淬火航空发动机喷油嘴材料(航空发动机喷口材料)
发布时间:2023-08-17 浏览次数:次
本篇文章给大家谈谈淬火航空发动机喷油嘴材料,以及航空发动机喷口材料对应的知识点,希望对各位有所帮助。
喷油嘴其实就是个简单的电磁阀,当电磁线圈通电时,产生吸力,针阀被吸起,打开喷孔,燃油经针阀头部的轴针与喷孔之间的环形间隙高速喷出,形成雾状,利于燃烧充分。
喷油嘴的基本介绍
喷油嘴本身是一个常闭阀 (常闭阀的意思是当没有输入控制讯号时,阀门一直处于关闭状态;而常开阀则是当没有输入控制讯号时,阀门一直处于开启状态,由一个阀针上下运动来控制阀的开闭。当ECU下达喷油指令时,其电压讯号会使电流流经喷油嘴内的线圈,产生磁场来把阀针吸起,让阀门开启好使油料能自喷油孔喷出。 喷射供油的***大优点就是燃油供给之控制十分精确,让引擎在任何状态下都能有正确的空燃比,不仅让引擎保持运转顺畅,其废气也能合乎环保法规的规范。
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喷油嘴喷油嘴积炭及影响
作为电喷发动机的关键部件之一的喷油嘴,它的工作好坏将严重的影响发动机的性能。喷油嘴堵塞会严重影响汽车性能。堵塞的原因是由于发动机内积炭沉积在喷油嘴上或者由于燃油中的杂质等堵塞了喷油嘴通路。汽车行驶一段时间后,燃油系统就会形成一定的沉积物。沉积物的形成和汽车的燃油直接有关:***先是由于汽油本身含有胶质、杂质,或储运过程中带入的灰尘、杂质等,日积月累地在汽车油箱、进油管等部位形成类似油泥的沉积物;其次是由于汽油中的不稳定成分在一定温度下发生反应,形成胶质和树脂状的粘稠物。这些粘稠物在喷油嘴、进气阀等部位,燃烧时,沉积物就会变成坚硬的积炭。
?喷油嘴积炭及影响
另外,由于城市交通拥堵,汽车经常处于低速和怠速状态,更会加重这些沉积物的形成和积聚。燃油系统沉积物有很大危害。沉积物会堵塞喷油嘴的针阀、阀孔,影响电子喷射系统精密部件的工作性能,导致动力性能下降;沉积物会在进气阀形成积炭,致使其关闭不严,导致发动机怠速不稳、油耗增大并伴随尾气排放恶化;沉积物会在活塞顶和气缸盖等部位形成坚硬的积炭,由于积炭的热容量高而导热性差,容易引起发动机暴震等故障;此外还会缩短三元催化器的寿命。喷油嘴的工作好坏,对每台发动机的功率发挥起着根本性作用。由于燃油不佳导致喷油嘴工作不灵,使缸内积炭严重;缸筒、活塞环加速磨损,造成怠速不稳,油耗上升,加速无力,起动困难及排放超标,严重的会**堵塞喷油嘴,损坏发动机。
?喷油嘴积炭及影响
因此,要定时清洗喷油嘴,长期不清洗或者频繁地清洗喷嘴都会造成不好的影响。至于清洗的时间问题,要根据车况和平时加的燃油的质量来确定,一般来说,现在大多建议用户2~3万km左右进行清洗。车况好、燃油质量好可以延长到在4~6万km左右。当喷油嘴有轻微堵塞时,对车况也有一定影响。有时候会出现这样的故障:挂一挡,起步,车有些抖动,等挂高档,加速时,这样的现象又消失,假定车上的各种传感器工作正常,节气阀也清洗过,电路也正常,那很可能就是喷油嘴有轻微堵塞了。
但高挡位加速时,有可能轻微的胶质又被喷走(溶解)了,车的性能又恢复了。这样的轻微堵塞喷油嘴的情况,一般可以不用清洗。因为轻微的胶质可以被溶解掉。所以在日常行驶中,应该经常跑一跑高速,以便减少积炭行成的可能性。当汽油质量差或者是行驶时间较长的车辆,如果长期不清洗喷油嘴,这种堵塞现象将更加严重,从而引起发动机喷油不畅,喷油角度和雾化不良,导致发动机怠速,加速或全负荷工况时工作不好,使得发动机功率下降,油耗上升,排放污染增加,甚至使发动机无法工作。因此,应定期认真清洗检测喷油嘴,以确保其工作良好。
喷油嘴的养护
清洗喷油嘴
什么时候需要清洗需要具体选择——喷油量多少的控制:同一类型的电喷车,汽油泵的压力是恒定的,不论节气门的开度大小,只要经过燃油压力调节器的调节,喷油嘴的压力始终都是恒定的。喷油嘴是和燃油泵及燃油压力调节器严格配套使用的,只有设计的压力,喷油嘴才能达到***佳的雾化效果,压力低于设计压力,喷出的油不是雾状,呈柱状,不宜与空气混合;压力过大,喷出的油呈圆锥面形状,也不易混合,并且喷射的力量太大,很多的燃油直接就喷到管壁上,直接影响混合比参数。
?清洗喷油嘴
不论是加速还是怠速,压力都应当恒定。不同的车型压力也各不相同(有朋友提到的清洗机的几挡选择,其实是针对不同车型的压力选择,并不是加速怠速的压力不同,错误选择了喷油压力,喷油嘴雾化不良)。喷油量的多少,取决于喷油时间的长短。喷油器按电磁线圈的控制方式不同,分为电压驱动式和电流驱动式两种。
电压式也分低阻和高阻的,高阻的可以接12V电,低阻的只能接低电压,错接在12V上时间稍长会烧线圈。喷油时,电脑提供的电压是恒定的,比如说12V,断油时马上变为0V,这个变化是瞬时的,就像是电脑语言里面的0和1一个概念,中间没有0.5之说。换言之,这是一个脉动的直流电信号,并非什么交流电等等一类的名词。交流电什么概念呢?正负交错才叫交流电。好像汽车里面除了发电机整流器以前的部分,基本上接触不到交流电。当喷油嘴堵塞时,喷油不畅,或者喷油嘴间隙有积碳及胶合物,达不到设计的喷油量或雾化效果,才需要清洗。
故障排除
1.喷孔堵塞
可用通针进行疏通,疏通后要经纬仔细地清洗。针阀体大平面与喷油嘴主体平面接触不良,或针阀圆柱面磨损较大。若针阀体大平面与喷油嘴主体平面接触不良,可用氧化铬涂在平板上进行“8”字形研磨;若针阀圆柱面磨损较大,应成对更换针阀偶件。
?故障排除
2.密封不良
针阀和针阀体密封不良,造成喷油嘴雾化不良或滴油。
这种故障可用细的氧化铬或牙膏,涂在针阀端的密封带上,但千万不要涂到圆柱部分,再将针阀插入针阀体,边敲边转直到密合。
我想你问的应当是喷气式发动机。
喷气式发动机一共有五个主要部件,从前之后分别是:(整流锥)进气道,压缩机,燃烧室,燃气涡轮,尾喷管。
整流锥主要是用来整流,对发动机前方紊乱的气体进行整流,另外当飞机飞行速度达到所在区域的音速时可以防止激波阻力。
进气道导通整流后的气体进入压缩机。
压缩机由静子叶片和转子叶片构成,静子叶片与转子叶片一圈一圈交错排布,叶片通过收敛扩张控制气流的速度从而达到对气体压缩的效果。
经过压缩的气体高速流入燃烧室,现在的燃烧室一般都是环式的,由多个点火嘴和两个喷油嘴组成,喷油嘴把航空煤油雾化喷出,多个点火嘴点火保证油气混合气燃烧均匀充分。
经过燃烧后的气体达到高温高压,冲击燃气涡轮,带动涡轮转动,由于涡轮轴与压气机轴为同轴,涡轮又带动压气机转动,所以燃气涡轮是带动发动机继续工作的一个部件,简单来说就是拥有续航能力的部件。
***后要说的就是尾喷管了,尾喷管一般是可收敛式,因为喷口收敛可以增加排气速度,增大推力,现在还有一种尾喷管是收敛-扩张式,这个主要用于超音速飞机,因为气体达到音速后越压缩速度越小,所以在收敛到顶的时候气体正好达到音速,此时才用扩张式尾喷管可以继续增大气流速度。
看过这些我想你应该可以明白了,因为油气是点燃(烧)的,所以就有了“喷火”现象……
航空涡轮发动机使用的喷油嘴有离心式喷油嘴、气动式喷油嘴、蒸发管式喷油嘴和甩油喷嘴。
? ? ? 离心式喷油嘴内装有一个旋流器,其工作原理如图所示。燃油从切向孔进入旋流室内,在旋流室内作急速的旋转运动,燃油从喷孔喷出后,受惯性力和空气撞击力的作用破裂成无数细小的油珠,从而获得良好的雾化结果。
? ? ?由于发动机在不同的转速下工作时,所需油量的变化很大。大转速时的供油量,一般比小转速时的供油量大十几至几十倍。只有一条通路面积的单路喷油嘴就不能满足要求,所以目前有的发动机使用双路离心喷油嘴。
? ? ?离心喷嘴的优点是能够形成均匀的混合气保证燃烧室在宽广的混合比例范围内工作,工作可靠,结构坚固易于调试,在航空发动机中使用广泛。
? ? 其缺点是1,供油压力要求高2,存在高温富油区,易造成发烟污染3,出口温度场不均匀4,与环形燃烧室不协调。
? ? 气动式喷油嘴的出现,克服了离心式喷油嘴的以下两个缺点:喷油量与喷油雾化质量都直接与供油压力相关:在大供油量时,由于雾化质量好,大部分是小直径的油珠,由于其动量小,都聚集在喷油嘴附近,容易形成积炭。而气动式喷油嘴油量的改变是依靠供油压力,而雾化质量则依靠另外的气动因素。
? ? 气动式喷嘴油气混合均匀,避免了主燃区的局部富油区,减少了冒烟和积碳;火焰呈蓝色,辐射热量少使火焰筒壁温较低,气动喷嘴不要求很高的供油压力,而且在较宽的工作范围内,喷雾锥角大致保持不变,所以容易使燃烧室出口温度场分布比较均匀稳定。气动式喷嘴简化了供油管道仅用单管供油。其缺点是:由于油气充分掺混贫油熄火***限大大降低,使燃烧室稳定工作范围变窄;在启动时,气流速度较低,压力较小,雾化不良。
? ? 在装用蒸发管的燃烧室内,油气的混合提前在蒸发管内进行,如图?所示。经在?T?型热管壁加热蒸发,进一步与这部分高温空气掺合。实践证明使用蒸发管的燃烧室燃烧效率较高,不冒烟,出口温度场比较稳定。这种蒸发管式的供油装置与环形燃烧室相回合,得到广泛的应用。
? ? 甩油喷嘴在高转速、小流量的折流环形燃烧室中得到广泛运用。
在回答这个问题之前请大家回忆一下气割切割钢材的场景——当纯氧与乙炔两种气体被点燃后以火焰的形式从割炬的割嘴喷出,切割火焰的温度可达3000℃,割炬像“热刀切黄油”般对钢材进行切割。钢材尚且能被高温火焰切割,那么喷出火焰的割嘴为什么不会熔化掉呢?其实这个问题的性质与战斗机喷火的发动机为什么不会被熔化是一个样的,而且答案也基本相同,即使用耐热材料。
战斗机所使用的涡扇发动机所喷射的火焰温度在1400~2200℃之间,发动机进气处温度低些,处于这个位置的部件温度一般不超过1400℃,当发动机加力运行时燃烧室的温度可达到***高1750~2000℃。这就意味着工业中用于切割钢材的气割割嘴在承受3000℃的高温时尚不会熔化,战斗机喷出的区区2000℃的温度岂能熔化发动机?
▼下图为正在使用乙炔-氧气进行钢板切割的工人。
人类目前已知的耐热材料和掌握的耐热材料技术对高温的承受能力已经超过4000℃
截止目前,人类已知的超级耐热材料为铪(读hā),铪,金属Hf,原子序数72,原子量178.49,是一种带光泽的银灰色的过渡金属。金属铪的晶体结构有两种:在1300℃以下时,为六方密堆积(α-式),在1300℃以上时,为体心立方(β-式),α铪为六方密堆积变体(1750℃),其转变温度比锆高。
纯铪金属的熔点为2227℃,沸点为4602℃,当铪金属与其它金属制成合金时熔点将会提高,比如Ta4HfC5(即五碳化四钽铪合金),其熔点高达4215℃。这样的合金哪怕是用火焰温度高达3000℃的气割来烧蚀也是无效的,假如战斗机的发动机采用铪合金来制造,那么就算是全程开加力也不会被烧到熔化。
其次是钨,纯金属钨的熔点为3430℃,沸点为5927℃;第三是铼,纯铼金属的熔点为3186℃,沸点5627℃;第四是锇,其熔点为3045℃,沸点为5300℃;第五是钽,纯钽的熔点为2990℃,沸点为5425℃。
这足以说明飞机发动机喷的火温度再高也不会发生“熔化”的事,毕竟除了能承受4000℃高温烧灼的铪金属以外还有诸多可在2990℃~3400℃的高温下保持不熔化的金属材料,可以应用到任何一种有耐高温需求的领域,包括战斗机的喷气式发动机。
战斗机喷气式发动机对耐高温材料的需求形式
战斗机会“喷火”的原因在于喷气式发动机工作时***特的工况,当燃油在发动机燃烧室内被喷油嘴以喷射的形式雾化以后形成高压油气混合物燃烧,高温高压的燃气再从喷口向外喷出,从而获得推力。
也就是说喷气式发动机受到高温工况影响的部位只有燃烧室和喷口,二两个部位的部件需要承受750℃~2000℃高温的影响,其中燃烧室内的涡轮盘是直接受燃烧的油气混合物烧蚀的部件,它需要承受1400℃~2000℃高温的考验。
以F-22隐身战斗机使用的F119型双转子小涵道比加力涡扇发动机为例:当飞机的飞行速度在0.9马赫以下时燃烧室的温度保持在950~1400℃之间;当飞机以1马赫以上的速度进行超音速巡航飞行时燃烧室温度将上升到1750℃,并且随着时间的推移,温度也呈线性上升。
当超音速巡航时间超过30分钟或者2马赫的速度飞行超过46秒时,燃烧室温度将会达到2000℃,如果这个时候还不减油门,那么发动机燃烧室的涡轮盘叶片将会被烧毁。可见战斗机的喷气式发动机中对耐高温材料的需求形式主要体现在燃烧室内涡轮盘的叶片上。
▼下图为耐高温材料制成的航空发动机叶片。
喷气式发动机燃烧室的叶片主要使用耐高温材料排名第三的铼
从上述中我们得知金属铼的熔点是低于铪和钨的,那么为什么非要用耐热排名第三的铼呢?
原因在于涡轮盘是一种在温度***高、应力***复杂、环境恶劣的条件下,要承受超过700℃以上的高温以及大约1000千克的离心拉伸应力,每个叶片承受的作用力相当于一辆F1赛车的产生的马力,是工况条件***为恶劣的航空发动机零件。而铪、钨两种金属以及与之相关的化合物虽然耐高温性能好,但是它们的延展性太好,高压之下***易变形,抗屈服性能很差,不符合喷气式发动机燃烧室的工况要求。
而传统的涡轮盘叶片(泛指**代到第三代)材质为铁镍基合金,比如美国普惠公司研发的PWA1480型、英国罗·罗公司的CMSX-4型以及我国的DD6型合金叶片。第四代~第五代涡轮盘叶片则采用镍基铼合金材料制造的单晶空心叶片,耐热性能分别提高30℃和60℃。
比如我国用于装备歼-20隐身战斗机的“太行-15”涡扇发动机涡轮盘叶片就使用了型号为DD9的镍基铼合金,耐热***限突破了1940℃,歼-20得以基本实现超音速巡航飞行能力。
▼下图为正在进行开加力实验的国产“太行-15”涡扇发动机。
综上所述我们可以得到这样的结论:战斗机一直在喷火的原因是喷气式发动机燃烧室在燃烧油气混合物时喷射出来的火焰,而制造发动机受热部件的材料为耐热的合金,所以不会熔化。
一直以来耐热材料的耐热性能都是制约喷气式发动机发挥性能的主要因素,先进的飞机发动机的研发核心技术本质上是耐热材料的研发,如果说喷气式发动机是“工业皇冠”,那么制造喷气式发动机的材料就是皇冠上的明珠。虽说人类掌握的耐热材料能承受4000℃的高温,但是这些材料难以应用到航空发动机的制造上,待人类技术突破这些制约时,估计距离征服星辰大海也就不远了。
淬火航空发动机喷油嘴材料的介绍就聊到这里吧,感谢你花时间阅读本站内容。
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原文标题:淬火航空发动机喷油嘴材料(航空发动机喷口材料)
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