CN114704853A - 一种高效雾化离心式喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高效雾化离心式喷嘴，涉及航空发动机燃烧室领域，该喷嘴在传统的离心式喷嘴外表面增加了一个环形腔结构，通过进气孔从空气旋流器中引气，在出口处使空气与燃油一起喷出，不但可以冷却离心式喷嘴，而且在特殊的结构下可以改变引气的流动状态，从而进一步促进燃油的雾化破碎，这个引气量还能通过挡位结构进行一定范围内的调整，有利于空气与燃油更好地掺混，本发明除了能够有效提高喷嘴的雾化效果，还可以对喷射出的燃油进行预热，以提高燃烧室的燃烧效率，扩大燃烧室的工作范围，抑制离心式喷嘴中积碳现象的发生。
Description
技术领域
本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种高效雾化离心式喷嘴。该结构可以有效提高燃油的雾化效果，提高燃烧室的效率。
背景技术
燃油射流的破碎和雾化过程是燃气轮机工作过程的重要环节之一，对于燃气轮机的燃烧过程和排放性能有着直接而重要的影响。利用燃油的流动特性及空气对燃油射流破碎和雾化的效果，对喷嘴进行合理设计，能够为现代燃气轮机组织燃烧提供更有效的控制手段。
离心式喷嘴属于一种典型的压力喷嘴，通过压力向动能的转换，来获得燃料和周围空气或燃气间的高相对速度，由于其在宽广的燃油流量范围内，都能提供很好的雾化效果以及低成本，轻质量，易维护的特点，在现代航空发动机燃烧室中得到了广泛的应用。
离心式喷嘴的工作原理如下：在一定的压力作用下，燃油通过切向孔进入旋流室中做旋转运动，并附加一个轴向速度，当燃油接近出口处时，由于受到收缩壁面限制，从一个较小的开孔旋转着喷出。在离心力的作用下，燃油并不能充满旋流室，中间存在一个与外界大气相通的空心涡，因此燃油从喷口喷出时呈环状管膜。在喷嘴出口截面处壁面不再对燃油施加作用力，燃油在喷嘴出口下游形成旋转的油膜，并根据液膜破碎机理形成直径极小的小油滴。
离心式喷嘴本身存在着热膨胀不协调、热防护以及喷嘴表面的积碳问题，一些新型的喷嘴形式被设计出来应用于各种燃烧室中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种高效雾化离心式喷嘴。与现有的技术结构相比，本方案的优点是结合燃油的雾化机理以及气体的流动特性，从旋流器定量引气，继而通过湍流网格，提高空气的湍流程度，通过增强燃油与空气之间的碰撞改善燃油雾化效果，有效地提高了燃烧效率和燃烧稳定性，改善了燃烧产物，防止燃油喷嘴积碳现象的发生。
技术方案
本发明的目的在于提供一种高效雾化离心式喷嘴。
本发明技术方案如下：
一种高效雾化离心式喷嘴，包括：螺纹连接头，挡位结构，内部油路，旋流室，进气孔，湍流网格，空气环腔，环形腔结构，其特征在于：该新型喷嘴通过螺纹连接头(1)与供油管紧密连接，其内部的结构与传统离心式喷嘴结构一致，即内部油路(2)连接旋流室(3)，并在前方开孔，环形腔结构(4)安装在离心式喷嘴结构的外表面上，可以调整挡位结构(5)以控制引气量，进气孔(6)沿周向均匀分布在环形腔结构的外表面上，整个空气环腔(7)呈扩张形状，在空气环腔中间设置了湍流网格(8)，用于提高气流的湍流程度并增强换热。
一种高效雾化离心式喷嘴，其特征在于：由于引入的空气来源于旋流器，需要保证喷嘴与空气旋流器紧密相连，同时在环形腔结构上的进气孔的尺寸、形状应该与旋流器上的开孔相同，数量为4-6个，与水平方向成45°向斜前方开孔。
一种高效雾化离心式喷嘴，其特征在于：挡位结构由环形腔结构背面的方形槽口和挡块组成，环形腔结构能进行一定的旋转和轴向移动，在挡位结构的作用下可以固定其轴向位置，挡位分为3级，挡位为1级时，进气孔完全打开，气流量最大；挡位为2级时，进气孔有效面积为完全打开时的1/2；挡位为3级时，进气孔完全关闭，空气流路不参与喷嘴的工作过程。
一种高效雾化离心式喷嘴，其特征在于：内部环腔为扩张型通道，可以进一步降低气流的压力和速度，内部结构头部收敛角度为45°，环形腔结构收敛角度为30°，并且在出口末端8-15mm处，空气环腔的截面积不再发生改变，用于保证气流的矢量方向和轴线平行。
本发明具有以下有益效果：
通过安装环形腔结构使燃油喷嘴表面得到较好的冷却，提高喷嘴的使用寿命，抑制旋流室中积碳现象的发生；在空气环腔中安装湍流网格，使引入的气流压力和速度降低，湍流程度提高，从而增强与壁面的换热，在一定程度上又能对燃油进行预热，进而可以提高喷嘴后方燃油的燃烧效率；空气环腔通道为扩张型，在出口处有一小段等截面通道，一方面进一步对气流降压减速，另一方面改变气流流动的矢量方向，使燃油和空气有一个剪切作用，提高燃油的雾化破碎效果和发动机点火性能；进气孔的开度可以通过挡位结构进行调控，可根据供油压力的大小选择一定的挡位，保证最佳雾化效果，同时可减弱旋流器的旋流强度，有利于形成脱体火焰提高零部件的寿命。
附图说明
图1：一种高效雾化离心式喷嘴的整体示意图
图2：一种高效雾化离心式喷嘴的背面结构图
图3：一种高效雾化离心式喷嘴的剖面图
图4：一种高效雾化离心式喷嘴的正视图
图中：1-螺纹连接头，2-内部油路，3-旋流室，4-环形腔结构，5-挡位结构，6-进气孔，7-空气环腔，8-湍流网格
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述：
结合图1、图2、图3，本发明提供一种高效雾化离心式喷嘴的技术方案。图1为一种可自动控制流量的新型燃油喷嘴的整体示意图，图2为一种高效雾化离心式喷嘴的背面结构图，图3为一种高效雾化离心式喷嘴的剖面图，图4为一种高效雾化离心式喷嘴的正视图。
在该新型燃油喷嘴中，燃油通过内部油路流至旋流腔，在一定的压力作用下，燃油通过切向孔进入旋流室中做旋转运动，并且从前方开口旋流而出，该部分工作方式与传统的离心式喷嘴相同，经过特殊设计的环形腔结构可以通过进气孔从旋流器的气路中引气，并且该结构可以在挡位结构作用下，通过旋转和平移改变其位置来控制引气量。气流进入空气环腔后经过湍流网格，气流的湍流程度增加，增强了与壁面的换热，在一定程度上又能对燃油进行预热，进而可以提高喷嘴后方燃油的燃烧效率，在出口处空气向正前方排出，此时空气对锥形油膜有一个剪切作用，从而提高了燃油的雾化破碎效果，抑制喷嘴中的积碳现象的发生，提高了发动机的工作性能。
Claims (4)
1.一种高效雾化离心式喷嘴，包括：螺纹连接头，挡位结构，内部油路，旋流室，进气孔，湍流网格，空气环腔，环形腔结构，其特征在于：该新型喷嘴通过螺纹连接头(1)与供油管紧密连接，其内部的结构与传统离心式喷嘴结构一致，即内部油路(2)连接旋流室(3)，并在前方开孔，环形腔结构(4)安装在离心式喷嘴结构的外表面上，可以调整挡位结构(5)以控制引气量，进气孔(6)沿周向均匀分布在环形腔结构的外表面上，整个空气环腔(7)呈扩张形状，在空气环腔中间设置了湍流网格(8)，用于提高气流的湍流程度并增强换热。
2.一种高效雾化离心式喷嘴，其特征在于：由于引入的空气来源于旋流器，需要保证喷嘴与空气旋流器紧密相连，同时在环形腔结构上的进气孔的尺寸、形状应该与旋流器上的开孔相同，数量为4-6个，与水平方向成45°向斜前方开孔。
3.一种高效雾化离心式喷嘴，其特征在于：挡位结构由环形腔结构背面的方形槽口和挡块组成，环形腔结构能进行一定的旋转和轴向移动，在挡位结构的作用下可以固定其轴向位置，挡位分为3级，挡位为1级时，进气孔完全打开，气流量最大；挡位为2级时，进气孔有效面积为完全打开时的1/2；挡位为3级时，进气孔完全关闭，空气流路不参与喷嘴的工作过程。
4.一种高效雾化离心式喷嘴，其特征在于：内部环腔为扩张型通道，可以进一步降低气流的压力和速度，内部结构头部收敛角度为45°，环形腔结构收敛角度为30°，并且在出口末端8-15mm处，空气环腔的截面积不再发生改变，用于保证气流的矢量方向和轴线平行。
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