某型發動機燃油噴嘴流量調試技術研究

黃袖清　陳艷芳　鄭學著　謝芳

摘要：航空發動機制造技術是機械制造技術中的核心部分，燃油噴嘴是航空發動機燃燒室的重要零件。文章通過對燃油噴嘴的結構及其工作原理進行介紹，對影響燃油噴嘴流量的因素進行分析，確定了燃油噴嘴不同狀態下流量試驗不合格時的調試方法，對燃油噴嘴的制造具有重要的指導意義。

關鍵詞：燃油噴嘴；調試技術；噴嘴結構；噴嘴流量

中圖分類號：V233 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）30-0027-03

1 概述

燃油噴嘴是航空發動機的重要零件之一，它的主要功用是按照發動機不同的工作狀態，供給燃燒室合適數量的、具有良好霧化質量的燃油。其中噴嘴的供油量是保證發動機推力要求、影響燃燒效率和性能的一個主要指標。所以，發動機在裝配試車之前，必須將單個噴嘴的流量調試到符合設計要求，且每臺發動機必須裝用同一組流量的噴嘴，以保證出口溫度場的均勻。

本文根據流體力學的基礎知識以及加工過程中積累的經驗，對某型發動機燃油噴嘴流量的調試進行了較為全面的分析和探討。

2 燃油噴嘴結構及工作原理

某型發動機燃油噴嘴屬單油路離心式噴嘴，工作時，來自總管的燃油經支管進入殼體和油濾形成的環形空間，油濾體內設有縱向銑切槽，其中的兩條將燃油引入油濾，燃油沿著油濾的螺旋槽進入噴嘴殼體的通道，過濾后的燃油沿殼體的通道輸送到由分流桿、渦流器、噴口組成的霧化組件，然后由噴口噴出。

燃油經過渦流器上的四個切向槽時得到很大的扭矩，并以較高的切向速度進入渦流室，燃油受噴嘴圓形壁面作用形成了旋轉流動，同時，以較小的徑向速度和軸向速度向噴嘴內中心孔流動，燃油到達噴口邊緣時，開始以較高的軸向速度從噴口噴出。

3 影響燃油噴嘴流量的因素分析

上面對燃油噴嘴的工作原理進行了說明，下面對影響噴嘴流量的因素進行分析：

3.1 燃油噴嘴幾何特性與流量的關系

基本假設：燃油為理想流體；不考慮摩擦；零件質量符合設計圖紙要求。

根據該噴嘴的結構和工作原理可知：燃油在渦流室中的流動可看作是軸向運動與自由旋渦表面合成的螺旋運動。燃油在噴口中心形成一個空氣渦，且這個空氣渦的尺寸能保證噴嘴穩定工作時流量

最大。

切向進口通道面積增加，噴嘴幾何特性參數K增加（呈線性關系），從而使流量系數μ增加，流量增加；渦流室面積增加，噴嘴幾何特性參數K減小（呈方根關系），從而使流量系數μ減小，流量減小；噴口出口中心孔面積增加，噴嘴幾何特性參數K減小（呈方根關系），流量系數μ減小；但由公式（1）可知，流量與中心孔面積呈線性關系增加，因此最終流量仍將增加，不過不是呈線性關系。

對某型發動機燃油噴嘴而言：=4BH（B、H分別為切向槽的寬度和深度尺寸），=π，=π。

所以，渦流器切向槽寬度B、深度H、渦流室半徑R及噴口中心孔半徑rc都直接影響噴嘴的流量。

3.2 零件表面質量對流量的影響

上面介紹了噴嘴結構對流量的影響，而實際調試過程中，零件表面粗糙度及噴嘴內局部狀態對流量的影響也不容忽視。

零件表面粗糙度對流量的影響：當渦流器與噴口結合處表面有拉溝、劃傷或有缺口時，燃油除從4個切向槽進入渦流室中外，同時也從拉溝、劃傷或缺口處滲入，也就等于增大了進口通道面積，從而使流量變大。

噴嘴內局部狀態對流量的影響：上面的分析考慮的是理想流體，而實際流體因粘度的變化，對噴嘴流量的影響也不容忽視。噴嘴內局部狀態不同，因燃油粘性產生的局部損失不同，所以使噴嘴前后壓降不一樣，即噴嘴流量發生改變。

噴口的狀態直接影響了燃油在噴嘴內流動時產生的局部損失的大小。由流體力學知識可知：當B處為銳邊時，局部損失系數較大，因而流量較小，而B處呈光滑圓角時，局部損失系數較小，近似為零，流量就增大。

另外，渦流器4個切向槽的表面質量對流量的影響也很大，由于沒有這么小的銑刀，這4個槽只能用電火花加工，而電火花加工的表面不光滑，所以流量局部損失較大。

3.3 噴口、渦流器加工的形位誤差對流量的影響

燃油經渦流器的4個切向槽進入圓形壁面內，如果渦流器的大外圓對端面的垂直度Φ0.015達不到，那么渦流器與噴口就不能很好地貼合，此時燃油除從4個切向槽進入外，同時也從結合面進入，也就增大了進口通道面積，從而使流量值變得很大。

另外，燃油在圓形壁面作用下產生旋轉運動，然后從Φ1.35孔噴出。如果Φ1.35孔為橢圓，則A2

變大，從而也會使流量值變大。

4 某型發動機燃油噴嘴流量調試方法

在實際工作中，應該具體情況具體分析，并采取相應的調試方法。在保證供油壓力和試驗溫度符合要求的前提下，按前面分析的尺寸B、H、R、rc的大小對流量的影響，在進行流量調試時，改變上述幾何參數來達到設計規定的流量要求。

4.1 燃油噴嘴流量偏大時的調試

4.2 燃油噴嘴流量偏小時的調試

另一種增大流量值的方法是：因噴口轉接處為銳邊或近似銳邊，若將轉接處修成光滑圓角，則可使流量增大。當對流量為1210mL/min的噴嘴修研噴口轉接處后，流量可達到1270mL/min。

為了減少流量調試的難度，更好地保證零件的加工質量，我們在加工渦流器的4個切向槽時，將槽寬和槽深的尺寸加工至上差，且尺寸公差盡量控制在0.01mm范圍內，以保證流量試驗時流量值偏上差，又不至于超過太多。

4.3 燃油噴嘴流量值出現異常時的調試

當燃油噴嘴流量值出現異常時（與合格流量相差幾百毫升每分鐘），此時切不可盲目地按照上述方法進行修理，而應該仔細地分析其產生原因。

若比合格流量大幾百毫升每分鐘，則需將噴嘴分解，目視檢查渦流器與噴口相結合表面的質量，檢查表面是否有拉溝、劃傷或缺口等，如果有，則必須研磨渦流器或噴口的表面；如果沒有，則可能是渦流器未裝到底引起，重新裝到底即可；如果確信已裝到底，則可能是渦流器端面與大外圓不垂直造成，必須采用專用工裝校正。

若比合格流量小幾百毫升每分鐘，則可能是零件組合時支管與油濾的縱向銑切槽未對準造成，此時只需重新組合好就可以了。

5 結語

通過前面的討論，我們對某型發動機燃油噴嘴流量的調試有了比較全面的認識。加工者調試時只需針對不同的情況進行修磨就可以了，這樣就大大地提高了生產效率，同時也杜絕了因盲目修理而造成零件報廢，節省了生產成本。在實際調試過程中，在保證噴嘴流量的同時，還要保證噴嘴的霧化質量，這也就使得噴嘴的調試工作更加復雜。

參考文獻

[1] 張春霞.航空燃氣渦輪發動機噴嘴制造工藝[M].

[2] 西北工業大學，南京航空學院.航空燃氣渦輪發動機原理[M].

[3] 金如山.航空燃氣輪機燃燒室[M].

作者簡介：黃袖清（1976-），女，湖南岳陽人，中航工業南方航空工業（集團）有限公司高級工程師，研究方向：航空發動機制造技術。

（責任編輯：周加轉）