專利名稱：一種直流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直流式燃油噴嘴。
背景技術(shù)：
燃油噴嘴是航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)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(shí)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(dòng)機(jī)中一般為液氧或四氧化二氮，在其它發(fā)動(dòng)機(jī)中一般為空氣。直流式燃油噴嘴依靠壓力進(jìn)行霧化，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，在各種燃燒裝置中廣為采用。但由于在燃燒室中的高溫會(huì)傳遞到噴嘴周圍，并持續(xù)對(duì)噴嘴及其內(nèi)流動(dòng)的燃油加熱，一旦加熱溫度達(dá)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(huì)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(shí)造成燃油流動(dòng)通道變小，從而降低燃油流量，進(jìn)一步加速積炭的形成，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致熄火。噴嘴內(nèi)的積炭會(huì)造成燃油流動(dòng)通道變小，從而燃油流量變小，這加速了積炭的形成；同時(shí)，積炭還影響到噴嘴的霧化性能和噴霧分布特性，降低了燃燒室內(nèi)的燃燒效率，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致熄火。中國(guó)專禾Ij “一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的防積炭液體燃料噴嘴”(申請(qǐng)?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(guò)吹氣方式對(duì)噴嘴進(jìn)行冷卻保護(hù)，避免高溫燃?xì)饣亓鞯絿娮於嗣?，以達(dá)到防止積炭的目的。上述方案的缺點(diǎn)在于一方面，高溫燃?xì)獾臒崃鞑粌H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(jìn)來(lái)，因此僅保護(hù)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(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。中國(guó)專利“用稀土氧化物涂層抗燃油噴嘴組件積碳的方法”(申請(qǐng)?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(guò)精細(xì)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。上述方法并沒(méi)有解決積炭形成是燃油過(guò)熱這一本質(zhì)原因，另外，涂層損耗也會(huì)降低噴嘴的使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)噴嘴積炭的特點(diǎn)，根據(jù)燃燒裝置對(duì)噴嘴防積炭的要求，提出了一種采用傳統(tǒng)燃油噴嘴連接套管的方案，通過(guò)減小傳遞燃油噴嘴的熱流，使其達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間工作不積炭的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種直流式防積炭燃油噴嘴，由直流式內(nèi)噴嘴和套管組成；所述直流式內(nèi)噴嘴的結(jié)構(gòu)、工作原理和設(shè)計(jì)方法為發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域所公知，可參見(jiàn)“液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)(上)”(朱寧昌，宇航出版社，1994年，PP356 370)；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)徑為直流式內(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(guò)大的回流區(qū)，防止燃?xì)饣亓鞯蕉嗣妫鬟f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(zhǎng)度與內(nèi)噴嘴長(zhǎng)度一樣。套管的厚度由強(qiáng)度要求確定，其設(shè)計(jì)方法為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域公知。所述直流式內(nèi)噴嘴和套管的材料均為不銹鋼或碳鋼，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?dú)?，其中，封閉真空的隔熱效果最好。內(nèi)噴嘴殼體原來(lái)直接和熱壁面接觸，采用本發(fā)明后，內(nèi)噴嘴殼體通過(guò)真空套管與壁面接觸，來(lái)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(dòng)的燃油上，燃油溫度將保持為較低值，不會(huì)達(dá)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)明的直流式燃油噴嘴可有效防止燃油積炭，已在某超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)上采用并取得良好效果，也可應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等燃燒裝置。
圖1 現(xiàn)有直流式燃油噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖
圖2 本發(fā)明的直流式防積炭燃油噴嘴
圖3 未采用本發(fā)明時(shí)出現(xiàn)積炭；
圖4 采用本發(fā)明后，未發(fā)生積炭。
附圖標(biāo)記
1.燃油
2.直流式內(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(shí)施例方式圖1是現(xiàn)有直流式燃油噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。燃油1從直流式噴嘴上端流入，進(jìn)入到內(nèi)噴嘴2中，通過(guò)一個(gè)收縮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(xì)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(diǎn)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(gè)通道。圖2是本發(fā)明的直流式防積炭燃油噴嘴。它是在圖1所示的直流式燃油內(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)徑為直流式內(nèi)噴嘴的外徑，旋成體外徑比內(nèi)徑大3mm，旋成體的長(zhǎng)度與內(nèi)噴嘴長(zhǎng)度一樣；為避免在端面形成過(guò)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(qiáng)度計(jì)算確定為2mm ；由于本實(shí)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(shí)的直流式噴嘴，長(zhǎng)時(shí)間工作后，沿軸線剖開(kāi)后觀察，其內(nèi)有嚴(yán)重的積炭；圖4是采用本發(fā)明后的直流式噴嘴，與圖3工作相同時(shí)間后，其內(nèi)基本沒(méi)有積炭。
權(quán)利要求
1.一種直流式防積炭燃油噴嘴，由直流式內(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，外徑比內(nèi)徑大2 6mm;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(zhǎng)度與內(nèi)噴嘴長(zhǎng)度一樣。
2.權(quán)利要求1所述的直流式防積炭燃油噴嘴，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所述的直流式防積炭燃油噴嘴，其特征在于錐母線與軸線的夾角選取為40 50度。
4.權(quán)利要求3所述的直流式防積炭燃油噴嘴，其特征在于錐母線與軸線的夾角選取為45度。
5.權(quán)利要求1或2所述的直流式防積炭燃油噴嘴，其特征在于套管與內(nèi)噴嘴之間可封閉為真空、常壓空氣或者氮?dú)庵械囊环N。
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直流式燃油噴嘴。本發(fā)明針對(duì)直流式噴嘴容易積炭的特點(diǎn)，根據(jù)燃燒裝置對(duì)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(guò)減小傳遞燃油噴嘴的熱流，使其達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間工作不積炭的目的。本發(fā)明的直流式防積炭燃油噴嘴已在某超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)上采用并取得良好效果，也可應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等燃燒裝置。
文檔編號(hào)F02M61/18GK102563705SQ201210033420
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)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(jìn), 李大鵬, 李慶, 梁劍寒, 潘余, 王振國(guó), 王翼, 范曉檣, 譚建國(guó), 陳暉 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)