CN108266274B - 发动机、喷油嘴及其集油环 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发动机喷嘴中的集油环，包括壳体和油路组件。该壳体具有环形底面以及外壁和内壁，该底面上具有至少一个喷口孔。该油路组件设置在该外壁和该内壁之间，包括第一燃油管路、第二燃油管路、以及至少一个喷油杆组件。该喷油杆组件包括与该第一燃油管路连通且向该底面延伸的杆体，和位于该杆体端部且延伸出该喷口孔外的喷口。该第二燃油管路包括第二燃油管路主体和至少一个向该底面方向延伸的弯曲部，该弯曲部的至少一部分紧靠该杆体。本发明由于采用以上技术方案，使之与现有的燃油喷嘴相比，具有冷却效果好，发生燃油沉积、结焦的概率低的特点。

Description

发动机、喷油嘴及其集油环

技术领域

本发明涉及一种发动机、喷油嘴及其集油环，尤其是一种适用于飞机的具有热防护结构的喷油嘴及其集油环。

背景技术

随着高性能、高压比航空发动机的发展，用燃油做冷却剂以冷却发动机装置的需求迅速增长，使得燃油在进入集油环前的燃油温度升高达100～140℃。同时随着发动机压比的不断增高以提高循环效率，燃烧室进口空气温度也进一步提高。推重比10的一级发动机燃烧室进口空气温度达800K以上，从而使得集油环内油温、油管壁温不断提高，造成喷嘴内燃油严重沉积、结焦，附在内壁上，严重时会局部堵塞喷口，阻挡喷雾锥形成，导致喷油雾化质量急剧恶化。燃油雾化不良及雾化质量不稳定将导致燃烧室点火联焰困难和无规律性，以及燃烧效率的降低，有时燃油浓度场的不稳定会导致燃烧室出口燃气温度分布的不稳定和恶化，严重时引起火焰筒和涡轮导向器及转子叶片的烧伤。因此，有必要对喷嘴采取隔热措施，以减少外界热源对燃油的传热，从而避免因燃油温度过高而产生结焦。

现有的以燃油做冷却剂的发动机装置，使用环形结构，即，在环形的壳体内设置两个同心的油路，以其中一个为主油路，另一个则对主油路进行冷却，能够获得一定的冷却效果。然而，现有技术中的冷却方法仍然不能彻底解决燃油温度过高问题。集油环附近仍十分容易发生燃油沉积、结焦。因此，装备了传统冷却装置的集油环仍然经常出现燃油雾化不良及雾化质量不稳定的情况。因此十分有必要提出一种能够彻底解决燃油温度过高问题的，具有新型冷却装置的集油环。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种冷却效果好，减少发生燃油沉积、结焦概率的集油环。

本发明为解决上述技术问题，提供了一种集油环，包括壳体和油路组件。该壳体具有环形底面以及外壁和内壁，该底面上具有至少一个喷口孔。该油路组件设置在该外壁和该内壁之间，包括第一燃油管路、第二燃油管路、以及至少一个出油管。该出油管包括与该第一燃油管路连通且向该底面延伸的杆体，和位于该杆体端部且延伸出该喷口孔外的喷口。该第二燃油管路包括第二燃油管路主体和至少一个向该底面方向延伸的弯曲部，该弯曲部的至少一部分紧靠该杆体。

根据本发明的至少一个实施例，该弯曲部为U型，包括一个底边管路和两个侧边管路。每个该杆体都与至少一个该侧边管路紧靠。

根据本发明的至少一个实施例，该弯曲部以间隔的方式设置在该两个相邻的杆体之间，该弯曲部的该至少一部分与该杆体的外壁是一体的。该侧边管路延伸到该杆体的总长度的70％处、80％处或90％处。

根据本发明的至少一个实施例，该第一燃油管路和第二燃油管路主体于同一平面内，是具有相同圆心的圆形。其中该第二燃油管路设置在第一燃油管路内侧或外侧，该侧边管路的至少一部分随着向底面方向延伸而向背离或朝向该集油环的轴心的方向弯曲，使弯曲部的至少一部分紧靠该杆体。

根据本发明的至少一个实施例，该侧边管路靠近该第二燃油管路主体的一侧随着向底面方向延伸而向背离或朝向该集油环的轴心的方向弯曲。该侧边管路靠近该底边管路的一侧为直线，紧靠该杆体且与该杆体平行。

根据本发明的至少一个实施例，该杆体平行于该集油环的轴心，该喷口相对于该杆体朝向该轴心或者背离该轴心的方向偏转。该喷口相对该杆体偏转的角度的范围是，从朝向该集油环的轴心偏转80度到背离该轴心偏转150度，或者从平行该杆体方向到背离该轴心偏转100度。

根据本发明的至少一个实施例，该第一燃油管路具有相邻布置的两个第一燃油输入端，该第二燃油管路具有第二燃油输入端和第二燃油输出端。该第二燃油输入端和该第二燃油输出端位于该两个第一燃油输入端的靠近或者远离该集油环的轴心一侧。

根据本发明的至少一个实施例，还包括第三燃油管路，该第三燃油管路设置在该第一燃油管路背离该底面的一侧，该第三燃油管路具有第三燃油输入端和第三燃油输出端。该第三燃油输入端和该第三燃油输出端位于该两个第一燃油输入端的两侧，且该第三燃油输入端靠近该第二燃油输出端位。

为了解决本发明的至少一部分技术问题，本发明还提供一种燃油喷嘴，该燃油喷嘴包括上述的集油环。

为了解决本发明的至少一部分技术问题，本发明还提供一种发动机，包括上述的集油环、喷油杆、旋流器和火焰筒和机匣。该集油环设置在该旋流器中间，一侧与该喷油杆连接，该喷油杆将燃油输入该集油环。该集油环、该旋流器和该火焰筒固定连接，该火焰筒设置在该机匣内部。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有的集油环相比，具有冷却效果好，发生燃油沉积、结焦的概率低的特点。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是本发明的一个实施例的集油环的外观示意图；

图2是本发明的一个实施例的集油环的剖面结构示意图；

图3a是本发明的一个实施例的油路组件结构示意图；

图3b是本发明的一个实施例的油路组件的油路内表面的立体图；

图3c是本发明的一个实施例的油路组件的油路内表面的侧视图；

图3d是本发明的一个实施例的油路组件的油路内表面的展开示意图；

图4是本发明的一个实施例的喷口的示意图；

图5a是本发明的另一个实施例的集油环的剖面结构示意图；

图5b是本发明的另一个实施例的油路组件的油路内表面的结构示意图；

图5c是本发明的另一个实施例的油路组件的油路内表面的展开示意图；

图6是本发明的一个实施例的发动机的剖面结构示意图。

具体实施方式

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

首先参考图1、2、3a、3b、和3c来说明本发明的一个非限制性的例子中集油环的结构。在这一非限制性的例子中，集油环100包括：壳体1和油路组件2。壳体1的大致结构如图1所示。壳体1具有一个环形的底面11，外壁12和内壁13。其中外壁12和内壁13可以具有相同轴心，该轴心即为集油环的轴心。壳体1的底面11上具有一个或者多个喷口孔111。

参考图2，油路组件2设置在外壁12和内壁13之间。油路组件2进一步包括第一燃油管路22和第二燃油管路23和至少一个出油管24。出油管24进一步包括杆体241和喷口242。杆体241与第一燃油管路22连通并自第一燃油管路22向底面11的方向延伸。杆体241的位置和数量与底面11的喷口孔111对应。喷口242位于杆体241的末端，并延伸出喷口孔111外。

图3a-d进一步示出了，在当前的非限制性例子中，油路组件2的结构。参考图3a，可选的，油路组件2还包括一个油路主体21。第一燃油管路22和第二燃油管路23的一部分都位于该一体的油路主体21内。在其他可选的实施例中，第一燃油管路22和第二燃油管路23是相互独立。

参考图3b，来对当前的非限制性例子中，第一燃油管路22、第二燃油管路23、杆体和喷嘴的位置和连接关系进行进一步的说明。图3b示出了油路组件2的内表面，即燃油流动的路径。如图3b所示，第二燃油管路23包括第二燃油管路主体232和至少一个向底面方向延伸的弯曲部231。其中弯曲部231的至少一部分与杆体241靠紧。从燃油流动路线的角度，使靠紧的方法既可以是如图所示的，弯曲部231的一部分与杆体平行并靠紧，也可以是其他方式，例如，弯曲部231的一部分与杆体241交错，或者整个弯曲部231围绕着杆体241等。另外，从管道布置的角度，到使弯曲部231杆体241靠紧的的方法既可以是如图3a所示的，弯曲部231的至少一部分与杆体241的至少一部分是一体的，也可以是其他方式。例如，弯曲部231与杆体241分体但是其外壁相互接触。弯曲部231的至少一部分与杆体241的至少一部分是一体的好处在于，减少界面，利用管壁增的高导热，增强冷却效果。

申请人在本发明中提供了一种新型的集油环。本发明所提供的集油环，由于第二燃油管路具有弯曲部，能够靠紧杆体甚至喷口，所以能够对位于杆体甚至喷口内的燃油进行冷却。因此，与现有的集油环相比，具有冷却效果好，发生燃油沉积、结焦的概率大大降低的特点。

不过，值得注意的是，上述例子只是本发明的一个非限制性的实施例。事实上，发明的集油环的许多部位的具体的结构可以有多样的变化。下面以一些例子来对这些变化中的一部分进行说明。

参考图3b和3c，在一个非限制性的例子中，弯曲部231的形状为U型。每个弯曲部231包括一个与第二燃油管路主体232大致平行的底边管路2311，和两个与第二燃油管路主体232大致垂直的侧边管路2312。每一个所述杆体241都与一个侧边管路2312紧靠。在当前的非限制性的例子中，侧边管路延伸到所述杆体的总长度的70％处、80％处或90％处。这些百分比是综合考虑燃油种类、燃油流速、杆体内径、弯曲部内径、集油环平均工况等多种参数后反复试验得到的。这样的设置可以保证侧边管路2312尽可能的冷却杆体241甚至在喷口242附近的燃油，避免燃油沉积、结焦。同时，使得底边管路2311与温度较高的环形的底面11保持适当的距离。此时，底面11包裹第二燃油管路23且其中存在一定空间，其中的空气作为隔热材料，可以避免第二燃油管路23中的燃油升温过快，影响冷却效果。尤其是为了避免对接近第二燃油管路23的燃油出口位置的杆体241中的燃油冷却不充分。

参考图3d，在当前的非限制性的例子中，弯曲部231以间隔的方式设置在所述两个相邻的杆体241之间。即，假设第一杆体和第二杆体之间设有弯曲部时，则第二杆体和第三杆体之间不设弯曲部，而第三杆体与第四杆体之间则又设有弯曲部。这样的设置可以在保证对每一个杆体进行冷却的同时，确保第二燃油管路23的总路径不会过长，从而影响冷却效果。

回到图3b和3c，在一个非限制性的例子中，第一燃油管路22和第二燃油管路主体232位于同一平面内，是两个同心圆。第一燃油管路22和第二燃油管路主体232的圆心都在集油环100的轴心上，同时第二燃油管路主体232紧贴第一燃油管路22。这样的设置有利于布置弯曲部。具体的，第二燃油管路主体232设置在第一燃油管路22的内侧具有诸多有利效果。首先，第二燃油管路主体232设置在第一燃油管路22的内侧能使喷口242在杆体241保持直线的情况下尽量分散，使燃油雾化后能与空气充分混合。其次，第二燃油管路主体232设置在第一燃油管路22的内侧可以使弯曲部的转折处较少，且转折情况比较简单，使燃油在第二燃油管路中流动时比较顺畅。

在当前的非限制性例子中，侧边管路2312的至少一部分随着向底面方向延伸向背离集油环的轴心的方向弯曲。可选的，侧边管路2312靠近第二燃油管路主体232的部分(图3b和3c中左边部分)，随着向底面方向(图3b和3c中向右)延伸向背离集油环的轴心的方向弯曲(即向外弯曲)。侧边管路2312靠近底边管路2311的一侧(图3b和3c中右边部分)为直线。这一段直线的侧边管路2312与杆体241平行且紧靠杆体241。即，侧边管路2312与第二燃油管路主体232连接的部分是向外展开的，而接近喷口242的部分则是直线的。由于壳体1的环形的底面11是整个集油环中温度最高的部分，当前的非限制性例子中侧边管路2312的形状，使得杆体241中靠近底面11的部分能够得到充分冷却，而在温度相对较低的部分，则布置弯曲结构，以使第二燃油管路23中的燃油能够流动。同时，弯曲结构还能够减小第二燃油管路主体232与侧边管路2312连接处的最大曲率，使得燃油在第二燃油管路23中，的流动更顺畅。另外，这样的布置方式不但可以使得第一燃油管路22与第二燃油管路23之间，第二燃油管路23与杆体241之间进行充分换热，还使得二燃油管路23的底边管路2311能够部分阻挡底面11对第一燃油管路22的热辐射，也起到一定的热防护的作用。

值得注意的是，该第二燃油管路主体232也可以设置在第一燃油管22路的外侧。此时，该侧边管路2312的至少一部分随着向底面11方向延伸而向朝向该集油环的轴心的方向弯曲，从而使使弯曲部231的至少一部分紧靠所述杆体241。可选的，此时侧边管路2312靠近第二燃油管路主体232的部分，随着向底面方向延伸向朝向所述轴心的方向弯曲(即向内弯曲)。此时侧边管路2312靠近底边管路2311的一侧则同样为直线。

参考图4，根据一个非限制性的例子，杆体241平行于轴心，喷口242相对于杆体241，朝向轴心或者背离轴心的偏转。假设偏转的角度是α，并假设背离轴心偏转时α大于0。则，α的角度可以是-80度至150度之间变化的。优选的，α的角度可以是0度到100度。这样的角度使得雾化效果和燃油在全部的进入发动机内部的空气中的混合情况都较好。

回到图3b，根据一个非限制性的例子，第一燃油管路22具有两个第一燃油输入端221。这两个第一燃油输入端221相邻布置。第二燃油管路23的第二燃油输入端233和第二燃油输出端234(与第二燃油输入端233对称，图中被第一燃油输入端221遮挡)位于两个第一燃油输入端的靠近轴心一侧。这样设置的好处在于，由于第二燃油管路23中的燃油在发挥冷却作用时温度是不断上升的，因而在第二燃油输出端234附近的冷却效果是最差的。为第一燃油管路22设置两个第一燃油输入端221，可以使在第一燃油管路22中的燃油温度最高的点位于最远离两个第一燃油输入端221的位置，即图3b中的正下方，而此处不是第二燃油管路23中燃油温度最高的点，其冷却效果不是最差的。因此，此种设置使得整个集油环的冷却效果较好。值得注意的是，该第二燃油管路主体232也可以设置在第一燃油管22路的外侧。此时，第二燃油管路23的第二燃油输入端233和第二燃油输出端234位于两个第一燃油输入端221的背离轴心的一侧。

下面参考图5a-c来说明本发明给出的另一个非限制性的例子中集油环的结构。当前的非限制性的例子中的集油环与之前的例子中的集油环的相同之处不再赘述，其区别包括还具有第三燃油管路25。第三燃油管路主体25设置在第一燃油管路22的背离底面11一侧(图5a中的左侧)。

参考图5b和5c，可选的，第三燃油管路25具有第三燃油输入端251和第三燃油输出端252位于所述两个第一燃油输入端221的两侧。这样设置的好处是，第三燃油管路可以进一步增强冷却效果。并且第三燃油输入端251设置在第二燃油输出端234附近。在这一位置第二燃油管路的冷却效果最差而第三燃油管路的冷却效果最好，因此整体的冷却效果比较均衡。

下面参考图6来说明应用本发明所给出的集油环的发动机的一种可选的实施例。该发动机包括集油环100、喷油杆200、旋流器300和火焰筒400和机匣500。

集油环100设置在所述旋流器300中间。集油环100的一侧与喷油杆200固定连接。喷油杆200连接喷油杆将集油环中。即，喷油杆200将燃油输入第一燃油管路22和第二燃油管路23中，若集油环100中还具有第三燃油管路25，则喷油杆200也将燃油输入第三燃油管路25。

油喷嘴100、喷油杆200、旋流器300组成喷油嘴600，设置在火焰筒400的前端并与火焰筒400固定连接。其连接方法可以是，集油环100通过旋流器300与火焰筒连接焰筒400连接。

集油环100喷出的燃油能够与空气混合后进入火焰筒400(如图5b中中间的箭头所示)，所述火焰筒400设置在所述机匣500内部，并与机匣500之间留有一定空间并开口，使得空气可以进入火焰筒400和机匣500之间的空间(如图5b中左右两侧的箭头所示)。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种发动机喷嘴中的集油环，包括：壳体和油路组件；所述壳体具有环形底面以及外壁和内壁，所述底面上具有至少一个喷口孔；

所述油路组件设置在所述外壁和所述内壁之间，包括第一燃油管路、第二燃油管路、以及至少一个出油管；

所述出油管包括与所述第一燃油管路连通且向所述底面延伸的杆体，和位于所述杆体端部且延伸出所述喷口孔外的喷口；

所述第二燃油管路包括第二燃油管路主体和至少一个向所述底面方向延伸的弯曲部，所述弯曲部的至少一部分紧靠所述杆体。

2.根据权利要求1所述的集油环，其特征在于：所述弯曲部为U型，包括一个底边管路和两个侧边管路；

每个所述杆体都与至少一个所述侧边管路紧靠。

3.根据权利要求2所述的集油环，其特征在于：所述弯曲部以间隔的方式设置在所述两个相邻的杆体之间，所述弯曲部的所述至少一部分与所述杆体的外壁是一体的；

所述侧边管路延伸到所述杆体的总长度的70％处、80％处或90％处。

4.根据权利要求2所述的集油环，其特征在于：所述第一燃油管路和第二燃油管路主体于同一平面内，是具有相同圆心的圆形，所述圆心位于所述集油环的轴心上；

所述第二燃油管路设置在第一燃油管路内侧或外侧，所述侧边管路的至少一部分随着向底面方向延伸而向背离或朝向所述轴心的方向弯曲，使弯曲部的至少一部分紧靠所述杆体。

5.根据权利要求4所述的集油环，其特征在于：所述侧边管路靠近所述第二燃油管路主体的一侧随着向底面方向延伸而向背离或朝向所述轴心的方向弯曲；

所述侧边管路靠近所述底边管路的一侧为直线，紧靠所述杆体且与所述杆体平行。

6.根据权利要求1所述的集油环，其特征在于：所述杆体平行于所述集油环的轴心，所述喷口相对于所述杆体朝向所述轴心或者背离所述轴心的方向偏转；

所述喷口相对所述杆体偏转的角度的范围是，从朝向所述轴心偏转80度到背离所述轴心偏转150度，或者从平行所述杆体方向到背离所述轴心偏转100度。

7.根据权利要求1所述的集油环，其特征在于：所述第一燃油管路具有相邻布置的两个第一燃油输入端，所述第二燃油管路具有第二燃油输入端和第二燃油输出端；

所述第二燃油输入端和所述第二燃油输出端位于所述两个第一燃油输入端的靠近或者远离所述集油环的轴心一侧。

8.根据权利要求7所述的集油环，其特征在于：还包括第三燃油管路，所述第三燃油管路设置在所述第一燃油管路背离所述底面的一侧，所述第三燃油管路具有第三燃油输入端和第三燃油输出端；

所述第三燃油输入端和所述第三燃油输出端位于所述两个第一燃油输入端的两侧，且所述第三燃油输入端靠近所述第二燃油输出端位。

9.一种燃油喷嘴，包括如权利要求1-8任一项所述的集油环。

10.一种发动机，其特征在于包括：如权利要求1至8中任一项所述的集油环、喷油杆、旋流器和火焰筒和机匣；

所述集油环设置在所述旋流器中间，一侧与所述喷油杆连接，所述喷油杆将燃油输入所述集油环；

所述集油环、所述旋流器和所述火焰筒固定连接，所述火焰筒设置在所述机匣内部。