喷嘴杆部、燃油喷嘴及航空发动机燃气轮机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种喷嘴杆部、燃油喷嘴及航空发动机燃气轮机。
【背景技术】
[0002]众所周知，燃气轮机燃油喷嘴的作用是将高压燃油从燃油总管输送到燃烧室机匣内进行燃烧。通常，燃油喷嘴包括靠近燃油总管的喷嘴进口、一个或多个燃油油路、与旋流器相连接的喷嘴出口、喷嘴安装座、与喷嘴安装座相连的喷嘴杆部以及与喷嘴杆部近似垂直的喷嘴头部。喷嘴头部与喷嘴杆部固定，喷嘴安装座用于将喷嘴杆部固定在燃烧室机匣上。
[0003]大多数燃油喷嘴包括多个燃油油路，其目的是为了更好地调节流量。例如，燃油油路可分为燃油流量较大的主油路和燃油流量较小的副油路，在大功率状态，燃油喷嘴的两个油路均供油，而在小功率状态，只有一个油路供油。
[0004]此外，燃油在高温下容易发生变质，如燃油结焦。燃油温度过高会发生热氧化或热裂解反应，形成固体颗粒物，并附着在油管内壁上，即燃油沉积或结焦。燃油沉积或结焦后，会在油路壁面上形成固体的沉积物，这些沉积物会局部堵塞燃油喷嘴，进而降低燃油喷嘴的效率和可靠性。而来自高压压气机出口的高温空气的对流换热和来自燃烧区的高温燃气的辐射换热会显著地提高燃油喷嘴的温度，进而导致燃油超温。因此，为了防止燃油因温度过高而变质，在燃油油路外通常都会带有热防护结构。
[0005]对于双油路燃油喷嘴，在两个油路均工作的大功率状态，由于燃油流量大，流速高，可以有效地带走热量，将燃油温度保持在结焦限制温度下。在小功率状态下，由于一个燃油油路不工作(不供油)，其油路内的燃油流速较低或不流动，即使油路外有热防护结构，油路内的低速/静止燃油的温度也会随着时间不断地升高，最终导致结焦。
[0006]为此，申请号为12/072356的美国专利提供了两种针对喷嘴杆部的解决方案，一种是副油路在中心，主油路中的燃油沿螺旋槽向下流动的螺旋槽方案；另一种是副油路在中心，主油路燃油沿多个平行凹槽向下流动的平行凹槽方案。这两种方案只适用于主油路为连续工作油路、副油路为非连续工作油路的供油方案。由于主油路中的燃油流量较大，油路中的燃油流速较高，在大功率状态和小功率状态都可较好地避免燃油超温。但是对于主油路为非连续工作油路、副油路为连续工作油路的供油方案，为保证燃油在小功率状态(主油路不工作)下不超温，主油路应布置在中心，副油路布置在周围。如为保证换热面积足够大，油路的流通面积就较大，由于副油路燃油流量较小，副油路的燃油流速就较低，换热效果较差。如果保证燃油流速足够，则流通面积和换热面积就偏小(尤其是平行凹槽方案)，同样会导致换热效果低的问题。因此对于主油路为非连续工作油路、副油路为连续工作油路的供油方案，该专利方案无法满足热防护的要求。
[0007]从传热的角度考虑，燃油喷嘴有两个热源一个冷源。一个热源是高压压气机出口的高温空气，温度在500K?1000K左右，其对整个燃油喷嘴(包括喷嘴杆部和喷嘴头部)加热。另一个热源是燃烧室内的高温燃气，温度在1800K以上，其通过辐射换热作用于喷嘴头部。冷源是燃油，从喷嘴进口处流入，燃油温度在450K以下。冷热源共同作用的结果是燃油喷嘴的喷嘴杆部的温度从杆部上端到下端大体是逐渐升高，由此造成油管存在一个热应力，会降低喷嘴的寿命和可靠性。申请号为12/072356的美国专利方案同样无法避免该问题。
【发明内容】
[0008]本发明的其中一个目的是提出一种喷嘴杆部、燃油喷嘴及航空发动机燃气轮机，解决了现有技术中在各个工作状态下喷嘴杆部的燃油易结焦的问题，以及燃油喷嘴寿命低的问题。
[0009]本发明优选技术方案所能产生的诸多技术效果将在后文详述。
[0010]为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案:
[0011]本发明提供了一种喷嘴杆部，包括杆状本体以及设置在杆状本体上的主油路、副油路，其中:
[0012]所述副油路设置在所述主油路的周围，所述主油路内的流体与所述副油路内的流体能通过所述副油路与所述主油路之间的介质换热；
[0013]经由所述主油路的进流口进入的流体能通过所述主油路的出流口流出；
[0014]经由所述副油路的入油口进入的流体，在所述副油路中能至少经历一次由接近所述主油路的出流口的位置折返至接近所述主油路的进流口的位置的过程，然后经由所述副油路的出油口流出。
[0015]在优选或可选的实施例中，所述杆状本体包括燃油套管和中心管路；
[0016]所述燃油套管套设在所述中心管路之外；
[0017]所述中心管路的中部存在中空腔体，所述中空腔体形成所述主油路，所述中空腔体在所述中心管路轴向方向上的两个端口中其中一个端口形成所述主油路的进流口，其中另一个端口形成所述主油路的出流口；
[0018]所述燃油套管的内壁和所述中心管路的外壁之间存在有至少一条中空通道，所述中空通道形成所述副油路。
[0019]在优选或可选的实施例中，所述中空通道为开设在所述中心管路的外壁上的凹槽以及所述燃油套管的内壁共同形成，所述燃油套管的内壁为光滑内壁。
[0020]在优选或可选的实施例中，所述凹槽包括至少两条螺旋槽以及连通相邻的两条所述螺旋槽的连通段。
[0021]在优选或可选的实施例中，所述凹槽包括至少两条直线型凹槽以及连通相邻的两条所述直线型凹槽的连通段。
[0022]在优选或可选的实施例中，所述连通段为周向槽，所述周向槽的长度方向与所述中心管路的周向方向相一致，所述周向槽位于所述中心管路外壁上接近所述主油路的进流口或者出流口的位置。
[0023]在优选或可选的实施例中，所述中空通道为开设在所述燃油套管的内壁上的凹槽以及所述中心管路的外壁共同形成，所述中心管路的外壁为光滑外壁。
[0024]在优选或可选的实施例中，所述凹槽的横截面的外轮廓呈带圆角的四边形。
[0025]在优选或可选的实施例中，所述中心管路沿其轴向方向依次包括上游段、中间段以及下游段，其中:
[0026]所述凹槽设置在所述中心管路的中间段的外壁上，所述上游段的外径与所述下游段的外径均小于所述中间段的外径；
[0027]所述上游段的外壁与所述燃油套管的内壁形成上环腔，所述副油路的入油口为所述上环腔在所述中心管路轴向方向上远离所述下游段的端口；
[0028]所述下游段的外壁与所述燃油套管的内壁形成下环腔，所述副油路的出油口为所述下环腔在所述中心管路轴向方向上远离所述上游段的端口；
[0029]所述上环腔与所述下环腔均与所述凹槽相连通。
[0030]本发明还提供一种燃油喷嘴，包括喷嘴安装座、喷嘴头部以及本发明任一技术方案所提供的喷嘴杆部，其中:
[0031]所述喷嘴安装座与所述喷嘴杆部固定连接，且所述燃油喷嘴的燃油进口设置在所述喷嘴安装座上；
[0032]所述主油路的进流口以及所述副油路的入油口各自均与所述燃油喷嘴的燃油进口相连通；
[0033]所述主油路的出流口以及所述副油路的出油口各自均与所述喷嘴头部的燃油入口相连通。
[0034]本发明再提供一种航空发动机燃气轮机，包括燃烧室外机匣、燃烧室火焰筒以及本发明任一技术方案所提供燃油喷嘴，其中:
[0035]所述喷嘴安装座与所述燃烧室外机匣固定连接；
[0036]所述喷嘴头部的燃油喷射口位于所述燃烧室火焰筒之内。
[0037]基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果:
[0038]上述技术方案，适合于主油路为非连续油路、副油路为连续油路的供油方案。副油路中的油液可以从上至下一次或多次折返，使得副油路中的油液能充分与主油路中的油液换热；主油路和副油路中的热量可以经由主、副油路之间的介质交换，主油路中的热量可以及时被副油路中的油液带走，解决了上述供油方案下燃油易结焦的问题。另外，由于副油路中的油液多次折返，降低了喷嘴杆部上下两端的温度差，降低了油管的热应力，提高了燃油喷嘴的寿命和可靠性。
【附图说明】
[0039]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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:
[0040]图1为本发明实施例一提供的喷嘴杆部与喷嘴头部的连接示意图；<