專(zhuān)利名稱(chēng)：用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于飛機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)之類(lèi)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的
燃燒室。
背景技術(shù)：
這種燃燒室具有形成旋轉(zhuǎn)體的多個(gè)同軸壁，這些同軸壁中的一個(gè)在另一個(gè)內(nèi)部延伸，并在上游端通過(guò)環(huán)形室端壁連接在一起，室端壁包括供氣開(kāi)口和用于輸送燃料的裝置，用于輸送燃料的裝置具體由多個(gè)噴油嘴組成。燃燒室的內(nèi)壁和外壁具有用于主氣流和摻混氣流的進(jìn)氣孔口，還具有呈現(xiàn)出使冷卻氣流通過(guò)的多個(gè)孔的區(qū)域。為了更好地承受極高的溫度，已知的方式是在燃燒室的壁上安裝絕熱層(thermalbarrier),這些絕熱層形成了涂在所討論的壁上材料的附加厚度。專(zhuān)利文獻(xiàn)JP 61/67245描述了一種燃燒室，其中，內(nèi)壁的厚度是恒定的，并被不同厚度的絕熱層所覆蓋。采用絕熱層增大了燃燒室承受高溫的能力，但也增加了燃燒室的重量。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需要，必須減少燃燒室的重量。然而，還必須不能縮短燃燒室的壽命。具體來(lái)講，必須以能夠承受蠕變(creep)所帶來(lái)的危害的方式來(lái)確定壁的尺寸。術(shù)語(yǔ) “蠕變”用來(lái)表示材料由于在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)被施加了恒定應(yīng)力而承受的不可逆轉(zhuǎn)的變形。這種變形會(huì)由于燃燒室的壁所承受的高溫而變得更加糟糕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是為上述問(wèn)題提供一種簡(jiǎn)單有效而又成本低廉的解決方案。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，本發(fā)明提供了一種用于飛機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)之類(lèi)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，該燃燒室包括形成了旋轉(zhuǎn)體的環(huán)形內(nèi)壁和環(huán)形外壁，環(huán)形內(nèi)壁和環(huán)形外壁通過(guò)環(huán)形室端壁連接在一起，所述燃燒室的特征在于，內(nèi)壁由單層材料構(gòu)成，該材料呈現(xiàn)出沿所述內(nèi)壁的縱軸方向和圓周方向變化的厚度和/或性能，而環(huán)形外壁呈現(xiàn)基本恒定的厚度。通過(guò)局部地改變構(gòu)成燃燒室壁的材料的厚度和/或性能，本發(fā)明使得可以在不采用絕熱層和不增加重量的情況下增加燃燒室承受高溫的能力。環(huán)形外壁通常不像環(huán)形內(nèi)壁那么熱，從而，不需要對(duì)環(huán)形外壁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行任何的改變。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，燃燒室的由單層材料構(gòu)成的內(nèi)壁具有至少一個(gè)具有大的溫度梯度的“熱”區(qū)域和至少一個(gè)具有小的溫度梯度的“冷”區(qū)域，該“熱”區(qū)域的厚度較大，該“冷”區(qū)域的厚度較小。由于“熱”區(qū)域受到最大溫度梯度的作用，增大它們的厚度是有利的。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，燃燒室的由單層材料構(gòu)成的內(nèi)壁具有至少兩個(gè)由不同材料制成的相鄰區(qū)域。如上文所述，在具有最高溫度的區(qū)域中或者在受到最大溫度梯度作用的區(qū)域中，可以局部地采用對(duì)這些條件承受能力更好的材料，在較低溫度的區(qū)域中或者在受到較小溫度梯度作用的區(qū)域中，可以局部地采用對(duì)這些條件承受能力較差但重量更輕的材料。優(yōu)選地，通過(guò)機(jī)械加工來(lái)制造燃燒室的可變厚度的內(nèi)壁。機(jī)械加工使得可以獲得比傳統(tǒng)上用來(lái)制造燃燒室的金屬板成型工藝所能獲得的尺寸公差小的尺寸公差。另外，機(jī)械加工使得內(nèi)壁的厚度可以在沿縱軸方向和圓周方向上變化。在一個(gè)變型實(shí)施例中,通過(guò)延展和形成金屬板來(lái)制造燃燒室的可變厚度內(nèi)壁。這種方法比機(jī)械加工方法要簡(jiǎn)單，同時(shí)成本更低廉。 燃燒室內(nèi)壁的可變厚度和/或可變性能的區(qū)域包括形成部件群(part of group)的一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域包括位于噴油嘴之間的多個(gè)區(qū)域，所述位于噴油嘴之間的多個(gè)區(qū)域包括主氣流孔和摻混氣流孔，所述位于噴油嘴之間的多個(gè)區(qū)域包括環(huán)形緊固凸緣，而且所述位于噴油嘴之間的多個(gè)區(qū)域包括多個(gè)孔。本發(fā)明還提供了一種諸如飛機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)之類(lèi)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，這種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括上述類(lèi)型的燃燒室。


閱讀下文通過(guò)參照附圖、借助非限定性示例所給出的說(shuō)明，可以更好地理解本發(fā)明，同時(shí)，本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)也變得明了，其中圖I是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)形燃燒室的軸向截面的示意性半視圖；圖2是圖I中的燃燒室的一部分的透視圖；以及圖3采用了圖I中的燃燒室的環(huán)形內(nèi)壁剖面的形式，示出了本發(fā)明的詳細(xì)視圖。
具體實(shí)施例方式如圖I和圖2所示，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)形燃燒室I布置在擴(kuò)散器(diffuser) 2的出口處，而擴(kuò)散器自身位于壓縮機(jī)(圖中未示出)的出口處，環(huán)形燃燒室包括構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)體的環(huán)形內(nèi)壁3和環(huán)形外壁4，環(huán)形內(nèi)壁和環(huán)形外壁通過(guò)環(huán)形室端壁5在上游端連接在一起，并在下游端分別通過(guò)環(huán)形內(nèi)凸緣6和環(huán)形外凸緣7緊固到擴(kuò)散器2的截頭圓錐形內(nèi)護(hù)罩8和燃燒室I的外殼9的一端上，外殼9的上游端通過(guò)截頭圓錐形外護(hù)罩10連接到擴(kuò)散器2。環(huán)形室端壁5具有開(kāi)口 11 (圖2)，開(kāi)口 11使來(lái)自擴(kuò)散器2的空氣從中通過(guò)，并用于固定燃料噴油嘴12，燃料噴油嘴12固定到外殼9并繞燃燒室的縱軸在圓周上均勻分布。每個(gè)噴油嘴12包括燃料噴射頭13，燃料噴射頭13的中心位于環(huán)形室端壁5的開(kāi)口 11中，并沿著開(kāi)口 11的軸延伸。壓縮機(jī)輸送的離開(kāi)了擴(kuò)散器2的氣流中的一部分通過(guò)開(kāi)口 11并向燃燒室提供空氣，而所述氣流中的剩余部分被饋送到延伸通過(guò)燃燒室的環(huán)形內(nèi)通道14和環(huán)形外通道15。環(huán)形內(nèi)通道14形成在擴(kuò)散器2的內(nèi)護(hù)罩8和燃燒室的內(nèi)壁3之間，沿著內(nèi)通道傳送的空氣被如下兩個(gè)氣流共用通過(guò)內(nèi)壁3上的用于主氣流的孔口 16和用于摻混氣流的孔口 17(見(jiàn)圖2)進(jìn)入燃燒室的氣流，以及通過(guò)燃燒室I的內(nèi)凸緣6中的孔用來(lái)冷卻位于燃燒室I下游的部件(圖中未示出)的氣流。外通道15形成在外殼9和燃燒室I的外壁4之間，沿著外通道傳送的空氣被如下兩個(gè)氣流共用通過(guò)外壁4上的用于主氣流的孔口 18和用于摻混氣流的孔口 19(見(jiàn)圖2)進(jìn)入燃燒室的氣流，以及通過(guò)外凸緣7上的孔以對(duì)位于下游的部件進(jìn)行冷卻的氣流。主氣流進(jìn)氣孔口 16和18分別繞內(nèi)壁3的圓周和外壁4的圓周均勻分布，中心位于燃燒室I的軸線上，摻混氣流進(jìn)氣孔口 17和19在孔口 16和18的下游分別繞內(nèi)壁3的圓周和外壁4的圓周均勻分布，中心位于燃燒室I的軸線上。環(huán)形內(nèi)壁3和環(huán)形外壁4還包括多個(gè)用來(lái)傳送冷卻氣流的微孔(圖中未示出)。在工作中，環(huán)形內(nèi)壁3和環(huán)形外壁4呈現(xiàn)出具有不同溫度的區(qū)域，在圖2中以圖示的方式用區(qū)域20、21、22和23表現(xiàn)溫度的這種非一致性，在圖中用彼此不同的圖形來(lái)表示這些區(qū)域。
這種現(xiàn)象特別關(guān)系到環(huán)形內(nèi)壁3。這些區(qū)域被給予的附圖標(biāo)記數(shù)字越大，它們的溫度就越高。從而，區(qū)域20是相對(duì)“冷”的區(qū)域，受到最小溫度梯度的作用，而區(qū)域23是最“熱”的區(qū)域，受到最大溫度梯度的作用。只是通過(guò)示例給出了這些區(qū)域的這種分布，這種分布具體由燃燒室I的特定結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生。通過(guò)計(jì)算仿真，或者通過(guò)涂覆對(duì)溫度起反應(yīng)的涂料使得涂料的顏色在燃燒室開(kāi)始工作之后由于溫度的作用而局部變化，可以揭示不同區(qū)域20至23的存在和位置。根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)壁3由單層材料構(gòu)成，該材料的厚度和/或性能沿著內(nèi)壁的縱軸方向和/或圓周方向變化。在附圖所示的實(shí)施例中，內(nèi)壁的厚度局部變化，內(nèi)壁具有不同的溫度區(qū)域20至23。從而，如圖3所示，環(huán)形內(nèi)壁3由單層材料制成，具有較厚厚度的區(qū)域el (即區(qū)域22和區(qū)域23)和較薄厚度的區(qū)域e2(即區(qū)域20和區(qū)域21)。較厚的區(qū)域是在工作中受到較高溫度作用(即1000°C量級(jí)的溫度)的區(qū)域。這些區(qū)域的厚度el在Imm到2mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選I. 5mm左右。相反，較薄的區(qū)域是在工作中受到較低溫度作用的區(qū)域。這些區(qū)域的厚度e2在O. 5mm至Imm的范圍內(nèi)，優(yōu)選為Imm左右。環(huán)形外壁4的厚度基本上是恒定的,在Imm至I. 5mm之間,優(yōu)選為I. 2mm左右。通過(guò)示例，從現(xiàn)有技術(shù)的燃燒室出發(fā)，其中形成旋轉(zhuǎn)體的壁具有I. 5mm厚的恒定厚度，可以生產(chǎn)重量較輕的燃燒室，所述燃燒室具有厚度為I. 2mm的外壁以及較熱區(qū)域厚度為I. 5mm和較冷區(qū)域厚度為Imm的內(nèi)壁，該燃燒室的重量等于其中所有壁厚均具有等于
I.2mm的恒定厚度的燃燒室的重量。通過(guò)機(jī)械加工制造根據(jù)本發(fā)明的燃燒室，尤其是具有可變厚度的內(nèi)壁3?？商鎿Q地，通過(guò)延展和形成金屬板來(lái)制造可變厚度的內(nèi)壁3。在附圖中未示出的一個(gè)實(shí)施例中，可變厚度的區(qū)域可以由不同性能的區(qū)域所代替，或者可以包括不同性能的區(qū)域，以包括由可以承受最高溫度區(qū)域中的高溫的材料制成的區(qū)域和由不能承受這種高溫但在較冷區(qū)域重量較輕的材料制成的區(qū)域。類(lèi)似地，不同性能的區(qū)域可以在材料被局部改變的情況下用來(lái)避免形成裂縫，使得最初受到牽引應(yīng)力作用的區(qū)域，即可能開(kāi)始出現(xiàn)裂縫的區(qū)域，由于相鄰區(qū)域的性能而實(shí)際上受到壓縮應(yīng)力的作用。
每一個(gè)實(shí)施例使得可以減小燃燒室的重量，同時(shí)改善燃燒室承受高溫的能力，從而改善燃燒室的壽命。具體來(lái)講，內(nèi)壁3中可變厚度和/或可變性能的區(qū)域是位于噴油嘴12之間的區(qū) 域，這些區(qū)域包括主氣流和摻混氣流的進(jìn)氣孔口 16和17，這些區(qū)域包括環(huán)形緊固凸緣6，這些區(qū)域包括多個(gè)孔。
權(quán)利要求
1.一種用于飛機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)之類(lèi)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室(I)，所述燃燒室具有形成了旋轉(zhuǎn)體的環(huán)形內(nèi)壁⑶和環(huán)形外壁(4)，所述環(huán)形內(nèi)壁(3)和所述環(huán)形外壁(4)通過(guò)環(huán)形室端壁(5)連接在一起，所述燃燒室的特征在于，環(huán)形內(nèi)壁(3)由單層材料構(gòu)成，所述單層材料的厚度(el，e2)和/或性能沿所述內(nèi)壁的縱軸方向和/或圓周方向改變，而環(huán)形外壁(4)的厚度基本上恒定。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃燒室(I)，其特征在于，由單層材料構(gòu)成的所述環(huán)形內(nèi)壁具有至少一個(gè)具有大溫度梯度的“熱”區(qū)域(23，22)和至少一個(gè)具有小溫度梯度的“冷”區(qū)域(21，20)，所述至少一個(gè)“熱”區(qū)域的厚度較大，所述至少一個(gè)“冷”區(qū)域的厚度較小。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的燃燒室(I)，其特征在于，被構(gòu)成為單層材料的所述內(nèi)壁具有至少兩個(gè)由不同材料制成的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中的任何一項(xiàng)所述權(quán)利要求的燃燒室(I)，其特征在于，通過(guò)機(jī)械加工制造可變厚度的所述內(nèi)壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的燃燒室(I)，其特征在于，通過(guò)延展和形成金屬板來(lái)制造可變厚度的所述內(nèi)壁。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的燃燒室(I)，其特征在于，所述內(nèi)壁的可變厚度(el，e2)和/或可變性質(zhì)的多個(gè)區(qū)域包括一個(gè)形成部件群的區(qū)域，該區(qū)域包括位于噴油嘴(12)之間的多個(gè)區(qū)域，所述位于噴油嘴之間的多個(gè)區(qū)域包括主氣流孔(16，18)和摻混氣流孔(17，19)，所述位于噴油嘴之間的多個(gè)區(qū)域包括環(huán)形緊固凸緣(6，7)，以及所述位于噴油嘴之間的多個(gè)區(qū)域包括多個(gè)孔。
7.一種諸如飛機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，所述渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括根據(jù)權(quán)利要求I至6中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的燃燒室(I)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于飛機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)之類(lèi)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室(1)，該燃燒室具有形成了旋轉(zhuǎn)體的環(huán)形內(nèi)壁(3)和環(huán)形外壁(4)，環(huán)形內(nèi)壁(3)和環(huán)形外壁(4)通過(guò)環(huán)形室端壁(5)連接在一起。環(huán)形內(nèi)壁(3)由單層材料構(gòu)成，所述單層材料的厚度和/或性能沿所述內(nèi)壁的縱軸方向和/或圓周方向改變。
文檔編號(hào)F23R3/50GK102782410SQ201080056350
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者勞倫特·伯納德·喀麥隆, 卡羅琳·杰奎琳·丹尼斯·柏杜 申請(qǐng)人:斯奈克瑪