專利名稱：帶有改進(jìn)的進(jìn)氣道的渦輪機燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機領(lǐng)域，諸如飛機渦輪機，而且，特別涉及渦輪機環(huán)形燃燒室。
背景技術(shù)：
渦輪機包括至少一個位于燃燒室出口處的渦輪，以便從該燃燒室噴入的主燃?xì)饬髦刑崛∧芰?，并?qū)動位于燃燒室上游的壓氣機，向該燃燒室提供壓縮空氣。渦輪機的燃燒室一般包括兩個同軸環(huán)形壁，分別為徑向內(nèi)壁和徑向外壁，環(huán)形壁圍繞燃燒室軸線，沿渦輪機內(nèi)主燃?xì)饬鞯牧鲃臃较?，從上游向下游延伸，并通過燃燒室背部的環(huán)形端壁在上游端彼此相連，而環(huán)形端壁圍繞上述軸線呈大體徑向延伸。這種環(huán)形端壁上裝有一排環(huán)形布置的噴油系統(tǒng)，這些系統(tǒng)有規(guī)律地分布在該軸線的周圍，從而將空氣和燃油引入燃燒室。每個噴油系統(tǒng)一般包括支撐燃油噴頭的裝置，該裝置上安裝有噴射空氣和在燃燒室內(nèi)以細(xì)油滴形式霧化燃油的氣動力裝置。運行時，這種類型的噴油系統(tǒng)一般會產(chǎn)生一層空氣和燃油的混合物，圍繞噴油系統(tǒng)中心軸線呈普通錐體形狀。特別是，最大燃油濃度位于截頭圓錐體部位，其頂端大致位于噴油系統(tǒng)的入口處，呈現(xiàn)的半錐角在大約30和40°之間。該層混合物的形狀在發(fā)動機低速到全油門速度的正常運轉(zhuǎn)速度時保持大體不變。燃燒室一般分為上游內(nèi)部區(qū)域，通常稱之為主燃區(qū)，和下游內(nèi)部區(qū)域，通常稱之為摻混區(qū)。燃燒室的主燃區(qū)用來按大體化學(xué)計量比燃燒空氣-燃油混合物。為此，空氣不僅是通過噴射系統(tǒng)而且通過第一類進(jìn)氣道一通常稱之為主進(jìn)氣道一被噴入該區(qū)域，該進(jìn)氣道是通過燃燒室主燃區(qū)周圍的環(huán)形壁而形成的。摻混區(qū)設(shè)計成可對主燃區(qū)燃燒形成的燃?xì)膺M(jìn)行稀釋和冷卻，并賦予這些燃?xì)饬饕粋€最佳熱剖面，目的是讓其流入位于燃燒室下游的渦輪中。為此，燃燒室的環(huán)形壁包括第二類進(jìn)氣道，通常稱之為摻混進(jìn)氣道。顯然，燃燒室的特性取決于燃燒室主燃區(qū)內(nèi)的燃燒質(zhì)量。而且，已知類型的燃燒室內(nèi)，空氣-燃油混合物通常在主燃區(qū)內(nèi)的停留時間都很短，不足以實現(xiàn)完全燃燒。此外，從燃燒室排出的燃?xì)獾臏囟绕拭嬉埠懿痪鶆?，與這些燃燒室相連的渦輪無法達(dá)到最佳工作狀態(tài)。顯然，這都是因為這些燃燒室主燃區(qū)內(nèi)燃油濃度的不均勻性所致。

發(fā)明內(nèi)容
顯然，本發(fā)明的一個目的是提供一種針對這些問題的簡單、經(jīng)濟和有效的解決方案。為此，本發(fā)明提出了一種渦輪機的燃燒室，包括安裝有噴油系統(tǒng)的環(huán)形端壁，這些噴油系統(tǒng)有規(guī)律地分布在燃燒室縱軸周圍，每個噴油系統(tǒng)都有一個中央燃油排放軸線，其中，燃燒室還包括兩個同軸環(huán)形壁，分別為內(nèi)壁和外壁，彼此通過端壁連接，并包括多個進(jìn)氣道，這些進(jìn)氣道在至少一個環(huán)形壁上形成并向相對于燃燒室軸線的外部徑向打開。根據(jù)本發(fā)明，多個進(jìn)氣道包括第一種類型的進(jìn)氣道，該類進(jìn)氣道的形狀是這樣的，即在相應(yīng)投影平面上的每個進(jìn)氣道的正交投影穿過距所述進(jìn)氣道最近處的噴油系統(tǒng)的中央軸線，并垂直于共同穿過所述中央軸線和燃燒室縱軸的相應(yīng)軸向平面，該正交投影帶有一個上游邊緣， 從下游看去，該邊緣呈凸?fàn)?。從上游看去，第一種類型進(jìn)氣道的形狀可以使所噴入空氣流的上游前部因這些進(jìn)氣道而呈現(xiàn)一種大體凹入形狀，這使得在燃燒室內(nèi)從上游向下游流動的燃?xì)猱a(chǎn)生一種反射屏障效應(yīng)。這有助于這些燃?xì)獾脑傺h(huán)，改進(jìn)燃燒室內(nèi)發(fā)生的燃燒反應(yīng)，并因此而提高燃燒室的性能，并可使燃燒室排放的燃?xì)鉁囟雀鶆?。此外，還可以減少燃燒室同軸壁的進(jìn)氣道的數(shù)量和/或整體面積。接下來，每個進(jìn)氣道都與該進(jìn)氣道最近處的噴油系統(tǒng)相聯(lián)，或者，如果二者之間距離相等時，每個進(jìn)氣道與距兩個噴油系統(tǒng)最近的兩個噴油系統(tǒng)相聯(lián)。在本發(fā)明的最佳實施例中，第一種類型每個進(jìn)氣道正交投影的上游邊緣為半橢圓形狀。特別是，這種上游邊緣的形狀為半圓形。作為另一種方式，這種上游邊緣為折線的形狀。第一種類型的進(jìn)氣道優(yōu)選形狀為，每個進(jìn)氣道的正交投影還帶有一種下游邊緣， 從下游看去，該邊緣呈現(xiàn)凸?fàn)睢＿@樣，進(jìn)氣道的面積減少了，因此，進(jìn)氣道噴入的空氣流量會濃縮，不會明顯降低這種氣流所造成的反射屏障效應(yīng)，從而更有效地利用了經(jīng)由這些進(jìn)氣道而噴入的空氣。在本發(fā)明最佳實施例中，上述下游邊緣呈半橢圓形狀。與上游邊緣一樣，具體來講，這種邊緣的形狀為半圓形。作為另一種方式，這種上游邊緣也可以為折線形狀。在本發(fā)明的最佳實施例中，第一種類型的每個進(jìn)氣道投影的上游和下游邊緣都是同心的。有利的是，第一種類型的進(jìn)氣道可以包括圍繞燃燒室上游區(qū)而形成的主進(jìn)氣道， 通常稱之為主燃區(qū)。如上所述，通過產(chǎn)生反射屏障效應(yīng)，這些主進(jìn)氣道有利于在燃燒室主燃區(qū)內(nèi)空氣-燃油混合物的循環(huán)，為此，這種混合物的燃燒反應(yīng)得到大大改善。優(yōu)選兩個這種主進(jìn)氣道與每個噴油系統(tǒng)相連接，而且，優(yōu)選地，相對于相應(yīng)軸向平面對稱布置。按照本發(fā)明的最佳實施例，且根據(jù)所述領(lǐng)域的已知方式，每個噴油系統(tǒng)都布置成可排放燃油和空氣的混合層，該層的最大燃油濃度大體位于截頭圓錐的正圓錐體區(qū)，且該錐體區(qū)以噴油系統(tǒng)的中央軸線為中心，而頂部則位于該噴油系統(tǒng)的入口處。與每個噴油系統(tǒng)相連的空氣-燃油混合層的形狀可以采用眾所周知的技術(shù)一諸如相位多普勒方法的粒子分析，通常稱之為PDPA (相位多普勒粒子分析)-一通過實驗測定。在根據(jù)本發(fā)明的燃燒室的設(shè)計階段，空氣一燃油混合層的給定燃燒室?guī)缀涡螤钸€可以采用數(shù)字模擬方法測定，這種方法對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員也是非常熟知的。
第一種類型的每個主進(jìn)氣道在相應(yīng)投影平面上的正交投影優(yōu)選通過相應(yīng)直線截取，所述直線是上述截頭圓錐體與該投影平面相交而成。采用這種方式，每個這樣的進(jìn)氣道所噴入的空氣流會截取相應(yīng)層的最大燃油濃度區(qū)域，與此同時，又大體切向地流向該層的所述區(qū)域，這樣，該氣流所產(chǎn)生的反射屏障效應(yīng)就會更有效。第一種類型的每個主進(jìn)氣道在相應(yīng)投影平面的正交投影帶有一種對稱軸線，該對稱軸線與由截頭圓錐體與投影平面相交而形成的相應(yīng)直線一起構(gòu)成-5°到5°之間的角度。為此，每個進(jìn)氣道噴入空氣所形成的屏障就與空氣-燃油層的局部流動方向大體垂直對準(zhǔn)，而所述空氣-燃油層源自相應(yīng)噴油系統(tǒng)，另外，通過這種裝置，該屏障有利于空氣-燃油混合體大體上在所述局部流動方向相對方向上再循環(huán)。在本發(fā)明的最佳實施例中，第一種類型的每個主進(jìn)氣道在相應(yīng)投影平面上正交投影的對稱軸線大體上與相應(yīng)的直線相一致，該直線是因為所述截頭圓錐體與該投影平面相交所致。這些進(jìn)氣道的這種定位可使其所噴入的空氣流盡可能地流向相應(yīng)層的最大燃油濃度區(qū)域，這樣可以最大限度地提高這種空氣流所產(chǎn)生的反射屏障效應(yīng)的效果。根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，燃燒室的主進(jìn)氣道都屬于第一種類型的進(jìn)氣道。作為另一種方式，這些主進(jìn)氣道可以包括一組第一種類型進(jìn)氣道和傳統(tǒng)類型進(jìn)氣道。此外，有利的是，多個進(jìn)氣道包括圍繞燃燒室下游區(qū)域所形成的摻混進(jìn)氣道，通常稱之為摻混區(qū)，以及至少一些為第二種類型進(jìn)氣道，這種類型的進(jìn)氣道在沿垂直于燃燒室縱向軸線方向上呈伸長形。因為經(jīng)由這些進(jìn)氣道而噴入該區(qū)域空氣，第二種摻混進(jìn)氣道的伸長形狀改善了燃?xì)庠趽交靺^(qū)內(nèi)的冷卻效率和均勻性。就這些燃?xì)舛?，第二種類型的摻混進(jìn)氣道還可以形成一種屏障效果，也許針對一部分所述燃?xì)?，因為這部分燃?xì)饫@過了燃燒室主燃區(qū)內(nèi)任何主進(jìn)氣道所噴射的空氣，從而放緩了這些燃?xì)獾牧鲃?。此外，或作為另一種方式，摻混進(jìn)氣道可以包括上述第一種類型的進(jìn)氣道，和/或傳統(tǒng)類型的進(jìn)氣道。本發(fā)明還涉及包括了上述類型燃燒室的渦輪機。閱讀以非限定性示例給出的如下說明，并參看附圖，可以更好地理解本發(fā)明，且本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、優(yōu)點和特性會顯現(xiàn)出來。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的渦輪機燃燒室軸向半剖視圖；圖2為圖1所示燃燒室局部示意圖，所示為圖IA-A平面正交投影；圖3為圖1所示燃燒室局部橫向剖面示意圖，沿圖2C-C平面剖開。
具體實施方式
圖1示出了渦輪機一諸如飛機渦輪噴氣發(fā)動機一的一部分，具體示出了這類渦輪機環(huán)形燃燒室10的一部分。眾所周知，燃燒室10安裝在渦輪機壓氣機的下游，向該燃燒室提供壓縮空氣，同時也位于該渦輪機渦輪的上游，在燃燒室燃?xì)馔屏ψ饔孟罗D(zhuǎn)動上述壓縮機，圖1未示出所述壓氣機和所述渦輪。燃燒室10包括兩個同軸環(huán)形壁，分別為徑向內(nèi)壁12和徑向外壁14，圍繞燃燒室縱軸16延伸。這些環(huán)形壁12和14在下游均固定到燃燒室機匣(圖1未示)上，且按已知方式通過環(huán)形端壁18在上游端彼此相連。環(huán)形端壁18包括一排環(huán)形布置的進(jìn)氣道，有規(guī)律地分布在燃燒室縱軸16周圍，進(jìn)氣道內(nèi)安裝有與一排環(huán)形布置的噴油器22相連的噴油系統(tǒng)20。每個噴油系統(tǒng)20包括兩個旋流導(dǎo)流器M和26，圍繞噴油系統(tǒng)軸線28同軸延伸， 在上游，導(dǎo)流器連接到相應(yīng)噴油器22噴頭32的定中心和導(dǎo)向裝置30上，而在下游，導(dǎo)流器則連接到裝配在端壁18相應(yīng)進(jìn)氣道內(nèi)的旋流器杯34上。每個噴油系統(tǒng)20在其旋流導(dǎo)流器M和沈的區(qū)域內(nèi)設(shè)有噴油器噴頭定中心和導(dǎo)向的裝置30，以及旋流器杯34，用來向燃燒室噴入一部分38的來自渦輪機壓氣機氣流40 的進(jìn)氣道36。參照圖2的說明，可以更清楚地看到，每個噴油系統(tǒng)20設(shè)計成可向燃燒室噴入一層普通錐形的空氣和細(xì)燃油滴的混合物，特別是，燃油最大濃度區(qū)域大體位于以噴油系統(tǒng)軸線觀為中心的截頭圓錐體內(nèi)，其頂端則大致位于該噴油系統(tǒng)入口區(qū)，而半錐角β —例如一等于大約35°，且典型情況下在30到40°范圍之間。此外，燃燒室環(huán)形壁12和14在其上游端連接到環(huán)形整流罩42(圖1)上，該整流罩一例如一為一體式，包括了與噴油系統(tǒng)20相對準(zhǔn)的進(jìn)氣道，用于噴油器22和氣流38 的通過。該整流罩的主要功能是保護(hù)端壁18和疏通氣流38。作為另一種形式，且按已知方式，這種整流罩42可以由兩個獨立部分構(gòu)成，這兩個部分分別是徑向內(nèi)壁和徑向外壁。每個環(huán)形壁12和14還包括兩排環(huán)形布置的進(jìn)氣道44和46，向相對于燃燒室軸線 16的外部徑向打開，并用來向所述燃燒室噴入一部分48氣流40。運行時，這部分48氣流 40在下游首先流入燃燒室環(huán)形壁12和14之間形成的環(huán)形旁路空間49，而后進(jìn)入該燃燒室相應(yīng)機匣內(nèi)(圖1中未示)，從而抵達(dá)進(jìn)氣道44和46。在這幾排進(jìn)氣道中，第一排進(jìn)氣道圍繞燃燒室上游區(qū)域50形成，通常稱之為主燃區(qū)，運行時，在這個區(qū)域內(nèi)，會出現(xiàn)空氣-燃油混合物的燃燒反應(yīng)。這第一排進(jìn)氣道44為此通常稱之為主進(jìn)氣道。第二排進(jìn)氣道在下游圍繞燃燒室區(qū)域52形成，通常稱之為摻混區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)， 燃燒氣體被摻混并冷卻。這第二排進(jìn)氣道46為此通常稱之為摻混進(jìn)氣道。作為圖1所示A-A平面的正交投影，圖2示出了外環(huán)形壁14的進(jìn)氣道，以及由噴油系統(tǒng)20和截頭圓錐體55所產(chǎn)生的一層燃油最大濃度區(qū)域Μ，該區(qū)域M大體上處在所述截頭圓錐體上，所示投影穿過噴油系統(tǒng)20的軸線觀，并垂直于圖1的平面，即垂直于穿過上述噴油系統(tǒng)軸線觀的軸向平面，同時穿過該燃燒室的軸線16，而燃燒室的平面在圖2中以線B-B表示，在該圖中，分別以參考號44ρ和46ρ表示主進(jìn)氣道和摻混進(jìn)氣道的投影。應(yīng)該指出的是，圖1的A-A平面與該圖所示噴油系統(tǒng)20相關(guān)。圖3所示為外壁14兩個摻混進(jìn)氣道46平面A-A的正交投影。此外，圖3更清楚地示出了，圖2和圖3中可以看到的兩根直線56均表示燃燒室外環(huán)形壁14與平面P相交的平面A-A的投影，平面P穿過該燃燒室的軸線16，并按一定角度位于噴油系統(tǒng)20軸線觀和軸線1 之間的中間位置，而軸線1 則是該噴油系統(tǒng)20在端壁18上的兩個直接相連噴油系統(tǒng)其中一個的軸線。平面A-A上的進(jìn)氣道44和46，其投影分別是44p和46p，位于兩個軸線56之間， 因此與噴油系統(tǒng)20相關(guān)聯(lián)，而后者則構(gòu)成了與這些進(jìn)氣道(圖2)最近的噴油系統(tǒng)。共有兩個與噴油系統(tǒng)20相聯(lián)的主進(jìn)氣道44，這些都是第一種類型的進(jìn)氣道，即從下游看去，在形狀上呈凸?fàn)睿@種類型進(jìn)氣道在平面A-A上的正交投影44p帶有上游邊緣58 和下游邊緣60。更具體地說，該上游邊緣58和下游邊緣60均呈現(xiàn)半圓形狀，同心布置，這樣，每個主進(jìn)氣道44的投影44p帶有對稱軸線，與相應(yīng)的直線62合并，這是因為截頭圓錐體55與投影平面A-A相交所致。與噴氣系統(tǒng)20相關(guān)聯(lián)的摻混進(jìn)氣道46屬于第二種類型的進(jìn)氣道，這種進(jìn)氣道的形狀沿垂直于噴油系統(tǒng)20軸線觀方向64呈伸長形狀。這些摻混進(jìn)氣道46包括進(jìn)氣道66，其在平面A-A上的投影66p以噴油系統(tǒng)20軸線觀為中心，為此，形成了與該噴油系統(tǒng)20相關(guān)的主摻混進(jìn)氣道，另外，還包括兩個輔助摻混進(jìn)氣道68，其在平面A-A上的投影68p以軸線56為中心，因此，與端壁18的兩個相連噴油系統(tǒng)成等距離布置。主摻混進(jìn)氣道66的對稱平面是平面B-B，而輔助摻混進(jìn)氣道68則以軸向平面P作為其各自對稱平面，軸向平面P按一定角度布置于兩個連續(xù)噴油系統(tǒng)(圖3)各自軸線28 和128之間的中間位置。如上所述，因為輔助摻混進(jìn)氣道68與端壁18的兩個連續(xù)噴油系統(tǒng)等距離布置，應(yīng)該指出的是，這些進(jìn)氣道中的每個都與兩個相應(yīng)的噴油系統(tǒng)相關(guān)。按本發(fā)明的最佳實施例，內(nèi)環(huán)形壁12進(jìn)氣道的布置方式與外壁14的進(jìn)氣道的布置方式相同。運轉(zhuǎn)時，由于其形狀的原因，主進(jìn)氣道44允許產(chǎn)生一種反射屏障效應(yīng)，這對在燃燒室主燃區(qū)50內(nèi)沿下游流動的空氣-燃油混合物來講特別有效，有利于這種混合物在上游的循環(huán)，如圖2中箭頭70所示。摻混進(jìn)氣道46可以對來自主燃區(qū)50的燃?xì)膺M(jìn)行充分而又均勻地冷卻。如上所述，本發(fā)明可以使燃燒室性能得到普遍提高。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機的燃燒室(10)，包括安裝噴油系統(tǒng)00)的環(huán)形端壁(18)，所述噴油系統(tǒng)有規(guī)律地分布在燃燒室縱軸(16)的周圍，每個噴油系統(tǒng)帶有中央燃油排放軸線08，128)， 其中，燃燒室(10)還包括兩個同軸環(huán)形壁，分別是內(nèi)壁(1 和外壁(14)，彼此通過所述端壁(18)相連并包括多個進(jìn)氣道04，46)，這些進(jìn)氣道在所述環(huán)形壁(12，14)的至少其中一個上形成并相對于燃燒室軸線(16)向外徑向打開，其特征在于，所述多個進(jìn)氣道包括第一種類型的進(jìn)氣道(44)，其形狀是，在相應(yīng)投影平面(A-A)上，每個這種進(jìn)氣道的正交投影 G4p)，穿過距所述進(jìn)氣道最近處的噴油系統(tǒng)OO)的中央軸線(觀)，并垂直于穿過所述中央軸線08)和燃燒室縱軸(16)的相應(yīng)軸向平面(B-B)，所述正交投影帶有一個上游邊緣 (58)，從下游看去，該邊緣呈凸形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室，其特征在于，第一種類型G4)的每個所述進(jìn)氣道正交投影的上游邊緣(58)為半橢圓形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃燒室，其特征在于，第一種類型04)的所述進(jìn)氣道的形狀是這樣的，即每個這種進(jìn)氣道的所述正交投影(44p)帶有下游邊緣(60)，從下游看去， 所述邊緣呈凸形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒室，其特征在于，第一種類型04)的每個所述進(jìn)氣道正交投影的所述下游邊緣(60)為半橢圓形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4任一項所述的燃燒室，其特征在于，第一種類型的所述進(jìn)氣道包括圍繞燃燒室上游區(qū)域(50)形成的主進(jìn)氣道04)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃燒室，其特征在于，其中，每個所述噴油系統(tǒng)OO)布置成可排放一層混合的燃油和空氣，該混合層帶有最大燃油濃度區(qū)(54)，大體位于截頭圓錐的正圓錐體區(qū)(55)，且該錐體區(qū)以所述噴油系統(tǒng)OO)的中央軸線08)為中心，而頂部則位于該噴油系統(tǒng)OO)的入口處，第一種類型G4)的每個所述主進(jìn)氣道在所述相應(yīng)投影平面 (A-A)上的正交投影(44p)被相應(yīng)的直線(6 所截取，所述直線是因為所述相應(yīng)截頭圓錐體(5 與所述投影平面(A-A)相交所致。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒室，其特征在于，第一種類型04)的每個所述主進(jìn)氣道在所述相應(yīng)投影平面(A-A)上的正交投影(44p)帶有對稱軸線，該對稱軸線與因所述截頭圓錐體(55)與所述投影平面(A-A)相交而構(gòu)成的相應(yīng)直線(62) —起構(gòu)成了 -5°到5°之間的角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃燒室，其特征在于，第一種類型04)的每個所述主進(jìn)氣道在所述相應(yīng)投影平面(A-A)上的正交投影的對稱軸線與所述相應(yīng)直線(6 大體一致，所述直線是所述截頭圓錐體(5 與所述投影平面(A-A)相交所致。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8任一項所述的燃燒室，其特征在于，所述多個進(jìn)氣道包括燃燒室下游區(qū)域(5 周圍所形成的摻混進(jìn)氣道，其中至少一些是第二種類型G6)的進(jìn)氣道，這種進(jìn)氣道在垂直于燃燒室縱軸(16)的方向(64)上呈伸長形狀。
10.一種渦輪機，其特征在于，其包括了按照前面任何權(quán)利要求所述的燃燒室(10)。
全文摘要
一種渦輪機燃燒室(10)，包括兩個同軸壁，所述同軸壁有進(jìn)氣道，每個進(jìn)氣道都布置成這樣的，即其正交投影(44p)在穿過所述進(jìn)氣道最近處噴油系統(tǒng)(20)的軸線(28)，垂直于穿過該軸線(28)軸平面(B-B)，并穿過燃燒室軸線的平面上，帶有一個上游邊緣(58)，從下游看去，該邊緣呈凸形。
文檔編號F23R3/06GK102472492SQ201080034969
公開日2012年5月23日 申請日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月4日
發(fā)明者丹尼斯·吉恩·莫里斯·桑德里斯 申請人:斯奈克瑪