CN109237515A - 一种带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部，该头部采用总油管道同时给三油路自动供油的设计，由预燃级和主燃级两部分组成，其中预燃级为双油路喷嘴。在功率较小的工况下，供油压力较小，总油管道单独供给预燃级副油路供油，保证雾化质量。在中等功率工况下，加大供油压力，预燃级主油路弹簧阀开启，开始供油。在大功率工况下，油压进一步加大，此时主燃级油路弹簧阀开启，开始供油。本发明的三油路自动调节设计可保证燃烧室结构简单的同时，满足较宽的燃油流量调节范围。有利于保证燃烧室在不同工况下具有良好的火焰稳定、低排放等性能。

Description

一种带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部

技术领域

本发明涉及低排放燃烧室头部的技术领域，特别涉及一种带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部。

背景技术

经济性、舒适性、安全性和环保性是当今民用航空发展永恒的追求，环保性体现在航空发动机上最直接的要求是越来越低的油耗和污染物排放量。污染排放是民用航空发动机适航取证的重要指标，低排放燃烧室成为各类飞机发动机进入国际市场的门槛性技术。燃烧室又是发动机污染物排放的唯一来源。

国际民航组织(International Civil Aviation Organization，简称ICAO)对起飞和着陆循环(Landing and Take-off,即LTO)中的运行模式以及每个运行模式下的推力和运行时间做出了规定。这就需要燃烧室在各工况下保持良好的点火和熄火性能，以及稳定燃烧和低排放的性能。因此，现代航空发动机燃烧室的主要发展趋势是低排放燃烧室及高温升燃烧室，对于民用航空，低排放燃烧室是重点发展方向。

决定航空发动机排放的关键在于燃烧室，为此各大航空发动机制造商相继推出了各自的低排放发动机。设计中主要考虑头部油气的预先混合以降低燃烧温度，并且要分别减少起动、慢车、起飞和巡航工况下的排放指标，以达到发动机在低工况和高工况下都能得到合理的燃烧状态和燃烧效率的目的。

综上所述，本发明依据工程实际应用需要，基于离心喷嘴在燃油流量较小时，燃油的雾化效果差，燃烧效率低，污染物生成量高的缺点。设计了一种带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部。三油路自动调节设计在保证了燃烧室的结构简单的基础上，满足了较宽的燃油流量调节比范围。有利于保证燃烧室在不同工况下具有良好的火焰稳定、低排放等性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：保证不同工况下燃油有较高的雾化质量，来达到低污染燃烧的目的。基于传统离心喷嘴的设计在燃油流量较小时，燃油的雾化效果差，燃烧效率低，污染物生成量高的缺点。该头部采用采用总油管道同时给三油路自动供油的设计，由预燃级和主燃级两部分组成，其中预燃级为双油路喷嘴。随着燃油流量的变化，预燃级主油路和主燃级油路燃油流量可以通过油路自动调节阀实现自动控制。形成带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部。

本发明采用的技术方案为：一种带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部，采用了总油管道同时给三油路自动供油的设计，由预燃级和主燃级两部分组成，其中预燃级为双油路喷嘴。主要由油杆、预燃级主油路调节阀、预燃级旋流器、预燃级副油路离心喷嘴、级间段、级间段连接段、主燃级套筒、主燃级旋流器、主燃级油路调节阀构成。

其中，油杆、级间段连接段和主燃级旋流器为一体结构，加工方式包括但不限于3D打印、铸造等。内部的三条油路分别是主燃级油路以及预燃级双油路，包括预燃级主油路和预燃级副油路。主燃级油路的燃油流量由主燃级油路调节阀自动控制，预燃级主油路的燃油流量由预燃级主油路调节阀自动控制，预燃级主油路末端在径向上分布有预燃级主油路喷射孔，主燃级油腔在径向分布有主燃级油路喷射孔。同时预燃级副油路末端加工的内螺纹与预燃级副油路离心喷嘴上加工的外螺纹配合，以上组成预燃级油路。级间段用于隔离预燃级和主燃级火焰，其外径具有螺纹，并与级间段连接段配合为一体。级间段连接段具有内螺纹，与级间段螺纹连接，组成头部主体。经3D打印完成的主燃级旋流器和机加工形成的主燃级套筒通过激光焊接为一体，在主燃级旋流器和级间段连接段之间形成主燃级油腔。预燃级主油路调节阀与主燃级油路调节阀在形式上相同，主要由柱塞套，弹簧，阀芯组成。

其中，预燃级主油路调节阀和主燃级油路调节阀由压差作用推动，实现预燃级主油路和主燃级油路燃油流量的自动调节，自动油路调节阀由柱塞套、弹簧、阀芯三部分组成。预燃级主油路调节阀的阀芯最大外径为20～100mm，主燃级油路调节阀的阀芯最大外径为40～200mm。弹簧可以依据国标选择，必要时可以定做。弹簧的主要参数范围如下，其中，预燃级主油路调节阀的弹簧线径0.3～2mm，外径10～50mm，长度20～150mm，圈数10～100圈，弹簧两端并紧，左右旋均可；主燃级油路调节阀的弹簧线径0.5～3mm，外径10～80mm，长度40～200mm，圈数10～80圈，弹簧两端并紧，左右旋均可。所以由预燃级主油路调节阀和主燃级油路调节阀自动调节三条油路的设计在保持结构简单，减少燃烧室附件个数的基础上，可以保证较宽的燃油流量调节比范围。

其中，油路自动调节阀随着燃油流量的变化可自动控制主燃级油路和预燃级主油路的燃油流量。具体实施过程如下，在功率较小的工况下，供油压力较小，总油管道单独供给预燃级副油路供油，保证雾化质量；供油压力加大，在总油路中的压力达到0.5～1.5Mpa时，预燃级主油路调节阀开启，预燃级副油路和预燃级主油路同时供给燃油，预燃级副油路燃油流量与预燃级主油路燃油流量之比为20～1；在总油路中的压力达到1～4Mpa时主燃级油路调节阀开启，预燃级副油路、预燃级主油路和主燃级油路三条油路同时供给燃油，预燃级副油路与主燃级油路燃油流量之比为1～20。从而保证在较大工况条件下，具有较高的雾化质量。所以在较宽的燃油流量范围下，总油管道同时给三油路自动供油的设计，可以实现三油路燃油流量比例的自动调节，保证较好的雾化效果。

其中，通过设计主燃级油路、预燃级主油路和预燃级副油路三油路的有效流通面积以及流量数等参数，保证在宽泛的燃油流量变化范围内实现有效调节。主燃级油路有效流通面积在10～250mm²之间，预燃级主油路有效流通面积在5～150mm²之间，预燃级副油路有效流通面积在10～150mm²之间；主燃级喷嘴流量数为50～200kg/(h·Mpa^0.5)，预燃级主油路喷嘴流量数为5～150kg/(h·Mpa^0.5)，预燃级副油路喷嘴流量数为5～50kg/(h·Mpa^0.5)。三油路自动调节设计可保证燃烧室结构简单的同时，满足较宽的燃油流量调节范围。

其中，预燃级主油路供给的燃油通过预燃级主油路喷射孔喷出，预燃级主油路喷射孔直径0.1～1mm；主燃级油路供给的燃油通过主燃级油路喷射孔喷出，主燃级油路喷射孔直径0.1～2mm。喷出的燃油分别在预燃级旋流器和主燃级旋流器的作用下发生破碎，形成油滴，具有较好的雾化效果。预燃级副油路供给的燃油通过预燃级离心喷嘴喷射出油滴。油滴进一步与空气旋流掺混，流动至火焰筒中参与燃烧。预燃级两部分燃油随空气旋流对流至火焰筒中发生燃烧，形成扩散火焰。主燃级油腔的燃油通过径向分布主燃级油路喷射孔进行喷射，随空气向下游运动过程中不断掺混，形成均匀的油气混合物，对流至火焰筒中发生燃烧，形成部分预混火焰。

本发明与现有技术相比具有的优点如下：

(1)三油路燃油流量自动调节，不同的燃油流量下雾化效果好。该头部采用总油管道同时给三油路自动供油的设计，由预燃级和主燃级两部分组成，其中预燃级为双油路喷嘴。预燃级主油路和主燃级油路燃油流量通过油路自动调节阀实现自动控制。在功率较小的工况下，供油压力较小，总油管道单独供给预燃级副油路供油，保证雾化质量。在中等功率工况下，供油压力加大，预燃级主油路弹簧阀开启，开始供油。在大功率工况下，油压进一步加大，此时主燃级油路弹簧阀开启，开始供油。本发明的三油路自动调节设计可保证燃烧室结构简单的同时，满足较宽的燃油流量调节范围。有利于保证燃烧室在不同工况下具有良好的火焰稳定、低排放等性能。

(2)本发明结构简单、灵活可变，可有效减少附件个数。一条总油管道可以实现同时给三油路自动供油。而且预燃级主油路和主燃级油路喷射孔数量、大小、角度可以灵活变化，可以单独或同时分布在不同的轴向位置。

(3)结构多变，适应性强，可适用于多种场合和设备。主、预燃级的有效流通面积和旋流数可以有多种组合方式。可以根据实际需要调整主、预燃级的旋流数，以及流场和火焰结构，适用于不同的燃烧设备。

(4)采用中心分级的方式组织燃烧，主燃级为部分预混燃烧，预燃级为扩散燃烧，可有效降低污染物排放，且能保证头部点熄火性能。

附图说明

图1为本发明的带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部的结构示意图；

图2为本发明的带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部的等侧视图；

图3为本发明的带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部的后视图、左视图、前视图，其中，图3(a)为后视图，图3(b)为左视图，图3(c)为前视图；

图4为本发明的三油路结构示意图，其中，图4(a)为正视图，图4(b)为正视图剖视图；

图5为本发明的油路自动调节阀结构示意图，其中，图5(a)为正等侧视图，图5(b)为正视图剖视图；

图中：1为油杆，2为预燃级主油路调节阀，3为预燃级旋流器，4为预燃级副油路离心喷嘴，5为级间段，6为级间段连接段，7为主燃级套筒，8为主燃级旋流器，9为主燃级油路调节阀，10为主燃级油路，11为预燃级主油路，12为预燃级副油路，13为主燃级油路喷射孔，14为预燃级主油路喷射孔，15为主燃级油腔，16为柱塞套，17为弹簧，18为阀芯。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。

如图1、图2、图3所示，为本发明实施例所述的一种带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部，采用总油管道同时给三油路自动供油的设计，由预燃级和主燃级两部分组成，其中预燃级为双油路喷嘴。主要由油杆1、预燃级主油路调节阀2、预燃级旋流器3、预燃级副油路离心喷嘴4、级间段5、级间段连接段6、主燃级套筒7、主燃级旋流器8、主燃级油路调节阀9构成。其中，油杆1、级间段连接段6和主燃级旋流器8包括但不限于通过3D打印、铸造等方式制造。内部的三条油路分别是主燃级油路10以及预燃级双油路，包括预燃级主油路11和预燃级副油路12。主燃级油路10的燃油流量由主燃级油路调节阀9自动控制，预燃级主油路11的燃油流量由预燃级油路调节阀2自动控制，预燃级主油路11末端在径向上分布有预燃级主油路喷射孔14，主燃级油腔15在径向分布有主燃级油路喷射孔13。同时预燃级副油路12末端加工的内螺纹与预燃级副油路离心喷嘴4上加工的外螺纹配合，以上组成预燃级油路。级间段5用于隔离预燃级和主燃级火焰，其外径具有螺纹，并与级间段连接段6配合为一体。级间段连接段6具有内螺纹，与级间段5螺纹连接，组成头部主体。经3D打印完成的主燃级旋流器8和机加工形成的主燃级套筒7通过激光焊接为一体，在主燃级旋流器8和级间段连接段6之间形成主燃级油腔15。预燃级主油路调节阀2与主燃级油路调节阀9在形式上相同，主要由柱塞套16，弹簧17，阀芯18组成。以上形成带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部，预燃级为扩散火焰，主燃级为部分预混火焰。

如图4所示，油杆1末端壁面上分布有主燃级油路喷射孔13和预燃级主油路喷射孔14。其中预燃级为扩散火焰，主燃级为部分预混火焰。燃油喷射孔的大小、角度、数量可以灵活改变，使得设计方案既覆盖了宽泛的燃油流量调节比范围，又可以保障雾化效果。其中，主燃级油路10有效流通面积在10～250mm²之间，预燃级主油路11有效流通面积在5～150mm²之间，预燃级副油路12有效流通面积在10～150mm²之间；主燃级喷嘴流量数为50～200kg/(h·Mpa^0.5)，预燃级主油路喷嘴流量数为5～150kg/(h·Mpa^0.5)，预燃级副油路喷嘴流量数为5～50kg/(h·Mpa^0.5)。预燃级副油路12燃油流量与预燃级主油路11燃油流量之比为20～1；预燃级副油路12与主燃级油路10燃油流量之比为1～20。预燃级主油路11供给的燃油通过预燃级主油路喷射孔14喷出，预燃级主油路喷射孔14直径0.1～1mm；主燃级油路10供给的燃油通过主燃级油路喷射孔13喷出，主燃级油路喷射孔13直径0.1～2mm。喷出的燃油分别在预燃级旋流器3和主燃级旋流器8的作用下发生破碎，形成油滴，具有较好的雾化效果。预燃级副油路12供给的燃油通过预燃级离心喷嘴4喷射出油滴。油滴进一步与空气旋流掺混，流动至火焰筒中参与燃烧。预燃级两部分燃油随空气旋流对流至火焰筒中发生燃烧，形成扩散火焰。主燃级油腔15的燃油通过径向分布主燃级油路喷射孔13进行喷射，随空气向下游运动过程中不断掺混，形成均匀的油气混合物，对流至火焰筒中发生燃烧，形成部分预混火焰。

如图5所示，油路调节阀结构组成有柱塞套16、弹簧17和阀芯18。预燃级主油路调节阀2、主燃级油路调节阀9随着燃油流量的变化可自动控制预燃级主油路11和主燃级油路10燃油流量。预燃级主油路调节阀2的阀芯最大外径为20～100mm，主燃级油路调节阀9的阀芯最大外径为40～200mm。弹簧可以依据国标选择，必要时可以定做。弹簧的主要参数范围如下，其中，预燃级主油路调节阀2的弹簧线径0.3～2mm，外径10～50mm，长度20～150mm，圈数10～100圈，弹簧两端并紧，左右旋均可；主燃级油路调节阀9的弹簧线径0.5～3mm，外径10～80mm，长度40～200mm，圈数10～80圈，弹簧两端并紧，左右旋均可。所以由预燃级主油路调节阀2和主燃级油路调节阀9自动调节三条油路的设计在保持结构简单，减少燃烧室附件个数的基础上，可以保证较宽的燃油流量调节比范围。

Claims (5)

1.一种带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部，其特征在于：采用总油管道同时给三油路自动供油的设计，由预燃级和主燃级两部分组成，其中预燃级为双油路喷嘴，主要由油杆(1)、预燃级主油路调节阀(2)、预燃级旋流器(3)、预燃级副油路离心喷嘴(4)、级间段(5)、级间段连接段(6)、主燃级套筒(7)、主燃级旋流器(8)、主燃级油路调节阀(9)构成，其中，油杆(1)、级间段连接段(6)和主燃级旋流器(8)为一体结构，内部的三条油路分别是主燃级油路(10)以及预燃级双油路，包括预燃级主油路(11)和预燃级副油路(12)，主燃级油路(10)的燃油流量由主燃级油路调节阀(9)自动控制，预燃级主油路(11)的燃油流量由预燃级主油路调节阀(2)自动控制，预燃级主油路(11)末端在径向上分布有预燃级主油路喷射孔(14)，主燃级油腔(15)在径向分布有主燃级油路喷射孔(13)，同时预燃级副油路(12)末端加工的内螺纹与预燃级副油路离心喷嘴(4)上加工的外螺纹配合，以上组成预燃级油路，级间段(5)用于隔离预燃级和主燃级火焰，其外径具有螺纹，并与级间段连接段(6)配合为一体，级间段连接段(6)具有内螺纹，与级间段(5)螺纹连接，组成头部主体，主燃级旋流器(8)和机加工形成的主燃级套筒(7)通过激光焊接为一体，在主燃级旋流器(8)和级间段连接段(6)之间形成主燃级油腔(15)，预燃级主油路调节阀(2)与主燃级油路调节阀(9)在形式上相同，主要由柱塞套(16)，弹簧(17)，阀芯(18)组成。

2.根据权利要求1所述的一种带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部，其特征在于：预燃级主油路调节阀(2)和主燃级油路调节阀(9)由压差作用推动，实现预燃级主油路(11)和主燃级油路(10)燃油流量的自动调节，油路自动调节阀由柱塞套(16)、弹簧(17)、阀芯(18)三部分组成，预燃级主油路调节阀(2)的阀芯最大外径为20～100mm，主燃级油路调节阀(9)的阀芯最大外径为40～200mm，弹簧的主要参数范围如下，其中，预燃级主油路调节阀(2)的弹簧线径0.3～2mm，外径10～50mm，长度20～150mm，圈数10～100圈，弹簧两端并紧，左右旋均可；主燃级油路调节阀(9)的弹簧线径0.5～3mm，外径10～80mm，长度40～200mm，圈数10～80圈，弹簧两端并紧，左右旋均可，所以由预燃级主油路调节阀(2)和主燃级油路调节阀(9)自动调节三条油路燃油流量比例的设计在保持结构简单，减少燃烧室附件个数的基础上，可以保证较宽的燃油流量调节比范围。

3.根据权利要求1所述的一种带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部，其特征在于：预燃级主油路调节阀(2)、主燃级油路调节阀(9)随着燃油流量的变化可自动控制主燃级油路(10)和预燃级主油路(11)的燃油流量，在功率较小的工况下，供油压力较小，总油管道单独供给预燃级副油路(12)供油，保证雾化质量；加大供油压力，在总油路中的压力达到0.5～1.5Mpa时，预燃级主油路调节阀(2)开启，预燃级副油路(12)和预燃级主油路(11)同时供给燃油，预燃级副油路(12)燃油流量与预燃级主油路(11)燃油流量之比为20～1；在总油路中的压力达到1～4Mpa时主燃级油路调节阀(9)开启，预燃级副油路(12)、预燃级主油路(11)和主燃级油路(10)三条油路同时供给燃油，预燃级副油路(12)与主燃级油路(10)燃油流量之比为1～20，从而保证在较大工况条件下，具有较高的雾化质量。所以总油管道同时给三油路自动供油的设计，在较宽的燃油流量范围下，可以实现三油路燃油流量比例的自动调节，保证较好的雾化效果。

4.根据权利要求1所述的一种带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部，其特征在于：通过设计主燃级油路(10)、预燃级主油路(11)和预燃级副油路(12)三油路的有效流通面积以及流量数等参数，保证在宽的燃油流量变化范围内实现有效调节，主燃级油路(10)有效流通面积在10～250mm²之间，预燃级主油路(11)有效流通面积在5～150mm²之间，预燃级副油路(12)有效流通面积在10～150mm²之间；主燃级喷嘴流量数为50～200kg/(h·Mpa^0.5)，预燃级主油路喷嘴流量数为5～150kg/(h·Mpa^0.5)，预燃级副油路喷嘴流量数为5～50kg/(h·Mpa^0.5)，预燃级主油路(11)供给的燃油通过预燃级主油路喷射孔(14)喷出，预燃级主油路喷射孔(14)直径0.1～1mm；主燃级油路(10)供给的燃油通过主燃级油路喷射孔(13)喷出，主燃级油路喷射孔(13)直径0.1～2mm，三油路自动调节设计可保证燃烧室结构简单的同时，满足较宽的燃油流量调节范围。

5.根据权利要求1所述的一种带有油路自动调节阀结构的低排放燃烧室头部，其特征在于：喷出的燃油分别在预燃级旋流器(3)和主燃级旋流器(8)的作用下发生破碎，形成油滴，具有较好的雾化效果，预燃级副油路(12)供给的燃油通过预燃级离心喷嘴(4)喷射出油滴，油滴进一步与空气旋流掺混，流动至火焰筒中参与燃烧，预燃级两部分燃油随空气旋流对流至火焰筒中发生燃烧，形成扩散火焰，主燃级油腔(15)的燃油通过径向分布主燃级油路喷射孔(13)进行喷射，随空气向下游运动过程中不断掺混，形成均匀的油气混合物，对流至火焰筒中发生燃烧，形成部分预混火焰，三油路自动调节设计可保证燃烧室结构简单的同时，满足较宽的燃油流量调节范围。