CN111981512B - 一种燃油空气雾化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃油空气雾化装置,包括喷油嘴壳体,喷油嘴壳体上开设有相互独立的燃油流道Ⅰ、空气流路Ⅱ,喷油嘴设置于喷油嘴壳体内,空气流路Ⅱ与喷油嘴内孔联通,螺母旋流器设置于喷油嘴壳体外侧,燃油经过燃油流道Ⅰ后通过喷油嘴侧壁上的斜切小孔B进入喷油嘴内孔,在喷油嘴内孔表面形成旋转油膜,螺母旋流器上有空气通道Ⅲ,空气通道Ⅲ内设置旋流叶片,气流经过旋流叶片后形成旋转气流,与自空气流路Ⅱ、喷油嘴内孔进入的气流共同作用对燃油进行气动雾化。该装置提高燃油雾化效果,有利于燃烧室出口温度场的均匀性;可以应用于小型航空发动机燃烧室和燃气轮机燃烧室,也可以作为多点喷射发动机燃烧室头部的基本单元。

Description

一种燃油空气雾化装置
技术领域
本发明属于航空发动机领域,涉及一种用于航空发动机燃烧室燃油雾化的装置。
背景技术
燃油雾化装置是航空发动机燃烧室的核心部件,燃油经过充分的雾化,与火焰筒头部旋流器进气匹配,在火焰筒头部和燃烧区进行稳定燃烧,燃油雾化性能对燃烧室的点火、燃烧效率、稳定性,温度分布、排气冒烟等性能影响很大。
航空发动机的燃油雾化是采用专门的雾化装置来实现,根据雾化原理的不同,燃油雾化装置通常分为以下几类:
a)主要依靠供油压力雾化的压力型喷油嘴,它主要包括直射式喷油嘴、离心式喷油嘴(又分为单油路喷油嘴和双油路喷油嘴)、回流式喷油嘴;
b)主要依靠气动力雾化的气动雾化喷油嘴,主要包括空气雾化喷油嘴、气动喷油嘴和气动辅助雾化喷油嘴;
c)主要依靠雾化装置旋转促使油液雾化的旋转喷油嘴,主要包括甩油盘式喷油嘴和旋转杯式喷油嘴;
d)在喷油嘴内直接产生燃油蒸发的蒸发管式喷油嘴等;
e)组合式喷油嘴。
目前在航空发动机上使用最广泛的主要是离心式喷油嘴和空气雾化喷油嘴。离心式喷油嘴的雾化主要是依靠燃油的供油压力,燃油在油压驱动下通过专门设计的喷油嘴内的旋流孔或槽,在喷油嘴内产生旋转,以旋转液膜的形式喷出喷口。液膜靠离心力作用成锥形被散开,与空气相互作用形成微小油珠。离心式喷油嘴根据工作原理和用途,主要分为单路离心式喷油嘴、双路离心式喷油嘴,双油路离心喷油嘴相比于单油路喷油嘴扩大了工作范围。离心式喷油嘴的主要优点是,有良好的机械可靠性和在很弱的混合强度下维持燃烧的能力,因此离心式喷油嘴被广泛应用在燃气涡轮发动机中。其主要缺点是喷油嘴内燃油道很小,易由于燃油污染导致堵塞,并且在高压燃烧室头部火焰辐射和燃烧室冒烟问题比较严重。
发明内容
发明目的:为解决上述技术问题,本发明提供了一种用于航空发动机燃烧室燃油雾化的装置,运用空气雾化原理,在较宽的供油范围内实现良好的雾化性能,对燃油污染的容忍度较高,有利于提高燃烧室性能,提高燃烧室出口温度分布的均匀性。
技术方案:
一种燃油空气雾化装置,包括喷油嘴壳体、螺母旋流器、喷油嘴,喷油嘴壳体上开设有相互独立的燃油流道Ⅰ、空气流路Ⅱ,喷油嘴设置于喷油嘴壳体内,空气流路Ⅱ与喷油嘴内孔联通,螺母旋流器设置于喷油嘴壳体外侧,燃油经过燃油流道Ⅰ后通过喷油嘴侧壁上的斜切小孔B进入喷油嘴内孔,在喷油嘴内孔表面形成旋转油膜,螺母旋流器上有空气通道Ⅲ,空气通道Ⅲ内设置旋流叶片,气流经过旋流叶片后形成旋转气流,与自空气流路Ⅱ、喷油嘴内孔进入的气流共同作用对燃油进行气动雾化。
优选的,喷油嘴设置于喷油嘴壳体的安装孔内,安装孔、喷油嘴内孔、空气流路Ⅱ同轴,螺母旋流器内孔与喷油嘴壳体远离空气流路Ⅱ一端外圆周面螺纹连接。
优选的,螺母旋流器远离喷油嘴壳体一端设置有文氏管,使得旋转气流能够在螺母旋流器出口形成回流区。
优选的,喷油嘴内孔为三段阶梯孔,沿气流流动方向依次为截面逐渐减小的锥形孔和两段直径不同的圆柱孔,远离锥形孔的圆柱孔直径大于临近锥形孔的圆柱孔直径。
优选的,螺母旋流器上带有若干沿周向均匀分布的旋流叶片,旋流叶片均为直叶片且旋流叶片与螺母旋流器轴线的成一定夹角。
优选的,旋流叶片与螺母旋流器轴线之间的夹角为30度~60度。促使气流的旋转处于一种合理的范围内。
优选的,螺母旋流器的旋流数为0.5~1.5。促使气流的旋转处于一种合理的范围内。
优选的,喷油嘴与螺母旋流器之间设置有压环,喷油嘴与喷油嘴壳体之间、喷油嘴和压环之间设置有密封环。
优选的,密封环与喷油嘴接触面为锥面。
优选的,压块和密封环采用铜制成。
本发明的优点:提高燃油雾化效果,有利于燃烧室出口温度场的均匀性;可以应用于小型航空发动机燃烧室和燃气轮机燃烧室,也可以作为多点喷射发动机燃烧室头部的基本单元。
附图说明
图1为本发明的一种燃油空气雾化装置的结构示意图。
图中:1-喷油嘴壳体,2-螺母旋流器,3-喷油嘴,4-压环,5-密封环,A-螺母旋流器,B-斜切小孔,C-斜切小孔内表面,D-喷口,E-旋流器出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明:
本发明的一种燃油空气雾化装置结构如图1所示,一种燃油空气雾化装置,包括喷油嘴壳体1、螺母旋流器2、喷油嘴3,喷油嘴壳体1上开设有相互独立的作为燃油流道Ⅰ、空气流路Ⅱ的孔,喷油嘴3设置于喷油嘴壳体1的安装孔内,空气流路Ⅱ与喷油嘴3内孔联通且安装孔、喷油嘴3内孔、空气流路Ⅱ同轴,螺母旋流器2设置于喷油嘴壳体1外侧且螺母旋流器2内孔与喷油嘴壳体1远离空气流路Ⅱ一端外圆周面螺纹连接。空气流路Ⅱ的空气射流不仅能够增强燃油的雾化,还能够阻止回流的炽热燃气进入旋流器内部。螺母旋流器2上有空气通道Ⅲ,空气通道Ⅲ内设置若干旋流叶片,旋流叶片沿螺母旋流器2周向均匀分布,旋流叶片均为直叶片且旋流叶片与螺母旋流器2轴线的成一定夹角。优选的,旋流叶片与螺母旋流器2轴线之间的夹角为30度~60度,螺母旋流器2的旋流数为0.5~1.5,促使气流的旋转处于一种合理的范围内。螺母旋流器2远离喷油嘴壳体1一端设置有文氏管,使得旋转气流能够在螺母旋流器内腔A出口形成回流区。
喷油嘴3内孔为三段阶梯孔,沿气流流动方向依次为截面逐渐减小的锥形孔和两段直径不同的圆柱孔,远离锥形孔的圆柱孔直径大于临近锥形孔的圆柱孔直径。远离锥形孔的圆柱孔上开设有若干斜切小孔B。喷油嘴3外圆周面还开设有环形槽,斜切小孔B位于环形槽内。油液自燃油流道Ⅰ进入后进入环形槽内然后自斜切小孔B流入喷油嘴3内孔,环形槽具有集油作用且能保证各斜切小孔B进油均匀。锥形孔提高了气流流速,加强了气流对燃油的雾化作用,直径不同的圆柱孔使燃油在台阶内旋转流动,避免了燃油对空气流动的干扰。气流经过加速后,带动喷油嘴内表面C的旋转油膜经喷油嘴3远离锥形孔一端的喷口D喷出。
为保证燃油喷油嘴的密封,喷油嘴3与螺母旋流器2之间设置有压环4,喷油嘴3与喷油嘴壳体1之间、喷油嘴3和压环4之间设置有密封环5。密封环5与喷油嘴3接触面为锥面,通过螺母旋流器2压紧能够更好保证燃油的密封。
优选的,喷油嘴壳体1采用锻造加工;螺母旋流器2采用铸造或3D打印方式,材料需选用耐高温的合金;喷油嘴3采用棒材机械加工,材料需选用硬度较高且能够耐高温的合金;压块4和密封环5采用板材或棒材机械加工方式,材料需选用较软的金属材料,如铜。
燃油经过燃油流道Ⅰ后通过喷油嘴3侧壁上的斜切小孔B进入喷油嘴3内孔,在喷油嘴内表面C形成旋转油膜,气流经过旋流叶片后形成旋转气流,与自空气流路Ⅱ、喷油嘴3内孔进入的气流共同作用对燃油进行气动雾化。能够大幅提高燃油雾化性能,从而提高燃烧性能和温度分布的均匀性。
本发明的燃油雾化装置,采用两路空气对燃油进行雾化,可以在较宽的供油范围内达到良好的雾化效果,其中的旋流器采用轴向进气的方式,外廓尺寸较小,在增强雾化效果的同时,在出口形成回流区,有利于燃油稳定燃烧。由于整体尺寸较小,喷油孔尺寸较大,对燃油内杂质容忍度较高,供油范围较宽,且有独立稳定燃烧的能力,因此可以应用于小型航空发动机、燃气轮机燃烧室和中大型航空发动机多点喷射燃烧室,能够满足小型航空发动机、燃气轮机和现代高温升大热负荷主燃烧室的头部基本单元的要求。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此来限制本发明的保护范围,凡根据本发明精神本质所作出的等同变换或修饰,都应涵盖本发明的保护范围内。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (8)

1.一种燃油空气雾化装置,其特征在于,包括喷油嘴壳体(1)、螺母旋流器(2)、喷油嘴(3),喷油嘴壳体(1)上开设有相互独立的燃油流道Ⅰ、空气流路Ⅱ,喷油嘴(3)设置于喷油嘴壳体(1)内,空气流路Ⅱ与喷油嘴(3)内孔联通,螺母旋流器(2)设置于喷油嘴壳体(1)外侧,燃油经过燃油流道Ⅰ后通过喷油嘴(3)侧壁上的斜切小孔B进入喷油嘴(3)内孔,在喷油嘴(3)内孔表面形成旋转油膜,螺母旋流器上有空气通道Ⅲ,空气通道Ⅲ内设置若干 旋流叶片,气流经过旋流叶片后形成旋转气流,与自空气流路Ⅱ、喷油嘴(3)内孔进入的气流共同作用对燃油进行气动雾化;螺母旋流器(2)远离喷油嘴壳体(1)一端设置有文氏管,使得旋转气流能够在螺母旋流器(2)出口形成回流区;喷油嘴(3)内孔为三段阶梯孔,沿气流流动方向依次为截面逐渐减小的锥形孔和两段直径不同的圆柱孔,远离锥形孔的圆柱孔直径大于临近锥形孔的圆柱孔直径;斜切小孔B开设于远离锥形孔的圆柱孔上;喷油嘴(3)外圆周面还开设有环形槽,斜切小孔B位于环形槽内;油液自燃油流道Ⅰ进入后进入环形槽内然后自斜切小孔B流入喷油嘴(3)内孔。
2.如权利要求1所述的一种燃油空气雾化装置,其特征在于,喷油嘴(3)设置于喷油嘴壳体(1)的安装孔内,安装孔、喷油嘴(3)内孔、空气流路Ⅱ同轴,螺母旋流器(2)内孔与喷油嘴壳体(1)远离空气流路Ⅱ一端外圆周面螺纹连接。
3.如权利要求1所述的一种燃油空气雾化装置,其特征在于,旋流叶片沿螺母旋流器(2)周向均匀分布,旋流叶片均为直叶片且旋流叶片与螺母旋流器(2)的轴线 成夹角。
4.如权利要求2所述的一种燃油空气雾化装置,其特征在于,旋流叶片与螺母旋流器(2)轴线之间的夹角为30度~60度。
5.如权利要求2所述的一种燃油空气雾化装置,其特征在于,螺母旋流器(2)的旋流数为0.5~1.5。
6.如权利要求2所述的一种燃油空气雾化装置,其特征在于,喷油嘴(3)与螺母旋流器(2)之间设置有压环(4),喷油嘴(3)与喷油嘴壳体(1)之间、喷油嘴(3)和压环(4)之间设置有密封环(5)。
7.如权利要求6所述的一种燃油空气雾化装置,其特征在于,密封环(5)与喷油嘴(3)接触面为锥面。
8.如权利要求7所述的一种燃油空气雾化装置,其特征在于,压块和密封环采用铜制成。
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