[发明专利]燃油喷嘴、燃烧室、燃气轮机以及防止燃油喷嘴内燃油结焦的方法

说明书

本发明涉及一种燃油喷嘴、燃烧室、燃气轮机以及防止燃油喷嘴内燃油结焦的方法。所述燃油喷嘴包括进口部、喷口以及位于所述进口部与喷口之间输油通道，所述燃油依次经过进口部、所述输油通道输送至所述燃油喷嘴的喷口，所述进口部用于将外部油路输入所述燃油喷嘴的燃油输入所述输油通道，所述进口部包括进油接口，以及位于所述进油接口下游的第一分配阀，包括进油腔室，回油腔室，以及设置于所述进油腔室的柱塞。

技术领域

本发明涉及一种燃油喷嘴、燃烧室、燃气轮机以及防止燃油喷嘴内燃油结焦的方法。

背景技术

随着高性能、高压比航空发动机的发展，使得燃油在进入燃油喷嘴前的燃油温度升高达100～140℃；同时随着发动机压比的不断增高以提高循环效率，燃烧室进口空气温度也进一步提高，推重比10的一级发动机燃烧室进口空气温度达800K以上，从而使得燃油喷嘴内油温、油管壁温不断提高，造成喷嘴内燃油严重沉积、结焦，附在内壁上，严重时会局部堵塞喷口，阻挡喷雾锥形成，导致喷油雾化质量急剧恶化。燃油雾化不良及雾化质量不稳定将导致燃烧室点火联焰困难和无规律性，以及燃烧效率的降低，有时燃油浓度场的不稳定会导致燃烧室出口燃气温度分布的不稳定和恶化，严重时引起火焰筒和涡轮导向器及转子叶片的烧伤。

燃油喷嘴是燃气轮机的燃烧室关键部件之一，例如，在环形燃烧室中，燃油喷嘴均匀分布在火焰筒头部定位装置上，通过喷嘴安装座与螺栓固定于燃烧室机匣上。燃油通过外部管路进入输油通道内，再经过旋流雾化进入燃烧室火焰筒内参与燃烧。燃油喷嘴相邻于扩压器出口，扩压器出口温度在500～1000K左右，在高温气流下，燃油喷嘴承受一个较大的热负荷，不仅会使燃油喷嘴的芯部内的油路内的燃油温度上升，而发生燃油结焦堵塞现象，而且高温环境下喷嘴强度寿命问题也显得更为突出。

尤其是对于民用航空发动机，为了降低污染排放，尤其是NO_x排放，往往采用分级供油，在小状态下仅有预燃级喷嘴供油，大状态下主燃级喷嘴和预燃级喷嘴共同供油，通过这种分级供油的方式，保证点火、慢车等小状态下的燃烧稳定性和起飞、爬升等大状态下的NO_x排放性能。这种喷嘴的某些油路在一些状态下不供油(例如主燃级喷嘴在小状态下)，而此时燃烧室进口空气温度仍然比较高，喷嘴内部滞留的燃油在高温空气的加热下，容易发生结焦，导致上述不良后果。本领域对于燃油结焦问题已有的做法包括对燃油喷嘴采取隔热措施，以减少外界热源对燃油的传热，从而避免因燃油温度过高而产生结焦。

本领域燃油喷嘴的冷却或隔热手段，例如公开号为CN106556030A，名称为“燃烧室燃油喷嘴及其热防护结构”，公开日为2017年04月05日的中国专利申请，公开了一种燃油喷嘴的热防护结构，该热防护结构包括热防护管以及换热结构，所述热防护管用于环绕所述进油管的外侧，并且所述热防护管的内壁面还用于与和所述进油管的外壁面之间形成热防护空间，所述热防护空间分成相隔的、位于所述进油管两侧的进气部分和出气部分，所述热防护空间的所述进气部分、所述出气部分用于与所述喷嘴出口段的管壁内腔构成冷却空气流道，其中，在所述热防护空间内设置所述换热结构，所述换热结构包括多个横向肋板和多个纵向肋板，所述多个横向肋板设置成垂直于冷却空气流动方向，所述多个纵向肋板设置成以所述进油管为中心呈辐射状分布，并与所述多个横向肋板分别相交，所述横向肋板提供有多个气流孔，以供所述冷却空气流动。

又例如公开号为CN105202577A，名称为“燃油喷嘴及燃烧室”，公开日为2015年12月30日的中国专利申请，公开了一种燃油喷嘴的冷却结构，其在燃油喷嘴的进口部设置了减压外罩，所述减压外罩的内壁与所述喷油杆杆体的外壁之间形成有两个独立的空腔，分别为减压外罩进气腔和减压外罩出气腔；所述减压外罩进气腔和所述减压外罩出气腔在朝向所述喷嘴头部的一侧连通；所述减压外罩进气腔朝向所述喷嘴进口部的一端作为冷却空气入口，所述减压外罩出气腔朝向所述喷嘴进口部的一端作为冷却空气出口。

但是，若仅采用冷却或隔热的技术手段，发明人在实践中发现，燃油结焦是不可逆的过程，只要有燃油存在喷嘴内部，就不可避免在长期工作中产生结焦。并且需要针对性地设计较为复杂的冷却结构，设计和制造难度大，且造成很大的燃油压力损失。