渦輪發(fā)動機(jī)燃燒室的環(huán)形壁、包括其的燃燒室和渦輪發(fā)動機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及渦輪發(fā)動機(jī)燃燒室的通常領(lǐng)域。它更特別地涉及通過稱為“多穿孔”的方法冷卻的順流或逆流燃燒室的環(huán)形壁。
【背景技術(shù)】
[0002]通常地，環(huán)形渦輪發(fā)動機(jī)的燃燒室由內(nèi)環(huán)形壁(或內(nèi)護(hù)罩)和外環(huán)形壁(或外護(hù)罩)構(gòu)成，該壁通過凸緣(或者通過沒有被穿孔的承靠面)分別地在下游連接到燃燒室的殼體的內(nèi)和外殼，并且通過形成燃燒室端壁的橫向壁在上游連接在一起。
[0003]每個內(nèi)和外護(hù)罩提供有多個洞和各種孔，用于允許燃燒室周圍流動的空氣穿入到燃燒室的內(nèi)側(cè)。
[0004]因此，稱為“主”洞的洞和稱為“摻混”洞的洞穿過這些護(hù)罩形成，以將空氣輸送到燃燒室的內(nèi)側(cè)。穿過主洞的空氣有利于產(chǎn)生在燃燒室中燃燒的空氣/燃料混合物，而來自于摻混洞的空氣用于摻混空氣/燃料混合物。
[0005]由于空氣/燃料混合物的燃燒所產(chǎn)生的氣體，內(nèi)和外護(hù)罩受到高溫作用。
[0006]為了冷卻它們，稱為“多穿孔”的孔的附加孔穿個這些護(hù)罩在它們的整個面積上形成。允許燃燒室外側(cè)流動的空氣穿入到燃燒室內(nèi)側(cè)的這些多穿孔的孔由此沿著護(hù)罩形成冷卻空氣的膜，并且它們通常具有從摻混洞上游的軸向類型和具有從其下游的回轉(zhuǎn)類型。
[0007]不幸地，摻混孔下游的回轉(zhuǎn)多穿孔的孔導(dǎo)致對燃燒室出口處殘留水平回轉(zhuǎn)的相當(dāng)大的限制，因此不利于由此在其上工作的高壓噴嘴(HPN)的效率，由此降低了發(fā)動機(jī)的總的消耗。那是為什么已知對于位于緊鄰?fù)咕壣嫌蔚膬?nèi)和外護(hù)罩的每個中最后幾排孔，返回到具有軸向多穿孔，該凸緣用于連接燃燒室的殼。這導(dǎo)致了在該至關(guān)重要區(qū)域非常有害的冷卻缺陷，并且暗示了(在蠕變和疲勞的聯(lián)合作用下)裂紋將很快形成的高水平的風(fēng)險，由此需要避免或至少相當(dāng)大地減少這種風(fēng)險。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型的目的是通過用環(huán)形燃燒室壁，優(yōu)化回轉(zhuǎn)多穿孔下游的冷卻來減輕這些缺陷，該環(huán)形燃燒室壁提供了位于緊鄰?fù)咕壣嫌蔚膮^(qū)域的足夠冷卻，該凸緣連接到燃燒室殼體。
[0009]為此，本實用新型提供了用于渦輪發(fā)動機(jī)燃燒室的環(huán)形壁，該壁包括冷側(cè)和熱側(cè)，環(huán)形壁包括分布在彼此互相軸向地間隔的多個周向排上的至少多個回轉(zhuǎn)冷卻孔，所述回轉(zhuǎn)冷卻孔中每個孔的幾何軸線布置在垂直于燃燒氣體的軸向流動方向D和相對于所述環(huán)形壁的法線N傾斜的平面中，環(huán)形壁的特征在于它還包括，從所述多排回轉(zhuǎn)冷卻孔下游和緊鄰用于連接到所述燃燒室環(huán)形殼的凸緣的上游，至少一排軸向冷卻孔，在相對于所述環(huán)形壁的法線N的所述軸向方向D中具有它們的傾斜軸線，所述軸向冷卻孔中每個冷卻孔在熱側(cè)提供有在所述軸向方向D上的張開部分，以引起所述冷卻空氣的膜更靠近所述熱壁的切線排出。
[0010]通過從常規(guī)的圓柱形洞行進(jìn)到具有向外張開孔的洞，改進(jìn)了冷卻孔下游的多穿孔膜的絕熱效率，并且更好地導(dǎo)引了該排下游所產(chǎn)生的冷卻空氣層，和提供了更有效率的熱保護(hù)。
[0011]有利地，張開部分相對于所述軸向冷卻孔的軸線具有范圍在15°到40°的傾斜角α ο
[0012]在有利的實施方式中，在相對于所述軸向方向D橫向的方向上也提供了所述軸向冷卻孔的所述張開部分，以增加所述冷卻空氣膜的橫向重疊。所述張開部分然后優(yōu)選地具有相對于所述軸向方向D范圍在7.5°到20°最大孔徑角β。
[0013]有利地，提供了間隔距離不小于1.5毫米(mm)的兩排軸向冷卻孔，并且所述張開部分在垂直于所述軸向方向D的方向上彼此間隔不小于0.5mm的距離。
[0014]優(yōu)選地，壁在所述多個回轉(zhuǎn)冷卻孔和所述至少一排軸向冷卻孔之間的過渡區(qū)域中也包括至少兩排附加冷卻孔，該附加冷卻孔的軸線是傾斜的和相對于垂直于所述軸向方向D的所述平面確定傾斜角。
[0015]在一個預(yù)期的實施方式中，壁可以包括兩個附加排的冷卻孔，第一排具有30°的傾斜角，第二排具有60°的傾斜角，或者實際上多個附加排的冷卻孔，具有分別不同的傾斜角，該傾斜角在0°到90°范圍上有規(guī)律地分布。
[0016]通過使得流動順暢，該回轉(zhuǎn)-軸向多穿孔的過渡區(qū)域用于減少在裂紋開始起點處的溫度梯度。因為由此所獲得的更有效的混合，改進(jìn)了燃燒室出口處的平均溫度輪廓。
[0017]本實用新型也提供了燃燒室和渦輪發(fā)動機(jī)，渦輪發(fā)動機(jī)具有包括上述環(huán)形壁的燃燒室。
【附圖說明】
[0018]從參考附圖所進(jìn)行的下面描述可以顯現(xiàn)本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，附圖表示沒有限制特征的實施方式。在附圖中:
[0019]圖1是渦輪發(fā)動機(jī)燃燒室在其環(huán)境中的縱向剖面圖。
[0020]圖2是本發(fā)明實施方式中圖1燃燒室的環(huán)形壁之一的部分展開圖。
[0021 ] 圖3是摻混孔周圍圖2環(huán)形壁的部分剖面圖。
[0022]圖4是布置在凸緣直接上游的本發(fā)明冷卻孔的側(cè)視圖。
[0023]圖5A、5B和5C是圖4冷卻孔的三個變化實施方式的平面圖。和
[0024]圖6是表示兩個連續(xù)排的孔之間存在的縱向和方位角空間的部分平面圖。
【具體實施方式】
[0025]圖1表示渦輪發(fā)動機(jī)燃燒室10在其環(huán)境中。這種渦輪發(fā)動機(jī)特別地包括壓氣部分(未示出)，其中空氣在被噴射到燃燒室殼體12之前被壓縮，然后噴射到安裝在其中的燃燒室10中。壓縮的空氣被引入到燃燒室中以及在其中被燃燒之前與燃料混合。來自于燃燒的熱氣體然后被導(dǎo)向到燃燒室出口處布置的高壓渦輪機(jī)14。
[0026]燃燒室具有環(huán)形類型。它包括內(nèi)環(huán)形壁16和外環(huán)形壁18，兩者通過凸緣連接到燃燒室殼體以及在上游通過形成燃燒室端壁的橫向壁20聯(lián)合在一起。燃燒室可以是如所示的順流燃燒室，或者它可以是逆流燃燒室。在這種情況下，半環(huán)形管放置在燃燒室和渦輪機(jī)噴嘴之間。
[0027]內(nèi)和外環(huán)形壁16和18沿著相對于渦輪發(fā)動機(jī)的縱向軸線22傾斜一點的縱向軸線延伸。燃燒室端壁20提供有多個開口 20A，該開口 20A中具有安裝在其中的燃料噴射器
21ο
[0028]燃燒室殼體12，由內(nèi)殼12a和外殼12b組成，它與燃燒室10配合以限定環(huán)形空間26，該環(huán)形空間26接收用于燃燒、用于摻混和用于冷卻燃燒室的壓縮空氣。
[0029]內(nèi)和外環(huán)形壁16和18具有面對其中壓縮空氣流動的環(huán)形空間26的各自的冷側(cè)16a、18a，以及面向燃燒室內(nèi)側(cè)的各自熱側(cè)16b、18b。
[0030]燃燒室10分成“主”區(qū)域(或燃燒區(qū)域)和位于主區(qū)域下游的“次”區(qū)域(或摻混區(qū)域)(其中，“下游”應(yīng)該理解為與來自于燃燒室內(nèi)側(cè)空氣/燃料混合物燃燒的氣流的總軸向方向相對的和用箭頭D表示的)。
[0031]向燃燒室的主區(qū)域輸送的空氣通過周向排的主洞28引入，穿過燃燒室的內(nèi)和外環(huán)形壁16和18圍繞這些環(huán)形壁的整個圓周形成該主洞28。向燃燒室的次級區(qū)域輸送的空氣通過多個摻混洞30引入，該摻混洞30也穿過燃燒室的內(nèi)和外環(huán)形壁16和18圍繞這些環(huán)形壁的整個圓周形成。摻混孔30也沿著周向排對齊，該周向排從主洞28那些排下游軸向地偏移，并且它們可以具有不同的直徑，特別地交替的大洞和小洞，如圖2中所示。
[0032]為了冷卻受到燃燒氣體高溫作用的燃燒室的內(nèi)和外環(huán)形壁16和18，提供多個冷卻孔32、34、36和28(圖2至圖5中所示)，用于通過多穿孔冷卻壁16、18。對于逆流燃燒室(未示出)，半環(huán)形管也通常具有這種多穿孔。
[0033]第一系列這些孔以多個周向排分布，該多個周向排彼此軸向地間隔和覆蓋燃燒室的環(huán)形壁的整個表面遠(yuǎn)至摻混洞30的出口。
[0034]這些冷卻孔32的數(shù)量和直徑dl在每排中相同的。給定排中兩個孔直徑的節(jié)距pi是恒定的，并且在排之間可以是相同的或不同的。而且，布置相鄰排的冷卻孔以致于孔32是交錯構(gòu)造，如圖2中所示。
[0035]如圖3中所示，冷卻孔32通常具有相對于環(huán)形壁16、18的法線N的傾斜角Θ 1，它們穿過該環(huán)形壁形成。該傾斜角θ 1能夠使經(jīng)由這些孔穿過的空氣沿著環(huán)形壁的熱側(cè)16b、18b形成空氣膜。與非傾斜的孔比較，它們用于增加被冷卻的環(huán)形壁的面積。此外，冷卻孔32的傾斜角θ 1被導(dǎo)向以致于通過這種方式所形成的空氣膜在燃燒室內(nèi)側(cè)燃燒氣體的流動方向上流動(在圖2中以箭頭D表示)。
[0036]然而，在本實用新型的上下文中，摻混孔30下游的第二系列的冷卻