用于渦輪機(jī)的環(huán)形燃燒室的制作方法
【專(zhuān)利摘要】用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)形燃燒室（10），包括環(huán)形排的燃料噴射器（28），其頭部（30）接合在燃燒室端壁的開(kāi)口（24）中所安裝的燃料噴射系統(tǒng)（126）中，每個(gè)噴射器頭部包括至少一個(gè)螺旋通道（42、48），用于帶有燃料以使該燃料繞著頭部的縱向軸線（XX）旋轉(zhuǎn)，并且每個(gè)噴射系統(tǒng)包括至少一個(gè)旋流器（154），其空氣通過(guò)的通道（100）的截面軸線相對(duì)于旋流器的縱向軸線傾斜成一個(gè)角度（β’），該角度基本上等于上述螺旋通道的螺旋角度（β），10°左右，并且其與該通道繞著旋流器的縱向軸線定向在相同的方向上。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于渦輪機(jī)的環(huán)形燃燒室
[0001]本發(fā)明涉及用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)形燃燒室，諸如飛機(jī)的渦輪螺旋槳或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0002]環(huán)形燃燒室包括內(nèi)部和外部同軸的環(huán)形壁，后者在它們的上游端通過(guò)具有開(kāi)口的環(huán)形室端壁連接在一起，每個(gè)開(kāi)口接收燃燒噴射系統(tǒng)。
[0003]申請(qǐng)F(tuán)R-A1-2918716、FR-A1-2925146 和 FR-A1-2941288 描述了用于這種環(huán)形室的燃料噴射系統(tǒng)。
[0004]常規(guī)的噴射系統(tǒng)具有用于燃料噴射器的支撐和中心裝置，以及安裝在支撐裝置下游和與支撐裝置在相同軸線上的主旋流器和次旋流器，并且每個(gè)旋流器輸送來(lái)自于噴射器下游的徑向氣流，以使得空氣和燃料混合物噴射，然后在燃燒室中燃燒。離開(kāi)主旋流器的空氣在插入兩個(gè)旋流器之間的文丘里管中被加速。截頭圓錐形狀的混合器碗狀件安裝在旋流器的下游，用于產(chǎn)生進(jìn)入到燃燒室中的空氣/燃料混合物的噴射。
[0005]噴射系統(tǒng)的旋流器具有輸送旋渦氣流的各自基本上徑向的通道。在現(xiàn)有技術(shù)中，這些通道具有帶縱向軸線的方形或矩形形狀的截面，它們的上游和下游面垂直于縱向軸線，并且通過(guò)平行于所述軸線的側(cè)面，這些面連接在一起。
[0006]燃燒室具有繞著燃燒室縱向軸線延伸的環(huán)形排的燃料噴射器。每個(gè)噴射器具有一個(gè)或兩個(gè)燃料回路，每個(gè)給位于噴射器頭部中的螺旋通道輸料，螺旋通道用于使燃料繞著噴射器頭部的縱向軸線旋轉(zhuǎn)以及用于產(chǎn)生一片燃料，其中所噴射的燃料小滴的速度向量相對(duì)于噴射器頭部的縱向軸線都定向于相同的方向上(順時(shí)針或逆時(shí)針)，并且其中它們所有都相對(duì)于所述縱向軸線形成相同的角度。該角度基本上等于上述螺旋通道的螺旋角度，即，等于螺旋通道的點(diǎn)上的切線和噴射器頭部的縱向軸線之間的角度。
[0007]每個(gè)噴射器的頭部軸向地接合在上述噴射系統(tǒng)的支撐裝置中，這些支撐裝置具有軸向的空氣吹洗孔，其在主旋流器內(nèi)側(cè)徑向地打開(kāi)，用于文丘里管通風(fēng)目的。
[0008]在現(xiàn)有技術(shù)中，離開(kāi)這些吹洗孔的氣流干擾主旋流器所輸送的旋渦氣流，因此引起文丘里管中空氣/燃料混合物的渦流和再循環(huán)，并且引起煙灰和焦炭變得沉積在文丘里管的內(nèi)側(cè)表面上。
[0009]這種沉積也可以妨礙噴射空氣/燃料混合物到燃燒室中，并且在燃燒室內(nèi)側(cè)可以引起局部熱點(diǎn)，因此特別地有利于有害氣體，諸如氧化氮(NOx)的排放。
[0010]本發(fā)明的特別目的是提供對(duì)該問(wèn)題的簡(jiǎn)單、有效和廉價(jià)的解決方案。
[0011]為此，本發(fā)明提供了用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)形燃燒室，該燃燒室具有內(nèi)部和外部同軸的環(huán)形壁，后者在它們的上游端通過(guò)形成燃燒室端壁的環(huán)形壁連接在一起，以及具有接合在燃料噴射系統(tǒng)中的頭部的環(huán)形排的燃料噴射器，該燃料噴射系統(tǒng)安裝在燃燒室端壁的開(kāi)口中，每個(gè)噴射器頭部包括至少一個(gè)燃料通過(guò)的螺旋通道，用于引起燃料繞著頭部的縱向軸線旋轉(zhuǎn)，并且每個(gè)噴射系統(tǒng)具有與噴射器頭部在相同軸線上和具有長(zhǎng)形截面的基本上徑向的空氣通過(guò)的通道的至少一個(gè)旋流器，該截面具有各自的縱向軸線，燃燒室的特征在于:通道截面的縱向軸線相對(duì)于旋流器的縱向軸線傾斜成一個(gè)角度并且繞著旋流器的縱向軸線與所述通道定向在相同的方向上，該角度基本上等于噴射器頭部的上述螺旋通道的螺旋角度，等于±10°以內(nèi)。
[0012]因此，旋流器通道截面的軸線基本上是平行于±10°以內(nèi)，平行于噴射到噴射系統(tǒng)中的燃料小滴的速度向量，因此使得旋流器所輸送的氣流能夠剪切燃料片，同時(shí)限制旋流器下游的空氣/燃料混合物的再循環(huán)，以及限制焦炭沉積在文丘里管的內(nèi)側(cè)表面上的風(fēng)險(xiǎn)。在本發(fā)明的特定的實(shí)施方式中，旋流器通道截面的軸線傾斜成一個(gè)角度，該角度基本上等于噴射器頭部的螺旋通道的螺旋角度。
[0013]舉例說(shuō)明，旋流器通道截面的軸線相對(duì)于旋流器的縱向軸線傾斜成一個(gè)角度，該角度范圍在約20°到40°。
[0014]每個(gè)燃料噴射器可以包括給螺旋通道供料的第一燃料回路以及獨(dú)立的和給在外側(cè)上的另一個(gè)螺旋通道供料的第二燃料回路，即，另一個(gè)螺旋通道的直徑大于在內(nèi)側(cè)上的第一螺旋通道的直徑。這些燃料回路輸送在同軸上的兩片燃料，這兩片具有圓錐形狀以及兩片具有不同的圓錐角度?？梢詢?yōu)化具有更小圓錐角度的燃料片，用于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和用于在全節(jié)流下運(yùn)轉(zhuǎn)，并且可以優(yōu)化具有更大圓錐角度的第二片，以使得速度范圍從啟動(dòng)到全節(jié)流進(jìn)行延續(xù)。旋流器通道截面的軸線優(yōu)選地與外部螺旋通道在相同的角度和在相同的方向上傾斜，以產(chǎn)生具有更大圓錐角度的燃料片。
[0015]旋流器的每個(gè)通道可以具有方形、矩形或菱形形狀的截面。
[0016]優(yōu)選地，旋流器與用于噴射系統(tǒng)的支撐裝置整體地制造。
[0017]旋流器在其下游端可以具有圓柱形周緣，用于連接位于旋流器下游的文丘里管。
[0018]旋流器的通道通過(guò)葉片互相分離。這些葉片中每個(gè)葉片可以包括至少一個(gè)空氣通過(guò)的通孔，后者與位于葉片任一側(cè)上通道截面的軸線相對(duì)于旋流器的縱向軸線傾斜基本上相同的角度和在相同的方向上。這些孔與文丘里管中所形成的通孔連通，用于通過(guò)氣流，該氣流沿著文丘里管的外部表面和碗狀件的內(nèi)部表面流動(dòng)。
[0019]這些孔能夠產(chǎn)生一薄層空氣，用于吹洗碗狀件的發(fā)散部分，以防止煙灰和焦炭沉積在其上。用直接地來(lái)自于擴(kuò)壓器的空氣給旋流器的軸向孔供料，這是有利的。在現(xiàn)有技術(shù)中，薄層空氣來(lái)自于文丘里管的圓柱形壁中所形成的徑向孔，并且空氣需要流過(guò)上游旋流器和靜態(tài)地給這些孔供料，因此降低了碗狀件被吹洗的有效性和促進(jìn)空氣再循環(huán)。
[0020]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，其中每個(gè)噴射系統(tǒng)具有兩個(gè)旋流器，分別是上游旋流器和下游旋流器，并且混合器碗狀件具有至少一個(gè)環(huán)形排的空氣通過(guò)孔，用于通過(guò)將要與燃料混合的空氣，上游旋流器通道截面的軸線與噴射器頭部的螺旋通道在相同的角度和在相同的方向上傾斜，并且下游旋流器通道截面的軸線與噴射器頭部的螺旋通道定向在相同的方向上。
[0021]當(dāng)混合器碗狀件具有上述類(lèi)型的孔時(shí)，旋流器所輸送的氣流在與燃料片中小滴的速度向量相同的方向上流動(dòng)，這是有利的。而且，下游旋流器通道截面的軸線和旋流器的縱向軸線之間的角度可以與上游旋流器通道截面的軸線和縱向軸線之間的角度相同或不同。
[0022]在本發(fā)明的變化形式中，其中每個(gè)噴射系統(tǒng)包括兩個(gè)旋流器，分別是上游旋流器和下游旋流器以及混合器碗狀件，該混合器碗狀件沒(méi)有用于通過(guò)將要與燃料混合的空氣的空氣通過(guò)孔，上游旋流器通道截面的軸線與噴射器頭部的螺旋通道在相同的角度和在相同的方向上傾斜，并且下游旋流器通道截面的軸線繞著旋流器的縱向軸線定向在與噴射器頭部的螺旋通道在相反的方向上。[0023]當(dāng)混合器碗狀件沒(méi)有上述類(lèi)型的孔時(shí)，上游旋流器所輸送的氣流在與燃料小滴的速度向量在相同的方向上流動(dòng)，并且下游旋流器所輸送的氣流相反于速度向量流動(dòng)，這樣下游旋流器所輸送的氣流穩(wěn)定燃燒室的燃燒區(qū)域中的火焰，這是有利的。而且，下游旋流器通道截面的軸線和旋流器的縱向軸線之間的角度可以與上游旋流器通道截面的軸線和所述軸線之間的角度相同。
[0024]旋流器通道通過(guò)葉片互相分開(kāi)，并且它們可以包含在徑向平面中。葉片的后緣或徑向地內(nèi)部端有利地在截頭圓錐形的表面上延伸，該截頭圓錐形的表面在繞著噴射系統(tǒng)的縱向軸線向下游張開(kāi)。
[0025]噴射系統(tǒng)的旋流器所輸送的旋渦氣流是用于清除和通風(fēng)噴射器的頭部和文丘里管，并且也用于與噴射到燃燒室中的燃料混合。除了其主要功能外，因此，旋流器也執(zhí)行與現(xiàn)有技術(shù)的吹洗孔相似的功能，并且由此可以被當(dāng)作“吹洗”旋流器。因此，有利地，噴射系統(tǒng)不具有上述類(lèi)型的吹洗孔，因此可以排除現(xiàn)有技術(shù)中與離開(kāi)吹洗孔的氣流和離開(kāi)旋流器的氣流之間相互作用有關(guān)的渦流，也可以排除由于這種渦流所引起的焦炭沉積在文丘里管上的任何風(fēng)險(xiǎn)。
[0026]旋流器的每個(gè)葉片的后緣可以具有彎曲(向內(nèi)凹面)的和向外地從上游到下游傾斜的表面。后緣在其上延伸的截頭圓錐形的表面具有大約45°到65°的圓錐角度，例如，其基本上對(duì)應(yīng)于噴射器噴射到系統(tǒng)中的燃料片的圓錐角度。因此，葉片的后緣平行于燃料片的外周表面延伸，因此有利于空氣和文丘里管中燃料的混合。
[0027]而且，與現(xiàn)有技術(shù)噴射系統(tǒng)比較，排除吹洗孔可以減少?lài)娚湎到y(tǒng)中孔的數(shù)量，以及對(duì)于系統(tǒng)的給定透氣性(其中透氣性等于孔的有效截面和系統(tǒng)的空氣通過(guò)的通道的總數(shù))，可以增加保留的孔的直徑，由此使得它們更容易機(jī)械加工和減少制造它們的成本，并且也可以制造用于小尺寸渦輪機(jī)的小直徑的噴射系統(tǒng)。
[0028]每個(gè)噴射系統(tǒng)可以包括文丘里管和位于旋流器下游的混合器碗狀件，旋流器通過(guò)沿著文丘里管的內(nèi)部表面引導(dǎo)離開(kāi)旋流器的氣流，用于通風(fēng)文丘里管。
[0029]優(yōu)選地，旋流器在其下游端具有圓柱形周緣，用于連接文丘里管。
[0030]每個(gè)噴射系統(tǒng)可以包括用于噴射器頭部的支撐和中心裝置，這些支撐裝置包括內(nèi)部圓柱形表面，后者環(huán)繞噴射器的頭部和在它的下游端連接上述截頭圓錐形的表面的較小直徑的上游端。
[0031]本發(fā)明也涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如飛機(jī)的渦輪螺旋槳或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:它包括如上所述的燃燒室。
[0032]通過(guò)閱讀非限制性實(shí)施例和參考附圖所進(jìn)行的下面描述，可以更好地理解本發(fā)明，并且它的其它特征、細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)看起來(lái)更清楚，其中:
[0033]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的擴(kuò)壓器和環(huán)形燃燒室的軸向截面的一半示意圖。
[0034]圖2是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的燃料噴射器的軸線截面的局部示意圖。
[0035]圖3是圖1噴射系統(tǒng)的放大比例的視圖。
[0036]圖4是沿著圖3的線IV-1V的截面圖。
[0037]圖5是本發(fā)明燃燒室的噴射器頭部和噴射系統(tǒng)的局部立體圖。
[0038]圖6和圖7是詳細(xì)示意圖，示意了在本發(fā)明燃燒室的變化實(shí)施方式中，用于在本發(fā)明噴射系統(tǒng)的旋流器中通過(guò)空氣的通道截面的定向。[0039]圖8是本發(fā)明噴射系統(tǒng)的示意性軸向截面圖。
[0040]圖9是從上游和從側(cè)面看的圖8噴射系統(tǒng)的示意圖立體圖。
[0041]圖10是從上游和從側(cè)面看的圖8的噴射系統(tǒng)的旋流器的示意立體圖。
[0042]圖11是從本發(fā)明噴射系統(tǒng)的變化實(shí)施方式中旋流器的下游面看的視圖。
[0043]圖12是對(duì)應(yīng)于圖8的視圖，并且示意了圖11的噴射系統(tǒng)的變化實(shí)施方式。
[0044]圖1表示渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)形燃燒室10，諸如飛機(jī)的渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，燃燒室設(shè)置在擴(kuò)壓器12的出口處，而擴(kuò)壓器本身位于壓氣機(jī)(未示出的)出口處。
[0045]燃燒室10具有內(nèi)部壁14和外部壁16，兩者形成旋轉(zhuǎn)本體，它們?cè)谏嫌瓮ㄟ^(guò)形成燃燒室端壁的環(huán)形壁18連接在一起。
[0046]環(huán)形整流罩20固定于燃燒室壁14和16的上游端，并且它包括用于通過(guò)空氣的開(kāi)口 22，后者對(duì)齊燃料噴射系統(tǒng)26安裝在其中的燃燒室端壁18的開(kāi)口 24，，繞著燃燒室的軸線有規(guī)律地分布的噴射器28輸送燃料。
[0047]由壓氣機(jī)所輸送和離開(kāi)擴(kuò)壓器12的一部分氣流32穿入到整流罩20所限定的環(huán)形罩中，流入到噴射系統(tǒng)26，然后與噴射器28所輸送的燃料混合和噴射到燃燒室10中。
[0048]每個(gè)噴射器28具有燃料噴射頭部30，后者接合在噴射系統(tǒng)26中和對(duì)齊燃燒室端壁18的開(kāi)口 24的軸線。
[0049]圖2是放大比例的，并且示意了具有兩個(gè)燃料回路類(lèi)型的燃料噴射器28的頭部30，如在 申請(qǐng)人:的申請(qǐng)F(tuán)R-A1-2817016中所詳細(xì)地描述的。
[0050]噴射器28的第一燃料回路包括進(jìn)料管34，其一端接合和固定在圓柱形部件38中圓柱形的鉆孔36中，該圓柱形部件38本身安裝在套筒40內(nèi)側(cè)。燃料由進(jìn)料管輸送到部件38的鉆孔36中，然后燃料在螺旋通道42中流動(dòng)，該螺旋通道42在部件38的自由端下游中開(kāi)口，以使燃料繞著噴射器頭部的縱向軸線XX旋轉(zhuǎn)。套筒40的下游自由端位于圓柱形部件38的下游和具有燃料噴射孔43，該噴射孔43具有截頭圓錐形截面的下游端部，以形成具有預(yù)定圓錐角度A的燃料的圓錐形片。
[0051]噴射器28的第二燃料回路具有比進(jìn)料管34更大直徑的并且繞著其同軸設(shè)置的進(jìn)料管44，其一端接合和固定在圓柱形部件38的圓柱形鉆孔46中，該鉆孔46與上述套筒40中螺旋通道48流體地流動(dòng)連通。通道48由套筒40的外部圓柱形表面中所形成的外部螺旋形溝槽所形成，并且由環(huán)繞圓柱形部件38、套筒40和進(jìn)料管34和44的下游端部的圓柱形端件50所封閉。
[0052]當(dāng)燃料沿著通道48通過(guò)時(shí)，使燃料繞著縱向軸線XX旋轉(zhuǎn)，該通道48在套筒40的下游端開(kāi)口打開(kāi)。端件50的下游自由端位于套筒40的下游和包括繞著孔42同軸的燃料噴射孔52，后者具有截頭圓錐形截面的下游端部，以形成具有預(yù)定圓錐角度B的燃料的圓錐形片(其中B大于A)。
[0053]由噴射器28所產(chǎn)生的每片燃料由大量小滴組成，該小滴具有相對(duì)于噴射器頭部的縱向軸線XX，基本上都定向在相同方向上的速度向量。這些小滴的速度向量相對(duì)于軸線XX成角度P (貝塔)，該角度P基本上等于輸送燃料片的上述螺旋通道42或48的螺旋角度。燃料小滴具有范圍在約10微米(iim)到IOOiim的尺寸。
[0054]如圖3中可以更清楚地看到的，現(xiàn)有技術(shù)的噴射系統(tǒng)26具有在相同軸線上的兩個(gè)旋流器，上游或內(nèi)部旋流器54和下游或外部旋流器56，這兩個(gè)旋流器由文丘里管58互相間隔和在上游連接支持裝置60，用于支撐噴射器28的頭部，以及在下游連接混合器碗狀件62，后者軸向地安裝在燃燒室端壁18的開(kāi)口 24中。
[0055]每個(gè)旋流器54、56具有多個(gè)葉片，該葉片繞著旋流器的軸線XX基本上徑向地延伸和繞著該軸線有規(guī)律地分布，以輸送噴射器頭部30下游的旋渦氣流。在它們之間，葉片限定空氣通過(guò)的通道，該通道繞著旋流器的軸線XX是傾斜的或彎曲的。
[0056]用于噴射頭部30的支撐裝置60包括環(huán)體64，后者具有軸向地通過(guò)其的和滑動(dòng)地安裝在內(nèi)部旋流器54上所固定的襯套66中的噴射器頭部30。環(huán)體64具有徑向地向外延伸和安裝在襯套66的環(huán)形溝槽中的環(huán)形邊緣68，襯套66中溝槽的內(nèi)側(cè)直徑大于環(huán)體64的邊緣68的外側(cè)直徑。
[0057]環(huán)體64的邊緣68具有基本上軸向的吹洗孔70，用于通過(guò)清洗噴射器頭部30的氣流，以防止工作中火焰返回朝向噴射器。
[0058]混合器碗狀件62具有基本上截頭圓錐形的壁，該壁向下游張開(kāi)以及在其下游端連接向上游延伸的圓柱形邊緣72，后者軸向地安裝燃燒室端壁18的開(kāi)口 24中。碗狀件62的截頭圓錐形壁的上游端連接在外部旋流器56上所固定的中間環(huán)形部件74。
[0059]碗狀件62的截頭圓錐形壁具有繞著軸向XX延伸的環(huán)形排的空氣通過(guò)孔76。在其邊緣72附近，碗狀件62也具有第二環(huán)形排的空氣通過(guò)孔78，該空氣用于撞擊環(huán)形凸緣，該環(huán)形凸緣從碗狀件的截頭圓錐形壁的下游端徑向地向外延伸。
[0060]文丘里管58具有基本上L形的截面，并且在其上游端，它具有外部環(huán)形邊緣80，后者徑向地延伸和軸向地插入在兩個(gè)旋流器54和56之間。文丘里管58在外部旋流器56內(nèi)側(cè)下游軸向地延伸，并且分開(kāi)來(lái)自于內(nèi)部和外部旋流器54和56的氣流。
[0061]在內(nèi)側(cè)上，文丘里管58限定預(yù)混合器室，其中一部分噴射的燃料與內(nèi)部旋流器54所輸送的氣流混合，該空氣/燃料預(yù)混合物然后在文丘里管下游與來(lái)自于外部旋流器56的氣流混合，以在室內(nèi)形成圓錐形噴射燃料。
[0062]如圖4中所示，內(nèi)部旋流器54中葉片的數(shù)量不同于吹洗孔70的數(shù)量，并且隨機(jī)地限定繞著軸線XX的孔的和葉片的角度位置。
[0063]在現(xiàn)有技術(shù)中，旋流器54和56的每個(gè)通道具有方形或矩形形狀的截面，帶有上游面86和下游面88，這些面通過(guò)側(cè)面90連接在一起，該側(cè)面90平行于噴射系統(tǒng)的軸線XX延伸。
[0064]旋流器所輸送的氣流82和離開(kāi)吹洗孔70的氣流交叉，因此在輸送給文丘里管58的空氣的流動(dòng)中產(chǎn)生再循環(huán)84和產(chǎn)生不均勻性的方位角，這樣通過(guò)氣流68沒(méi)有優(yōu)化燃料片的剪切。
[0065]如圖5中所示，本發(fā)明通過(guò)噴射系統(tǒng)126能夠使得這些問(wèn)題得到改進(jìn)，其中旋流器154 (在具有兩個(gè)旋流器的系統(tǒng)中的上游旋流器)的通道100具有長(zhǎng)形截面，該長(zhǎng)形截面具有平行于通道的側(cè)面190和相對(duì)于旋流器的軸線XX傾斜成角度β ’的縱向軸線，其中角度β ’基本上等于(在±10°內(nèi))噴射頭部30的上述螺旋通道48的螺旋角度β和等于這些通道所產(chǎn)生的片中燃料小滴的速度向量。
[0066]旋流器154所輸送的氣流與燃料片中燃料小滴的速度向量平行和在相同的方向上流動(dòng)，因此能夠使得氣流剪切燃料片，同時(shí)限制空氣/燃料混合物的任何再循環(huán)的風(fēng)險(xiǎn)和焦炭沉積在位于旋流器下游的文丘里管上的任何風(fēng)險(xiǎn)。[0067]在所示的實(shí)施例中，用于噴射器頭部30的支撐裝置160與旋流器154整體地制造，該旋流器154在其下游端具有用于連接文丘里管的外部周緣102。
[0068]旋流器154中每個(gè)通道100的側(cè)壁190在它們的上游端通過(guò)垂直于軸線XX的上游壁連接在一起。通道100在下游通過(guò)限定通道100的下游壁的文丘里管的上游徑向面封閉，通道的這些下游壁垂直于軸線XX。
[0069]旋流器154的通道100通過(guò)基本上徑向的葉片相互分開(kāi)，該徑向的葉片穿孔有通過(guò)旋流器都沿著其軸向長(zhǎng)度的吹洗孔104。這些吹洗孔104在它們的上游端在旋流器154的上游徑向面中開(kāi)口，并且它們的下游端與文丘里管的相應(yīng)的孔連通，用于使吹洗氣流通過(guò)文丘里管的外部表面上和位于文丘里管下游的混合器碗狀件的內(nèi)部截頭圓錐形表面，本發(fā)明噴射系統(tǒng)的文丘里管和混合器碗狀件與圖3中所示相似。吹洗孔104繞著軸線XX傾斜成相同的角度β ’。
[0070]當(dāng)本發(fā)明的噴射系統(tǒng)具有在相同軸線上的兩個(gè)旋流器以及混合器碗狀件時(shí)(如圖3中所示)，旋流器中通道截面的軸線可以被定向以在相同方向或在相反方向上與軸線XX交叉，如圖6和圖7中示意地所示。
[0071]在圖6和圖7中通過(guò)矩形示意性地表示上游旋流器通道和下游旋流器通道的截面。
[0072]在圖6中，上游和下游旋流器通道254和256截面的軸線定向在相同的方向上，并且它們輸送與燃料片中小滴的速度向量在相同方向上流動(dòng)的氣流。上游旋流器254截面的軸線和軸線XX之間的角度β I基本上等于±10°以內(nèi)，等于小滴的速度向量和軸線XX之間的上述角度，并且下游旋流器通道256截面的軸線和軸線XX之間的角度0 2等于01或者不同于β I。本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方式特別地適于噴射系統(tǒng)，其中混合器碗狀件具有空氣通過(guò)的孔，用于將要與運(yùn)行時(shí)的燃料混合的空氣，即，該孔是與圖3中附圖標(biāo)記76相同類(lèi)型的孔。
[0073]在圖7中，上游和下游旋流器通道354和356截面的軸線定向在相反的方向上，并且它們一起輸送各自的氣流流動(dòng)和相反于燃料片中小滴的速度向量。上游旋流器通道354截面的軸線和軸線XX之間的角度β I’基本上等于±10°以內(nèi)，等于小滴的速度向量和軸線XX之間的上述角度，并且下游旋流器通道356的側(cè)面390和軸線XX之間的角度β 2’基本上等于β I’。本發(fā)明的這種實(shí)施方式特別適用于其中混合器碗狀件不具有的空氣通過(guò)的孔的噴射系統(tǒng)，該孔用于通過(guò)將要與運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的燃料混合的空氣，即，該孔是圖3中附圖標(biāo)記76類(lèi)型的孔。下游旋流器所輸送的氣流然后用于穩(wěn)定燃燒室中的火焰。
[0074]上述的噴射系統(tǒng)可以包括用于清除噴射器的頭部和文丘里管的內(nèi)部表面(并且由此形成吹洗功能)以及用于混合噴射器所帶進(jìn)來(lái)的燃料的吹洗旋流器。
[0075]本發(fā)明的吹洗旋流器包括帶有徑向地內(nèi)部后緣的基本上徑向葉片，該后緣從上游到下游向外傾斜和在繞著噴射系統(tǒng)的軸線Α，在向下游張開(kāi)的截頭圓錐形表面上延伸。
[0076]吹洗旋流器包括在徑向表面中。旋流器的通道具有上游和下游徑向表面，該徑向表面基本上互相平行和平行于垂直于噴射系統(tǒng)軸線A的橫向平面。
[0077]在圖8到圖10中所示的實(shí)施例中，支撐噴射器頭部130的支撐裝置144和上游或內(nèi)部旋流器134制成為單件。
[0078]支撐裝置140包括具有下游端的內(nèi)部圓柱形表面174，該下游端連接由旋流器134的葉片180的后緣178所限定的截頭圓錐形表面176的上游端。如圖10中可以更清楚地看到的，每個(gè)葉片180的后緣178具有彎曲(向內(nèi)凹面)和從上游到下游向外傾斜的表面。
[0079]支撐裝置140具有內(nèi)部地限定上述圓柱形表面174的圓柱形壁184，其在它的上游端連接向下游張開(kāi)的截頭圓錐形壁182，并且在它的下游端連接向外延伸的徑向壁186。
[0080]旋流器134的葉片180在它們的上游端連接支持裝置140的徑向壁186。旋流器的葉片180所限定的通道188由軸向地向下游引導(dǎo)的狹槽形成，并且由文丘里管138的上游徑向面所封閉，該文丘里管分開(kāi)旋流器134和碗狀件142。
[0081]而且，在它們的下游端，葉片180具有圓柱形的外部周緣189，用于在文丘里管138上居中和連接旋流器。旋流器134的每個(gè)葉片180具有形成圓柱體一部分的外部周緣(圖9和圖10)。
[0082]如圖8中所示，旋流器134的葉片的后緣178平行于通過(guò)噴射器以圓錐形式輸送的燃料片191的外部周緣表面延伸。
[0083]當(dāng)噴射器裝配有兩個(gè)燃料回路時(shí)，它可以輸送兩個(gè)同軸的燃料片，具有圓錐角度a I的圓錐形式的第一燃料片192和具有圓錐角度a 2 (大于a I)的圓錐形式的同軸的第二燃料片191?？梢詢?yōu)化用于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和用于以全節(jié)流運(yùn)轉(zhuǎn)的第一燃料片192，可以優(yōu)化用于從啟動(dòng)到全節(jié)流延續(xù)的速度范圍的第二燃料片191。
[0084]有利地，旋流器134的葉片180的后緣178平行于第二燃料片191的外部周緣表面，并且由此與軸線A形成角度a 2，其中在實(shí)施例裝置中a2是45°到65°的范圍。
[0085]葉片180的后緣178位于距離燃料片191的外部周緣表面相同的距離。旋流器134所輸送的氣流動(dòng)量在旋流器的整個(gè)軸向維度上是恒定的。該氣流以在旋流器的整個(gè)軸向范圍上相同的方式剪切燃料片191。而且，通過(guò)葉片180的后緣178的上游端部離開(kāi)的氣流的部分194用于吹洗噴射器頭部130的端部和用于剪切燃料片191，而不會(huì)有干擾。
[0086]在所示的實(shí)施例中，旋流器134的通道188具有方形截面，并且在旋流器的整個(gè)徑向維度上是恒定的。
[0087]如在圖8到圖10中可以看到的，用于通過(guò)空氣的軸向孔196在每個(gè)葉片180中形成和與用于在文丘里管138中通過(guò)空氣的軸向孔197連通。在它們的上游端，孔196在中心裝置的徑向壁186的上游徑向面中開(kāi)口，并且在它們的下游端，孔197徑向地向文丘里管138的外側(cè)開(kāi)口。離開(kāi)孔197的空氣198用于流過(guò)文丘里管的外部表面和用于形成薄層空氣，用于吹洗碗狀件142的徑向內(nèi)部表面，以防止焦炭沉積在表面上。
[0088]噴射系統(tǒng)的混合器碗狀件142安裝在旋流器136的下游，并且如同現(xiàn)有技術(shù)中，它包括向下游張開(kāi)的基本上截頭圓錐形壁，后者在其上游端連接向上游延伸的圓柱形邊緣152。截頭圓錐形壁具有繞著軸線A延伸的環(huán)形排的空氣通過(guò)的孔156。邊緣152包括環(huán)形排的空氣通過(guò)的孔158，該空氣用于撞擊環(huán)形凸緣159，后者從碗狀件的截頭圓錐形壁的下游端徑向地向外延伸。
[0089]孔156、158的排位于周緣上，其直徑基本上等于或大于支撐裝置140和旋流器134的最大外側(cè)直徑。因此，輸送給這些孔的氣流161不會(huì)繞著噴射系統(tǒng)行走，因此限制對(duì)該流的干擾和優(yōu)化對(duì)該孔156、158的空氣輸送。
[0090]通過(guò)排除吹洗孔，并且對(duì)于噴射系統(tǒng)的給定的透氣性，本發(fā)明可以精確地優(yōu)化混合器碗狀件中孔156、158的直徑和旋流器134、136中通道的維度。在本發(fā)明的特定的實(shí)施方式中，混合器碗狀件中孔158和外部旋流器136中通道的聯(lián)合截面代表系統(tǒng)總透氣性的20%到30%，同時(shí)，混合器碗狀件中孔156和內(nèi)部旋流器134中通道188的聯(lián)合截面代表該透氣性的70%到80%。因此，輸送給噴射系統(tǒng)的70%到80%空氣流用于與噴射器所輸送的燃料混合。
[0091]在圖11和12的變化實(shí)施方式中，噴射系統(tǒng)不同于上述噴射系統(tǒng)，區(qū)別在于:它的內(nèi)部旋流器234的通道288截面從外側(cè)朝向內(nèi)側(cè)徑向地減少。
[0092]在通道任一側(cè)上延伸的葉片280的后緣276的下游端，每個(gè)通道288的寬度LI或周緣維度大于在上述后緣的上游端的相同通道的寬度(圖11)。
[0093]因此，在葉片280的后緣276的空氣出口截面在后緣的下游端大于在它們的上游端。因?yàn)檎谛?zhǔn)該截面，在旋流器下游端的空氣動(dòng)量大于在其上游端的(箭頭294)，并且因?yàn)檫@些端之間通道的出口寬度的增加，它以規(guī)律的方式在其上游端和其下游端之間增加。
[0094]在未示出的另一個(gè)變化形式中，噴射系統(tǒng)的內(nèi)部旋流器的通道可以具有矩形或梯形形狀的截面，而不是如上述實(shí)施例中所述的方形截面。在該截面是梯形的情況下，旋流器的每個(gè)葉片可以具有從下游到上游會(huì)聚的其側(cè)面。
【權(quán)利要求】
1.一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)形燃燒室(10)，該燃燒室具有內(nèi)部和外部同軸的環(huán)形壁(14、16)，后者在它們的上游端通過(guò)形成燃燒室端壁的環(huán)形壁(18)連接在一起，以及具有接合在燃料噴射系統(tǒng)(126)中的頭部(30)的環(huán)形排的燃料噴射器(28)，該燃料噴射系統(tǒng)(126)安裝在燃燒室端壁的開(kāi)口(24)中，每個(gè)噴射器頭部包括至少一個(gè)燃料通過(guò)的螺旋通道(42、48)，用于引起燃料繞著頭部的縱向軸線(XX)旋轉(zhuǎn)，并且每個(gè)噴射系統(tǒng)具有與噴射器頭部在相同軸線上和具有長(zhǎng)形截面的基本上徑向的空氣通過(guò)的通道(100)的至少一個(gè)旋流器(154)，該截面具有各自的縱向軸線，燃燒室的特征在于:通道(100)截面的縱向軸線相對(duì)于旋流器的縱向軸線傾斜成一個(gè)角度(P ’)，該角度基本上等于噴射器頭部的上述螺旋通道的螺旋角度(P )，等于±10°以內(nèi)，并且繞著旋流器的縱向軸線與所述通道定向在相同的方向上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃燒室，其特征在于:旋流器(154)通道(100)截面的軸線相對(duì)于旋流器的縱向軸線(XX)傾斜成一個(gè)角度(P ’)，該角度范圍在約20°到40°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的燃燒室，其特征在于:每個(gè)燃料噴射器(28)具有給第一螺旋通道(42)供料的燃料回路以及獨(dú)立的和給直徑大于第一通道直徑的第二螺旋通道(48)供料的另一個(gè)燃料回路，旋流器通道截面的軸線與第二螺旋通道在相同的角度和在相同的方向上傾斜。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的燃燒室，其特征在于:旋流器(154)的每個(gè)通道(100)具有方形、矩形或菱形形狀的截面。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的燃燒室，其特征在于:旋流器(154)在其下游端具有圓柱形周緣(102)，用于連接文丘里管。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的燃燒室，其特征在于:旋流器(154)的通道(100)通過(guò)葉片互相分離，這些葉片中每個(gè)葉片具有至少一個(gè)空氣通過(guò)的通孔(104)，后者與位于葉片任一側(cè)上通道截面的軸線相對(duì)于旋流器的縱向軸線(XX)傾斜相同的角度(P ’)和在相同的方向上。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的燃燒室，其特征在于:每個(gè)噴射系統(tǒng)具有兩個(gè)旋流器，分別是上游旋流器(254)和下游旋流器(256)，和混合器碗狀件，其具有至少一個(gè)環(huán)形排的空氣通過(guò)孔，用于通過(guò)將要與燃料混合的空氣，上游旋流器通道截面的軸線與噴射器頭部的螺旋通道在相同的角度(P I)和在相同的方向上傾斜，并且下游旋流器通道截面的軸線與噴射器頭部的螺旋通道繞著旋流器的縱向軸線定向在相同的方向上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的燃燒室，其特征在于:每個(gè)噴射系統(tǒng)包括兩個(gè)旋流器，分別是上游旋流器(354)和下游旋流器(356)以及混合器碗狀件，該混合器碗狀件沒(méi)有用于通過(guò)將要與燃料混合的空氣的空氣通過(guò)孔，上游旋流器通道截面的軸線與噴射器頭部的螺旋通道在相同的角度(P I’)和在相同的方向上傾斜，并且下游旋流器通道截面的軸線繞著旋流器的縱向軸線定向在與噴射器頭部的螺旋通道相反的方向上。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的燃燒室，其特征在于:通道通過(guò)葉片互相分開(kāi)，并且它們包含在徑向平面中，葉片的后緣(178)或徑向地內(nèi)部端在截頭圓錐形的表面上延伸，該截頭圓錐形的表面在繞著噴射系統(tǒng)的縱向軸線向下游張開(kāi)。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的燃燒室，其特征在于:每個(gè)噴射系統(tǒng)可以包括文丘里管(138)和位于旋流器下游的混合器碗狀件(142)，旋流器通過(guò)沿著文丘里管的內(nèi)部表面引導(dǎo)離開(kāi)旋流器的氣流，用于通風(fēng)文丘里管。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的燃燒室，其特征在于:旋流器(134)在其下游端具有圓柱形周緣(189)，用于連接文丘里管(138)。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的燃燒室，其特征在于:每個(gè)噴射系統(tǒng)包括用于噴射器頭部(28)的支撐和中心裝置(140)，所述支撐和中心裝置包括內(nèi)部圓柱形表面(174)，后者環(huán)繞噴射器的頭部(130)和在它的下游端連接上述截頭圓錐形的表面的較小直徑的上游端。
13.—種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如飛機(jī)的渦流螺旋槳或渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于:它包括根據(jù)任一前述權(quán)利要求的環(huán) 形燃燒室(10)。
【文檔編號(hào)】F23R3/28GK103562641SQ201280023894
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月17日
【發(fā)明者】丹尼斯·吉恩·莫里斯·桑德里斯, 迪迪爾·希波呂特·赫爾南德斯 申請(qǐng)人:斯奈克瑪