專利名稱：用于渦輪發(fā)動機燃燒室的多點噴油裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于諸如航空渦輪螺旋槳發(fā)動機或渦輪噴氣發(fā)動機的渦輪發(fā)動機的環(huán)形燃燒室的“多點”噴油裝置。
背景技術：
眾所周知，渦輪發(fā)動機帶有一個位于高壓壓縮機排氣口處的環(huán)形燃燒室，該燃燒室?guī)в卸鄠€噴油裝置，該噴油裝置在燃燒室進氣口處有規(guī)律地沿周緣分布。多點噴油裝置包括第一文氏管和第二文氏管，在第一文氏管內(nèi)，沿第一文氏管軸線中央安裝有引燃噴油器(pilot injector)，該噴油器不斷地接受引燃油路輸送的燃油，第二文氏管同軸布置在第一文氏管周圍。該第二文氏管在其上游端帶有環(huán)形室，在該環(huán)形室內(nèi)安裝有環(huán)形環(huán)(annular ring)，所述環(huán)形環(huán)通過多點油路向其供油。環(huán)形環(huán)在前端面上帶有噴油孔，這些噴油孔與環(huán)形室前端面上的噴油孔對齊，從而將燃油噴向下游和第二文氏管的外部。引燃油路按為低轉(zhuǎn)速優(yōu)化的流量不斷地輸送燃油，而多點油路則按為高轉(zhuǎn)速優(yōu)化的間斷流量輸送燃油。然而，由于燃燒室火焰輻射而產(chǎn)生的高溫作用，使用間斷多點油路存在重大缺陷，即當多點油路關斷時，會引起燃油滯留在多點油路內(nèi)，造成堵塞或結(jié)焦。這些現(xiàn)象導致所述環(huán)內(nèi)和多點油路噴油孔內(nèi)形成結(jié)焦，從而嚴重影響了多點油路的燃料噴射，進而影響了燃燒室的工作。為了減少這種結(jié)焦的風險，以本申請者名義提交的申請文件EP 2 026 002介紹了通過采用兩個環(huán)形燃油流動通道來利用燃油引路對多點油路進行冷卻，從而減少其內(nèi)部結(jié)焦的形成，所述燃油流動通道在環(huán)形環(huán)內(nèi)部和外部在環(huán)形室內(nèi)徑向形成，這兩個通道的出口與引燃噴油器相連。然而，這種布局尚不能有效地降低環(huán)形室整個前端面上燃油結(jié)焦的風險，因為所述燃油還完全處于其下游燃油燃燒所產(chǎn)生的熱輻射環(huán)境下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個特定目標就是提供一種解決這個問題的方案，該方案簡單，有效，且成本不高。為此，本發(fā)明提供了一種適用于渦輪發(fā)動機環(huán)形燃燒室的噴油裝置，所述噴油裝置包括不斷地向伸入第一文氏管內(nèi)的噴油器供油的引燃油路和間斷地向噴油孔供油的多點油路，所述噴油孔位于安裝在環(huán)形室內(nèi)的環(huán)形環(huán)的前端面上，該環(huán)形室在同軸圍繞第一文氏管的第二文氏管上游端處形成，所述噴油裝置的特征在于，其包括可隔斷環(huán)形環(huán)前端面的隔熱裝置，所述隔熱裝置包括在環(huán)形環(huán)前端面和環(huán)形室前壁之間的噴油孔周圍形成的環(huán)形腔室，并設計成可在運行時充以空氣或結(jié)焦燃油。通過環(huán)形環(huán)前端面和環(huán)形室下游壁之間設置的隔熱環(huán)形腔室所形成的集成隔熱裝置用來保護所述環(huán)形環(huán)的噴油孔，避免結(jié)焦，保證多點油路的正常工作。
環(huán)形腔室可充以空氣或結(jié)焦燃油，從而針對燃油燃燒所產(chǎn)生的熱輻射，為多點噴射環(huán)及其噴油孔提供了良好的隔熱能力。優(yōu)選地，噴油裝置還包括可對環(huán)形環(huán)進行冷卻的冷卻回路，方法是，使引燃油路的燃油在環(huán)形環(huán)和環(huán)形室內(nèi)圓柱形壁之間形成的內(nèi)環(huán)形通道內(nèi)和在環(huán)形環(huán)和環(huán)形室外圓柱形壁之間形成的外環(huán)形通道內(nèi)流過。有利的是，內(nèi)外通道的其中一個與上述環(huán)形腔室相通，而另一個內(nèi)外通道則與所述腔室相隔離，從而使得前環(huán)形腔室充滿在燃油燃燒所產(chǎn)生熱輻射作用下會結(jié)焦的燃油。根據(jù)本發(fā)明的另一個特性，環(huán)形環(huán)前端面的徑向內(nèi)或外周緣包括環(huán)形緣，該緣帶有可與環(huán)形室前壁相配合的下游邊緣，從而在上述環(huán)形腔室和冷卻回路的內(nèi)外通道其中一個之間形成相通的環(huán)形通道。該環(huán)形通道可使燃油到達前腔室內(nèi)部，并在熱輻射作用下結(jié)焦，以便隔離環(huán)形環(huán)的噴油孔。根據(jù)本發(fā)明的另一個特性，環(huán)形環(huán)前端面的徑向外周緣與環(huán)形室外圓柱形壁徑向相抵，使得環(huán)形環(huán)處在環(huán)形室的中央。在本發(fā)明的第一個實施例中，環(huán)形環(huán)的每個噴油孔是在從環(huán)形環(huán)前端面突出的螺柱(stud)上形成的，這些螺柱插入與環(huán)形室前端面上形成的對應凸部各個腔室相對接。這種對接定位可保證環(huán)形環(huán)正確地軸向安裝在環(huán)形室內(nèi)。凸部內(nèi)的每個腔室經(jīng)由與對應螺柱噴油孔相對準的孔通向環(huán)形室的外部，所述孔的直徑大于噴油孔的直徑，從而使得燃油油滴結(jié)焦區(qū)域可偏離螺柱中的噴油孔，而通向環(huán)形室內(nèi)的孔。在本發(fā)明的另一種不同實施例中，在固定到環(huán)形環(huán)前端面孔內(nèi)的圓柱形銷上形成有噴油孔，所述圓柱形銷伸出到所述前端面的外部，構成了環(huán)形室內(nèi)的定位和定中心裝置。當環(huán)形室內(nèi)的可用空間很小，無法使螺柱和凸部按照上述方式制作時，這種布局特別有利。每個銷內(nèi)的噴油孔帶有較大直徑的下游端，目的是避免多點油路停止時噴油孔結(jié)
焦ο 環(huán)形環(huán)通過環(huán)形環(huán)下游壁徑向內(nèi)端處形成的環(huán)形邊緣而軸向固定在環(huán)形室內(nèi)，該邊緣與環(huán)形室前壁對接。本發(fā)明還提出了一種渦輪發(fā)動機的環(huán)形燃燒室，所述燃燒室包括至少一個上述類型的噴油器。


下面參照附圖閱讀以非限定性示例給出的描述，可更好地理解本發(fā)明，本發(fā)明的其它細節(jié)、優(yōu)點和特性就會顯現(xiàn)出來，附圖如下圖1為現(xiàn)有技術多點噴油裝置的局部軸向剖面示意圖；圖2為本發(fā)明的多點噴油裝置的局部軸向剖面示意圖；圖3為圖2所示噴油裝置的環(huán)形環(huán)和環(huán)形室較大比例軸向剖面示意圖，所示剖面是在含有多點噴油孔的平面上；圖4為圖2所示噴油裝置的環(huán)形環(huán)和環(huán)形室較大比例軸向剖面示意圖，所示平面位于兩個多點噴油孔之間；圖5為圖2所示噴油裝置的環(huán)形環(huán)前端面透視示意圖；圖6為圖2所示噴油裝置的環(huán)形室透視示意7為本發(fā)明另一種形式的噴油裝置的環(huán)形環(huán)和環(huán)形室軸向剖面示意圖，所示剖面是在含有多點噴油孔；圖8為類似于圖7的軸向剖面圖，但是所示平面在多點噴油孔之間通過；以及圖9為圖7和圖8所示噴油裝置分解透視圖。
具體實施例方式首先參照圖1，該圖示出了現(xiàn)有技術的噴油裝置10，帶有兩個噴油器系統(tǒng)，其中一個為連續(xù)工作的引燃系統(tǒng)，而另一個是間斷工作的多點系統(tǒng)。該噴油器可安裝在渦輪發(fā)動機環(huán)形燃燒室端壁開口內(nèi)，該燃燒室通過上游的高壓壓縮機輸入空氣，并將燃燒氣體送到位于下游的渦輪。所示噴油裝置包括第一文氏管12和第二文氏管14，后者與第一文氏管12同軸安裝，而第一文氏管12則安裝在第二文氏管14內(nèi)。引燃噴油器16安裝在旋流器18的第一級內(nèi)，后者軸向插裝在第一文氏管12內(nèi)。在第一文氏管12的上游端和在其外部徑向處形成了旋流器20的第二級，以便在第一和第二文氏管12和14之間延伸。第二文氏管14帶有由兩個圓柱形壁形成的環(huán)形室22，即徑向內(nèi)壁M和徑向外壁26, 二者由在下游會合的截頭圓錐形下游壁觀連接。環(huán)形環(huán)30還帶有兩個圓柱形壁，即徑向內(nèi)壁32和徑向外壁34，二者由在下游會合的截頭圓錐形下游壁36連接，該環(huán)形環(huán)安裝在環(huán)形室22內(nèi)，這樣，環(huán)形室22和環(huán)形環(huán)30的下游壁28和36就會接觸。環(huán)形環(huán)30和環(huán)形室22各自在其上游端帶有環(huán)形開口。環(huán)形室22的圓柱形壁M和沈在環(huán)形環(huán)30圓柱形壁32和34的上游端向上游伸出。環(huán)形環(huán)30的下游壁36帶有沿周緣有規(guī)律地分布的噴油孔40，該噴油孔40伸入到環(huán)形室22下游壁28的相應孔42內(nèi)。環(huán)形室22和環(huán)形環(huán)30的噴油孔40和42直徑相同。在環(huán)形環(huán)30和環(huán)形室22的內(nèi)圓柱形壁對和34之間形成了燃油流通的內(nèi)環(huán)形通道44。同樣，在環(huán)形環(huán)30和環(huán)形室22的外圓柱形壁沈和34之間形成了燃油流通的外環(huán)形通道46。噴油裝置包括帶有下游部分的供油本體48，該下游部分為環(huán)形，帶有圓柱形管道50，后者在環(huán)形室22的內(nèi)外圓柱形壁M和沈之間密封軸向嚙合，并密封地通向環(huán)形環(huán)30的內(nèi)外圓柱形壁32和34之間。所述導管50帶有徑向突肩54，后者抵靠在環(huán)形環(huán)30的內(nèi)外圓柱形壁32和34的上游端。本體48的這種密封裝配確保內(nèi)外環(huán)形通道44和46與環(huán)形環(huán)30內(nèi)形成的環(huán)形空間相隔離。供油臂56與本體48相連，包括兩個同軸管道，即向下游通向環(huán)形環(huán)30內(nèi)部的本體48通道60供油的中央管道58和在中央管道58周圍形成并向分別通往內(nèi)外環(huán)形通道44和46的單獨通道(圖中未示)供油的外管道62。本體48帶有集油腔室64，后者在環(huán)形環(huán)30圓柱形壁32和34上游端處與供油臂56徑向?qū)?cè)形成，以便內(nèi)外環(huán)形通道44和46與集油腔室64相通。管道66的一端連接到引燃噴油器16，另一端通向集油腔室64。運行時，供油臂56的中央管道58向本體48通道60供燃油，燃油而后在環(huán)形環(huán)30內(nèi)流動，并經(jīng)由環(huán)形環(huán)30和環(huán)形室22內(nèi)的噴油孔40，42而噴入下游的燃燒室。供油臂56的外管道62向本體48內(nèi)通向內(nèi)外環(huán)形通道44和46的通道供燃油，燃油而后流入集油腔室64，從而經(jīng)由管道66向引燃噴油器16供燃油。引燃油路連續(xù)工作，而多點油路則在飛行的特定階段間斷工作，諸如需要附加功率的起飛階段。在渦輪發(fā)動機運行期間，來自高壓壓縮機的熱空氣(大約600°C)經(jīng)由第一徑向旋流器18流入第一文氏管12內(nèi)，該熱空氣還流入位于第一和第二文氏管12和14之間的第二徑向旋流器20內(nèi)。供給引燃噴油器的燃油，持續(xù)不斷地流過內(nèi)外環(huán)線通道44和46，在環(huán)形環(huán)30徑向外部和內(nèi)部形成了冷卻管路，從而避免由于燃燒熱輻射而在環(huán)形環(huán)30內(nèi)部出現(xiàn)燃油結(jié)焦，而這種情況則會在多點油路不工作時的飛行階段期間出現(xiàn)。如上所述，環(huán)形室22下游面觀直接受到燃燒熱輻射，在不使用多點油路時的飛行階段期間，這會導致環(huán)形環(huán)30和環(huán)形室22噴油孔40和42內(nèi)出現(xiàn)燃油結(jié)焦。本發(fā)明提供了一種解決這個問題的方案，即在噴油器68內(nèi)加裝隔熱裝置，以便隔離多點環(huán)形環(huán)的前壁。這些隔熱裝置包括在環(huán)形環(huán)74前端面72和環(huán)形室78下游壁76之間形成的隔熱環(huán)形腔室70。該腔室70在噴油孔80之間延伸，從而盡可能靠近噴油孔以提供隔熱。這樣，可減低噴油孔80內(nèi)燃油結(jié)焦的風險，保證多點油路正確工作。在圖2到圖6所示本發(fā)明第一實施例中，環(huán)形環(huán)74的前端面72帶有圍繞該環(huán)74有規(guī)律地伸出的多個螺柱82，每個都包括一個噴油孔80。這些螺柱82都插入環(huán)形室78下游壁76上游面上凸起84的腔室內(nèi)。螺柱82在凸起的腔室內(nèi)嚙合，從而抵靠在環(huán)形室78的下游壁76上，確保了環(huán)形環(huán)74正確地軸向固定在環(huán)形室78內(nèi)。環(huán)形室78下游壁76包括孔86 (見圖幻，每個孔從凸起84腔室內(nèi)的上游端通向下游端處的第二文氏管的外部，每個孔86與環(huán)形環(huán)74噴油孔80相對準，且其直徑大于噴油孔80的直徑，從而使燃油油滴會結(jié)焦的區(qū)域偏向環(huán)形室78內(nèi)的孔86。所述螺柱82呈大體圓柱形狀，釬焊到凸起84的腔室內(nèi)部，從而在引燃油路和多點油路之間形成密封。穿過環(huán)形室78下游壁76內(nèi)的孔86，可以目視檢查釬焊是否正確，因為這些孔86的直徑大于噴油孔80的直徑。環(huán)形環(huán)74前端面72的徑向外周緣徑向地延伸到其外圓柱形壁90的外部，并徑向抵靠在環(huán)形室78外圓柱形壁92上，使得環(huán)形環(huán)74置于環(huán)形室78的中央。前端面72的徑向內(nèi)周緣帶有環(huán)形邊緣94，該環(huán)形邊緣94自前端面72向下游延伸，與內(nèi)圓柱形壁96成一直線。該環(huán)形邊緣94的下游端在內(nèi)環(huán)形通道44和前環(huán)形腔室70之間形成了燃油流通的環(huán)形通道。本發(fā)明的噴油裝置還包括由內(nèi)環(huán)形通道44和外環(huán)形通道46所形成的冷卻通路，所述內(nèi)環(huán)形通道44由環(huán)形環(huán)74和環(huán)形室78的內(nèi)圓柱形壁96和97確定，而所述外環(huán)形通道46則由環(huán)形環(huán)74和環(huán)形室78的外圓柱形壁90和92形成。在這個實施例中，外環(huán)形通道46通過環(huán)形環(huán)74前端面72的徑向外周緣與前腔室相隔離，所述徑向外周緣可選擇釬焊到環(huán)形室78外圓柱形壁92上，從而提供可選擇的密封連接。在圖7到9所示另一種實施例中，所示裝置帶有多個用來使環(huán)形環(huán)100居中于環(huán)形室102的銷98，這些銷98有規(guī)律地分布在環(huán)形環(huán)100的周圍，并軸向安裝在環(huán)形環(huán)100前壁104的孔101內(nèi)和環(huán)形室102的對應孔103內(nèi)。這些銷的上游和下游面與環(huán)形環(huán)100和環(huán)形室102的截頭圓錐形壁104和106大體平行。每個銷的軸向尺寸都可使其上游和下游面分別與環(huán)形環(huán)100前壁104上游面和環(huán)形室102下游壁106的下游面對準。每個銷98帶有由第一孔110形成的噴油孔108，所述第一孔110從上游端的環(huán)形環(huán)100的內(nèi)部通向下游端直徑較大的第二孔112，該孔通向第二文氏管14的外部?？?10和112沿垂直于環(huán)形環(huán)100和環(huán)形室102截頭圓錐形下游壁104，106的各自直線而對準。如上述實施例，與噴油孔110的直徑相比，環(huán)形室的孔112的直徑更大，從而限制了噴油孔110的結(jié)焦。環(huán)形環(huán)100前壁104的徑向內(nèi)外周分別帶有內(nèi)外環(huán)形邊緣114和116，這些邊緣從前壁104向下游延伸，分別與內(nèi)外圓柱形壁118和120成一直線。內(nèi)環(huán)形邊緣114與環(huán)形室102下游壁106相接觸，從而為將環(huán)形環(huán)100軸向固定在環(huán)形室102內(nèi)而提供了支撐點，而外環(huán)形邊緣116與環(huán)形室102前壁106配合，形成環(huán)形通道，使得引燃油路外環(huán)形腔室46和提供隔熱的前腔室70之間相通。環(huán)形環(huán)100、環(huán)形室102，以及銷98可按如下方式裝配在一起環(huán)形環(huán)100通過采用環(huán)形環(huán)100內(nèi)環(huán)形邊緣114而以軸向?qū)臃绞桨惭b在環(huán)形室102內(nèi)，并按這樣一種方式有角度地布置，即環(huán)形環(huán)100的孔101與環(huán)形室102的孔103相對準。然后，銷98安裝在環(huán)形環(huán)100和環(huán)形室102的孔101和103內(nèi)，銷98釬焊在這些孔內(nèi)，從而在引燃油路和多點油路之間形成密封。銷98的上游和下游面可通過機加工重新制成。最后，在每個銷98內(nèi)形成孔110和112，這種作業(yè)在釬焊和機加工作業(yè)之后進行，避免銷98內(nèi)的孔110，112出現(xiàn)任何局部閉合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種帶定中心銷的布局在多點噴油器布置中是特別有利的，因為在多點噴油器布局中，環(huán)形室內(nèi)的空間很小，無法容納螺柱和凸起。在上述實施例中，前環(huán)形腔室與冷卻路的內(nèi)通道或外通道(圖4或圖8)的其中一個相通，以便在渦輪發(fā)動機運轉(zhuǎn)的同時向前環(huán)形腔室70供燃油。在這些布局中，前腔室內(nèi)存留的燃油在熱輻射的作用下結(jié)焦，從而形成隔熱層以保護多點環(huán)形環(huán)。在附圖未示的其它實施例中，可以將前腔室70與內(nèi)外環(huán)形通道44和46相隔開，所述腔室然后充以空氣，該空氣形成了環(huán)形環(huán)74，100前端面72隔熱層。
權利要求
1.一種用于渦輪發(fā)動機環(huán)形燃燒室的噴油裝置，所述噴油裝置包括連續(xù)不斷地向伸入第一文氏管(12)的噴嘴(16)供油的引燃油路和間斷向噴油孔(80,110)供油的多點油路，所述噴油孔是在環(huán)形環(huán)(74，100)前端面(72，104)上形成的，所述環(huán)形環(huán)(74，100)安裝在第二文氏管(14)上游端處形成的環(huán)形室(78,10 內(nèi)，第二文氏管(14)同軸位于第一文氏管(12)的周圍，所述噴油裝置的特征在于，其包括將環(huán)形環(huán)(74，100)前端面(72，104)隔開的隔熱裝置，所述裝置包括圍繞環(huán)形環(huán)前端面(72，104)和環(huán)形室(78,10 前壁(76，106)之間噴油孔(80，100)周圍形成的環(huán)形腔室(70)并設計成可在運行時充以空氣或結(jié)焦燃油。
2.根據(jù)權利要求1所述的噴油裝置，其特征在于，其還包括可對環(huán)形環(huán)(74，100)進行冷卻的冷卻回路，方法是，使引燃油路的燃油在環(huán)形環(huán)(74，100)和環(huán)形室(78，102)內(nèi)圓柱形壁(96，118，97)之間形成的內(nèi)環(huán)形通道(44)內(nèi)，和在環(huán)形環(huán)(74，100)和環(huán)形室(78，102)外圓柱形壁(90,120,92)之間形成的外環(huán)形通道(46)內(nèi)流過。
3.根據(jù)權利要求2所述的噴油裝置，其特征在于，其中一個內(nèi)外通道(44，46)與上述環(huán)形腔 室(70相通)，另一個內(nèi)外通道(44，46)與所述腔室(70)相隔開。
4.根據(jù)權利要求3所述的噴油裝置，其特征在于，環(huán)形環(huán)(74，100)前端面(72，104)的徑向內(nèi)或外周包括帶有下游邊緣的環(huán)形緣(94)，該下游邊緣與環(huán)形室(78,10 的前壁(76)相配合，從而形成環(huán)形通道，實現(xiàn)上述環(huán)形腔室(70)和冷卻路的內(nèi)外通道04，46)其中之一之間相通。
5.根據(jù)權利要求2到4任何一項所述的噴油裝置，其特征在于，環(huán)形環(huán)(74)前端面(72)徑向外周緣徑向抵靠在環(huán)形室(78)的外圓柱形壁(9 上，從而使得環(huán)形環(huán)(74)置于環(huán)形室(78)中央。
6.根據(jù)權利要求1到5任何一項所述的噴油裝置，其特征在于，環(huán)形環(huán)(74)的每個噴油孔(80)都是在從環(huán)形環(huán)(74)前端面m突出的螺柱(8 上形成的，這些螺柱(82)插入對應凸起(84)的各個腔室內(nèi)，形成對接，所述凸起(84)是在環(huán)形室(78)前端面(76)上形成的。
7.根據(jù)權利要求6所述的噴油裝置，其特征在于，凸起(84)的每個腔室通過與對應螺柱(82)噴油孔(80)對準的孔(86)而通向環(huán)形室(78)的外部，所述孔(86)的直徑大于噴油孔(80)的直徑。
8.根據(jù)權利要求1到5任何一項所述的噴油裝置，其特征在于，噴油孔(108)是在固定到環(huán)形環(huán)(100)前端面(104)孔內(nèi)的圓柱銷(98)里形成的，所述圓柱銷(98)伸出所述前端面并在環(huán)形室(102)內(nèi)形成定位和定中心裝置。
9.根據(jù)權利要求8所述的噴油裝置，其特征在于，每個圓柱銷(98)的噴油孔(108)帶有直徑較大的下游端。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的噴油裝置，其特征在于，環(huán)形環(huán)(100)前端面(104)徑向內(nèi)端包括在環(huán)形室(102)內(nèi)軸向定位的環(huán)形緣(114)。
11.一種渦輪發(fā)動機的環(huán)形燃燒室，所述燃燒室的特征在于，其包括至少一個根據(jù)前面任一權利要求所述的噴油裝置(68)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種渦輪發(fā)動機環(huán)形燃燒室的噴油裝置，所述噴油裝置包括向噴油器供油的引燃油路和向噴油孔(80)供油的多點油路，以及將前端面(72)隔開的隔熱裝置，隔熱裝置包括在環(huán)形環(huán)前端面(72)和環(huán)形室(78)前壁(76)之間的噴油孔周圍形成的環(huán)形腔室(70)，并設計成可在運行時充以空氣或結(jié)焦燃油；所述噴油孔是在安裝于環(huán)形室(78)內(nèi)的環(huán)形環(huán)(74)前端面(72)上形成的。
文檔編號F23R3/34GK102575843SQ201080046194
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月6日 優(yōu)先權日2009年10月13日
發(fā)明者埃米莉·拉徹奧德, 托馬斯·奧利維耶·瑪麗·諾爾, 迪迪爾·希波呂特·埃爾南德斯 申請人:斯奈克瑪