气动辅助燃油雾化装置及具有其的火焰筒头部结构的制作方法

本申请属于涡轮增压器测试系统和燃气轮机燃烧室领域，尤其涉及一种气动辅助燃油雾化装置及具有其的火焰筒头部结构。

背景技术：

1、涡轮增压器测试系统燃烧室是一种单管型燃气轮机燃烧室，产生高温燃气以驱动涡轮增压器旋转，从而开展涡轮增压器性能测试。

2、燃气轮机燃烧室内气流速度很高，燃油停留时间很短，为在燃烧室内组织稳定高效燃烧，需在很短时间内实现高质量燃油雾化混合，否则恶化点熄火性能、燃烧过程稳定性和燃烧效率等。

3、目前先进燃气轮机燃烧室中火焰筒头部大多采用了双旋流组合方案，其中双级旋流器、文氏管与喷油嘴组合的空气雾化旋流杯装置的设计由于其具有良好的雾化和综合燃烧性能，在燃烧室设计中得到了广泛应用。

4、图1是燃烧室目前正在应用的一种空气雾化旋流杯装置，其中喷油嘴喷射出的燃油雾锥先行溅射在文氏管上形成液膜，之后被一级旋流器和二级旋流器过来的高速旋转气流剪切，形成破碎的燃油液滴，同时会在旋流器下游形成较大的中心回流，用以实现高效稳定燃烧。此外，经防积炭帽罩流出的气流起到吹除喷油嘴端部积碳的作用。

5、正在应用的这种空气雾化旋流杯装置存在下述问题：一是该空气雾化旋流杯装置中采用中心回流稳定燃烧的工作方式限制了其进气量不能很多，否则导致回流区的速度偏高，进而恶化燃烧过程，但是低的进气量使得从一级旋流器和二级旋流器流出的旋转气流对燃油液滴剪切作用受限，难以实现低挥发性燃油的高质量雾化混合。二是若从防积碳帽罩流经的气流量偏多，虽然可有效抑制喷油嘴端部积碳问题，但是较快流速的气流对燃油雾锥压缩作用较强，使得喷油嘴喷雾锥角缩小，其中在低喷油压力下喷油嘴喷雾锥角缩小幅度更大，难以在不同喷油压力下将喷雾锥角控制在较小的变化范围内，不利于实现良好的燃油雾化混合；若从防积碳帽罩流经的气流量较少，对喷雾锥角影响较弱，但是难以有效吹除喷油嘴端部积碳。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请旨在提出一种气动辅助燃油雾化装置及具有其的火焰筒头部结构，以解决现有的火焰筒头部结构存在的依赖于双级旋转气流剪切作用的低挥发性燃油雾化混合差，以及在采用防积碳帽罩结构下难以兼顾喷油嘴端部积碳有效吹除和喷雾锥角小范围变化的技术问题。

2、为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本申请提供了一种气动辅助燃油雾化装置，包括双级轴向旋流器组件和气动辅助燃油喷嘴组件；

4、所述双级轴向旋流器组件固定于火焰筒头部，且所述双级轴向旋流器组件内部设有空心筒状通道，所述气动辅助燃油喷嘴组件插设于所述空心筒状通道的进气端；

5、所述双级轴向旋流器组件包括由内到外呈多级套设结构的轮毂、一级旋流器和二级旋流器，一级旋流器的出口处设置有文氏管，所述轮毂在进气端设有弧形导气结构，所述一级旋流器与所述二级旋流器中的叶片旋向相反；

6、所述气动辅助燃油喷嘴组件上设有副油路、主油路，以及分别与主油路、副油路相连通的主油路燃油旋流室、副油路燃油旋流室，所述气动辅助燃油喷嘴组件上还设有与所述弧形导气结构相连通的气体旋流室，所述气体旋流室位于所述主油路燃油旋流室内侧，所述主油路燃油旋流室位于所述副油路燃油旋流室内侧；

7、气体经所述弧形导气结构进入所述气体旋流室，在所述气体旋流室内形成高速旋转气流后喷出，与从所述二级旋流器流出旋向相反的高速旋转气流在所述文氏管出口对燃油雾滴进行剪切；

8、经所述副油路燃油旋流室或所述主油路燃油旋流室喷射出的高速旋转燃油被从所述一级旋流器、所述气体旋流室和所述二级旋流器流出的高速旋转气流进行剪切，以使燃油雾化混合。

9、第二方面，基于同一发明构思，本申请还提供了一种火焰筒头部结构，包括：

10、所述火焰筒头部设有开孔，且所述火焰筒头部开孔处固设有旋流器固定组件，所述旋流器固定组件为内部中空的筒状结构；

11、设置于所述旋流器固定组件上的如第一方面所述的气动辅助燃油雾化装置。

12、相对于现有技术，本申请所述的气动辅助燃油雾化装置及具有其的火焰筒头部结构具有以下有益效果：

13、本申请所述的气动辅助燃油雾化装置及具有其的火焰筒头部结构，在由所述气动辅助燃油喷嘴组件和所述双级轴向旋流器组件组成的气动辅助燃油雾化装置中，经副油路燃油旋流室或主油路燃油旋流室喷射出的高速旋转燃油被从一级旋流器、气体旋流室和二级旋流器流出的三股高速旋转气流进行剪切，有利于实现低挥发性燃油的高质量雾化混合。此外，由于从气体旋流室喷射出的高速气流可避免中心回流高温燃气接近气动辅助燃油喷嘴组件端部，可有效抑制气动辅助燃油喷嘴组件端部积碳，同时对气动辅助燃油喷嘴组件燃油喷雾锥角影响很小。

技术特征：

1.一种气动辅助燃油雾化装置，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的气动辅助燃油雾化装置，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的气动辅助燃油雾化装置，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的气动辅助燃油雾化装置，其特征在于：

5.根据权利要求3所述的气动辅助燃油雾化装置，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的气动辅助燃油雾化装置，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的气动辅助燃油雾化装置，其特征在于：

8.一种火焰筒头部结构，其特征在于，包括：

技术总结
本申请提供了一种气动辅助燃油雾化装置及具有其的火焰筒头部结构，包括双级轴向旋流器组件和气动辅助燃油喷嘴组件；双级轴向旋流器组件固定于火焰筒头部，且内部设有空心筒状通道，气动辅助燃油喷嘴组件插设于空心筒状通道的进气端；双级轴向旋流器组件包括由内到外呈多级套设结构的轮毂、一级旋流器和二级旋流器，一级旋流器的出口处设置有文氏管，轮毂在进气端设有弧形导气结构，一级旋流器与二级旋流器中的叶片旋向相反。本申请由气动辅助燃油喷嘴组件和双级轴向旋流器组件，经副油路燃油旋流室或主油路燃油旋流室喷射出的高速旋转燃油被从一级旋流器、气体旋流室和二级旋流器流出的高速旋转气流进行剪切，可实现低挥发性燃油的高质量雾化混合。

技术研发人员：付雪青,张岩,陈鹏,李欣,辛花,吉建波,朱伟,佟鼎
受保护的技术使用者：中国北方发动机研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8