單路壓力霧化噴嘴與雙路霧化噴嘴

一、單路壓力霧化噴嘴與雙路霧化噴嘴的工作原理

    單路壓力霧化噴嘴也稱(chēng)為簡(jiǎn)單離心式噴嘴，顧名思義，它是利用噴嘴內旋流件產(chǎn)生液體旋轉，在收斂通道內加速?lài)奆FJ卒心擴散錐狀油膜，利用液體與外界空氣的高速差而破碎、霧化。其中利用了旋流的離心力，因此旋流器是關(guān)鍵件。與旋流器（片）相連的旋流室及噴口同樣重要。它們可以組成一體（統稱(chēng)霧化器），也可以分開(kāi)為單件組合。

    雙油壓力霧化內有兩條油路（主、副油路或稱(chēng)一、二次油路）供油。當燃燒室供油量較少時(shí)，即低工況下（如發(fā)動(dòng)機慢牛狀態(tài)），僅副油路（一路）供油，隨著(zhù)供油量增 大，燃油壓力升高到某值，在噴嘴內或外的分油活門(mén)（彈簧式閥）打開(kāi)，主、副油路同時(shí)供油。雙路是單路壓力霧化噴嘴的改進(jìn)型，它的突出優(yōu)點(diǎn)是油量調節范圍大，并可保證低工況下（低供油量），由于副油路噴口直徑小，油壓仍可較高，能獲得較好的霧化質(zhì)量（對于雙路雙室雙噴口的噴嘴尤為突出，對于雙路單噴門(mén)噴嘴可靠提高旋流速度獲得），可以滿(mǎn)足航空燃氣輪機高、低空不同工作狀態(tài)下燃燒穩定、完全燃燒的要求。因此雙路噴嘴在航空燃氣輪機上獲得廣泛應用，地面燃機上也廣為采用。

    燃氣輪機上要采用8-30多個(gè)噴嘴，一般分油活門(mén)置于供油的主油路上或燃油調節器上，即個(gè)噴嘴共用一個(gè)燃油分布器，在噴嘴前各有兩條供油支管，而有的燃氣輪機上的分油活門(mén)裝在各個(gè)噴嘴內。此種安排有利有弊，很大的優(yōu)點(diǎn)是可以借助分油門(mén)調節件，使各種噴嘴供油量均勻，特別是分油活門(mén)剛開(kāi)始，活門(mén)開(kāi)度小，節流阻力大，主油路油壓低，霧化不好。另外燃油總管垂直安裝，處于上方和下方的噴嘴，因燃油自重所產(chǎn)生的壓力不同，供油量之差可達20％，如果適當調節分油活門(mén)，則可降低上述總管供油不均勻度。不利之處是噴嘴噴頭部門(mén)可靠性造成威脅。為此有的噴嘴（如J85和Spay），降分油活門(mén)移置噴嘴進(jìn)口處。

二、單路壓力霧化噴嘴與雙路霧化噴嘴的結構特點(diǎn)

    單路壓力霧化噴嘴，結構簡(jiǎn)單，霧化質(zhì)量好，在各種類(lèi)型燃燒裝置上泛應用，雖然油量調節比范圍小，曾在航機加力燃燒室上廣泛采用．目前在主燃燒室上仍作為起動(dòng)噴嘴和工作噴嘴，在高性能航空燃氣輪機的組合式霧化裝置作為巾心噴嘴。另外在非燃燒設備，如噴霧干燥設備上壓力霧化方式也是采用單路壓力霧化噴嘴。在工業(yè)爐和鍋爐上的燃燒器（或燒嘴）也采用它。

    雙路壓力霧化噴嘴的結構形式有很多種，我們這里介紹雙路單室單噴口噴嘴、雙路雙室單噴口噴嘴、雙路雙室雙噴口噴嘴3種結構的霧化噴嘴。

    當雙路單室單噴口噴嘴的燃油壓力低于1～1.5MPa時(shí)，副油路工作，高壓下主、副油路同時(shí)供八一個(gè)渦流室，從同一個(gè)噴口噴出。該種方案的噴嘴在早期航空發(fā)動(dòng)機上采用，如J47、E300、AH20，P45等。

    雙路雙室單噴口噴嘴，也稱(chēng)為串聯(lián)式雙路噴嘴。該方案的噴嘴副油路反壓對主油路影響小，但是從主油路剛開(kāi)始工作時(shí)供入的燃油壓力很低，得不到副油路燃油的帶動(dòng)旋轉，其霧化質(zhì)量不如單室單噴的噴嘴．在航空發(fā)動(dòng)機燃室上僅P-96、P-3M采用過(guò)。

    雙路雙室雙噴口噴嘴也稱(chēng)為并聯(lián)式雙路噴嘴，它們有各自的旋流室和噴口，主、副油路的燃油不會(huì )互相竄流，不會(huì )相互干擾而影響供油量的變化。但是也存在豐油路剛投入工作時(shí)的霧化質(zhì)量較差的問(wèn)題，解決的措施是提高主油路開(kāi)啟時(shí)的壓力。

三、單路壓力霧化噴嘴與雙路霧化噴嘴的設計方法

    霧化噴嘴設計關(guān)鍵的是計算，通常噴嘴計算包括2個(gè)方面的工作：一是要求的噴嘴流量、噴霧錐角、工作壓力及燃油（或料液等）物性參數，確定噴嘴幾何參數。二是在已知幾何參數及流體物性參數前提下，計算供油量、噴霧錐角，以及預估霧化質(zhì)量。前者稱(chēng)為噴嘴設計計算，后者稱(chēng)為性能校核計算。對于新設計的噴嘴，這兩方面工作都要進(jìn)行。而對于已有噴嘴，則可以經(jīng)測繪后，進(jìn)行性能校核計算，并可作為改進(jìn)改型的依據，按此步驟新設計的噴嘴比較準確可靠，設計誤差很小，也是公司經(jīng)常采用的方法。

    為了準確地設計計算單路壓力霧化噴嘴與雙路霧化噴嘴，公司進(jìn)行了大量研究，提出了許多方法。日前我公司采用的設計方法是基于流量原理法和動(dòng)量方程法。除此之外我們在此基礎上又銜生或改進(jìn)許多設汁方法。

    原蘇聯(lián)學(xué)者阿勃拉莫維奇提出的流量原理法。作了簡(jiǎn)化假沒(méi)：末考慮燃油粘性，略去了燃油流動(dòng)中徑向速度；并認為流動(dòng)是軸對稱(chēng)的。因此按該方法計算噴嘴流量系數u和噴霧錐角a時(shí)，對粘性小的液體（如水和汽油），即近似理想流體和大流星的主噴口，理淪值和試驗值差別不大。而對高粘度和小流量的計算的噴霧錐角偏大，流量偏小。因為粘性的影響主要表現在流體動(dòng)量矩減小和總壓損失增加。針對上述問(wèn)題，不少研究者提出了修正方法，它可分為純經(jīng)驗法和半經(jīng)驗法．其中純經(jīng)驗法又有經(jīng)驗系數法和經(jīng)驗公式法，它們是根據大量試驗數據，歸納出對流量系數和噴霧錐角（或結構特性系數）的修正系數或經(jīng)驗修正公式，在工程設計中可減少設計工程量，有一定實(shí)用價(jià)值。半經(jīng)驗法則是根據理論分析，找出粘性對唼嘴工作的影響，引入一些經(jīng)驗系數，或推導出計算公式，或繪制關(guān)系曲線(xiàn)圖。比較典型的方法是前蘇聯(lián)克拉契柯在阿氏理論基礎上提出的，考慮了旋流室上下壁面以流體的摩擦力矩所造成的旋轉動(dòng)量矩減小的影響，以當量幾何特性Ae代替理想流體的A，則可由理想流體特性曲線(xiàn)進(jìn)行計算。

    動(dòng)量方程法是同時(shí)考慮廠(chǎng)粘性對切向動(dòng)矩和總壓的影響，引入的動(dòng)量矩保持系數及噴嘴內總壓損失系數（含沖擊損失、進(jìn)油道內損失及旋流室壁面摩擦損失），它們與進(jìn)油道結構尺寸及雷諾數Re有關(guān)，因此計算誤差較小，但是使用起來(lái)比較復雜。

    但實(shí)際上，公司采用很多的計算方法是將很大流量原理法與動(dòng)量方程法結合的一種計算方法，另外加上逐步完善的經(jīng)驗計算方法使得噴嘴的設計顯得十分可靠。但無(wú)論采用哪種方法進(jìn)行設計計算，經(jīng)驗如何豐富，噴嘴設計都會(huì )存在誤差，必 須通過(guò)試驗調整，只是調試工作量大小有些差異，末后才可定型噴嘴設計圖紙。