CN110410822B - 可变喷口面积的离心式喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个目的是提供可变喷口面积的离心式喷嘴，在不同油压下有不同喷嘴出口面积。其中喷嘴壳体具有轴向长度，在轴向长度上具有进油侧的第一开放端以及位于出油侧的第二开放端，贯穿所述第一开放端和所述第二开放端的燃油腔，并且在轴身上向外凸出设置有进燃油用的管道，所述燃油腔在出油侧具有内径渐扩部；端盖可拆卸连接喷嘴壳体的第一开放端；柱体在所述燃油腔中可移动设置，与所述燃油腔之间的间隙形成供燃油通过的燃油通道，一端具有外径渐扩部，与所述内径渐扩部相对，另一端与端盖相对并间隔开；弹性件连接所述端盖和所述柱体；轴向旋流叶片设置在柱体和喷嘴壳体之间的所述燃油通道。
Description
技术领域
本发明涉及发动机燃烧室，尤其涉及发动机燃烧室用燃油喷嘴。
背景技术
液体燃料的燃烧，必须先蒸发成油气，再以气态进行燃烧反应。液体燃料的雾化和蒸发对燃气轮机燃烧室是一个至关重要的过程，而雾化又是蒸发的基础。航空燃气轮机的燃油雾化一般采用燃油喷嘴来实现。目前在航空燃气轮机上使用最广泛的压力型雾化喷嘴为离心式喷嘴。离心式喷嘴中，燃油在油压驱动下通过喷嘴内的旋流孔或旋流槽，使燃油以旋转液膜的形式喷出喷口。液膜靠离心力作用成锥形散开，增大了出口雾化锥角，增加了与空气相互作用的面积，改善了雾化粒径。但对航空发动机来说，不同工况下的供油流量变化悬殊，这时仅靠简单的单油路喷嘴用改变供油压力来改变供油量已远不能满足要求。例如，发动机的最大和最小供油量往往相差20倍以上，供油压差就相差400倍。
常用的解决方法就是在一个喷嘴上重叠地装两个喷口，由两股油路分别供油，一般称之为主副油路。CFM56系列发动机和GE90的燃油喷嘴均为双油路离心喷嘴。其中，小状态下，副油路负责供油，随着供油压力增大，副油路油量也逐渐增大。当油压达到一定时，主油路开始供油，此时，主副油路同时开始供油。
然而，发明人认识到，首先双油路离心喷嘴本身结构较单油路离心喷嘴复杂，如图1所示。图1中示出了主、副油路喷口22、24，产生旋流的轴向旋流叶片26、25，壳体21、23。复杂的双油路结构会使得喷嘴加工困难且重量加大。
同时，根据流量的需求，传统发动机燃烧室双油路离心喷嘴采用单向阀(checkvalve)与计量阀(metering valve)结合的结构。具体的方法为，在副油路上游处，安装单向阀，阀门是否开启由油压决定。在主油路上游处，安装计量阀，燃油在计量阀内，通过一个变节流面积的节流活门，从而使得在使用同一燃油总管燃油的情况下，不同工况的主、副燃油能够得到不同的分配比例。对于双油路离心喷嘴来说，为了使不同工况下主、副油路的油量分配比例不同，需要安装额外的单向阀与计量阀，增加了控制系统的难度与发动机重量。
发明内容
本发明的一个目的是提供可变喷口面积的离心式喷嘴，在不同油压下有不同喷嘴出口面积。
根据本发明的可变喷口面积的离心式喷嘴，其包括喷嘴壳体、端盖、柱体、弹性件以及轴向旋流叶片，其中喷嘴壳体具有轴向长度，在轴向长度上具有进油侧的第一开放端以及位于出油侧的第二开放端，贯穿所述第一开放端和所述第二开放端的燃油腔，并且在轴身上向外凸出设置有进燃油用的管道，所述燃油腔在出油侧具有内径渐扩部；端盖可拆卸连接喷嘴壳体的第一开放端；柱体在所述燃油腔中可移动设置，与所述燃油腔之间的间隙形成供燃油通过的燃油通道，一端具有外径渐扩部，与所述内径渐扩部相对，另一端与端盖相对并间隔开；弹性件连接所述端盖和所述柱体；轴向旋流叶片设置在柱体和喷嘴壳体之间的所述燃油通道。
在一个或多个实施方式中，所述柱体的所述外径渐扩部为锥体，锥体母线为内凹曲线。
在一个或多个实施方式中，所述燃油腔的所述内径渐扩部纵向截面呈直线状外扩。
在一个或多个实施方式中，所述柱体的所述外径渐扩部部分伸出所述喷嘴壳体的所述第二开放端。
在一个或多个实施方式中，所述进燃油用管道与所述燃油腔的轴线成夹角。
在一个或多个实施方式中，所述喷嘴壳体为圆筒状。
在一个或多个实施方式中，所述柱体位于所述燃油腔中心，所述柱体与所述燃油腔之间形成环形间隙。
在喷嘴中加入一个拉伸弹簧及柱体结构，使得喷嘴出口面积在不同弹簧拉伸长度的情况下有所变化，而弹簧的拉伸长度由来流的燃油压力引起，从而实现了不同油压下有不同喷嘴出口面积的功能。
附图说明
本发明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是传统双油路离心喷嘴结构示意图；
图2是根据一个或多个实施方式的可变喷口面积的离心式喷的结构示意图。
具体实施方式
下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。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，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/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。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和第二元件间接地相连或彼此结合。
如图2所示的实施方式中，可变喷口面积的离心式喷嘴包括喷嘴壳体11、端盖13、柱体16、弹性件14以及轴向旋流叶片17。喷嘴壳体11具有轴向长度，在轴向长度上具有进油侧的第一开放端，在图中位于左端，以及位于出油侧的第二开放端，在图中位于右端。喷嘴壳体11还具有贯穿所述第一开放端和所述第二开放端的燃油腔15，并且在轴身上向外凸出设置有进燃油用的管道12，所述燃油腔15在出油侧具有内径渐扩部151。端盖13可拆卸连接喷嘴壳体11的第一开放端。柱体16在燃油腔15中可移动设置，和燃油腔15之间的间隙形成供燃油通过的燃油通道，其一端具有外径渐扩部161，与所述内径渐扩部151相对，另一端与端盖13相对并间隔开。弹性件14连接端盖13和柱体16。轴向旋流叶片17设置在柱体16和喷嘴壳体11之间的间隙中。
在工作时，燃油由喷嘴壳体11上的管道12进入燃油腔15。随着燃油逐渐增多，在部分充满燃油腔15后，燃油通过壳体11与柱体16之间的燃油通道向右流动，经过轴向旋流叶片17时，产生离心力，最后由壳体11与柱体16之间的喷嘴出口喷出。随着燃油油压逐渐增大，燃油腔15完全充满，柱体16受到燃油压力，拉动拉伸弹簧14向右移动，此时壳体11与柱体16之间的喷嘴出口面积逐渐增大，燃油通过增大了面积的喷嘴出口喷出。当发动机的工作状况出现变化，例如由起飞切换到巡航，燃油量减少，在燃油腔15内的燃油油压逐渐降低，柱体16上弹簧14作用的拉力拉动柱体16向左移动，此时壳体11和柱体16之间的喷嘴面积逐渐减小，燃油通过减小了面积的喷嘴出口喷出。
在一个或多个实施方式中，柱体16的外径渐扩部161为锥体，锥体母线为内凹曲线。相对于直线状渐扩的形状，出口面积增加幅度更快。
在一个或多个实施方式中，所述燃油腔15的内径渐扩部151纵向截面呈直线状外扩。也可以为凹形曲线，以使出口面积增加幅度更快。
如图1所示，柱体16的外径渐扩部161部分伸出喷嘴壳体11的第二开放端即其右端。进燃油用管道12与燃油腔15的轴线成夹角。喷嘴壳体11为圆筒状，也可以是其他形状。柱体16位于燃油腔中心，柱体16与燃油腔15之间形成环形间隙。
在前述实施方式中，弹簧14也可以适合于起到类似作用的弹性件。由于弹簧一端连接在端盖13处，可拆卸，以便于后期清洗、更换喷嘴内部组件。
在前述实施方式中，对柱体16的复位采用设置在端盖和柱体16端部之间的弹簧或者弹性件的拉力来实现，相对于通过压缩弹簧的实施方式，简化了挡板、腔体等结构配合组装，构型简单。
在前述实施方式中，在燃油通道中设置轴向旋流叶片，因此可以产生燃油离心旋流效果，使燃油以旋转液膜的形式喷出喷口。液膜靠离心力作用成锥形散开，增大了出口雾化锥角，增加了与空气相互作用的面积，改善了雾化粒径。
在前述实施方式中，在喷嘴中加入一个拉伸弹簧及柱体结构，使得喷嘴出口面积在不同弹簧拉伸长度的情况下有所变化，而弹簧的拉伸长度由来流的燃油压力引起，从而实现了不同油压下有不同喷嘴出口面积的功能。该功能能够解决双油路离心喷嘴结构复杂的问题，仅用单油路就实现了双油路离心喷嘴的性能，且无需加装双油路离心喷嘴所需的单向阀与计量阀。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明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，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。
Claims (7)
1.可变喷口面积的离心式喷嘴，其特征在于，包括
喷嘴壳体，具有轴向长度，在轴向长度上具有进油侧的第一开放端以及位于出油侧的第二开放端，贯穿所述第一开放端和所述第二开放端的燃油腔，并且在轴身上向外凸出设置有进燃油用的管道，所述燃油腔在出油侧具有内径渐扩部；
端盖，可拆卸连接喷嘴壳体的第一开放端；
柱体，在所述燃油腔中可移动设置，与所述燃油腔之间的间隙形成供燃油通过的燃油通道，一端具有外径渐扩部，与所述内径渐扩部相对，另一端与端盖相对并间隔开；
弹性件，连接所述端盖和所述柱体；以及
轴向旋流叶片，设置在柱体和喷嘴壳体之间的所述燃油通道。
2.如权利要求1所述的离心式喷嘴，其特征在于，所述柱体的所述外径渐扩部为锥体，锥体母线为内凹曲线。
3.如权利要求2所述的离心式喷嘴，其特征在于，所述燃油腔的所述内径渐扩部纵向截面呈直线状外扩。
4.如权利要求1所述的离心式喷嘴，其特征在于，所述柱体的所述外径渐扩部部分伸出所述喷嘴壳体的所述第二开放端。
5.如权利要求1所述的离心式喷嘴，其特征在于，所述进燃油用的 管道与所述燃油腔的轴线成夹角。
6.如权利要求1所述的离心式喷嘴，其特征在于，所述喷嘴壳体为圆筒状。
7.如权利要求1所述的离心式喷嘴，其特征在于，所述柱体位于所述燃油腔中心，所述柱体与所述燃油腔之间形成环形间隙。
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