单路压力雾化喷嘴与双路雾化喷嘴


一、单路压力雾化喷嘴与双路雾化喷嘴的工作原理
    单路压力雾化喷嘴也称为简单离心式喷嘴，顾名思义，它是利用喷嘴内旋流件产生液体旋转，在收敛通道内加速喷FFJ卒心扩散锥状油膜，利用液体与外界空气的高速差而破碎、雾化。其中利用了旋流的离心力，因此旋流器是关键件。与旋流器（片）相连的旋流室及喷口同样重要。它们可以组成一体（统称雾化器），也可以分开为单件组合。

    双油压力雾化内有两条油路（主、副油路或称一、二次油路）供油。当燃烧室供油量较少时，即低工况下（如发动机慢牛状态），仅副油路（一路）供油，随着供油量增大，燃油压力升高到某值，在喷嘴内或外的分油活门（弹簧式阀）打开，主、副油路同时供油。双路是单路压力雾化喷嘴的改进型，它的突出优点是油量调节范围大，并可保证低工况下（低供油量），由于副油路喷口直径小，油压仍可较高，能获得较好的雾化质量（对于双路双室双喷口的喷嘴尤为突出，对于双路单喷门喷嘴可靠提高旋流速度获得），可以满足航空燃气轮机高、低空不同工作状态下燃烧稳定、完全燃烧的要求。因此双路喷嘴在航空燃气轮机上获得广泛应用，地面燃机上也广为采用。

    燃气轮机上要采用8-30多个喷嘴，一般分油活门置于供油的主油路上或燃油调节器上，即个喷嘴共用一个燃油分布器，在喷嘴前各有两条供油支管，而有的燃气轮机上的分油活门装在各个喷嘴内。此种安排有利有弊，最大的优点是可以借助分油门调节件，使各种喷嘴供油量均匀，特别是分油活门刚开始，活门开度小，节流阻力大，主油路油压低，雾化不好。另外燃油总管垂直安装，处于上方和下方的喷嘴，因燃油自重所产生的压力不同，供油量之差可达20％，如果适当调节分油活门，则可降低上述总管供油不均匀度。不利之处是喷嘴喷头部门可靠性造成威胁。为此有的喷嘴（如J85和Spay），降分油活门移置喷嘴进口处。


    二、单路压力雾化喷嘴与双路雾化喷嘴的结构特点

    单路压力雾化喷嘴，结构简单，雾化质量好，在各种类型燃烧装置上泛应用，虽然油量调节比范围小，曾在航机加力燃烧室上广泛采用．目前在主燃烧室上仍作为起动喷嘴和工作喷嘴，在高性能航空燃气轮机的组合式雾化装置作为巾心喷嘴。另外在非燃烧设备，如喷雾干燥设备上压力雾化方式也是采用单路压力雾化喷嘴。在工业炉和锅炉上的燃烧器（或烧嘴）也采用它。

    双路压力雾化喷嘴的结构形式有很多种，我们这里介绍双路单室单喷口喷嘴、双路双室单喷口喷嘴、双路双室双喷口喷嘴3种结构的雾化喷嘴。

    当双路单室单喷口喷嘴的燃油压力低于1～1.5MPa时，副油路工作，高压下主、副油路同时供八一个涡流室，从同一个喷口喷出。该种方案的喷嘴在早期航空发动机上采用，如J47、E300、AH20，P45等。

    双路双室单喷口喷嘴，也称为串联式双路喷嘴。该方案的喷嘴副油路反压对主油路影响小，但是从主油路刚开始工作时供入的燃油压力很低，得不到副油路燃油的带动旋转，其雾化质量不如单室单喷的喷嘴．在航空发动机燃室上仅P-96、P-3M采用过。

    双路双室双喷口喷嘴也称为并联式双路喷嘴，它们有各自的旋流室和喷口，主、副油路的燃油不会互相窜流，不会相互干扰而影响供油量的变化。但是也存在丰油路刚投入工作时的雾化质量较差的问题，解决的措施是提高主油路开启时的压力。


    三、单路压力雾化喷嘴与双路雾化喷嘴的设计方法

    雾化喷嘴设计最关键的是计算，通常喷嘴计算包括2个方面的工作：一是要求的喷嘴流量、喷雾锥角、工作压力及燃油（或料液等）物性参数，确定喷嘴几何参数。二是在已知几何参数及流体物性参数前提下，计算供油量、喷雾锥角，以及预估雾化质量。前者称为喷嘴设计计算，后者称为性能校核计算。对于新设计的喷嘴，这两方面工作都要进行。而对于已有喷嘴，则可以经测绘后，进行性能校核计算，并可作为改进改型的依据，按此步骤新设计的喷嘴比较准确可靠，设计误差很小，也是公司经常采用的方法。

    为了准确地设计计算单路压力雾化喷嘴与双路雾化喷嘴，公司进行了大量研究，提出了许多方法。日前我公司采用的设计方法是基于最大流量原理法和动量方程法。除此之外我们在此基础上又衔生或改进许多设汁方法。

    原苏联学者阿勃拉莫维奇提出的最大流量原理法。作了简化假没：末考虑燃油粘性，略去了燃油流动中径向速度；并认为流动是轴对称的。因此按该方法计算喷嘴流量系数u和喷雾锥角a时，对粘性小的液体（如水和汽油），即近似理想流体和大流星的主喷口，理沦值和试验值差别不大。而对高粘度和小流量的计算的喷雾锥角偏大，流量偏小。因为粘性的影响主要表现在流体动量矩减小和总压损失增加。针对上述问题，不少研究者提出了修正方法，它可分为纯经验法和半经验法．其中纯经验法又有经验系数法和经验公式法，它们是根据大量试验数据，归纳出对流量系数和喷雾锥角（或结构特性系数）的修正系数或经验修正公式，在工程设计中可减少设计工程量，有一定实用价值。半经验法则是根据理论分析，找出粘性对唼嘴工作的影响，引入一些经验系数，或推导出计算公式，或绘制关系曲线图。比较典型的方法是前苏联克拉契柯在阿氏理论基础上提出的，考虑了旋流室上下壁面以流体的摩擦力矩所造成的旋转动量矩减小的影响，以当量几何特性Ae代替理想流体的A，则可由理想流体特性曲线进行计算。

    动量方程法是同时考虑厂粘性对切向动最矩和总压的影响，引入的动量矩保持系数及喷嘴内总压损失系数（含冲击损失、进油道内损失及旋流室壁面摩擦损失），它们与进油道结构尺寸及雷诺数Re有关，因此计算误差较小，但是使用起来比较复杂。

    但实际上，公司采用最多的计算方法是将最大流量原理法与动量方程法结合的一种计算方法，另外加上逐步完善的经验计算方法使得喷嘴的设计显得十分可靠。但无论采用哪种方法进行设计计算，经验如何丰富，喷嘴设计都会存在误差，必须通过试验调整，只是调试工作量大小有些差异，最后才可定型喷嘴设计图纸。