專利名稱：一種空氣－燃油混合氣噴射設備以及裝備這種設備的燃燒室和渦輪機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機領(lǐng)域，同時涉及一種將空氣-燃油混合氣噴射到渦輪機燃燒室的設備。更確切地說，本發(fā)明涉及一種可以改善空氣-燃油混合氣空氣供給的新型滑套。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明的下述說明中，詞匯“上游”和“下游”將用來表示結(jié)構(gòu)件彼此在軸向方向上的相對位置，以氣體流動方向為參考點。同樣，詞匯“內(nèi)部”或“徑向內(nèi)部”和“外部”或“徑向外部”將用來表示結(jié)構(gòu)件在徑向方向上彼此的相對位置，以渦輪機轉(zhuǎn)動軸線為參考點。
渦輪機包括一個或多個壓氣機，用來將增壓空氣輸送給燃燒室，空氣與燃油在燃燒室混合并點燃，從而產(chǎn)生熱的燃燒氣體。這些氣體從燃燒室的下游流向一個或多個渦輪，渦輪將收到的這種能進行轉(zhuǎn)換，目的是驅(qū)動壓氣機旋轉(zhuǎn)，并提供如飛機動力所需的工。
一般來講，如圖1所示，航空學上使用的燃燒室1包括一個內(nèi)壁2和一個外壁3，二者在其上游端通過一個燃燒室端壁4彼此相連接。燃燒室端壁4有若干個孔口，沿周緣分布，每個孔口都裝有一個噴射裝置10，用來將空氣-燃油混合氣噴射到燃燒室。
圖2示出了根據(jù)已有技術(shù)使用的噴射裝置10的剖面圖。噴射裝置10，其旋轉(zhuǎn)對稱軸用X表示，按從上游到下游位置，其包括一個通過環(huán)形盤30連接到徑向旋流器40的滑套20。徑向旋流器40包括一個文氏管50，徑向旋流器通過其下游端連接到一個碗形體60，后者有一個分叉的錐形壁。碗形體60本身通過一個偏轉(zhuǎn)器70連接到燃燒室端壁4上?；?0包括(按從上游到下游位置)一個分叉錐形的上游壁21，該壁一直延伸到圓柱形壁24處，后者在下游的凸緣23處結(jié)束。
液體燃料在與來自壓氣機的空氣混合后提供給燃燒室1。液體燃料通過噴油器5一直輸送到燃燒室。噴油器5的下游端6，又稱噴油頭部，就位于滑套20內(nèi)的噴射裝置10內(nèi)，其布置方式是，噴油頭6的對稱軸對應于滑套的對稱軸。這樣，滑套20的其中一個作用就是使噴油器導向定位，并提供噴油器和噴射裝置10之間的密封。引導噴油器的功能由滑套20的上游壁21來完成。
空氣和燃油在噴射裝置10處的幾個地方進行混合。最初的混合是在滑套20處進行。為此，通過鉆孔，又稱清除孔22，使增壓空氣與來自噴油器5的燃油接觸。這樣，就進行了燃油的噴射，隨后在徑向旋流器40和碗形體60處繼續(xù)形成。因此，作為一個輔助功能，滑套20可以進行增壓空氣和燃油之間的初步混合。到達清除孔22的空氣對燃油的正常噴射進行控制，同時也對噴油頭6進行冷卻。清除孔22位于滑套20的凸緣23上。
滑套20的第三個功能就是允許噴油器5和燃燒室1之間的相對運動，與此同時，又維持了噴油器5和噴油裝置10之間的密封。這種運動與噴油器和燃燒室之間的制造公差和膨脹差相關(guān)。為此，滑套20和徑向旋流器40之間的聯(lián)接是通過一個盤狀體30來實現(xiàn)的，后者可以使滑套在包括凸緣23在內(nèi)的平面的所有方向上移動幾個毫米。
流經(jīng)清除孔22的空氣量主要取決于孔的數(shù)量和直徑。清除孔22的大小對流過這些孔的空氣總流量和滑套20的空氣動力氣閘都會產(chǎn)生影響?？諝鈩恿忾l是按以下比率來定義的。
對于相同流速來講，可以獲得不同的空氣動力氣閘值，這樣就影響了燃油噴射的形成。特別是，該參數(shù)對清除流量的滲透會產(chǎn)生影響，也會對來自清除部分的空氣和來自旋流器的空氣流之間的相互作用程度帶來影響。其所起的作用就是決定油滴的大小和在噴射時的分布情況，以及燃油離開噴油器時圓錐的初始角。
由于空氣動力氣閘與清除孔22的直徑成正比，同時也因為空氣流量與其直徑的平方成正比，所以說可以改變這兩個參數(shù)以適應有關(guān)具體燃燒室的特點。
如果希望增加空氣流經(jīng)清除孔22的流量，那么，就必須增加孔的直徑或孔的數(shù)量。目前，清除孔22直徑的增加受到滑套20相對于徑向旋流器40運動的限制。此外，增加清除孔22的數(shù)量也會影響空氣動力氣閘，而后者是人們總不希望出現(xiàn)的。
提供流量的另一種方式就是增加到達清除孔22的空氣的壓力。然而，為了向清除孔22供氣，空氣就必須在滑套的分叉壁21周圍流動，這會引起壓力下降和再循環(huán)，因此而導致壓力損失，供氣條件變差。
解決這個問題的一個已知的方法，如專利申請文件FR 2753779所述，就是在滑套的圓柱形壁24上制作清除孔22，以便使其軸與噴射裝置的X軸相平行。這個解決方案的不足之處就是，滑套比較大，對于相同直徑的孔來講，其長度比較長。這就會出現(xiàn)空氣能量的損失，因為空氣要流經(jīng)這些清除孔，同時也會引起再循環(huán)，這對空氣流量是不利的。
發(fā)明專利內(nèi)容本發(fā)明提出了一種噴射設備，可以解決這些問題，噴射設備包括一個滑套，其布置方式是這樣的，即，可以增加流過清除孔的空氣流量，又不會受到滑套運動的限制，或者說不會對空氣動力氣閘產(chǎn)生影響。
本發(fā)明還可以使空氣流量流過清除孔，不論滑套的幾何尺寸如何，例如不論分叉上游壁的長度如何。
更確切地說，本發(fā)明涉及一種可將空氣-燃油混合氣噴射到渦輪機燃燒室的設備，噴射設備帶有一個圍繞X軸的旋轉(zhuǎn)對稱軸，其按照氣體流動的方向從上游到下游布置，包括一個通過盤狀體使Y旋轉(zhuǎn)軸連接到徑向旋流器上的滑套，一個與徑向旋流器軸向相隔的航空動力形碗狀體，所述滑套包括一個分叉錐形上游壁，該壁一直延伸到X軸的圓柱形壁，還包括一個下游凸緣，該凸緣在圓柱形壁的下游端徑向延伸，該下游凸緣設有增壓空氣供氣孔，又稱清除孔，該設備的特點是，滑套的分叉上游壁上提供有至少一排環(huán)形分布的附加增壓空氣供氣孔。
附加供氣孔流通總截面最好大于或等于清除孔的流通總截面。
根據(jù)若干個實施方案，附加供氣孔可以是圓柱形，帶有一個環(huán)形或長方形的準線，或形狀為四邊形的。
附加供氣孔的軸線可以平行于滑套的軸線或與分叉上游壁的壁成正交。
本發(fā)明最后還涉及一種裝備上述燃燒室的渦輪機。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方案，附加供氣孔的位置在分叉上游壁的上游端，帶有一個敞開的邊，形成扇形凹口。
根據(jù)本發(fā)明的另一種形式，本發(fā)明涉及一種將空氣-燃油混合氣噴入渦輪機燃燒室的設備，該噴射設備帶有一個圍繞X軸的旋轉(zhuǎn)對稱軸，按照氣體流動的方向從上游到下游布置，其包括一個通過盤狀體將Y旋轉(zhuǎn)軸連接到徑向旋流器上的滑套，一個與徑向旋流器軸向分布的航空動力形碗狀體，所述滑套包括一個分叉錐形上游壁，該壁一直延伸到X軸的圓柱形壁，還包括一個下游凸緣，該下游凸緣設有增壓空氣供氣孔，又稱清除孔，該設備的特點是，清除孔的進氣口和出氣口直徑不同，進氣口直徑大于出氣口直徑。
本發(fā)明最好還涉及一種不同實施方案的結(jié)合形式，特別是，滑套可以帶有附加供氣孔或扇形凹口和清除孔，其進氣口(26)和出氣口(27)直徑不同，進氣口(26)的直徑大于出氣口直徑(27)。
本發(fā)明還涉及一種裝有根據(jù)本發(fā)明提出的噴射設備的燃燒室和渦輪機。
根據(jù)一些最佳實施方案的說明，并結(jié)合附圖，可以更好的了解本發(fā)明，而且本發(fā)明的其它特點也會更加清楚，本發(fā)明并不僅限于所給示例。


圖1為根據(jù)已有技術(shù)的燃燒室剖面示意圖；圖2為根據(jù)已有技術(shù)的噴射裝置剖面示意3為渦輪機組，更確切地說，是航空噴氣發(fā)動機的剖面示意4為根據(jù)本發(fā)明所述滑套的剖面示意5為根據(jù)本發(fā)明所述滑套的第二個實施方案的剖面示意6為根據(jù)本發(fā)明所述滑套的第三個實施方案的剖面示意7為根據(jù)本發(fā)明所述滑套的第四個實施方案的剖面示意8為根據(jù)本發(fā)明所述滑套的第五個實施方案的剖面示意9為根據(jù)本發(fā)明所述滑套的第六個實施方案的剖面示意10為根據(jù)本發(fā)明所述滑套的第一個實施方案另一種形式的剖面示意11為根據(jù)本發(fā)明所述滑套的第二個實施方案另一種形式的剖面示意12為根據(jù)本發(fā)明所述滑套的兩個實施方案不同形式的結(jié)合的剖面示意圖在整個

中，如果部件和部件介紹在圖與圖之間相同時，則采用相同的參考號。
如前所述，圖1和圖2以剖面的形式介紹了根據(jù)已有技術(shù)的燃燒室和噴射裝置。
具體實施例方式
圖3以剖面形式給出了渦輪機100的總體視圖，如航空噴氣發(fā)動機，其包括一個低壓壓氣機200，一個高壓壓氣機300，一個燃燒室1，一個低壓渦輪500和一個高壓渦輪600。燃燒氣體順下游方向流入燃燒室1，而后輸送到渦輪500和600，這兩個渦輪分別經(jīng)由兩個軸900和1000分別驅(qū)動位于燃燒室端壁4上游的壓氣機200和300。高壓壓氣機300向噴射裝置以及兩個環(huán)形空間提供空氣，兩個環(huán)形空間分別位于燃燒室1的徑向內(nèi)側(cè)和外側(cè)。進入燃燒室1的空氣開始使燃油汽化并燃燒。在燃燒室2的壁的外部流動的空氣開始對其壁進行冷卻并通過稀釋孔(圖中未示)進入燃燒室，從而對送到渦輪的燃燒氣體進行冷卻。
圖4以剖面形式介紹了根據(jù)本發(fā)明所述噴射裝置10滑套20的典型實施方案?；?0由分叉的錐形上游壁21一直延伸到下游的圓柱形壁24組成，其Y軸與噴射裝置的對稱軸平行。圓柱形壁24在徑向向外延伸的凸緣23處結(jié)束。凸緣23帶有清除孔22，這些孔最好位于最靠近圓柱形壁24的位置，這樣在滑套20和噴射裝置10之間出現(xiàn)任何相對位移時，就不會被徑向旋流器40遮擋，即使部分遮擋也不會出現(xiàn)。在滑套20的分叉上游壁21上設有附加通氣口25，用來向清除孔提供增壓空氣。在這里所述的示例中，分叉上游壁21只有一排環(huán)形分布的附加供氣孔25，但是也可以制作幾排通氣孔。這些附加通氣孔25的Z軸可以與分叉上游壁21成正交，如圖4所示。也可以與Y軸平行，如圖5所示，或者與分叉上游壁21形成任何角度。
于是，必須流過滑套20分叉上游壁21周圍的增壓空氣就不再提供給清除孔22了，但是這些孔卻可以直接從附加供氣孔25獲得空氣。這樣，由于空氣在上游壁21周圍流動時出現(xiàn)的壓力降就可以得到消除。為了使這種形式的清除孔22的供氣有效，附加供氣孔25處的空氣流通總截面需要大于或等于清除孔內(nèi)空氣流通總截面。附加供氣孔25的空氣流通總截面相當于一個孔的流通橫截面面積乘以孔數(shù)。清除孔22的流通橫截面也是如此。在這種情況下，在向清除孔22提供空氣時，壓力較高，這樣，對于與已有技術(shù)相同的幾何尺寸和相同數(shù)量的清除孔，就可以允許較高空氣流量流過。
與此同時，如果所希望的流量與已有技術(shù)中使用的一樣，附加供氣孔25的使用就可以允許使用直徑小于已有技術(shù)中的清除孔25，從而實現(xiàn)了凸緣23內(nèi)徑相應縮小，因此而減小了徑向旋流器40尺寸，使噴射裝置更趨緊湊。
附加供氣孔橫截面越大，清除孔22的形狀不規(guī)則和粗糙等公差就會越大，而這樣就可以降低加工制造成本。
雖然附加供氣孔25是在滑套分叉上游壁21上制作的，因為這些孔口空氣流通總截面得以保持，向清除孔22的供氣就可以再也不依賴滑套的幾何尺寸，特別是分叉上游壁。
附加供氣孔25的數(shù)量可以等于或不同于清除孔22的數(shù)量，重要的是空氣流通總截面。
此外，附加供氣孔25可以是圓形，如圖4和圖5所示，也可以是長方形的，平行六面形或梯形，如圖6到圖9所示。如果是長方形時，供氣孔25的長邊可以沿分叉上游壁21的圓周方向定位，如圖6所示。也可以與滑套20的Y軸平行，如圖7所示，或在這兩個位置之間的任何角度，如圖8所示。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，如圖10所示，附加供氣孔25可以在分叉壁21的上游端，按照這樣的一種方式制作，即它們帶有敞開的一邊，從而形成扇形凹口28。扇形凹口28的優(yōu)點是制作更簡便，因為在滑套20采用鑄造方法制作時，扇形凹口28可以直接在鑄造時成形，無需特別的機加工。
根據(jù)本發(fā)明的另一種形式，為了增加空氣流經(jīng)清除孔22的數(shù)量而需要提高壓力以改變清除孔22的幾何形狀來實現(xiàn)。圖11示出了滑套20的剖面示意圖，在這個滑套中，清除孔22為錐形，其進氣口直徑26要大于其出氣口直徑27。這樣，因為空氣流量在清除孔22長度中始終保持恒定，所以空氣加速，在給定時間范圍內(nèi)流過清除孔22的流量就高。
當然，如果將增加附加供氣孔25后產(chǎn)生的效應和使用錐形清除孔22后出現(xiàn)的效應予以結(jié)合，也可以使本發(fā)明的各種不同實施形式得到綜合。圖12給出了這種結(jié)合后的一種示例。
通過示例可以看出，建立了三維數(shù)字模擬，對于裝有直徑為1.4mm的14個清除孔的滑套，布置了如圖4所示的20個環(huán)形附加供氣孔，直徑為1.8mm，流過清除孔22的空氣流量可增加15％。
權(quán)利要求
1.一種將空氣-燃油混合氣噴入渦輪機燃燒室的設備，該噴射裝置帶有圍繞一個軸的旋轉(zhuǎn)對稱軸，按照氣體流動的方向從上游到下游布置，其包括一個通過盤狀體將Y旋轉(zhuǎn)軸連接到徑向旋流器上的滑套，一個與徑向旋流器軸向分布的航空動力形碗狀體，所述滑套包括一個分叉錐形上游壁，該壁一直延伸到X軸的圓柱形壁，還包括一個下游凸緣，該凸緣在圓柱形壁的下游端徑向延伸，所述下游凸緣上設有增壓空氣供氣孔，又稱清除孔，其特征在于滑套的分叉上游壁上帶有至少一排環(huán)形分布的增壓空氣附加供氣孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射裝置，其特征在于附加供氣孔的流通總截面大于或等于清除孔的流通總截面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中其中一項權(quán)利要求所述的噴射裝置，其特征在于附加供氣孔為圓柱形，其帶有一個形狀為圓形的準線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2中其中一項權(quán)利要求所述的噴射裝置，其特征在于附加供氣孔為圓柱形，其帶有一個形狀為長方形的準線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和2中其中一項權(quán)利要求所述的噴射裝置，其特征在于附加供氣孔為圓柱形，其帶有一個形狀為四邊形的準線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項權(quán)利要求所述的噴射裝置，其特征在于附加供氣孔的軸線平行于滑套的軸線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項權(quán)利要求所述的噴射裝置，其特征在于附加供氣孔的軸線與分叉錐形上游壁成正交。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項權(quán)利要求所述的噴射裝置，其特征在于附加供氣孔的位置在分叉上游壁的上游端，并帶有敞開邊，且形成扇形凹口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項權(quán)利要求所述的噴射裝置，其特征在于清除孔的進氣口和出氣口直徑不同，進氣口的直徑大于出氣口的直徑。
10.一種燃燒室，其包括一個內(nèi)壁，一個外壁和一個燃燒室端壁，并裝有至少一個如上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的噴射裝置。
11.一種渦輪機，其裝有如上述權(quán)利要求10所述的燃燒室。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將空氣－燃油混合氣噴入渦輪機燃燒室的可改善供氣的設備。更確切地說，本發(fā)明涉及一種新型滑套。
文檔編號F23R3/38GK101046298SQ20071009064
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者阿蘭·凱爾, 米歇爾·戴索蒂, 尼古拉斯·鮑米爾 申請人:斯奈克瑪