[發明專利]一種擴張段為階梯型的文氏管

在審

• 申請號: 201711333699.3
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108151064A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 張群;王鑫;張鵬;海涵;宋亞恒;李承鈺;寇睿
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F23R3/32
• 分類號: F23R3/32;F23R3/38;F23R3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種擴張段為階梯型的文氏管設計方案，此方案可以有效增強燃油的破碎霧化，形成良好的油霧場。如附圖1中所示，擴張段為階梯型結構的文氏管，燃油經離心噴嘴噴射到文氏管的喉部，并形成油膜。油膜被一級旋流器進入的氣流推動向前運動，在文氏管的擴張段每經過一個階梯都會發生一次擾動，進而油膜發生變形被拉伸變薄，這樣當油膜運動到文氏管的出口時，更加有利于油膜的破碎霧化，在下游形成良好的油霧場，良好的霧化場是燃燒室高效工作的重要前提。

技術領域

本發明屬于燃氣渦輪發動機領域，具體涉及一種擴張段為階梯型的文氏管，可以有效的配合旋流器促進燃油霧化的結構。

背景技術

文氏管是配合旋流器對燃油進行霧化的一個重要部件，位于燃氣渦輪發動機主燃燒室的頭部，它的工作性能直接影響燃燒室的性能。文氏管是一個先收縮后擴張的圓形管件，其作用主要是防止積碳，但是它的存在對流場及其噴霧場和燃燒性能有很大的影響。文氏管的存在可以控制噴霧場下游的油霧濃度分布呈現典型的錐狀分布。它的工作原理是：噴嘴將燃油噴射在文氏管上形成油膜，油膜沿著文氏管的內壁面順流至文氏管唇口處被雙級旋流器的空氣剪切實現霧化，雙級旋流器的空氣與霧化燃油混合成均勻的可燃混氣，進入火焰筒燃燒區進行燃燒。

進入燃燒室的燃油主要以液霧或氣態形式燒掉。航空發動機燃燒室的尺寸小、內部流速快、燃油停留的時間短，因此對霧化質量有嚴格的要求。對于目前來說，主燃燒室的燃油霧化主要依靠燃油噴嘴配合雙級旋流器以及文氏管、套筒來完成。學者對于文氏管結構的研究大多是通過改變內旋流器出口到文氏管喉道的距離、文氏管喉道的直徑以及文氏管擴張段的角度等結構參數的變化對燃油霧化，以及下游流場的影響。對于文氏管與旋流器的配合，文氏管與套筒的配合也有大量的研究。結果表明文氏管的存在可以提供較強的旋流流場，對燃燒室進口壓力有較大的調節功能，在一定范圍內保證流場結構的穩定。對于燃油霧化，以及促進火焰的穩定有著良好的作用。

隨著航空發動機性能要求的提高，對燃燒室的各項性能也提出了更高的要求。在燃油霧化方面，目前存在的問題主要表現在燃油霧化的粒度不夠細，油霧場分布不均勻。這些問題導致后續的燃燒過程中燃油不能及時的燃燒，造成燃燒室內部分部件積碳。燃燒不充分，尾氣中NO_X的含量增多，不利于環保。積碳增多還會引發一系列的不良反應，嚴重時會造成發動機故障。所以提高燃油霧化粒度是提高發動機整體性能的重要環節。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提出一種能有效增強燃油霧化效果的文氏管擴張段為階梯型的技術方案。本方案中文氏管內壁收縮段為圓弧過渡，但是在擴張段采用階梯型。經噴嘴噴射到文氏管上的油膜在階梯型的擴張段上由于階梯的存在，油膜每經過一個階梯都會發生一次擾動，油膜攜帶的能量增加，油膜會變形被拉薄。油膜越薄，越容易破碎霧化，對于提高燃燒室的整體性能有很好的作用。

技術方案

本發明的目的在于提供一種擴張段為階梯型的文氏管結構設計方案。

本發明技術方案如下：

一種擴張段為階梯型的文氏管結構設計方案，包括文氏管擴張段的結構參數設置，以及文氏管與旋流器的配合設計。

所述的擴張段為階梯型的文氏管，在文氏管擴張段環腔里階梯沿軸向分布，臺階的個數、每個臺階的高度以及臺階沿軸向的長度根據實際要求可做調整。臺階的個數為1～5個，臺階的高度在0.2mm～1mm之間，臺階沿軸向的長度在1mm～2.5mm之間。階梯在擴張段內的分布可采用均勻分布，即每個階梯的結構參數相同，也可采用不均勻的分布，具體如何分布可根據實際需求做出合理的調整。

所述的擴張段為階梯型的文氏管，可與雙級旋流器配合使用，也可與三級旋流器配合使用，在配合的過程中具體的結構參數可根據實際要求做出合理的調整。

本發明具有以下有益效果：