扩张。扩张通道11也可以称之为扩张腔室或出口通道，换言之，出口通道从其入口端朝向出口端截面面积逐渐增大。例如，扩张通道11可以为锥形。压力阀组件12包括堵头13和连接堵头13的弹性件14例如弹簧，堵头13在弹性件14的弹力作用下堵塞扩张通道11的上游端(图6中，下端)。图示实施方式中，弹性件14可以设置在堵头13的下游侧(图6中，上侧)，向堵头13施加推力。

总供油管2供给的燃油(例如，从图6中左右两侧的两个燃油进口IL流入)冲开堵头13，经过扩张通道11之后雾化，(例如，从图6中上侧的燃油出口OL出来)进入前述至少一个供油支管30。

上述燃油总管系统10中，当燃油介质压力达到总管供油压力要求值时，堵头13会被燃油介质顶起，使作为弹性件14的压缩弹簧压缩一定量值，直到燃油介质压力与弹性件14产生的弹力平衡；然后燃油介质可以进入扩张通道11，逐渐扩张的扩张通道11可以雾化燃油介质，逐渐扩张的通道截面，可以使燃油介质压力相对下降，并依靠燃油介质的表面张力，使燃油介质迅速雾化。当燃油介质压力未达到总管供油压力要求值时，堵头13会在弹性件14的弹力作用下堵住扩张通道11的锥口附近。堵头13还可以确保当燃油供油停止时，已经雾化的燃油介质不会返回到上游的供油管路中。

燃油总管安装于燃烧室机匣外侧，与燃烧室内部的零组件空间相比，可用空间相对宽松。燃油总管系统10在管路中设置雾化装置，可以使燃油总管不仅具备运输燃油的功能，同时具备雾化燃油的功能，可以提高其空间利用率和功能性。雾化后的燃油气流高速流通，可以降低传统燃油总管内的液态燃油介质结焦或冷凝的风险。

燃油总管系统10在管路中设置雾化装置，具备使液体燃油雾化的功能，燃油雾化功能不局限于燃油喷嘴结构中，可以辅助或者代替传统的燃油喷嘴对燃油进行雾化，从而有助于简化燃油喷嘴的结构，特别是可以使传统燃油喷嘴里的精密结构设计得到简化，例如薄壁、微孔等发挥雾化功能的零件可以省略或降低尺寸精度，进而降低燃油喷嘴的加工难度和加工成本，例如，不需要采用高精度数控加工或3D打印加工，而只需采用常规机械加工。

图示实施方式中，燃油总管系统10还可以包括环绕燃烧室机匣400的供油管段组4。供油管段组4可以包括沿环绕方向C0相邻的第一供油管段41和第二供油管段42，供油管段组4还可以包括沿环绕方向C0与第二供油管段42相邻的第三供油管段43，换言之，第二供油管段42沿环绕方向C0位于第一供油管段41和第三供油管段43之间。需要理解，“第一”、“第二”、“第三”等用以区分相似但不同的部件，例如，第一供油管段41、第二供油管段42和第三供油管段43皆是供油管段组4中的供油管段，然而是不同的三个供油管段。不作区分描述时，各供油管段可以称之为供油管段40。环绕方向C0可以大致与燃烧室机匣400的周向一致。

供油支管组3可以包括第一供油支管31，还可以包括第二供油支管32。根据前面对于“第一”、“第二”的描述可以理解，第一供油支管31和第二供油支管32均是供油支管组3中的供油支管，然而是不同的供油支管。

结合图1至图3，第一供油支管31、第一供油管段41、第二供油管段42和总供油管2可以通过四通接头5连通。四通接头5内可以设置有雾化装置1，如图5所示。第一供油支管31也可以认为是通过四通接头5连通总供油管2的供油支管。

参见图5，四通接头5内通向第一供油支管31、第一供油管段41和第二供油管段42的三个通路分别设置雾化装置1。图5中，连通上侧燃料出口OL的上侧通路设置雾化装置1a，连通左侧燃料出口OL的左侧通路设置雾化装置1b，连通右侧燃料出口OL的右侧通路设置雾化装置1b。雾化装置不作区分描述时，可以统一称之为雾化装置1。三个通路分别设置雾化装置1，使得总供油管2供给的燃油分别经过(图5中，分别经过雾化装置1a、1b、1c)雾化以后进入第一供油支管31、第一供油管段41和第二供油管段42。

图5示出的实施方式中，四通接头5内通向总供油管2的一个通路(图5中，下侧通路)提供的入口通道51朝向四通接头5的中心(图5中，向上)逐渐收缩。换言之，入口通道51从其入口端朝向出口端截面面积逐渐减小。图示实施方式中，雾化装置1a、1b、1c集成在一起，在四通中间件50中设置在中心汇聚、连通的四个通道，分别构成通向燃料出口OL的雾化装置1a、1b、1c的扩张通道以及通向燃料进口IL的入口通道51。入口通道51可以为锥形，可以压缩燃油介质，入口通道51逐渐收缩的截面面积或者腔室体积可以进一步提高燃油介质压力以便于燃油介质雾化。高压燃油经入口通道51压缩之后，分别进入雾化装置1a、1b、1c的扩张通道，最终喷射出被雾化的燃油介质。

继续参见图5，四通接头5的每个通路还外接有管接结构56，后面描述的三通接头6也有类似的管接结构，后面不作描述。管接结构56包括外套螺母561和挡销562，挡销562设置于设置四通中间件50的分支筒501的外壁面环形凹圈502中，防止外套螺母561脱出。设置管接结构56可以便于四通接头5或三通接头6等与标准管接头相连接，具备管路连接的通用性。

结合图1、图2和图4，第二供油支管32、第二供油管段42和第三供油管段43可以通过三通接头6连通。三通接头6内可以设置有雾化装置1。第二供油支管32也可以认为是通过三通接头6连通的供油支管，图1和图2中示出了多个第二供油支管32。需要理解，文中可能会在不同的示例中重复附图标记和/或字母，该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。

参见图6，三通接头6通向第二供油支管32的一个通路(图6中，上侧通路)设置雾化装置1d，使得第二供油管段42和第三供油管段43(图6中，分别经过左右两个燃料进口IL)供给的燃油经过雾化以后进入第二供油支管32。

高压燃油首先流入四通接头5，高压燃油可以经由雾化装置1b、1c被初步雾化，然后分别流入第一供油管段41和第二供油管段42。上述经过初步雾化的燃油介质，一部分经第一供油管段41绕着环形通道流入第三供油管段43，一部分流入第二供油管段42，然后经由三通接头6的雾化装置1d进行二次雾化，最终经第二供油支管32进入燃油喷嘴500中。采用逐级雾化的方法，使燃油介质能够在较长流道中充分雾化。

图6示出的实施方式中，类似于四通接头5，三通接头6内通向第二供油管段42和第三供油管段43的两个通路(图6中，左侧通路和右侧通路)分别提供的两个入口通道61、62各自朝向三通接头6的中心(入口通道61向右，入口通道62向左)逐渐收缩。换言之，入口通道61、62各自从其入口端朝向出口端截面面积逐渐减小。图示实施方式中，雾化装置1d和两个入口通道61、62集成在一起，在三通中间件60中设置在中心汇聚、连通的三个通道，分别构成通向燃料出口OL的雾化装置1d的扩张通道以及通向燃料进口IL的两个入口通道61、62。两个入口通道61、62可以为锥形，可以压缩燃油介质，入口通道61、62逐渐收缩的截面面积或者腔室体积可以进一步提高燃油介质压力以便于燃油介质雾化。高压燃油经入口通道61、62压缩之后，进入雾化装置1d的扩张通道，最终喷射出被雾化的燃油介质。

继续参见图6，雾化装置1还可以包括分布有多个穿孔的雾化孔板15，雾化孔板15可以盖合扩张通道11的下游端(图6中，上端)。雾化孔板15表面的穿孔可以是充分雾化后的燃油介质能够通过的小孔，并且该小孔可以拦截未充分雾化的燃油介质，从而可以起到雾化过滤的作用。

图7至图9示出了雾化装置1的立体构造。图示实施方式中，压力阀组件12还可以包括盖板16。盖板16可以固定调节弹性件14的位置，特别是沿着燃油的输送方向上的位置，或者沿着分支筒501的轴向方向X1的位置。盖板16可以设置对称的流通通道如161，有助于燃油介质分流。

堵头13可以是类似螺钉的形状，螺钉头用于堵塞扩张通道11的上游端，而作为弹性件14的螺旋弹簧缠绕螺钉柱。

参见图8和图9，雾化孔板15可以设置有凸起块151，与四通中间件50的分支筒501的内壁面凹槽53相配合，借此实现雾化孔板15的便捷固定和拆卸，分支筒501的内壁面凹槽53包括沿着分支筒501的圆周方向C1延伸的周向槽504，还包括沿着分支筒501的轴向方向X1延伸的轴向槽505，周向槽504和轴向槽505相交。安装时，雾化孔板15的凸起块151首先对齐、并推入内壁面凹槽53的轴向槽503，然后雾化孔板15沿分支筒501的圆周方向C1转动一定角度卡入内壁面凹槽53的周向槽504内，拆卸顺序与之相反。

上述燃油总管系统10中，压力阀组件12和雾化孔板15等均可以方便地进行拆卸、更换。

在一个实施方式中，作为弹性件14的弹簧的弹性系数可以由燃油总管流量试验测定，采用符合燃油总管性能指标中要求的弹性系数，例如，还可以采用耐燃油腐蚀弹簧。特别地，距离总供油管2(例如，主燃级总供油管21和预燃级总供油管22)越近的三通接头6内雾化装置1d的弹性件14的弹性系数越大，反之越小，以实现多个燃油喷嘴500中燃油流量的均匀性。

如前所述，燃烧室供油系统100的主燃级供油系统200可以采用燃油总管系统10。换言之，如图2所示，总供油管2可以是引入高压燃油A0的主燃级总供油管21，供油管段组4包括的各供油管段40可以是主燃级供油管(段)401，供油支管组3包括的各供油支管30可以是主燃级供油支管301。

燃烧室供油系统100的预燃级供油系统200可以采用燃油总管系统10。换言之，如图2所示，总供油管2可以是引入高压燃油A0的预燃级总供油管22，供油管段组4包括的各供油管段40可以是预燃级供油管(段)402，供油支管组3包括的各供油支管30可以是预燃级供油支管302。

上述燃烧室供油系统100中，供油管段与总供油管连接处设置有带雾化装置的多通接头，实现燃油的初步雾化，供油管段与供油支管连接处设置有带雾化装置的多通接头，实现燃油的二次雾化。燃油总管系统中包含的管路众多，燃油介质流通的流道也较长，因而采用流道中逐级雾化的方法，可以使燃油介质能够在较长流道中充分雾化。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃油总管系统，用于安装在航空发动机的燃烧室机匣的外侧，所述燃油总管系统包括引入燃油的总供油管和向燃烧室内部供给燃油的供油支管组，所述供油支管组包括多个供油支管，其特征在于，

所述燃油总管系统还包括雾化装置，所述雾化装置沿燃油的输送路线位于所述总供油管和所述供油支管组的至少一个供油支管之间，所述雾化装置包括扩张通道和压力阀组件，所述扩张通道沿燃油的输送路线朝向下游逐渐扩张，所述压力阀组件包括堵头和连接所述堵头的弹性件，所述堵头在弹性件的弹力作用下堵塞所述扩张通道的上游端；

所述总供油管供给的燃油冲开所述堵头，经过所述扩张通道之后雾化，进入所述至少一个供油支管。

2.如权利要求1所述的燃油总管系统，其特征在于，

所述燃油总管系统还包括环绕所述燃烧室机匣的供油管段组；

所述供油支管组包括第一供油支管，所述供油管段组包括沿环绕方向相邻的第一供油管段和第二供油管段；

所述第一供油支管、所述第一供油管段、所述第二供油管段和所述总供油管通过四通接头连通，所述四通接头内设置有所述雾化装置。

3.如权利要求2所述的燃油总管系统，其特征在于，

所述四通接头内通向所述第一供油支管、所述第一供油管段和所述第二供油管段的三个通路分别设置所述雾化装置，使得总供油管供给的燃油分别经过雾化以后进入所述第一供油支管、所述第一供油管段和所述第二供油管段。

4.如权利要求2所述的燃油总管系统，其特征在于，

所述四通接头内通向所述总供油管的一个通路提供的入口通道朝向所述四通接头的中心逐渐收缩。

5.如权利要求2所述的燃油总管系统，其特征在于，

所述供油支管组还包括第二供油支管，所述供油管段组还包括沿环绕方向与所述第二供油管段相邻的第三供油管段；

所述第二供油支管、所述第二供油管段和所述第三供油管段通过三通接头连通，所述三通接头内设置有所述雾化装置。

6.如权利要求5所述的燃油总管系统，其特征在于，

所述三通接头通向所述第二供油支管的一个通路设置所述雾化装置，使得所述第二供油管段和所述第三供油管段供给的燃油经过雾化以后进入所述第二供油支管。

7.如权利要求5所述的燃油总管系统，其特征在于，

所述三通接头内通向所述第二供油管段和所述第三供油管段的两个通路分别提供的两个入口通道各自朝向所述三通接头的中心逐渐收缩。

8.如权利要求1所述的燃油总管系统，其特征在于，

所述雾化装置还包括分布有多个穿孔的雾化孔板，所述雾化孔板盖合所述扩张通道的下游端。

9.如权利要求1所述的燃油总管系统，其特征在于，

所述弹性件设置在所述堵头的下游侧，向所述堵头施加推力。

10.一种燃烧室供油系统，用于对航空发动机的燃烧室内部供给燃油，所述燃烧室供油系统包括主燃级供油系统和预燃级供油系统，其特征在于，所述主燃级供油系统和所述预燃级供油系统均采用如权利要求1至9中任一项所述的燃油总管系统。

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