專利名稱：一種離心式防積炭燃油噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于燃燒領(lǐng)域的燃油噴嘴，尤其涉及一種可有效防止積炭的離心式燃油噴嘴。
背景技術(shù)：
燃油噴嘴是航空航天發(fā)動機、內(nèi)燃機等燃燒裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，其主要作用是把燃油霧化成微小的液滴，實現(xiàn)與燃燒室中氧化劑的混合和燃燒，所述的氧化劑在航天發(fā)動機中一般為液氧或四氧化二氮，在其它發(fā)動機中一般為空氣。離心式燃油噴嘴依靠流體流動過程中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生液膜，液膜在氣動力或表面張力作用下霧化成微小的液滴，具有霧化效果好、分布均勻等優(yōu)點，在各種燃燒裝置中廣為采用。 但由于在燃燒室中的高溫會傳遞到噴嘴周圍，并持續(xù)對噴嘴及其內(nèi)流動的燃油加熱，一旦加熱溫度達到燃油裂解溫度，使得燃油裂解而在噴嘴內(nèi)形成積炭，噴嘴內(nèi)的積炭會影響噴嘴的霧化性能和噴霧分布特性，降低燃燒室內(nèi)的燃燒效率，同時造成燃油流動通道變小，從而降低燃油流量，進一步加速積炭的形成，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致熄火。中國專禾Ij “一種用于燃氣輪機的防積炭液體燃料噴嘴”(申請?zhí)?201020179121.4)公布了防止在噴嘴端面出現(xiàn)積炭的燃油噴嘴，它通過吹氣方式對噴嘴進行冷卻保護，避免高溫燃氣回流到噴嘴端面，以達到防止積炭的目的。上述方案的缺點在于一方面，高溫燃氣的熱流不僅僅是從端面?zhèn)鬟f到噴嘴上，且在噴嘴周向也有熱流傳遞進來，因此僅保護噴嘴端面是不夠的；另一方面，由于采用吹氣方式需要增加吹氣系統(tǒng)的供應(yīng)和控制回路，從而增加了整個系統(tǒng)的復(fù)雜性。中國專利“用稀土氧化物涂層抗燃油噴嘴組件積碳的方法”(申請?zhí)?200910060259. 4)公布了一種采用稀土催化加速燃油分解的方法。它通過精細加工燃油噴嘴內(nèi)表面并在內(nèi)表面鍍上稀土氧化物抗積炭涂層，使燃油形成氣態(tài)產(chǎn)物，而減少膠質(zhì)和積炭形成概率。該方法并沒有解決積炭形成是燃油過熱這一本質(zhì)原因，另外，涂層損耗也會降低噴嘴的使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對噴嘴積炭的特點，根據(jù)燃燒裝置對噴嘴防積炭的要求，提出了一種用傳統(tǒng)燃油噴嘴連接套管的方案，通過減小傳遞燃油噴嘴的熱流，使其達到長時間工作不積炭的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種離心式防積炭燃油噴嘴，由離心式內(nèi)噴嘴和套管組成；所述離心式內(nèi)噴嘴的結(jié)構(gòu)、工作原理和設(shè)計方法為發(fā)動機領(lǐng)域所公知，可參見“液體火箭發(fā)動機設(shè)計(上)”(朱寧昌，宇航出版社，1994年，PP370 380)；所述套管為梯形旋成體結(jié)構(gòu)，上端為圓筒形結(jié)構(gòu)，套管內(nèi)徑為離心式內(nèi)噴嘴的外徑，優(yōu)選的，套管外徑比內(nèi)徑大2 6mm ；
為避免在端面形成過大的回流區(qū)，防止燃氣回流到端面，并傳遞到噴嘴內(nèi)，套管下端為錐形旋成體結(jié)構(gòu)，錐尖與內(nèi)噴嘴端面齊平，錐母線與軸線的夾角一般選取為30 60 度，優(yōu)選為40 50度；套管總長度與內(nèi)噴嘴長度一樣。套管的厚度由強度要求確定，其設(shè)計方法為結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域公知。所述離心式內(nèi)噴嘴和真空套管的材料均為不銹鋼，可以用焊接方式連接，也可以采用螺紋方式連接。根據(jù)不同的使用要求，套管與內(nèi)噴嘴之間可封閉為真空、常壓空氣或者氮氣，其中，封閉真空的隔熱效果最好。內(nèi)噴嘴殼體原來直接和熱壁面接觸，采用本發(fā)明后，內(nèi)噴嘴殼體通過真空套管與壁面接觸，來自壁面的熱流被套管隔絕或減小到很低的水平，其熱量難以傳遞到內(nèi)噴嘴和其內(nèi)流動的燃油上，燃油溫度將保持為較低值，不會達到燃油裂解溫度，從而能有效防止積炭。采用本發(fā)明可以取得以下技術(shù)效果本發(fā)明已在某超燃沖壓發(fā)動機上采用并取得良好效果，也可應(yīng)用到航空發(fā)動機、 內(nèi)燃機等燃燒裝置。
圖1 現(xiàn)有離心式燃油噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 本發(fā)明的離心式防積炭燃油噴嘴；圖3 未采用本發(fā)明時出現(xiàn)積炭，燃油流量急劇下降；圖4 采用本發(fā)明后，未發(fā)生積炭，燃油流量平穩(wěn)。附圖標(biāo)記1.燃油2.離心式內(nèi)噴嘴3.生成的積炭4.熱流5.真空套管6.真空或封閉的氣體
具體實施例方式圖1是現(xiàn)有離心式燃油噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。燃油1從噴嘴上端流入，進入到內(nèi)噴嘴 2中，通過一個螺旋通道噴入到燃燒室中。傳入到內(nèi)噴嘴2的熱流4如圖中箭頭所示，包括從端面?zhèn)魅氲娜細鉄崃亢蛷膫?cè)壁面?zhèn)魅氲絻?nèi)噴嘴2的熱量。這些熱量將導(dǎo)致在噴嘴收縮點出現(xiàn)積炭3，一旦出現(xiàn)積炭3，燃油1的流量將變小，加速了積炭的形成，并堵塞整個通道。圖2是本發(fā)明的離心式防積炭燃油噴嘴。它是在圖1所示的離心式燃油內(nèi)噴嘴2 基礎(chǔ)上，包覆真空套管5，以減小從側(cè)壁傳入到燃油1的熱量。真空套管5為梯形旋成體結(jié)構(gòu)；旋成體的內(nèi)徑為離心式內(nèi)噴嘴的外徑，旋成體外徑比內(nèi)徑大3mm，旋成體的長度與內(nèi)噴嘴長度一樣；為避免在端面形成過大的回流區(qū)，旋成體端面為錐形，錐尖與內(nèi)噴嘴端面齊平，錐母線與軸線的夾角為45度；真空套管的厚度根據(jù)強度計算確定為2mm ；由于本實施例的熱流密度不是很高，所以真空套管5與內(nèi)噴嘴2直接焊接，其內(nèi)封閉了常壓空氣6。圖3是未采用本發(fā)明時出現(xiàn)積炭，燃油流量急劇下降；流量在5秒時為較穩(wěn)定值 0. l^kg/s，隨后由于積炭原因，流量急劇下降，到30秒時流量已經(jīng)下降到設(shè)定值的15%。 流量未完全降低為0的原因是由于流量過低，發(fā)動機已經(jīng)熄火，沒有高溫?zé)崃骼^續(xù)傳遞到噴嘴。圖4是采用本發(fā)明后，未發(fā)生積炭，燃油流量平穩(wěn)。初始時的較高流量是由于燃油在管路中突然流動造成的，310秒時關(guān)閉燃油，在整個過程中流量平穩(wěn)，說明未發(fā)生積炭。
權(quán)利要求
1.一種離心式防積炭燃油噴嘴，由離心式內(nèi)噴嘴和套管組成，所述套管為梯形旋成體結(jié)構(gòu)，上端為圓筒形結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑為離心式內(nèi)噴嘴的外徑，套管下端為錐形旋成體結(jié)構(gòu)，錐尖與內(nèi)噴嘴端面齊平，錐母線與軸線的夾角為30 60度，套管總長度與內(nèi)噴嘴長度一樣。
2.權(quán)利要求1所述的離心式防積炭燃油噴嘴，其特征在于套管外徑比套管內(nèi)徑大 2 6mm ο
3.權(quán)利要求1或2所述的離心式防積炭燃油噴嘴，其特征在于錐母線與軸線的夾角為40 50度。
4.權(quán)利要求3所述的離心式防積炭燃油噴嘴，其特征在于錐母線與軸線的夾角為45度。
5.權(quán)利要求1或2所述的離心式防積炭燃油噴嘴，其特征在于套管與內(nèi)噴嘴之間封閉為真空、常壓空氣或者氮氣中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于燃燒領(lǐng)域的燃油噴嘴，尤其涉及一種可有效防止積炭的離心式燃油噴嘴。本發(fā)明針對離心式噴嘴容易積炭的特點，根據(jù)燃燒裝置對噴嘴防積炭的要求，提出了一種用傳統(tǒng)燃油噴嘴連接套管的方案，通過減小傳遞燃油噴嘴的熱流，使其達到長時間工作不積炭的目的。本發(fā)明的離心式防積炭燃油噴嘴已在某超燃沖壓發(fā)動機上采用并取得良好效果，也可應(yīng)用到航空發(fā)動機、內(nèi)燃機等燃燒裝置。
文檔編號F02M61/18GK102538017SQ20121003322
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日
發(fā)明者丁猛, 劉衛(wèi)東, 吳先宇, 周進, 李大鵬, 李慶, 梁劍寒, 潘余, 王振國, 王翼, 范曉檣, 譚建國, 陳暉 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)