[發明專利]一種離心式防積炭燃油噴嘴

無效

• 申請號: 201210033225.8
• 申請日: 2012-02-15
• 公開（公告）號: CN102538017A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 譚建國;王振國;周進;劉衛東;梁劍寒;丁猛;陳暉;范曉檣;李大鵬;吳先宇;潘余;王翼;李慶
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38;F02M61/18
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 邱軼

技術領域

本發明涉及一種應用于燃燒領域的燃油噴嘴，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

燃油噴嘴是航空航天發動機、內燃機等燃燒裝置的關鍵設備之一，其主要作用是把燃油霧化成微小的液滴，實現與燃燒室中氧化劑的混合和燃燒，所述的氧化劑在航天發動機中一般為液氧或四氧化二氮，在其它發動機中一般為空氣。

離心式燃油噴嘴依靠流體流動過程中旋轉產生液膜，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，并持續對噴嘴及其內流動的燃油加熱，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形成積炭，噴嘴內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，嚴重時甚至會導致熄火。

中國專利“一種用于燃氣輪機的防積炭液體燃料噴嘴”(申請號：201020179121.4)公布了防止在噴嘴端面出現積炭的燃油噴嘴，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傳遞到噴嘴上，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的供應和控制回路，從而增加了整個系統的復雜性。

中國專利“用稀土氧化物涂層抗燃油噴嘴組件積碳的方法”(申請號：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表面并在內表面鍍上稀土氧化物抗積炭涂層，使燃油形成氣態產物，而減少膠質和積炭形成概率。該方法并沒有解決積炭形成是燃油過熱這一本質原因，另外，涂層損耗也會降低噴嘴的使用壽命。

發明內容

本發明針對噴嘴積炭的特點，根據燃燒裝置對噴嘴防積炭的要求，提出了一種用傳統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。

本發明的技術方案如下：

一種離心式防積炭燃油噴嘴，由離心式內噴嘴和套管組成；

所述離心式內噴嘴的結構、工作原理和設計方法為發動機領域所公知，可參見“液體火箭發動機設計(上)”(朱寧昌，宇航出版社，1994年，PP370～380)；

所述套管為梯形旋成體結構，上端為圓筒形結構，套管內徑為離心式內噴嘴的外徑，優選的，套管外徑比內徑大2～6mm；

為避免在端面形成過大的回流區，防止燃氣回流到端面，并傳遞到噴嘴內，套管下端為錐形旋成體結構，錐尖與內噴嘴端面齊平，錐母線與軸線的夾角一般選取為30～60度，優選為40～50度；套管總長度與內噴嘴長度一樣。

套管的厚度由強度要求確定，其設計方法為結構設計領域公知。

所述離心式內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。

根據不同的使用要求，套管與內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。

內噴嘴殼體原來直接和熱壁面接觸，采用本發明后，內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噴嘴和其內流動的燃油上，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。

采用本發明可以取得以下技術效果：

本發明已在某超燃沖壓發動機上采用并取得良好效果，也可應用到航空發動機、內燃機等燃燒裝置。

附圖說明

圖1：現有離心式燃油噴嘴結構示意圖；

圖2：本發明的離心式防積炭燃油噴嘴；

圖3：未采用本發明時出現積炭，燃油流量急劇下降；

圖4：采用本發明后，未發生積炭，燃油流量平穩。

附圖標記

1.燃油

2.離心式內噴嘴

3.生成的積炭

4.熱流

5.真空套管

6.真空或封閉的氣體

具體實施方式

圖1是現有離心式燃油噴嘴結構示意圖。燃油1從噴嘴上端流入，進入到內噴嘴2中，通過一個螺旋通道噴入到燃燒室中。傳入到內噴嘴2的熱流4如圖中箭頭所示，包括從端面傳入的燃氣熱量和從側壁面傳入到內噴嘴2的熱量。這些熱量將導致在噴嘴收縮點出現積炭3，一旦出現積炭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。