[發明專利]燃油噴嘴、燃燒室、燃氣渦輪發動機以及減振方法

有效

• 申請號: 202010953797.2
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN114165812B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 許璠璠;楊眉;于博文
• 申請（專利權）人: 中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 曾浩;喻學兵

本發明涉及一種燃油噴嘴、燃燒室、燃氣渦輪發動機以及減振方法。其中，所述燃油噴嘴，包括：桿芯；集油環，具有油路，所述集油環的一端與所述桿芯固定連接，所述集油環的另一端具有燃油噴口；以及環形阻尼套筒，所述環形阻尼套筒的內壁貼附于所述集油環的外壁。由于在集油環貼附阻尼套筒結構，發生振動時集油環與阻尼套筒之間發生相對運動，產生干摩擦，干摩擦將集油環油路的振動能量轉換為摩擦熱能，降低振動位移，以降低振動應力，最終提高燃油噴嘴高周疲勞壽命。

技術領域

本發明屬于燃氣渦輪發動機技術領域，尤其涉及一種燃油噴嘴、燃燒室、燃氣渦輪發動機以及減振方法。

背景技術

燃氣渦輪發動機中燃油噴嘴位于燃燒室內，工作時處于高溫高壓環境。燃油噴嘴外部受熱主要有兩個熱源，一是經由壓氣機進入燃燒室的高溫燃氣直接吹掃燃油噴嘴，導致桿部和頭部受熱，二是由于噴嘴的燃油噴口噴射燃料在火焰筒內進行燃燒，燃燒產生的高溫火焰對燃油噴嘴產生熱輻射，在兩處熱源的綜合作用下燃油噴嘴頭部最高溫度可以達到900-1000K。另外燃油噴嘴也處于復雜的振動環境之中，一是燃氣渦輪發動機整機振動時傳遞到燃油噴嘴上的振動載荷，二是燃燒室內發生燃燒振蕩時，不穩定燃燒產生的脈動壓力作用于燃油噴嘴表面。高量級的振動載荷會使得噴嘴結構產生較大的振動應力，減少壽命。

燃油噴嘴結構設計復雜，一般為了防止燃油結焦，內部油路設計在內稱為桿芯，外部設計殼體，使得油路不直接暴露在高溫氣體中。由于結構復雜導致噴嘴固有振型低頻較多，包括噴嘴整體振動和噴嘴內部振動。噴嘴內部桿芯振動模態頻率與噴嘴震蕩燃燒頻率較為接近，容易形成共振，降低噴嘴高周疲勞壽命。因此有必要設計減振結構，降低噴嘴振動應力，提高噴嘴高周疲勞壽命。

具體可以參考圖1至圖4所示的，參考圖1，擴壓器機匣4、燃燒室外機匣3、內機匣5和火焰筒2均為環形結構，來流空氣經由燃燒室上游部件擴壓器機匣4進入燃燒室，來流空氣100進入燃燒室分為三股，中間一路為第一流路200進入燃燒室火焰筒2，另外兩股為第二流路300、第三流路400，分別進入燃燒室火焰筒2與燃燒室外機匣3、內機匣5組成的涵道。燃油噴嘴1安裝在燃燒室外機匣3之上，例如可以通過安裝座固定連接于燃燒室外機匣3。燃油噴嘴1包括保護罩10、桿芯11，燃油噴嘴1的端部結構為噴嘴頭部12。

圖2所示為噴嘴頭部結構，噴嘴主噴口15圍繞集油環16的中心線13環向分布，并通過集油環外殼14上的開孔伸出。

圖3所示為噴嘴頭部12結構局部剖面圖，集油環16位于集油環外殼14內部，為環形結構，為防止集油環16中油路通道106、107內燃油溫度超過結焦溫度，一般而言，集油環16的內壁面104與集油環外殼內壁面105之間，設計一定間隙，集油環16的外壁面103與集油環外殼14的外壁面102之間也設計一定間隙，集油環16與集油環外殼14之間無直接接觸，以減少外部的高溫燃氣熱量傳導到集油環外殼14后對集油環16的熱傳導。集油環16通過端部110與桿芯11結構相連一體，集油環外殼14通過端部108、109與保護罩10焊接連接。

燃油噴嘴1也承受著振動載荷，在航空發動機工作時噴嘴主噴口15噴出燃油在燃燒室火焰筒2內燃燒，火焰筒2內燃燒時產生脈動壓力作用于燃油噴嘴1，同時燃燒室外機匣3也傳遞轉子不平衡產生的振動激勵至燃油噴嘴1。

發明人完成本發明的過程中發現，由于集油環16與集油環外殼14之間無接觸，集油環16與桿芯11連接結構剛度較弱，造成集油環16振動約束較小，會在不同方向產生振動響應，特別是在集油環16發生共振時，由于集油環16與集油環外殼14之間存在較大間隙，使得集油環16可以積累較大振動能量，在集油環16與桿芯11的連接部位產生較高應力集中，由此導致的疲勞損傷大大的降低了噴嘴1疲勞壽命。

因此本領域需要一種燃油噴嘴，延長燃油噴嘴1的疲勞壽命，使得燃燒室、燃氣渦輪發動機及其燃燒室穩定可靠地運行。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種燃油噴嘴。

本發明的一個目的是提供一種燃燒室。