阅读说明：本技术 气动辅助雾化的燃油预分配装置 (Fuel oil pre-distribution device for pneumatic auxiliary atomization ) 是由 冯阳 王倚阳 严明超 胡好生 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种气动辅助雾化的燃油预分配装置,包括：套筒环本体,布设在套筒环本体上用于燃油流通并将燃油从套筒环本体内喷出并进入甩油盘内的喷油机构,处于套筒环本体的后端用于将外界吸入的气体喷向甩油盘并对燃油产生推动力以实现加速燃油从甩油盘甩出速率的引气机构,引气机构随着套筒环本体内部温度的上升气体喷出量逐渐降低,直至无气体喷出。本发明的气动辅助雾化的燃油预分配装置,气体通过气泵加压经由气体通路进入引气机构内,并沿套筒环本体周向喷出形成一圈环形气膜,从而对燃油产生推动作用,加速燃油从甩油盘油腔的甩出速率,使得燃油即使在发动机起动阶段仍然具有较高的甩出速率,改善了燃油在燃烧室内的雾化效果。(The invention discloses a fuel oil pre-distribution device for pneumatic auxiliary atomization, which comprises: the sleeve ring body is arranged on the sleeve ring body and is used for fuel circulation, fuel is sprayed out of the sleeve ring body and enters the oil throwing disc, the rear end of the sleeve ring body is used for spraying outside sucked gas to the oil throwing disc and generating driving force for the fuel to accelerate the gas entraining mechanism of the throwing speed of the fuel from the oil throwing disc, and the gas entraining mechanism gradually reduces along with the rising gas spraying amount of the internal temperature of the sleeve ring body until no gas is sprayed out. According to the fuel oil pre-distribution device with the pneumatic auxiliary atomization function, gas is pressurized by the air pump, enters the air entraining mechanism through the gas passage, and is sprayed out along the circumferential direction of the sleeve ring body to form a circle of annular gas film, so that a pushing effect is generated on fuel oil, the throwing-out speed of the fuel oil from the oil cavity of the oil throwing disc is accelerated, the fuel oil still has a high throwing-out speed even in the starting stage of an engine, and the atomization effect of the fuel oil in the combustion chamber is improved.)

气动辅助雾化的燃油预分配装置

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机领域，特别地，涉及一种气动辅助雾化的燃油预分配装置。

背景技术

燃气涡轮发动机是将燃料的化学能转化为机械功的设备。在燃气涡轮发动机领域，发动机一般通过燃烧室组织燃油与空气混合、燃烧，燃烧产物从燃烧室出口排出后经过燃气涡轮导向器冲击涡轮叶片，推动涡轮旋转并产生功率输出。燃油通过供油管路进入燃油分配装置，之后经由燃油雾化装置喷射入燃烧室内部以油雾状态完成燃烧。燃油分配装置负责对燃油的分布进行预分配，以利于燃油在燃烧室内组织燃烧，进而获得较高的燃烧效率和较好的燃烧出口温度。燃烧室按内部气流流动特征可分为直流、回流、折流等形式，不同形式燃烧室的燃油分配装置和燃油雾化装置也各有特点。

现有的折流燃烧室一般采用喷射油道与甩油盘配合的供油方式完成燃油预分配和燃油雾化。喷射油道内部开设燃油通路，燃油从出油口沿径向向外进入甩油盘的油腔内，完成燃油的预分配；离心甩油盘与发动机主轴连接在一起并随之高速旋转，其油腔内的燃油在离心力作用下从甩油盘的喷射孔沿径向向外高速喷出进入燃烧室，完成燃油的雾化。在发动机起动阶段，涡轮的初始转速为零，无法带动甩油盘旋转，因此起动阶段须由起动电机带动甩油盘旋转，一般情况下电机转速比发动机工作转速低很多，甩油盘的燃油雾化效果很差，从而导致启动阶段燃烧室的燃烧效率低，排气污染高。另外，转速较低时甩油盘不能及时将燃油从油腔内甩出，未及时甩出的燃油会在重力作用下聚集、泄漏，造成燃料的浪费并使发动机安全性降低。

发明内容

本发明提供了一种气动辅助雾化的燃油预分配装置，以解决现有燃气涡轮发动机中现有装置存在的起动阶段燃油雾化效果差、燃烧效率低、排气污染大，并存在漏油现象的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种气动辅助雾化的燃油预分配装置，布设在火焰筒顶端以对进入发动机燃烧室的燃油进行预分配，包括：套筒环本体，布设在套筒环本体上的用于供燃油流通并将燃油从套筒环本体内喷出至甩油盘内的喷油机构，处于套筒环本体的第二端的用于将外界吸入的气体喷向甩油盘并对燃油产生推动力以加快燃油从甩油盘甩出速度的引气机构，引气机构随着套筒环本体内部温度的上升而气体喷出量逐渐降低，直至无气体喷出。

进一步地，引气机构包括：用于引导外界气体进入套筒环本体内的进气孔，处于套筒环本体的第二端并沿套筒环本体周向布设的用于暂时存储气体的通气槽，处于进气孔的输出端的用于将气体连通至通气槽内的通气管路，通气槽的气体出口处设有用于调节气体排出量的环状调节件；进气孔、通气管路和通气槽构成套筒环本体内部的气体通路。

进一步地，环状调节件采用环状堵块；环状堵块的内环壁与通气槽的内槽壁过盈配合，环状堵块的外环壁与通气槽的外槽壁间隙配合。

进一步地，环状调节件设有用于防止环状调节件发生窜动的定位件。

进一步地，环状调节件采用线性膨胀系数较高的材料制成；环状调节件的线性膨胀系数为x～x。

进一步地，进气孔与通气管路一一对应布设成组结构，成组结构设置有多组；多组通气管路沿周向间隔布设在通气槽上并处于同一周向上。

进一步地，喷油机构包括：用于与外界油路相连以将燃油引进喷油机构内部的进油孔，处于套筒环本体的第一端并沿套筒环本体周向布设的用于燃油流通的通油槽，处于进油孔的输出端的用于使燃油流通至通油槽内的进油管路，布设在通油槽上的用于将燃油向通气槽方向输送的后端轴向喷出的出油管路，处于出油管路的输出端的用于将燃油喷出至甩油盘内的出油孔，通油槽上布设有用于封堵通油槽并与通油槽密封配合以形成容纳燃油的环状型腔的密封盖；进油孔、进油管路、通油槽、出油管路和出油孔构成套筒环本体内部的燃油通路。

进一步地，出油管路和出油孔一一对应布设成组结构，成组结构设置有多组；多组出油管路沿周向间隔布设在通油槽上并处于同一周向上。

进一步地，出油管路沿通气槽的外围周向排布，并与通气槽同心圆环布设。

进一步地，套筒环本体外壁面设有沿径向向外延伸的安装边，套筒环本体通过安装边与扩压器安装固定。

本发明具有以下有益效果：

本发明的气动辅助雾化的燃油预分配装置为静子件，甩油盘为转子件可随发动机主轴旋转，工作状态下两者配合安装。在发动机起动阶段，燃油通过油泵加压后从油箱输入供油管路进入喷油机构内流通，并从喷油机构喷出进入甩油盘，在甩油盘旋转产生的离心力作用下沿甩油盘上的甩油孔进入燃烧室，从而在燃烧室充分燃烧。气体通过气泵加压经由气体通路进入引气机构内，并沿套筒环本体周向喷出形成一圈环形气膜，从而对燃油产生推动作用，提高了燃油从甩油盘油腔的甩出速度，使得燃油即使在发动机起动阶段仍然具有较高的甩出速率，改善了燃油在燃烧室内的雾化效果，并进一步改善了转子件与静子件配合处的漏油现象。并且，随着发动机稳定工作后，环境温度上升，甩油盘转速升高，燃油雾化效果已达到理想状态，引气机构随着温度的上升气体喷出量逐渐降低，直至无气体喷出，即实现自动的闭合状态，以使得气动辅助雾化的燃油预分配装置与甩油盘进入正常的工作状态。

本发明的气动辅助雾化的燃油预分配装置，特别适用于折流燃烧室，加工简易，供油稳定可靠，高效的提升发动机起动阶段的燃油雾化效果，有利于改善发动机点火起动性能、改善起动阶段离心甩油雾化装置的漏油问题，从而提高了燃烧效率，减少了冒烟等污染，进一步提高了发动机的安全性和使用寿命，降低了发动机的使用维护成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的气动辅助雾化的燃油预分配装置示意图；

图2是本发明优选实施例的套筒环本体的半透视结构示意图；

图3是本发明优选实施例的套筒环本体的半透视结构的右视图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是本发明优选实施例的气动辅助雾化的燃油预分配装置安装示意图；

图6是本发明优选实施例的喷油机构的燃油通路示意图；

图7是本发明优选实施例的引气机构的气体通路示意图；以及

图8是本发明优选实施例的喷油机构与引气机构相对结构示意图。

附图标号说明：

1、套筒环本体；2、火焰筒；3、扩压器；4、甩油盘；

11、喷油机构；111、进油孔；112、进油管路；113、通油槽；114、出油管路；115、出油孔；116、密封盖；

12、引气机构；121、进气孔；122、通气管路；123、通气槽；124、环状调节件；

13、安装边。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明优选实施例的气动辅助雾化的燃油预分配装置示意图；图2是本发明优选实施例的套筒环本体的半透视结构示意图；图3是本发明优选实施例的套筒环本体的半透视结构的右视图；图4是本发明A-A示意图；图5是本发明优选实施例的气动辅助雾化的燃油预分配装置安装示意图；图6是本发明优选实施例的喷油机构的燃油通路示意图；图7是本发明优选实施例的引气机构的气体通路示意图；图8是本发明优选实施例的喷油机构与引气机构相对结构示意图。

如图1、图4和图5所示，本实施例的气动辅助雾化的燃油预分配装置，布设在火焰筒2顶端以对进入发动机燃烧室的燃油进行预分配，包括：套筒环本体1，布设在套筒环本体1上的用于供燃油流通并将燃油从套筒环本体1内喷出至甩油盘4内的喷油机构11，处于套筒环本体1的第二端的用于将外界吸入的气体喷向甩油盘4并对燃油产生推动力以加快燃油从甩油盘4甩出速度的引气机构12，引气机构12随着套筒环本体1内部温度的上升而气体喷出量逐渐降低，直至无气体喷出。

本发明的气动辅助雾化的燃油预分配装置为静子件，甩油盘4为转子件可随发动机主轴旋转，工作状态下两者配合安装。在发动机起动阶段，燃油通过油泵加压后从油箱输入供油管路进入喷油机构11内流通，并从喷油机构11喷出进入甩油盘4，在甩油盘4旋转产生的离心力作用下沿甩油盘4上的甩油孔进入燃烧室，从而在燃烧室充分燃烧。气体通过气泵加压经由气体通路进入引气机构12内，并沿套筒环本体1周向喷出形成一圈环形气膜，从而对燃油产生推动作用，提高了燃油从甩油盘4油腔的甩出速率，使得燃油即使在发动机起动阶段仍然具有较高的甩出速率，改善了燃油在燃烧室内的雾化效果，并进一步改善了转子件与静子件配合处的漏油现象。并且，随着发动机稳定工作后，环境温度上升，甩油盘4转速升高，燃油雾化效果已达到理想状态，引气机构12随着温度的上升气体喷出量逐渐降低，直至无气体喷出，即实现自动的闭合状态，以使得气动辅助雾化的燃油预分配装置与甩油盘4进入正常的工作状态。

本发明的气动辅助雾化的燃油预分配装置，特别适用于折流燃烧室，加工简易，供油稳定可靠，高效的提升发动机起动阶段的燃油雾化效果，有利于改善发动机点火起动性能、改善起动阶段离心甩油雾化装置的漏油问题，从而提高了燃烧效率，减少了冒烟等污染，进一步提高了发动机的安全性和使用寿命，降低了发动机的使用维护成本。上述套筒环本体1的第一端和第二端通过燃油流动方向划分，第一端为燃油的来流方向，第二端为燃油的流出方向。

上述折流燃烧室的特点是采用了离心甩油的供油方式。火焰筒2的内环与火焰筒2的外环之间的腔室为油气混合并燃烧的区域。火焰筒内、外环表面开设有很多小孔、大孔或缝槽，空气通过小孔、大孔和缝槽进入火焰筒内部。甩油盘4安装在发动机主轴上，随主轴一起旋转。燃油经由本供油装置(静止件)进入甩油盘4(转子件)，贴附在甩油盘4油腔内并随甩油盘4高速旋转，在离心力作用下通过甩油盘4上的通油孔甩入燃烧室进而燃烧。因为甩油盘4必须连接主轴、燃油流动方向为沿径向甩入燃烧室，导致燃烧室在组织空气流路时，气流必须经过很大折转之后进入燃烧室，因此，在发动机起动阶段，涡轮的初始转速为零，无法带动甩油盘旋转。

如图2和图4所示，本实施例中，引气机构12包括：用于引导外界气体进入套筒环本体1内的进气孔121，处于套筒环本体1的第二端并沿套筒环本体1周向布设的用于暂时存储气体的通气槽123，处于进气孔121的输出端的用于将气体连通至通气槽123内的通气管路122，通气槽123的气体出口处设有用于调节气体排出量的环状调节件124。进气孔121、通气管路122和通气槽123构成套筒环本体1内部的气体通路。上述引气机构12包括进气孔121、通气管路122、通气槽123和环状调节件124。引气机构12的气体出口方向与甩油盘4的油腔相对，以利于对燃油产生高效的推动力，以使的燃油达到的甩油盘4油腔时的速度最大。气体为气泵加压经由气体通路进入进气孔121内流经通气槽123，由于通气槽123内的气体具有一定的压力，通过环状调节件124的调节，使得通气槽123与环状调节件124之间具有的环形间隙，带有一定压力的气体通过环形间隙喷出，形成一圈环形气膜，从而对燃油产生推动作用。

如图1和图4所示，本实施例中，环状调节件124采用环状堵块。环状堵块的内环壁与通气槽123的内槽壁过盈配合，环状堵块的外环壁与通气槽123的外槽壁间隙配合。上述环状调节件124为环状堵块，环状堵块的内环壁与通气槽123的内槽壁过盈配合，环状堵块的外环壁与通气槽123的外槽壁间隙配合，环状堵块的内环壁与通气槽123的内槽壁过盈配合以增加二者之间的摩擦力，防止环状堵块从通气槽123脱落。通气槽123内部的气体会从环状堵块的外环壁与通气槽123的外槽壁间隙配合处形成的气体排出的通路，具有一定压力的气体会从气体排出的通路喷出。

优选地，环状调节件124设有用于防止环状调节件124发生窜动的定位件。为增加环状堵块的与通气槽123之间配合稳定性，设有用于防止环状堵块滑脱的定位件，以防止当通气槽123内部气体的压强较大时，导致气体将环状堵块弹出。上述环状堵块未完全封堵通气槽123的开口，以使得环状堵块具有一定的膨胀空间，环状堵块随着高温体积逐渐从而使得环状堵块的外壁面与通气槽123的内槽壁实现全面的过盈配合，环状堵块的外壁面与通气槽123的槽壁面闭合对气体进行封堵，此时的气体无法排出。

本实施例中，环状调节件124采用线性膨胀系数较高的材料制成。在发动机稳定工作后，环境温度上升，环状调节件124会随温度升高而逐渐膨胀，环状调节件124与通气槽123之间的环形间隙会逐渐缩小直至闭合。上述环状调节件124采用线性膨胀系数较高的材料是相对于套筒环本体1而言。环状调节件124采用镁铝合金材料的线膨胀系数高一些，如MB8，可达24.9×10^-6/℃，套筒环本体1采用钛合金TC1，线膨胀系数为8.8×10^-6/℃。此处选材的原则是使用线膨胀系数有差异的材料，使用线膨胀系数较大的材料制作环状调节件124，而使用线膨胀系数较小的材料制作套筒环本体1，从而随着温度升高，调节件124向外膨胀较多，套筒环本体1向外膨胀较少，使得两者之间的缝隙消失。除上述两种材料之外，还可以采用其他材料，具体用哪种材料、材料之间线膨胀系数差异为多少，依照零件的设计尺寸和设计间隙的大小来具体计算。

如图7所示，本实施例中，进气孔121与通气管路122一一对应布设成组结构，成组结构设置有多组。多组通气管路122沿周向间隔布设在通气槽123上并处于同一周向上。进气孔121通过与气体通路连接，通过设计多组进气孔121与通气管路122，使得通气槽123内的气体充足，并且多组通气管路122沿周向间隔布设在通气槽123上并处于同一周向上。上述进气孔121与通气管路122采用多组，且通气管路122沿周向间隔布设在通气槽123上，从而形成一圈环形气膜，多组进气孔121与通气管路122一一对应设计，使得通气槽123内部的气体分布均匀，从而形成的一圈环形气膜的轴向喷射力均匀，以对燃油产生均匀的推动力，承载燃油喷向甩油盘4的油腔内。

如图2和图4所示，本实施例中，喷油机构11包括：用于与外界油路相连以将燃油引进喷油机构11内部的进油孔111，处于套筒环本体1的第一端并沿套筒环本体1周向布设的用于燃油流通的通油槽113，处于进油孔111的输出端的用于使燃油流通至通油槽113内的进油管路112，布设在通油槽113上的用于将燃油向通气槽123方向输送的后端轴向喷出的出油管路114，处于出油管路114的输出端的用于将燃油喷出至甩油盘4内的出油孔115，通油槽113上布设有用于封堵通油槽113并与通油槽113密封配合以形成容纳燃油的环状型腔的密封盖116。进油孔111、进油管路112、通油槽113、出油管路114和出油孔115构成套筒环本体1内部的燃油通路。上述布设在筒环本体1内，其中通油槽113布设在套筒环本体1的第一端，并与密封盖116形成燃油流通的环状型腔，工作状态下，打开油泵，油泵加压将燃油泵入供油管路，燃油再从进油孔111进入，流经进油管路112进入通油槽113，随着通气槽123内的燃油逐步注满，燃油从出油管路114和出油孔115喷出至甩油盘4的内腔中。上述进油管路112的截面半径远远大于出油管路114，以使的通油槽113内注满燃油，从而燃油均匀的从出油孔115喷出。另外，出油管路114靠近通气槽123布设，使得燃油流经出油管路114在出油孔115喷出时，可以与通气槽123形成的环形气膜直接作用。

如图3、图6和图8所示，本实施例中，出油管路114和出油孔115一一对应布设成组结构，成组结构设置有多组。多组出油管路114沿周向间隔布设在通油槽113上并处于同一周向上。上述出油管路114和出油孔115一一对应布设成组结构，并采用多组，多组出油管路114总的径向尺寸小于进油管路112的径向尺寸，以满足燃油充满整个通油槽113内，以从多组出油管路114和出油孔115喷出，从而形成均匀分散的燃油液滴，上述多组出油管路114沿周向间隔布设在通油槽113上并处于同一周向上，同样也形成与环形气膜相似的环状，喷射出的燃油液滴在一圈环形气膜的轴向喷射力的作用下，喷入甩油盘4的油腔内。通常情况下，出油管路114和出油孔115的组数越多，喷出的燃油液滴粒径最小。优选地，出油管路114沿通气槽123的外围周向排布，并与通气槽123同心圆环布设。多组出油管路114与多组通气管路122错开布设。上述多组出油管路114沿周向间隔布设形成的一周排布设计在通气槽123形成的一圈环形气膜外侧，以使得气体与燃油充分接触，气体承载燃油一同进入甩油盘4的内腔中，从而增加燃油从甩油盘4甩出的速度。

如图5所示，本实施例中，套筒环本体1外壁面设有沿径向向外延伸的安装边13，套筒环本体1通过安装边13与扩压器3安装固定。以形成稳定的静子件。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。