本发明属于喷嘴，具体涉及一种轴向复合喷嘴结构。
背景技术：
1、在航空发动机或地面燃气轮机启动过程中，一般先由启动电机带转，在达到一定转速时为燃烧器通入燃料进行点火燃烧，之后不断增加燃料量来达到更高的转速和更高的负荷。在达到50％负荷后，其污染排放性能(nox排放、co排放)和燃烧稳定性成为了重要考核目标。因此，对于燃烧器设计或者喷嘴设计来说，在小状态下的点火性能、大状态下的污染排放性能和全工况下的燃烧稳定性都是需要重点考虑的。然而，对于目前的燃烧器设计或者喷嘴设计来说，通常采用径向分级的形式，即在燃烧器轴线中心采用扩散喷嘴来提高小状态下的点火性能，在轴线外侧采用预混喷嘴来降低大状态下的污染排放，这样在原理上能同时满足小状态下优良的点火性能和大状态下优良的污染排放性能。但在实际情况中，中心的扩散喷嘴在点火后直到满负荷均需要保持燃烧状态，这对于大状态下的污染排放有一定的影响，并且外侧的喷嘴均采用预混形式，这也增加了回火风险和热声震荡风险。此外，针对于功率较小的燃气轮机或燃烧器来说，喷嘴的径向分级也增加了系统的复杂性和燃烧器的直径，制约了燃烧器结构的轻量化发展。因此，需要更加合理的喷嘴设计结构来同时满足小状态下的点火性能和大状态下的排放性。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种轴向复合喷嘴结构。
2、本发明提供如下技术方案：一种轴向复合喷嘴结构，包括喷嘴主体；所述喷嘴主体上设有燃料进口腔、空气进口腔以及从内到外沿着喷嘴主体的中心轴线依次同轴设置的第一燃料通道、第一空气通道、第二燃料通道、第二空气通道；燃料经由燃料进口腔分别流入第一燃料通道及第二燃料通道中；空气经由空气进口腔分别流入第一空气通道及第二空气通道中；
3、所述第一空气通道内设有一组轴向旋流叶片，轴向旋流叶片下游设有预混段，第一燃料通道为等截面通道，其与第一空气通道连通，经由第一燃料通道流入第一空气通道中的燃料与第一空气通道中流经轴向旋流叶片的旋流空气混合，在经过预混段后形成旋流预混气，并在喷嘴下游形成回流区，旋流预混气被点燃后形成预混旋流燃烧模式，不仅提高点火成功率，还能有效降低nox排放；
4、所述第二空气通道与第二燃料通道连通，经由第二空气通道中流动的空气与经由第二燃料通道流入第二空气通道中的燃料混合后流出。
5、进一步的，所述喷嘴主体内设有燃料分配腔，燃料通过燃料进口腔并经由燃料分配腔分配至第一燃料通道及第二燃料通道中；所述燃料分配腔横截面的面积大于燃料进口腔横截面的面积。
6、进一步的，所述空气进口腔通过一组呈周向排布的空气分配孔与第一空气通道连通。
7、进一步的，第一空气通道内的一组轴向旋流叶片呈周向均匀间隔排布，叶片倾斜设置，其倾斜角度为30～60°。
8、进一步的，所述第一燃料通道上开设有一组第一燃料喷射通道，第一燃料喷射通道与轴向旋流叶片对应设置并延伸至轴向旋流叶片的内部，轴向旋流叶片上位于第一燃料喷射通道处开设有一组与第一燃料喷射通道连通的第一燃料喷射孔。
9、进一步的，一组第二燃料通道远离燃料分配腔的中心轴线设置，并沿着第一燃料通道的中心轴线呈圆周均匀间隔排布，以便于燃料在一组第二燃料通道之间均匀分配。
10、进一步的，所述第二燃料通道的末端设有第二燃料喷射孔，第二燃料通道通过第二燃料喷射孔与第二空气通道连通；第二空气通道中流动的空气与经由第二燃料喷射孔处喷射的燃料混合后流出；且混合处，空气的流动方向与燃料的流动方向相垂直。
11、进一步的，所述第二空气通道底部设有空气板，空气板上设有空气门洞；所述空气分配孔的数量与空气门洞的数量相同，且空气分配孔位于两个空气门洞之间；所述第二燃料喷射孔与空气门洞一一对应设置。
12、通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
13、1)本发明通过对进入喷嘴的燃料和空气进行再分配来实现不同的燃烧模式，可以在不同的燃烧状态下都能达到更优异的综合性能，对比现有结构方案可以同时兼顾小状态下的点火性能和大状态下的污染排放性能，提高了喷嘴的集成化设计，降低了喷嘴的布置难度；
14、2)本发明中，第二燃料通道设置在远离燃料分配腔的中心轴线设置，使得此处流速相较于燃料分配腔的中心轴线位置进一步降低，有利于燃料在多个第二燃料通道之间进行均匀分配；
15、3)本发明中，第一燃料喷射孔喷出的燃料直接与流经轴向旋流叶片的旋流空气混合，在经过预混段后形成预混旋流预混气，能在喷嘴下游形成尺寸较大的回流区，可以有效降低预混气速度、提高点火成功率；且配合燃料与空气占总当量比例的控制，能够进一步提高点火成功率；通过预混旋流燃烧模式的设置，可以有效降低nox排放。
16、4)本发明中，经由第二燃料通道的燃料与从第二空气通道流经空间门洞的空气相互混合，且两者流动方向相垂直，加强了燃料和空气之间的掺混，形成微混合的效果；点燃后，能够形成多个独立分散的小火焰，形成微混燃烧模式，单个火焰长度更短、火焰强度更弱、能极大减小nox的排放，且由于燃料和空气位于不同的通道，能避免回火现象的产生。
1.一种轴向复合喷嘴结构，包括喷嘴主体；其特征在于，所述喷嘴主体上设有燃料进口腔(10)、空气进口腔(50)以及从内到外沿着喷嘴主体的中心轴线依次同轴设置的第一燃料通道(30)、第一空气通道(60)、第二燃料通道(40)、第二空气通道(70)；燃料经由燃料进口腔(10)分别流入第一燃料通道(30)及第二燃料通道(40)中；空气经由空气进口腔(50)分别流入第一空气通道(60)及第二空气通道(70)中；
2.根据权利要求1所述的一种轴向复合喷嘴结构，其特征在于，所述喷嘴主体内设有燃料分配腔(20)，燃料通过燃料进口腔(10)并经由燃料分配腔(20)分配至第一燃料通道(30)及第二燃料通道(40)中；所述燃料分配腔(20)横截面的面积大于燃料进口腔(10)横截面的面积。
3.根据权利要求2所述的一种轴向复合喷嘴结构，其特征在于，所述空气进口腔(50)通过一组呈周向排布的空气分配孔(52)与第一空气通道(60)连通。
4.根据权利要求3所述的一种轴向复合喷嘴结构，其特征在于，第一空气通道(60)内的一组轴向旋流叶片(61)呈周向均匀间隔排布，叶片倾斜设置，其倾斜角度为30～60°。
5.根据权利要求4所述的一种轴向复合喷嘴结构，其特征在于，所述第一燃料通道(30)上开设有一组第一燃料喷射通道(32)，第一燃料喷射通道(32)与轴向旋流叶片(61)对应设置并延伸至轴向旋流叶片(61)的内部，轴向旋流叶片(61)上位于第一燃料喷射通道(32)处开设有一组与第一燃料喷射通道(32)连通的第一燃料喷射孔(33)。
6.根据权利要求3所述的一种轴向复合喷嘴结构，其特征在于，一组第二燃料通道(40)远离燃料分配腔(20)的中心轴线设置，并沿着第一燃料通道(30)的中心轴线呈圆周均匀间隔排布，以便于燃料在一组第二燃料通道(40)之间均匀分配。
7.根据权利要求6所述的一种轴向复合喷嘴结构，其特征在于，所述第二燃料通道(40)的末端设有第二燃料喷射孔(41)，第二燃料通道(40)通过第二燃料喷射孔(41)与第二空气通道(70)连通；第二空气通道(70)中流动的空气与经由第二燃料喷射孔(41)处喷射的燃料混合后流出；且混合处，空气的流动方向与燃料的流动方向相垂直。
8.根据权利要求7所述的一种轴向复合喷嘴结构，其特征在于，所述第二空气通道(70)底部设有空气板(72)，空气板(72)上设有空气门洞(71)；所述空气分配孔(52)的数量与空气门洞(71)的数量相同，且空气分配孔(52)位于两个空气门洞(71)之间；所述第二燃料喷射孔(41)与空气门洞(71)一一对应设置。
