專(zhuān)利名稱(chēng)：渦輪機(jī)環(huán)形燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)環(huán)形燃燒室，這種類(lèi)型的燃燒室包括一個(gè)內(nèi)壁、一個(gè)外壁和一個(gè)在所述燃燒室上游區(qū)域內(nèi)所述兩個(gè)壁之間設(shè)置的燃燒室底部。通常，燃燒室底部下游處布置的兩個(gè)固定凸緣可以使所述內(nèi)外壁固定到渦輪機(jī)的其它部件上，常常是燃燒室周?chē)膬?nèi)外殼。
背景技術(shù)：
以前，燃燒室的所述內(nèi)壁和外壁都是用金屬或金屬合金制成，且這些內(nèi)外壁都必須冷卻才能使其承受渦輪機(jī)工作期間的溫度。
目前，為了減少分配到這些內(nèi)外壁的氣流，這些內(nèi)外壁都采用陶瓷材料而不是金屬材料制成。陶瓷材料可以非常有效地承受高溫，而且比通常使用的金屬材料的容積密度要低。就冷卻空氣和重量而言，其好處是改善了渦輪機(jī)的效能。所使用的陶瓷材料最好是陶瓷基復(fù)合材料，通常稱(chēng)之為CMCs，選擇這種材料是考慮其機(jī)械性能好，能夠在高溫情況下保持這些性能。
就燃燒室底部來(lái)講，該部件最好是金屬或金屬合金，而不是陶瓷材料，因?yàn)檫@有利于使用已知和成熟固定方法，例如焊接，可以使得其它部件(一般是噴油系統(tǒng)和擋油板)可以固定到燃燒室底部。
內(nèi)壁和外壁制作所使用的陶瓷材料常常都具有較低的膨脹系數(shù)，比制作燃燒室底部所用金屬材料的膨脹系數(shù)要低三倍，這樣內(nèi)外壁在燃燒室工作溫度變化期間，它們的膨脹和收縮要低于燃燒室底部。換句話(huà)說(shuō)，燃燒室底部的內(nèi)外直徑和內(nèi)外壁直徑的變化差異使得燃燒室工作期間對(duì)這些部件產(chǎn)生應(yīng)力。這些應(yīng)力可能是造成內(nèi)外壁產(chǎn)生裂紋的原因，陶瓷材料的特性就是相當(dāng)脆。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，F(xiàn)R 2 855 249文件所描述的一種解決方案就是采用了若干個(gè)撓性固定凸耳將燃燒室底部(在一個(gè)環(huán)形件上做成的)連接到所述內(nèi)壁和外壁上，這些凸耳能夠根據(jù)部件之間的不同膨脹情況彈性變形。這種結(jié)構(gòu)的主要缺陷是，當(dāng)渦輪機(jī)工作時(shí)，撓性固定凸耳的動(dòng)態(tài)特性差，為此，常常必須使用阻尼方法來(lái)限制這些凸耳的變形，防止誘導(dǎo)振動(dòng)。此外，固定凸耳之間留有空間，新鮮空氣通過(guò)該空間進(jìn)入燃燒室，它會(huì)降低燃燒室的效能，同時(shí)容易產(chǎn)生污染排放物，例如燃燒不完全產(chǎn)物和/或一氧化碳。
發(fā)明專(zhuān)利內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決這些問(wèn)題，或者至少緩解這些影響，作為其目的，本發(fā)明提出了一種燃燒室，該燃燒室采用了一種可作為FR 2 855 249專(zhuān)利申請(qǐng)中所介紹的撓性固定凸耳結(jié)構(gòu)的替代方案，即能夠適合燃燒室和內(nèi)外壁之間不同膨脹的結(jié)構(gòu)。
為了實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)就是下面所述的一種環(huán)形燃燒室，其特征在于所述燃燒室底部分為幾個(gè)相互臨近的扇形段，每個(gè)扇形段都固定到所述內(nèi)外壁上。
這樣，燃燒室的各個(gè)扇形段的側(cè)緣就按照燃燒室工作溫度的變化彼此相對(duì)設(shè)置溫度升高時(shí)，每個(gè)扇形段就會(huì)膨脹，各個(gè)扇形段的側(cè)緣就會(huì)彼此靠的很近，然而，當(dāng)溫度下降時(shí)，各個(gè)扇形段的側(cè)緣則會(huì)彼此分開(kāi)。采用這種方式，溫度變化時(shí)，燃燒室底部的內(nèi)外直徑變化就小于那種采用一個(gè)環(huán)形體制成的燃燒室，在燃燒室底部和燃燒室內(nèi)外壁之間的應(yīng)力就小。
在燃燒室最大工作溫度時(shí)，各個(gè)扇形段的側(cè)緣彼此會(huì)靠的很緊。這些扇形段可以方便接觸，從而極大地限制了或防止了新鮮空氣從燃燒室的外部流入內(nèi)部。
這些扇形段都帶有側(cè)緣，兩個(gè)相鄰的側(cè)緣重疊。這樣，各個(gè)扇形段之間就可以實(shí)現(xiàn)良好密封。當(dāng)這些扇形段彼此分開(kāi)(或彼此靠近時(shí))，所述側(cè)緣就會(huì)一個(gè)滑過(guò)一個(gè)，它們之間的密封性得到保持。按照一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)扇形段都帶有一個(gè)沿其中一個(gè)側(cè)緣伸出的唇緣，該唇緣相對(duì)于這個(gè)扇形段的表面伸出(向上游或向下游)并覆蓋了相鄰扇形段的側(cè)緣。
如上所述，當(dāng)燃燒室底部采用金屬或金屬合金而內(nèi)外壁采用陶瓷材料，尤其是陶瓷基復(fù)合材料CMC制成時(shí)，本發(fā)明特別有效。然而，在其它案例下，例如燃燒室和內(nèi)外壁都是用金屬材料或燃燒室和內(nèi)外壁都是用陶瓷材料制成時(shí)，本發(fā)明也能應(yīng)用。在這后一種示例中，即與內(nèi)外壁和燃燒室之間不同膨脹相關(guān)的問(wèn)題無(wú)關(guān)緊要時(shí)或不存在時(shí)，燃燒室底部的扇形分布形式就對(duì)燃燒室底部與內(nèi)外壁的裝配很有幫助。特別是，由于這些扇形段比整體環(huán)形燃燒室底部更靈活，這些扇形段在其裝配期間產(chǎn)生的應(yīng)力就小。例如，這種裝配可以采用螺栓連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些部件在其連接點(diǎn)斷裂的風(fēng)險(xiǎn)因而也得以降低。
閱讀本發(fā)明所述燃燒室的一個(gè)示例的詳細(xì)說(shuō)明，可以更好地了解本發(fā)明和其特性，這個(gè)示例僅為示意性的，本發(fā)明并不僅限于此。


圖1為渦輪機(jī)部件的軸向半剖面示意圖，該渦輪機(jī)裝有根據(jù)本發(fā)明所述的燃燒室；圖2是圖1所示燃燒室底部的部分透視圖(從上游看)；圖3為圖2所示燃燒室底部?jī)蓚€(gè)扇形段的詳細(xì)透視圖(從上游看)；圖4是圖2所示燃燒室底部一個(gè)扇形段的詳細(xì)透視圖(從下游看)；具體實(shí)施方式
本發(fā)明可以用于任何類(lèi)型的渦輪機(jī)渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、陸用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)等。下面示例更具體地涉及一種航空渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
圖1以軸向半剖面的形式示出了渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)部分，包括一個(gè)環(huán)形內(nèi)殼12，主要軸線(xiàn)對(duì)應(yīng)于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)；
一個(gè)環(huán)形外殼14，與內(nèi)殼12同軸線(xiàn)；兩個(gè)殼體12和14之間的環(huán)形空間16容納壓縮的氧化劑，通常都是空氣，來(lái)自于上游渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)(圖中未示)；上游和下游是按照渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)氣體流動(dòng)的正常方向來(lái)定義的，如箭頭F所示。從上游到下游，空間16包括一個(gè)噴油總成，將燃油噴入下面所述的燃燒室24，這個(gè)噴油總成由許多噴油裝置20組成，這些噴油裝置均勻地分布在燃燒室24的上游，每個(gè)噴油裝置包括一個(gè)固定到外殼14上的噴油嘴22。噴油嘴22通過(guò)一個(gè)固定件19和一個(gè)混合器21與燃燒室24相連接。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，這些部件都在圖1中未示，但在圖2到圖4中都可看到。
燃燒室24包括一個(gè)徑向內(nèi)環(huán)形壁26和一個(gè)徑向外環(huán)形壁28，兩個(gè)都與軸線(xiàn)10成同軸線(xiàn)；燃燒室還包括一個(gè)橫向壁，構(gòu)成了燃燒室的底部30，該壁固定到內(nèi)壁26和外壁28的上游端。燃燒室底部30上有通孔40，便于通過(guò)噴油嘴22噴油，氧化劑部分通過(guò)混合器21進(jìn)入燃燒室。
內(nèi)部27和外部29聯(lián)接凸緣分別將內(nèi)壁26和外壁28連接到內(nèi)殼12和外殼14上。
一個(gè)用金屬合金制成的環(huán)形分配器42，形成了高壓渦輪進(jìn)氣級(jí)(圖中未示)，通常包括許多個(gè)固定葉片44，這些葉片安裝在內(nèi)環(huán)形平臺(tái)46和外環(huán)形平臺(tái)48之間。分配器42通過(guò)相應(yīng)的緊固件固定到渦輪機(jī)的內(nèi)殼12和外殼14上。
燃燒室底部30用金屬合金制成，而燃燒室24的內(nèi)壁26和外壁28用陶瓷基復(fù)合材料，即CMC制成。
燃燒室底部30分為幾個(gè)彼此相鄰的扇形段130。每個(gè)扇形段130都有一個(gè)中央部件133，實(shí)際上與軸線(xiàn)10垂直，其中形成了至少一個(gè)通孔40。這個(gè)中央部件133通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)延板132和134從其底部和頂部伸出，實(shí)際上是面向軸線(xiàn)10，并分別固定到內(nèi)壁26和外壁28上。
參照?qǐng)D2，介紹了兩個(gè)相鄰扇形段130的側(cè)緣130a和130b重疊的獨(dú)特方式。每個(gè)扇形段130都包括一個(gè)唇緣60，最好沿其中一個(gè)側(cè)緣130a伸出，實(shí)際上是在扇形段中央部件133的整個(gè)長(zhǎng)度上。該扇形段的另一個(gè)側(cè)緣沒(méi)有這樣的一個(gè)唇緣，為此將其稱(chēng)之為平緣130b。
唇緣60相對(duì)于扇形段130的中央部件向上游或下游伸出，這樣就能夠覆蓋相鄰扇形段的平緣130b。在圖4所示的示例中，唇緣60從扇形段130的上游面的一側(cè)伸出，這樣，如果必要，就可以在下游面上安裝擋板23。
唇緣60可直接在制作扇形段130期間成形，或者在其制造后的機(jī)加工時(shí)成形。唇緣60還包括一個(gè)通過(guò)焊接(銅焊)安裝到扇形段側(cè)緣130a上的板條。
當(dāng)扇形段彼此相對(duì)分開(kāi)時(shí)，隨著燃燒室24內(nèi)工作溫度的下降，扇形段的側(cè)緣130a和唇緣60則會(huì)從相鄰扇形段的平側(cè)緣130b處移開(kāi)。唇緣60寬度很寬，這樣當(dāng)扇形段130彼此分開(kāi)時(shí)，就可以避免扇形段之間出現(xiàn)過(guò)大的圓周間隙。當(dāng)唇緣60的寬度達(dá)到可使扇形段130之間的圓周間隙等于零或?yàn)樨?fù)值時(shí)，就可以防止扇形段130之間新鮮空氣的流通(或至少大大限制了空氣的流通)。
另外，為了限制扇形段之間新鮮空氣的流通，采取了措施，使得唇緣60的下游(或上游)能夠與相鄰的平側(cè)緣130b的上游(或下游)平面接觸。但是，如果伴隨著這種接觸出現(xiàn)的摩擦過(guò)大，進(jìn)而削弱了扇形段130的相對(duì)位移時(shí)，可在這些平面之間留出小量的軸向間隙，這就要損害扇形段130之間的密封性。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，每個(gè)扇形段130在連接點(diǎn)36和36′處都固定到至少內(nèi)壁26和外壁28的其中一個(gè)上，確保了可靠固定。另外，這也可以防止扇形段130在其中一個(gè)連接點(diǎn)36和36′的周?chē)鄬?duì)于該壁的繞軸旋轉(zhuǎn)。在這個(gè)示例中，每個(gè)扇形段130都在兩個(gè)連接點(diǎn)36和36′處固定到每個(gè)內(nèi)壁26和外壁28上。
為了很方便地將扇形段130固定到內(nèi)壁26和外壁28上，使用了固定部件，可以使所述兩個(gè)連接點(diǎn)36和36′靠的很近或彼此分開(kāi)(根據(jù)燃燒室底部的圓周方向)。采用這種方式，當(dāng)連接點(diǎn)36和36′由于扇形段膨脹(或收縮)而彼此分開(kāi)(或彼此靠近)時(shí)，就可以避免在相關(guān)壁上產(chǎn)生應(yīng)力。
例如，這樣的固定部件與螺栓52相配合，后者與至少一個(gè)長(zhǎng)方形孔50配合，孔的寬度實(shí)際上等于螺栓桿52的直徑。這個(gè)長(zhǎng)方形孔50可以在燃燒室底部130的扇形段的轉(zhuǎn)延板132(134)處，也可以在內(nèi)壁26或外壁28處，或者同時(shí)在這兩個(gè)部件上。在這個(gè)示例中，長(zhǎng)方形孔50只在轉(zhuǎn)延板132和134處。在內(nèi)壁26和外壁28上制作的孔都是圓柱形的，直徑與所使用的螺栓52的桿部直徑相符。
每個(gè)長(zhǎng)方形孔50都朝圓周方向(即，每個(gè)孔的長(zhǎng)度都朝向環(huán)形燃燒室30的圓周方向)，螺栓52與該孔50配合，因此可以在孔50內(nèi)成圓周方向位移，如雙箭頭B所示。在這些圖所述的示例中，所有的連接點(diǎn)36和36′都是用螺栓固定，但是兩個(gè)連接點(diǎn)中只有一個(gè)固定點(diǎn)36′是通過(guò)螺栓穿過(guò)長(zhǎng)方形孔50來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了簡(jiǎn)化這些圖，圖中并未示出所有的螺栓52。
假設(shè)燃燒室30的各個(gè)扇形段130都是用金屬材料制成的，一般都是耐火金屬合金，那么通過(guò)焊接(銅焊)則很容易在其上面固定噴油系統(tǒng)20的各種部件，例如固定件19和混合器21。此外，如果必要，還可以在每個(gè)扇形段130的下游壁上安裝一個(gè)擋板23，用來(lái)防止扇形段130承受燃燒室內(nèi)的高溫氣體。這種擋板23是可選擇的，其主要取決于制作各個(gè)扇形段130所用材料的固有抗高溫能力。
權(quán)利要求
1.渦輪機(jī)的環(huán)形燃燒室(24)，包括一個(gè)內(nèi)壁(26)，一個(gè)外壁(28)和一個(gè)設(shè)置在所述燃燒室上游區(qū)域所述內(nèi)外壁之間的燃燒室底部(30)，其特征在于燃燒室底部(30)分為幾個(gè)扇形段(130)，每個(gè)扇形段固定到所述內(nèi)壁和外壁(26，28)上，所述扇形段(130)上帶有側(cè)緣(130a，130b)，這樣兩個(gè)相鄰的扇形段的側(cè)緣就可以重疊。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的環(huán)形燃燒室，其特征在于每個(gè)扇形段(130)都包括一個(gè)唇緣(60)，沿其中一個(gè)側(cè)緣(130a)伸出，這個(gè)唇緣相對(duì)于這個(gè)扇形段的其中一個(gè)平面伸出并覆蓋了相鄰扇形段的側(cè)緣(130b)。
3.根據(jù)權(quán)力要求2所述的環(huán)形燃燒室，其特征在于每個(gè)扇形段(130)都有一個(gè)中央部件(133)，通過(guò)分別固定到所述內(nèi)壁(26)和外壁(28)上的兩個(gè)轉(zhuǎn)延板(132，134)伸出，所述唇緣(60)實(shí)際上伸過(guò)中央部件(133)的整個(gè)長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)力要求1到3任何一種權(quán)力所述的環(huán)形燃燒室，其特征在于每個(gè)扇形段(130)都在兩個(gè)連接點(diǎn)(36和36′)處固定到至少一個(gè)壁(內(nèi)壁26，外壁28)上。
5.根據(jù)權(quán)力要求4所述的環(huán)形燃燒室，包括一個(gè)將所述扇形段(130)固定到所述至少一個(gè)壁(內(nèi)壁26，外壁28)上的固定部件，它能使所述兩個(gè)連接點(diǎn)(36和36′)可以彼此靠近或彼此分開(kāi)。
6.根據(jù)權(quán)力要求5所述的環(huán)形燃燒室，其特征在于所述固定部件通過(guò)螺栓穿過(guò)至少一個(gè)長(zhǎng)方形孔(50)進(jìn)行連接。
7.根據(jù)權(quán)力要求1到6任何一種權(quán)力所述的環(huán)形燃燒室，其特征在于燃燒室底部(30)采用金屬或金屬合金制成，而內(nèi)壁和外壁(26，28)則用陶瓷材料制成的。
8.根據(jù)權(quán)力要求1到7任何一種權(quán)力所述的環(huán)形燃燒室，其特征在于燃燒室底部(30)的每個(gè)扇形段(130)都裝備一個(gè)擋板(23)。
9.渦輪機(jī)，包括了根據(jù)上述權(quán)力要求中任何一種權(quán)力所述的環(huán)形燃燒室。
全文摘要
渦輪機(jī)環(huán)形燃燒室，包括一個(gè)內(nèi)壁(26)，一個(gè)外壁(28)和一個(gè)設(shè)置在所述燃燒室上游區(qū)域所述內(nèi)外壁之間的燃燒室底部(30)，其特征在于燃燒室底部(30)分為幾個(gè)扇形段(130)，每個(gè)扇形段固定到所述內(nèi)壁和外壁(26，28)上，這些扇形段(130)上帶有側(cè)緣，這樣兩個(gè)相鄰的扇形段的側(cè)緣(130a，130b)就可以重疊。更確切地說(shuō)，每個(gè)扇形段(130)都包括一個(gè)唇緣(60)，沿其中一個(gè)側(cè)緣(130a)伸出，這個(gè)唇緣相對(duì)于這個(gè)扇形段的其中一個(gè)平面伸出，并覆蓋了相鄰扇形段的側(cè)緣(130b)。
文檔編號(hào)F23R3/60GK101017001SQ200710080118
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2007年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月10日
發(fā)明者馬里奧·德索薩, 迪迪爾·埃赫南德茲, 托馬斯·諾爾 申請(qǐng)人:斯奈克瑪