一種空氣霧化燃油噴嘴裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型適用于航空發(fā)動機(jī)高溫升高油氣比燃燒室，涉及一種空氣霧化燃油噴嘴裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]軍用航空發(fā)動機(jī)推重比越來越高，要求不斷提高燃燒室的溫升。高溫升與高油氣比相對應(yīng)，在高油氣比環(huán)境下，若采用常規(guī)旋流杯式油氣混合方案，由于主燃孔和摻混孔進(jìn)氣，實際參與頭部燃燒的空氣量較少，使得頭部當(dāng)量比將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1，大功率下燃燒室出現(xiàn)嚴(yán)重的冒煙現(xiàn)象。然而，航空發(fā)動機(jī)排氣不可見冒煙是環(huán)境保護(hù)的要求，更是軍用發(fā)動機(jī)的戰(zhàn)術(shù)要求。因為排氣冒煙意味著很多熾熱的細(xì)微碳粒子，這些熾熱碳粒子會觸發(fā)遠(yuǎn)紅外，而許多空空導(dǎo)彈裝有遠(yuǎn)紅外制導(dǎo)裝置。因此，在高溫升燃燒室中，為解決排氣可見冒煙問題，需要大大增加頭部進(jìn)氣量，去掉主燃孔進(jìn)氣，減少甚至消除摻混孔進(jìn)氣。當(dāng)頭部氣量較多時，如果仍采用常規(guī)燃燒室單路供油方案，存在低功率下燃燒不穩(wěn)定問題，解決該問題的方法是采用類似于低污染燃燒室TAPS (Twin Annual Premixing Swirler)的供油方案，即在低功率下僅靠中心值班級供油保證燃燒穩(wěn)定性的要求，大功率下值班級和主燃級同時供油，滿足高溫升燃燒室排氣不可見冒煙的要求。
[0003]參考TAPS解決方案，北京航空航天大學(xué)申請了幾項關(guān)于一體化燃油噴射的低污染燃燒室專利，申請?zhí)柗謩e為 200810104684.4^200810104686.3 和 200810105061.9，這些專利的主要特點在于主燃級旋流器類型和燃油噴射方式上的差異。如在申請?zhí)枮?00810104684.4和200810105061.9的專利中，主燃級采用一級徑向旋流器結(jié)構(gòu)，燃油沿軸向向主燃級預(yù)混通道內(nèi)噴射，不同之處在于主燃級直射式空氣霧化噴嘴的位置。申請?zhí)枮?00810104686.3的專利主燃級為一級軸向旋流器，主燃級燃油噴射點的位置位于主燃級內(nèi)環(huán)、主燃級葉片中間或主燃級外環(huán)。這些專利提出了燃燒室頭部結(jié)構(gòu)及油氣混合方案能夠滿足頭部進(jìn)氣量較少油氣比相對較低的低污染燃燒室的設(shè)計要求，但對于大頭部進(jìn)氣量高油氣比環(huán)境下的高溫升燃燒室，主燃級旋流器級數(shù)較少，旋流組織較為單一，難以實現(xiàn)燃燒室頭部高效快速的油氣混合。
[0004]在GE公司申請的一些專利中，采用主燃級強(qiáng)旋流值班級弱旋流設(shè)計，使燃燒室內(nèi)回流由主燃級來主導(dǎo)，這樣的設(shè)計思路對于高油氣比環(huán)境下的高溫升燃燒室，氣量占多的外圍主燃級空氣對燃油較富中心值班級的作用較弱，使得值班級油氣混合不均勻，不利于燃燒室出口溫度分布的改善。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型要解決的技術(shù)問題是:克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用多級組合式旋流器結(jié)構(gòu)來加強(qiáng)頭部燃油與空氣的混合，避免燃燒室出口可見冒煙；采用值班級強(qiáng)旋流主燃級弱旋流的設(shè)計思路，由值班旋流來主導(dǎo)燃燒室回流，加強(qiáng)值班級油氣混合，從而改善燃燒室出口溫度分布。
[0006]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種空氣霧化燃油噴嘴裝置，所述頭部旋流器包括中心值班級單元和外圍主燃級單元，其特征在于:
[0007]-所述中心值班級單元包括由內(nèi)到外且同軸布置的中心導(dǎo)流錐體、值班級內(nèi)級軸向旋流器、值班級油膜噴嘴和值班級外級軸向旋流器，其中，
[0008]所述值班級油膜噴嘴為帶有夾層的環(huán)形套筒結(jié)構(gòu)，包括依次連接的進(jìn)口段、過渡段和出口段；所述值班級油膜噴嘴的內(nèi)壁面和中心導(dǎo)流錐體之間的空間構(gòu)成第一氣流通道;
[0009]所述值班級油膜噴嘴中的夾層構(gòu)成值班級供油通道，所述夾層包括基本位于所述值班級油膜噴嘴進(jìn)口段上的值班級油腔以及位于所述值班級油膜噴嘴過渡段和出口段上的值班級油路，該值班級油路一端與所述值班級油腔聯(lián)通，另一端與設(shè)置在所述值班級油膜噴嘴出口段內(nèi)壁面上的狹縫聯(lián)通，該狹縫構(gòu)成值班級油膜噴口 ；
[0010]--所述外圍主燃級單元包括過渡環(huán)形套筒、環(huán)形主燃級供油板、外圍環(huán)形套筒、主燃級內(nèi)級軸向旋流器和主燃級外級徑向旋流器，其中，
[0011]所述過渡環(huán)形套筒套設(shè)在所述值班級油膜噴嘴的出口段上，二者之間設(shè)置所述值班級外級軸向旋流器，所述過渡環(huán)形套筒內(nèi)壁面構(gòu)成第二氣流通道，所述過渡環(huán)形套筒進(jìn)口段的內(nèi)壁面和所述值班級油膜噴嘴出口段的外壁面之間的空間構(gòu)成第二氣流通道的進(jìn)口段，該氣流通道的出口段與中心軸線具有一定的夾角；所述過渡環(huán)形套筒超出所述值班級油膜噴嘴之外的內(nèi)壁面部分構(gòu)成第二氣流通道的擴(kuò)張段；
[0012]所述環(huán)形主燃級供油板包括設(shè)置于其內(nèi)圓周處的主燃級分層隔板、位于其背側(cè)的主燃級油腔和位于其外側(cè)表面且與所述主燃級油腔連通的主燃級燃油噴射孔；所述主燃級內(nèi)級軸向旋流器設(shè)置于所述過渡環(huán)形套筒進(jìn)口段和所述主燃級分層隔板之間的第三氣流通道中；所述主燃級外級徑向旋流器設(shè)置于所述環(huán)形主燃級供油板和所述外圍環(huán)形套筒之間的第四氣流通道中；
[0013]所述主燃級內(nèi)級軸向旋流器和主燃級外級徑向旋流器之間由所述主燃級分層隔板隔開；所述外圍環(huán)形套筒的內(nèi)壁面構(gòu)成主燃級預(yù)混通道。
[0014]本實用新型的空氣霧化燃油噴嘴裝置中，中心值班級單元采用兩級旋流器結(jié)構(gòu)，包括與中心導(dǎo)流錐體同軸布置的值班級內(nèi)級軸向旋流器和值班級外級軸向旋流器；值班級燃油進(jìn)入值班級油腔，流過值班級油路后形成周向均勻分布的油膜，油膜受到值班級內(nèi)級軸向旋流器和值班級外級軸向旋流器旋流剪切作用，在值班級擴(kuò)張通道內(nèi)形成值班級油霧。外圍主燃級單元采用兩級組合式旋流器結(jié)構(gòu)，包括主燃級內(nèi)級軸向旋流器和主燃級外級徑向旋流器，內(nèi)外級旋流器之間用主燃級分層隔板隔開。主燃級燃油進(jìn)入主燃級油腔，主燃級油腔中的燃油通過主燃級燃油噴射孔向主燃級外級徑向旋流器葉片通道下游直接噴射，形成多股主燃級燃油射流，先后受到主燃級內(nèi)外兩級反向旋轉(zhuǎn)旋流空氣的霧化混合作用，在主燃級預(yù)混通道中形成均勻分布的油氣混合物，最后再進(jìn)入燃燒區(qū)中燃燒，達(dá)到改善高溫升燃燒室內(nèi)油氣混合的目的。
[0015]優(yōu)選地，所述值班級內(nèi)級軸向旋流器的氣流旋轉(zhuǎn)方向與值班級外級軸向旋流器的氣流旋轉(zhuǎn)方向相同或相反。
[0016]優(yōu)選地，所述主燃級內(nèi)級軸向旋流器的氣流旋轉(zhuǎn)方向與值班級外級軸向旋流器的氣流旋轉(zhuǎn)方向相同或相反，主燃級外級徑向旋流器的氣流旋轉(zhuǎn)方向與主燃級內(nèi)級軸向旋流器的氣流旋轉(zhuǎn)方向垂直。
[0017]優(yōu)選地，所述主燃級燃油噴射孔位于主燃級外級徑向旋流器葉片通道下游，主燃級外級徑向旋流器葉片通道數(shù)目為主燃級燃油噴射孔數(shù)目的整數(shù)倍，主燃級燃油噴射孔沿圓周均勾分布。
[0018]優(yōu)選地，所述主燃級燃油噴射孔孔徑范圍在0.4mm?1.2mm之間，。
[0019]優(yōu)選地，所述主燃級燃油噴射孔徑向高度與主燃級分層隔板徑向高度的比值在
1.1?1.3范圍內(nèi)。
[0020]優(yōu)選地，所述主燃級分層隔板長度與主燃級燃油噴射孔距主燃級旋流器出口的比值在0?0.5范圍內(nèi)。
[0021]優(yōu)選地，所述中心值班級單元的氣量占燃燒室總進(jìn)氣量的10% -20%，外圍主燃級單元的氣量占燃燒室總進(jìn)氣量的65% -75%，值班級內(nèi)級軸向旋流器氣量占中心值班級單元氣量的30% _70%，主燃級內(nèi)級軸向旋流器氣量占外圍主燃級單元氣量的20% -80%。
[0022]優(yōu)選地，用于燃燒所需氣量全部從頭部旋流器進(jìn)入，火焰筒上沒有主燃孔和摻混孔，只有冷卻孔。
[0023]本實用新型的工作原理:中心值班級單元采用預(yù)膜式空氣霧化方式，油膜在值班級內(nèi)外兩級不同速度的旋流空氣作用下發(fā)生破碎，形成富油擴(kuò)散燃燒。主燃級燃油通過多點