燃油喷嘴、燃烧室及燃气涡轮发动机

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机技术领域，尤其涉及一种燃油喷嘴、燃烧室及燃气涡轮发动机。

背景技术

随着航空发动机技术的迅猛发展和人们环保意识的不断增强，低污染燃烧是现代民用航空发动机燃烧室的主要发展方向。民用航空发动机燃烧室必须满足日益严格的航空发动机污染排放标准。目前采用的CAEP6(Committee on Aviation EnvironmentalProtection)标准对污染排放物(尤其针对NOx)的规定已经非常严格，而新的CAEP8标准提出了将NOx的排放在CAEP6的基础上降低15％，未来对民用航空发动机燃烧室污染排放会提出更高的要求。

航空发动机中，燃烧室是组织燃烧的区域，经过压气机的压缩空气进入燃烧室与燃油喷嘴喷出的燃气混合后燃烧产生高温燃气，带动涡轮做功，产生推力。燃油喷嘴是将燃油喷射进入燃烧室内与压缩空气进行雾化、掺混、燃烧。燃油喷嘴雾化主要包括压力雾化和离心雾化，目前先进燃油喷嘴一般结合两种雾化技术，达到较好的燃油雾化效果，有利于增大点火边界、降低污染排放。

目前燃油喷嘴分为单油路喷嘴、双油路喷嘴及多油路喷嘴(如三油路)等。针对双油路喷嘴，在航空发动机领域广泛采用并联双油路燃油喷嘴。该类型燃油喷嘴为双油路双喷口，具有供油范围宽、燃油雾化质量好、贫油熄火边界宽等优点。针对现有的双油路喷嘴，如何提升旋流效果、降低污染排放是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃油喷嘴，能够提升旋流效果同时降低污染排放。

为实现前述目的的燃油喷嘴，包括：

外壳体；

设置在所述外壳体内的第一油路，具有第一油路喷口，沿油路方向，所述第一油路喷口依次具有第一内收段、第一颈部以及第一预膜段，所述第一油路的内径在所述第一内收段逐渐减小、在所述第一颈部恒定，并在所述第一预膜段逐渐增大；以及

设置在所述外壳体内的第二油路，形成于所述第一油路与所述外壳体之间，具有第二油路喷口，沿所述油路方向，所述第二油路喷口依次具有第二内收段、第二颈部以及第二预膜段，所述第二油路的内径在所述第二内收段逐渐减小、在所述第二颈部恒定，并在所述第二预膜段逐渐增大；

其中，所述第一油路中具有第一旋流槽，所述第二油路中具有第二旋流槽，所述第一旋流槽与所述第二旋流槽以相同的旋向开设，以使流经所述第一旋流槽以及所述第二旋流槽的燃油产生同向旋转。

在一个或多个实施例中，沿油路方向，所述第一颈部具有第一长度，所述第一预膜段具有第二长度；

所述第一颈部具有第一直径，所述第一预膜段呈具有第一张角的渐扩锥形状；

其中，所述第二长度与所述第一长度的比值为1.5至2.5，所述第一长度与所述第一直径的比值为1.1至1.5，所述第一张角的取值为40度至70度。

在一个或多个实施例中，沿油路方向，所述第二颈部具有第三长度，所述第二预膜段具有第四长度；

所述第二颈部具有第二直径，所述第二预膜段呈具有第二张角的渐扩锥形状；

其中，所述第四长度与所述第三长度的比值为4至6，所述第三长度与所述第二直径的比值为0.15至0.3，所述第二张角的取值为70度至100度。

在一个或多个实施例中，所述外壳体包括沿所述油路方向依次设置的油管外壳以及第二油路喷嘴单元，所述第二油路喷嘴单元提供所述第二油路喷口，所述燃油喷嘴包括设置于所述外壳体内的：

第一油管，具有第一出口；

第二油管，套设于所述第一油管外侧，具有第二出口；

油路连接器，具有旋流芯、沿油路连接器轴向贯穿开设的旋流芯通槽以及在所述旋流芯通槽外周环设的多个连接孔，于所述第二油路喷嘴单元内侧分别连接所述第一出口以及所述第二出口，所述第一旋流槽开设于所述油路连接器中，将所述旋流芯通槽与所述油路连接器外侧连通；以及

第一油路喷嘴单元，于所述第二油路喷嘴单元内侧套设于所述油路连接器外周侧，内部具有所述第一油路喷口，外周侧开设有第二旋流槽；

其中，所述旋流芯通槽将所述第一出口与所述第一油路喷口连通，以使在所述第一油路中燃油自所述第一油管流入后，流经所述旋流芯通槽以及所述第一旋流槽后，自所述第一油路喷口喷出；

所述连接孔将所述第二出口与所述第二油路喷口连通，以使在所述第二油路中的燃油自所述第二油管流入后，流经所述连接孔以及所述第二旋流槽后，自所述第二油路喷口喷出。

在一个或多个实施例中，所述第二油路喷嘴单元外侧套设有防磨衬套，所述防磨衬套设置于第二油路喷嘴单元中靠近第二油路喷口的一侧。

在一个或多个实施例中，所述第二油路喷嘴单元与所述油管外壳之间和/或所述油路连接器与所述第二油管之间和/或所述油路连接器与所述第一油管之间和/或所述第二油路喷嘴单元与所述防磨衬套之间和/或所述油路连接器与所述第一油路喷嘴单元之间通过焊接连接。

在一个或多个实施例中，所述旋流芯通槽为环绕旋流芯开设的3至5个。

在一个或多个实施例中，所述旋流芯通槽为贯穿开设的直槽。

另一方面，根据本申请的一些实施例，提供了一种燃烧室，其包括如前所述的燃油喷嘴。

又一方面，根据本申请的一些实施例，提供了一种燃气涡轮发动机，其包括如前所述的燃烧室。

本方面的有益效果在于：

当燃油通过具有本构型的燃油喷嘴喷出时，第一油路中的燃油自第一油路喷口的第一颈部处喷出，在第一预膜段及之后的空间雾化，随后与压缩空气掺混。第二油路中的燃油自第二油路喷口的第二颈部处喷出，在第二预膜段及之后的空间雾化，随后与压缩空气掺混，使得燃油喷嘴内的两股油路都存在预膜结构，可有效提高燃油雾化效果。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本申请一些实施例的燃烧室的构型示意图；

图2示出了根据本申请一些实施例的燃油喷嘴的半剖示意图；

图3示出了根据本申请一些实施例的第二油路喷嘴单元的半剖示意图；

图4示出了根据本申请一些实施例的油路连接器的半剖示意图；

图5示出了根据本申请一些实施例的油路连接器的侧向示意图；

图6示出了根据本申请一些实施例的第一油路喷嘴单元的半剖示意图；

图7示出了根据本申请一些实施例的第一油路喷嘴单元的侧向示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

发明人注意到，对于目前的双油路双喷口燃油喷嘴而言，受主、副喷口和旋流槽的结构限制较大，两油路的旋流效果差，且在规定的供油压力条件下，燃油的雾化效果往往较差，从而导致扩散燃烧性能不佳。

为了解决上述问题，一方面，根据本申请的一些实施例，提供了一种燃烧室，如图1示出了根据本申请一些实施例的燃烧室的构型示意图，其包括燃烧室外机匣91、扩压器92、火焰筒壁组件93、头部转接结构94、涡流器95以及燃油喷嘴100。

另一方面，为了提升燃烧室的旋流效果、同时降低污染排放，根据本申请的一些实施例，还提供了一种可应用于如前燃烧室中的燃油喷嘴，如图2示出了根据本申请一些实施例的燃油喷嘴的半剖示意图。

燃油喷嘴100包括外壳体1以及设置在外壳体1内的第一油路a以及第二油路b，其中，第一油路a与第二油路b在外壳体1内彼此独立，分别以实线箭头a示出了外壳体1内的第一油路a，以及虚线箭头b示出了外壳体1内的第二油路b。

其中，第一油路a具有第一油路喷口11，自第一油路a流入的燃油自第一油路喷口11喷出。沿油路方向，第一油路喷口11依次具有第一内收段110、第一颈部111以及第一预膜段112，可以理解的是，油路方向为燃油在燃油喷嘴100内的流动方向。图中所示结构中，沿油路方向作为参照，第一油路a的内径在第一内收段110逐渐减小至第一颈部111的内径大小，第一油路a的内径在第一颈部111处保持恒定不变，而在第一预膜段112处自第一颈部111的内径大小逐渐增大。

第二油路b是设置于第一油路a与外壳体1之间，与第一油路a之间彼此保持独立，第二油路b具有第二油路喷口12，自第二油路b流入的燃油自第二油路喷口12喷出。沿油路方向，第二油路喷口12依次具有第二内收段120、第二颈部121以及第二预膜段122，图中所示结构中，沿油路方向作为参照，第二油路b的内径在第二内收段120逐渐减小至第二颈部121的内径大小，第二油路b的内径在第二颈部121处保持恒定不变，而在第二预膜段122处自第二颈部121的内径大小逐渐增大。

其中，第一油路a中具有第一旋流槽43，第二油路b中具有第二旋流槽51，第一旋流槽43与第二旋流槽51以相同的旋向开设，以使流经第一旋流槽43以及第二旋流槽51的油路产生同向旋转。可以理解的是，第一旋流槽43与第二旋流槽51以相同的旋向开设，是指多个第一旋流槽43的开设方向以及多个第二旋流槽51的开设方向同时沿顺时针或逆时针的方向，如此设置，可使得第一油路a以及第二油路b相互掺混影响，起到加强了燃油的气动雾化和扩散的作用。

当燃油通过具有前述构型的燃油喷嘴喷出时，第一油路a中的燃油自第一油路喷口11的第一颈部111处喷出，在第一预膜段112及之后的空间雾化，随后与压缩空气掺混。第二油路b中的燃油自第二油路喷口12的第二颈部121处喷出，在第二预膜段122及之后的空间雾化，随后与压缩空气掺混，使得燃油喷嘴内的两股油路都存在预膜结构，可有效提高燃油雾化效果。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

根据本申请的一些实施例，进一步地，燃油喷嘴100具有如下具体的构型。请参见图2，外壳体1包括沿油路方向依次设置的油管外壳101以及第二油路喷嘴单元102，如图3示出了根据本申请一些实施例的第二油路喷嘴单元的半剖示意图，该第二油路喷嘴单元102提供有前述第二油路b中的第二油路喷口12，即第二油路喷口12是形成于第二油路喷嘴单元102的内周侧。

燃油喷嘴100还包括设置在外壳体1内的第一油管2、第二油管3、油路连接器4以及第一油路喷嘴单元5。其中，第一油管2具有第一出口20，第二油管3套设于第一油管2的外周侧，具有第二出口30。

图4示出了根据本申请一些实施例的油路连接器的半剖示意图，图5示出了根据本申请一些实施例的油路连接器的侧向示意图，油路连接器4中心具有旋流芯，在旋流芯外侧的油路连接器4中，具有沿油路连接器轴向贯穿开设的旋流芯通槽41。在旋流芯通槽41外周的油路连接器4中，还具有环设设置的多个连接孔42。油路连接器4设置于第二油路喷嘴单元102的内侧，并在第二油路喷嘴单元102的内侧分别连接于第一油管2以及第二油管3的第一出口20以及第二出口30。第一旋流槽43开设于油路连接器4中，并将旋流芯通槽41与油路连接器4外侧连通。

图6示出了根据本申请一些实施例的第一油路喷嘴单元的半剖示意图，图7示出了根据本申请一些实施例的第一油路喷嘴单元的侧向示意图。第一油路喷嘴单元5设置于第二油路喷嘴单元102的内侧，并在第二油路喷嘴单元102的内侧套设于油路连接器4的外周侧，从而第一旋流槽43是将旋流芯通槽41与油路连接器4与第一油路喷嘴单元5之间的区域连通。第一油路喷嘴单元5的内部开设有第一油路喷口11，外周侧开设有第二旋流槽51。

其中，旋流芯通槽41将第一出口20与第一油路喷口11连通，以使得燃油在第一油路a中的流通路径如下：在第一油路a中，燃油自第一油管2流入后，流经旋流芯通槽41以及第一旋流槽43后，自第一油路喷口11喷出，，在第一预膜段112及之后的空间雾化，随后与压缩空气掺混。

连接孔42将第二出口30与第二油路喷口12连通，以使燃油在第二油路b中的流通路径如下：在第二油路b中的燃油自第二油管3流入后，流经连接孔42以及第二旋流槽51后，自第二油路喷口12喷出，在第二预膜段122及之后的空间雾化，随后与压缩空气掺混。

可以理解的是，在其他一些合适的实施方式中，双油路的燃油喷嘴可以具有其他合适的构型，但需要具有第一预膜段112以及第二预膜段122，来实现有效提高燃油雾化效果。

请参见图6，根据本申请的一些实施例，第一油路喷口11具有如下结构，沿油路方向，第一颈部111具有第一长度L1，第一预膜段112具有第二长度。其中，第一颈部111还具有第一直径D1，第一预膜段112呈渐扩锥形状，且具有第一张角x1。其中，L2/L1＝1.5～2.5，L1/D1＝1.1～1.5，x1取值为40°至70°。通过配置具有上述构型的第一油路喷口11，使得其具有较长的预膜结构，从而防止回火产生，改善燃油喷嘴喷口结焦问题，降低NOx排放，且改善燃烧室出口温度场均匀性。

请参见图3，根据本申请的一些实施例，第二油路喷口12具有如下结构：沿油路方向，第二颈部121具有第三长度L3，第二预膜段122具有第四长度L4。同时，第二颈部121还具有第二直径D2，，第二预膜段122呈渐扩锥形状，且具有第二张角x2。其中，L4/L3＝4～6，L3/D2＝0.15～0.3，x2的取值为70°至100°。通过配置具有上述构型的第二油路喷口12，使得其具有较长的预膜结构，从而防止回火产生，改善燃油喷嘴喷口结焦问题，降低NOx排放，且改善燃烧室出口温度场均匀性。

进一步地，根据本申请的一些实施例，在第二油路喷嘴单元102的外侧还设置有防磨衬套7，该防磨衬套7是如图中所示，设置于第二油路喷嘴单元102中靠近第二油路喷口12的一侧，通过设置防磨衬套7能够提升本燃油喷嘴100的耐磨性，提升使用寿命。

进一步地，根据本申请的一些实施例，第二油路喷嘴单元102与油管外壳101之间和/或油路连接器4与第二油管3之间和/或油路连接器4与第一油管2之间和/或第二油路喷嘴单元102与防磨衬套7之间和/或油路连接器4与第一油路喷嘴单元5之间通过焊接连接。

在一些具体的实施例中，第二油路喷嘴单元102与油管外壳101之间采用氩弧焊工艺焊接连接。油路连接器4与第二油管3之间采用钎焊工艺焊接连接。油路连接器4与第一油管2之间采用钎焊工艺焊接连接。第二油路喷嘴单元102与防磨衬套7之间采用氩弧焊工艺焊接连接。油路连接器4与第一油路喷嘴单元5之间通过氩弧焊工艺焊接连接。

其中，油路连接器4与第一油管2之间采用钎焊工艺焊接连接，通过焊接连接，产生焊接收缩，使得油路连接器4与第一油管2紧密贴合，消除两着之间间隙，有利于燃油有效流通面积精密控制，旋流效果较好。

在一些具体的实施例中，旋流芯通槽41为环绕旋流芯开设的3至5个，经验证，通过设置3至5个旋流芯通槽41能够得到较好的旋流效果且不会导致燃油喷嘴自身的牢固度降低。

在一些具体的实施例中，旋流芯通槽41为贯穿开设的直槽，具有直槽构型的旋流芯通槽41便于加工，有效提升本燃油喷嘴的制造加工效率。

另一方面，根据本申请的一些实施例，还提供了一种燃气涡轮发动机，其包括如前所述的燃烧室。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。