複製鏈接
請複製以下鏈接發送給好友

離心式噴嘴

鎖定
離心式噴嘴是一種壓力霧化噴嘴,離心式噴嘴的工作原理如下:燃油在一定的壓力作用下,通過切向孔(通常為兩個以上或成對佈置)進入旋流室,並在其中做旋轉運動,同時以一定的軸向速度向噴口方向推進,臨近噴口時受旋流室壁面限制而收縮,從不大的噴口旋轉着向外噴出 [1] 
中文名
離心式噴嘴
外文名
Pressure-Swirl Atomizer
屬    性
機械壓力霧化噴嘴
應    用
發動機等熱動力設備

離心式噴嘴簡單離心式噴嘴

離心式噴嘴中燃油在油壓作用下通過噴嘴內的旋流孔或旋流槽,在噴嘴內產生旋轉,以旋轉液膜的形式噴出噴口,液膜在離心力作用下在噴口處形成空心錐,並與空氣相互作用產生微小的油珠。
圖1是簡單離心式噴嘴示意圖。燃油從噴嘴旋流室頂部的切向小孔(圖1中只畫了一個,實際為兩個以上),以
速度切向流入,燃油在旋流室中螺旋前進,切向速度和軸向速度分別為
,在旋轉運動離心力的作用下,燃油並不充滿旋流室,中間存在一個與外界大氣相通的空心渦。燃油在噴口處旋轉着、呈環狀膜噴出,在出口處切向速度和軸向速度的共同作用下,油膜呈網錐形,此圓錐的平均夾角為β。油束離開噴口時,因不再受噴口壁的限制,與軸線成一扭角射向空間。這些連續的油束在噴口外形成空心雙曲面,如圖2所示。
圖1 簡單離心式噴嘴示意圖 圖1 簡單離心式噴嘴示意圖
圖2 離心噴嘴油束運動示意圖 圖2 離心噴嘴油束運動示意圖

離心式噴嘴雙油路離心式噴嘴

實際上對航空發動機而言,由於在高空巡航和低空高速飛行狀態時其空氣量和燃油量相差懸殊,這時僅靠簡單噴嘴通過改變供油壓力來改變供油量已不能滿足要求。例如,發動機的最大和最小供油量往往相差20倍以上,供油壓差須相差400倍。為了保證噴油霧化質量,最低油壓一般不小於0.5 MPa,則最高油壓將達200 MPa。這麼高的油壓將帶來供油系統更高的複雜性和危險性,很難為發動機供油系統所接受。因此,須設法採用別的措施滿足要求。
從流量公式可知,流量不僅和供油壓差的方根成比例,而且還和噴口面積成正比。為了增加供油量,可以加大噴口面積。
增大面積通常有以下兩種辦法:
(1)增加噴頭數,這在主燃燒室中幾乎不可能;
(2)在一個噴頭上佈置兩個噴口,設計兩股油路分別供油,稱為主、副油路,這樣的離心式噴嘴稱為雙油路離心式噴嘴。
典型的雙油路離心式噴嘴如圖3所示,其中(a)為雙油路單噴口,(b)為雙油路雙噴口。雙油路雙噴口噴嘴可形成兩層油膜,旋轉力向相反,增加了相互間的擾動速度,可加快油膜破裂,改善霧化 [2] 
圖3 雙油路離心式噴嘴示意圖 圖3 雙油路離心式噴嘴示意圖

離心式噴嘴離心式噴嘴特點

離心式噴嘴的主要特點,靠燃油壓力將燃油在從噴嘴噴出之前先在噴嘴內形成高速旋轉運動。為了形成在噴嘴內的旋轉,在噴嘴內通常設有旋流槽或孔,當燃油在油壓的作用下通過旋流槽或孔時則產生旋轉。液體離開噴口後,在離心力作用下層成薄的油膜,這對改善霧化起了重要作用,因此稱之為離心式噴嘴。
雖然有靠噴嘴旋轉而產生液體霧化的,離心力也起了同樣重要的作用,但為了名稱上的區別,及考慮到歷史上沿襲的稱呼,把後者以其旋轉的特點命名為旋轉噴嘴。
離心式噴嘴自1902年使用以來,已發展出不少類型。最早期採用螺旋槽或切向槽產生高速旋轉流動。後來改進為旋渦室造成高速旋渦的流動,所以有人稱這種噴嘴為旋渦噴嘴。這種離心式噴嘴由於流動阻力損失比螺旋槽的小,並且結構簡單、製造也較方便,所以它是離心式噴嘴的基本型式。
離心式噴嘴是一種簡單機械壓力霧化噴嘴,除了結構簡單外,霧化能耗小和運行可靠使它得到廣泛應用,如燃氣輪機航空發動機、鍋爐、加熱爐,冶金爐和窯爐等熱動力設備內均採用這種噴嘴。
在航空燃氣輪機中,離心式噴嘴仍作為以一種主要的或基本形式的燃油噴嘴被廣泛使用。之所以被説成是主要的或基本的,是因為還有很多的航空燃氣輪機採用它。現代航空發動機即使採用如先進的空氣霧化噴嘴,但是為了解決發動機在低轉速範圍時氣流流速較低,氣流對燃油的作用強度低,而霧化效果差的問題,燃油噴出時仍設計成具有離心式噴嘴的效果,使得低轉速範圍時藉助離心力的作用產生儘可能好的霧化性能。所以説離心式噴嘴是航空燃氣輪機燃油噴嘴的基本型,離心式噴嘴霧化的形態如圖4所示 [2] 
圖4 離心式噴嘴霧化照片 圖4 離心式噴嘴霧化照片
參考資料
  • 1.    張羣,黃希橋主編;範瑋主審,航空發動機燃燒學,國防工業出版社,2015.11
  • 2.    甘曉華著,航空燃氣輪機燃油噴嘴技術,國防工業出版社,2006年04月第1版