專利名稱：具有對轉切向流的多穿孔燃燒室的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃燒室，特別是渦輪發(fā)動機的燃燒室的領域。更準確地，本發(fā)明涉及燃燒室，特別是渦輪發(fā)動機的燃燒室，燃燒室具有圍繞軸線的環(huán)形形狀，內環(huán)形壁，外環(huán)形壁，及圍繞所述軸線延伸的環(huán)形腔室端壁，該腔室端壁在內環(huán)形壁和外環(huán)形壁之間徑向延伸并設置有至少一個用于容納燃料噴射器的開口，該開口基本居中于線上，該圓形線限定第一腔室端壁部分和第二腔室端壁部分，第一腔室端壁部分在圓形線和內環(huán)形壁之間徑向延伸，第二腔室端壁部分在圓形線和外環(huán)形壁之間徑向延伸，在燃燒室中，多個第一通道形成于第一腔室端壁部分中，多個第二通道形成于第二腔室端壁部分中?！?br> 背景技術：
這種類型的燃燒室是公知的，文件FR 2 733 582描述了這樣的一個例子。已知可以用多個通道對腔室端壁進行刺穿，以向燃燒室中提供冷卻流體流。冷卻流體通常為來自壓縮機的空氣，其掃過內環(huán)形壁和外環(huán)形壁的內表面，形成保護性的空氣膜。在已知實施方式中，第一通道徑向定向為使得冷卻流體掃過內環(huán)形壁的內表面，而第二通道徑向定向為使得冷卻流體掃過外環(huán)形壁的內表面。這種通道配置對冷卻內環(huán)形壁和外環(huán)形壁是最為有利的。然而，燃料噴射器通常與旋流器相關，該旋流器產生中心位于開口上的空氣渦流。因此可以理解，來自旋流器的空氣的旋轉運動受到來自通道的徑向流的極大干擾。此外，上述配置需要第一通道和第二通道在圓形線上，S卩，共同直徑上交替設置。沿該圓形線設置的通道之間的微小材料橋在制造時要求極大的精度，導致產生不良品的高風險，并且弱化腔室端壁的機械強度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供消除上述缺陷的燃燒室。通過以下事實，本發(fā)明得以實現(xiàn)上述目的第一通道和第二通道切向延伸并同時相對于垂直于腔室端壁的法向矢量傾斜，第一通道設置為使得空氣沿第一旋轉方向圍繞燃燒室的軸線流動，第二通道設置為使得空氣沿與第一旋轉方向相反的第二旋轉方向圍繞燃燒室的軸線流動。換句話說，第一通道和第二通道相對于與所述軸線正交的平面傾斜。因此可以理解，第一通道和第二通道能夠產生兩個圍繞燃燒室的軸線沿相反方向旋轉的旋轉空氣流。借助本發(fā)明，不再需要在圓形線上交替設置第一通道和第二通道，由此改善燃燒室的機械強度。在優(yōu)選實施方式中，燃燒室包括至少一個旋流器，該旋流器與開口配合以與燃料噴射器一起安裝，旋流器設置為產生圍繞開口以及噴射器的旋轉空氣流，該旋轉空氣流與第一和第二旋轉方向同相。也就是說，與現(xiàn)有技術不同，由第一通道和第二通道產生的旋轉空氣流與旋流器產生的回旋空氣流同相。由此可以理解，旋轉流伴隨著旋流器產生的空氣流是有益的。一個益處是改善了燃燒室的每個噴射器的效率，由此，對于給定的燃燒室，能夠減少噴射器的數(shù)量。這樣就降低了燃燒室的成本和重量。有益地，第一通道和第二通道相對于上述法向矢量(或相對于垂直于軸線的平面)以絕對值在10°到40°范圍之間的角度傾斜。在一變型中，在第一端壁部分中設置有多個第三通道，所述第三通道徑向延伸并同時相對于法向矢量(或相對于垂直于軸線的平面)傾斜。優(yōu)選地，第三通道設置為提供 基本向心的徑向空氣流。另外，優(yōu)選地，第三通道在內環(huán)形壁附近設置。在該變型中，在第二端壁部分中設置有多個第四通道，所述第四通道徑向延伸并同時相對于法向矢量(或相對于垂直于軸線的平面)傾斜。優(yōu)選地，第四通道設置為提供基本離心的徑向空氣流。另外，優(yōu)選地，第四通道在外環(huán)形壁附近設置本發(fā)明還提供渦輪發(fā)動機，特別是用于航空器的渦輪發(fā)動機，該發(fā)動機具有本發(fā)明的燃燒室。通過閱讀以下對作為非限制性例子提供的兩個實施方式進行的描述，可以更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點。


圖I為具有本發(fā)明環(huán)形燃燒室的航空器渦輪發(fā)動機的不完全截面圖；圖IA為圖I的細節(jié)圖，其示出了未安裝噴射器的燃燒室的一部分；圖2示出了圖IA所示燃燒室的端壁，其中第一通道和第二通道形成于端壁中，第一通道和第二通道產生的空氣流與旋流器產生的回旋流一起在圖中示出；圖3A為與腔室端壁相切并垂直的平面IIIA上的不完全截面圖，其示出了在腔室端壁的第一部分的厚度上形成的兩個第一通道；圖3B為與腔室端壁相切并垂直的平面IIIB上的不完全截面圖，其示出了在腔室端壁的第二部分的厚度上形成的兩個第二通道；和圖4示出了圖2所示腔室端壁的變型，還示出了形成于腔室端壁中以產生徑向空氣流的第三通道和第四通道。
具體實施例方式下面參照具體的非限制性實施方式對本發(fā)明的燃燒室進行描述，在該實施方式中，所述燃燒室安裝于航空器渦輪發(fā)動機10，特別是直升機發(fā)動機中。公知地，發(fā)動機10具有氣體發(fā)生器12，該氣體發(fā)生器12包括產生壓縮空氣流的離心壓縮機輪14。該空氣流輸送至本發(fā)明的燃燒室100，并在燃燒室100中與燃料混合?；旌衔锶缓笤谌紵覂热紵?，產生的燃燒氣體流用于驅動高壓渦輪機16和自由渦輪機18旋轉。
如圖I所示，燃燒室100圍繞軸線A具有環(huán)形的形狀，該軸線基本上對應于渦輪機16和18的旋轉軸。參照圖1A，可見燃燒室100具有內環(huán)形壁102，外環(huán)形壁104，及腔室端壁106，這些部件限定燃燒室100的內部體積。此外，燃燒室100還具有出口 108，燃燒氣體通過出口108排出。還可見燃燒室100為“逆流”型，進入燃燒室的壓縮空氣特別是通過腔室端壁進入。相對于軸線A，外環(huán)形壁104的徑向高度大于內環(huán)形壁102的徑向高度。此外，夕卜環(huán)形壁和內環(huán)形壁基本上是同軸的。從圖IA可見，腔室端壁106在內環(huán)形壁102和外環(huán)形壁104之間徑向延伸。燃料使用公知的燃料噴射器(在此未示出)通過腔室端壁106噴射進燃燒室100中。這些燃料
噴射器安裝在軸向穿過腔室端壁106的開口 110中。在該實施方式中，開口 110安裝有公知的旋流器112，旋流器112用于產生圍繞燃料噴射器打旋的空氣流，以促進空氣和燃料的混合。以下參照圖2，其為從燃燒室100的外部軸向查看的腔室端壁106的細節(jié)圖。為幫助理解本發(fā)明，定義了相對于燃燒室的軸線A的參照系(^，ue，z)，其中為徑向軸線，U0為圓周軸線，z為平行于軸線A的軸線。在本發(fā)明中，開口 110居中于圓形線113上，該圓形線113中心位于軸線A上并徑向地限定第一腔室端壁部分106a和第二腔室端壁部106b分,該第一腔室端壁部分106a在所述圓形線113和內環(huán)形壁102之間徑向延伸，第二腔室端壁部分在圓形線113和外環(huán)形壁104之間徑向延伸，第一腔室端壁部分和第二腔室端壁部分由此圍繞軸線A環(huán)狀延伸。由圖2可見，優(yōu)選地，圓形線114位于外環(huán)形壁104和內環(huán)形壁102之間徑向長度一半處。第一腔室端壁部分106a被穿過腔室端壁106的厚度g的多個第一通道114刺穿，同樣，第二腔室端壁部分106b被穿過腔室端壁106的厚度￡的多個第二通道116刺穿。如上所述，這些第一通道和第二通道有助于冷卻外環(huán)形壁和內環(huán)形壁，并冷卻燃燒室100的端壁106。根據(jù)本發(fā)明，第一通道114和第二通道116相對于垂直于腔室端壁106的外表面的矢量n傾斜。再次，第一通道114和第二通道116在切線(方位)方向，即，與圓周軸線U0平行的方向延伸。因此，在本發(fā)明的含義中，第一通道和第二通道中的每一個在與軸線A正交的平面上的投影同居中于軸線A上的圓相切。參照圖3A，其為第一腔室端壁部分106a的軸向厚度截面圖，可見第一通道114相對于矢量n以角度a傾斜，并用于將冷卻空氣引導至燃燒室100內部。由箭頭g表示的氣流掃過燃燒室端的內表面107，以在所述內表面上形成保護膜。舉例來說，傾斜的角度可選自10°到40°范圍之間。此外，如圖3A所示，可以看出第一通道114設置為使得氣流g定向為沿著軸線110的方向，由此，一組第一通道114適于產生第一旋轉方向SGl的氣流。在該實施例中，第一旋轉方向SGl為順時針方向。氣流g圍繞軸線A，并由此圍繞渦輪機16和18的旋轉軸旋轉。
參照圖3B，其為第一腔室端壁部分106b的軸向厚度截面圖，可見第二通道114相對于矢量n以角度3傾斜，并用于將冷卻空氣引導至燃燒室100內部。同樣地，可以從20°到40°的范圍選擇傾斜的角度P。優(yōu)選地，0 = - a。也就是說,角度a和0的絕對值相等。此外，根據(jù)圖3B，可以理解第二通道116設置為使得氣流h的方向同軸線ue的方向相反，由此，一組第二通道116適于產生與第一旋轉方向SGl相反的第二旋轉方向SG2的氣流。在該實施例中，第二旋轉方向SG2為逆時針方向。氣流h圍繞軸線A，并由此圍繞渦輪機16和18的旋轉軸旋轉。因此，第一旋轉方向SGl的氣流的徑向寬度基本上等于第一通道114所分布的徑向高度，在該實施例中，該徑向寬度基本上對應于第一端壁部分106a的徑向寬度。相似地，第二旋轉方向SG2的氣流的徑向寬度基本上等于第二通道116所分布的徑向高度，在該實施例中，該徑向寬度基本上對應于第二端壁部分106b的徑向寬度。
第一通道和第二通道圍繞燃燒室的軸線環(huán)狀地分布，優(yōu)選地，所述分布為繞圓形線113的徑向局部分布，即，基本上位于環(huán)形腔室端壁的中部。在圖2中也示出了箭頭Tl和T2，它們表示旋流器112產生的回旋氣流的旋轉方向。該回旋氣流是中心位于軸線z上的渦流，方向為逆時針方向。箭頭Tl表示與第一端壁部分106a同水平的回旋流，箭頭T2表示與第二端壁部分106b同水平的回旋流。參照圖2，可以理解第一旋轉方向SGl的氣流與回旋流Tl同相，而第二旋轉方向SG2的氣流與回旋流Tl同相。因此可以理解，在本發(fā)明中，由第一通道114和第二通道116產生的冷卻空氣流與旋流器112產生的回旋流方向T1/T2同相。由此，由第一通道和第二通道產生的氣流有益地對回旋流進行輔助和增強。噴射器/旋流器的效率由此得到改善。一個益處是能夠減少噴射器和旋流器的數(shù)量，由此降低燃燒系統(tǒng)的重量和成本。圖4示出了本發(fā)明的變型燃燒室200。該燃燒室200與圖2所示燃燒室100的區(qū)別在于其還包括多個第三通道118和多個第四通道120。第三通道118形成于第一腔室端壁部分106a的軸向厚度上，相對于法向矢量n傾斜，但是與第一通道不同，第三通道徑向延伸以提供向心的徑向空氣流。換句話說，第三通道118設置為在與軸線的方向相反的徑向方向SG3上產生朝向燃燒室內部的氣流。在該實施例中，第三通道118設置于內環(huán)形壁附近。更精確地，它們分布成和內環(huán)形壁102相鄰的至少一個環(huán)形排。第三通道產生的徑向空氣流用于改善對內環(huán)形壁102的內表面的冷卻。此外，由于該徑向空氣流SG3同旋流器112相隔一定距離產生，其不干擾回旋流Tl。第四通道120形成于第二腔室端壁部分106b的軸向厚度上，相對于法向矢量n傾斜，但是與第二通道不同，第四通道徑向延伸以提供離心的徑向空氣流。換句話說，第四通道120設置為在與軸線&的方向相對應的徑向方向SG4上在燃燒室內部產生氣流。在該實施例中，第四通道120設置于外環(huán)形壁104附近。更精確地，它們分布成和外環(huán)形壁104相鄰的至少一個環(huán)形排。第四通道產生的徑向空氣流用于改善對外環(huán)形壁104的內表面的冷卻。此外，由于該徑向空氣流SG4同旋流器112相隔一定距 離產生，其不干擾回旋流T2。
權利要求
1.一種燃燒室(100、200)，特別是渦輪發(fā)動機的燃燒室，所述燃燒室具有圍繞軸線(A)的環(huán)形形狀，內環(huán)形壁(102)，外環(huán)形壁(104)，及圍繞所述軸線延伸的環(huán)形腔室端壁(106)，該腔室端壁在所述內環(huán)形壁和所述外環(huán)形壁之間徑向延伸并設置有至少ー個用于容納燃料噴射器的開ロ(110)，該開ロ基本上居中于圓形線(113)上，該圓形線限定第一腔室端壁部分(106a)和第二腔室端壁部分(106b)，所述第一腔室端壁部分在所述圓形線和所述內環(huán)形壁之間徑向延伸，所述第二腔室端壁部分在所述圓形線和所述外環(huán)形壁之間徑向延伸，在燃燒室中，多個第一通道(114)形成于所述第一腔室端壁部分中，多個第二通道(116)形成于第二腔室端壁部分中，所述燃燒室特征在于所述第一通道和第二通道切向延伸并同時相對于垂直于腔室端壁的法向矢量(η)傾斜，還在于所述第一通道設置為使得空氣沿第一旋轉方向(SGl)圍繞燃燒室的所述軸線流動，所述第二通道設置為使得空氣沿與所述第一旋轉方向相反的第二旋轉方向(SG2)圍繞燃燒室的所述軸線流動。
2.如權利要求I所述的燃燒室，其特征在于其還包括與所述開ロ配合的至少ー個旋流器(112)，該旋流器設置為產生圍繞所述開ロ的旋轉氣流(Tl、Τ2)，所述旋轉氣流與所述第一旋轉方向和第二旋轉方向同相。
3.如權利要求I或2所述的燃燒室，其特征在于所述第一和第二通道(114、116)相對于矢量以10°到40°范圍之間的角度(α，β)傾斜。
4.如權利要求I至3任意一項所述的燃燒室，其特征在于在所述第一端壁部分中形成有多個第三通道(118)，所述第三通道徑向延伸并相對于矢量傾斜。
5.如權利要求4所述的燃燒室，其特征在干所述第三通道(118)設置為提供基本上向心的徑向空氣流(SG3)。
6.如權利要求4或5所述的燃燒室，其特征在干所述第三通道(118)設置于所述內環(huán)形壁附近。
7.如權利要求I至6任意一項所述的燃燒室，其特征在于在所述第二端壁部分(106b)中形成有多個第四通道(120)，所述第四通道徑向延伸并相對于矢量傾斜。
8.如權利要求7所述的燃燒室，其特征在干所述第四通道(120)設置為提供基本上離心的徑向空氣流。
9.如權利要求7或8所述的燃燒室，其特征在干所述第四通道(120)設置于所述外環(huán)形壁(104)附近。
10.ー種航空器發(fā)動機(10)，特征在于其包括如利要求I至9中任ー權利要求所述的燃燒室(100、200)。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃燒室(100)，特別是渦輪發(fā)動機的燃燒室。該燃燒室具有內環(huán)形壁(102)，外環(huán)形壁(104)，及圍繞軸線延伸的刺穿的環(huán)形腔室端壁(106)，該腔室端壁設置有至少一個用于容納燃料噴射器的開口(110)，該開口基本上居中于圓形線(113)上，該圓形線限定第一腔室端壁部分(106a)和第二腔室端壁部分(106b)，第一腔室端壁部分在圓形線和內環(huán)形壁之間徑向延伸，第二腔室端壁部分在圓形線和外環(huán)形壁之間徑向延伸。本發(fā)明特征在于其還包括切向延伸并同時相對于垂直于腔室端壁的法向矢量傾斜的第一和第二通道(114，116)，第一通道設置為提供第一旋轉方向(SG1)上的空氣流，第二通道設置為提供與第一旋轉方向相反的第二旋轉方向(SG2)上的空氣流。
文檔編號F23R3/54GK102713439SQ201180005981
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權日2010年1月15日
發(fā)明者伯納德·約瑟夫·吉恩-皮埃爾·卡雷爾, 勞倫佐·哈瓦坎·埃爾南德斯, 吉恩-馬克·都鮑迪奧-雷洛特, 羅伯特·瑟洛特-格雷西 申請人:渦輪梅坎公司