專利名稱：燃燒室噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃燒室，尤其涉及燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室可以采用若干形式。一種示范類型的燃燒室的特點(diǎn)是一個(gè)具有用于燃料和空氣的前/上游入口與后/下游出口的環(huán)狀燃燒室，該出口用于將燃燒產(chǎn)物引向發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪段。一種示范的燃燒室的特點(diǎn)是有從一前隔板向后延伸的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁，該前隔板中安裝了旋流器，通過(guò)該前隔板裝入用于引入入口空氣和燃料的燃料噴嘴/噴射器。示范的壁為雙層結(jié)構(gòu)，有一內(nèi)防熱屏蔽板和一外殼。美國(guó)專利No.6675587中公開了一個(gè)燃燒室設(shè)計(jì)的例子。美國(guó)專利No.5966937中公開了一種旋流器。這兩個(gè)專利的公開內(nèi)容盡可能充分列舉地參考合并于此。
發(fā)明概要一種燃?xì)廨啓C(jī)的旋流器/噴嘴裝置有一個(gè)有一中心軸線的旋流器和一個(gè)噴嘴。該噴嘴有一個(gè)出口端部，該出口端部帶多個(gè)圍繞所述中心軸線不對(duì)稱地分布的出口。
該裝置可以作為一種具有對(duì)稱分布的出口的噴嘴的基準(zhǔn)裝置的重新設(shè)計(jì)而形成，并可用于燃?xì)廨啓C(jī)的重新設(shè)計(jì)和重新制造。
這種不對(duì)稱性可以使從噴嘴的第一個(gè)一半來(lái)的燃料流有效地少于從互補(bǔ)的第二個(gè)一半來(lái)的燃料流，該第一個(gè)一半相對(duì)于處于第二個(gè)一半的內(nèi)側(cè)。該重新設(shè)計(jì)/重新制造可以這樣完成，使得最后修改的旋流器/噴嘴在燃燒室出口處具有比基準(zhǔn)的旋流器/噴嘴的相關(guān)的溫度分布更均勻的相關(guān)的溫度分布。
在附圖和下列描述中詳細(xì)列舉本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。從描述、附圖和權(quán)利要求可以清楚本發(fā)明的其它特點(diǎn)、目的和優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是一種示范的發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向示意圖。
圖2是一種現(xiàn)有技術(shù)的旋流器/噴嘴的從下游的端視圖。
圖3是圖2的噴嘴的噴霧分布圖。
圖4是與圖2的噴嘴相關(guān)的燃燒室流出的燃料-空氣的分布圖。
圖5是第一重新設(shè)計(jì)的旋流器/噴嘴的從下游的端視圖。
圖6是與圖5的噴嘴相關(guān)的燃燒室出口燃料-空氣的分布圖。
圖7是第二重新設(shè)計(jì)的旋流器/噴嘴的從下游的端視圖。
圖8是第三重新設(shè)計(jì)的旋流器/噴嘴的從下游的端視圖。
圖9是第四重新設(shè)計(jì)的旋流器/噴嘴的從下游的端視圖。
各附圖中相同的標(biāo)號(hào)和標(biāo)志表示相同的部件。
本發(fā)明詳細(xì)描述圖1示意地表示一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)20，該輪機(jī)20從上游到下游具有風(fēng)扇22、低壓壓縮機(jī)24、高壓壓縮機(jī)26、燃燒室28、高壓渦輪30和低壓渦輪32。該發(fā)動(dòng)機(jī)有一根中心線或中心縱軸線500。
燃燒室28為環(huán)繞中心線500的環(huán)狀燃燒室(例如與罐型燃燒室的陣列相反)。該燃燒室有一個(gè)壁結(jié)構(gòu)，由前隔板40和上游/前端與其結(jié)合的內(nèi)側(cè)壁42和外側(cè)壁44形成。該燃燒室有一開口的出口/流出口端部46。一個(gè)旋流器/噴嘴裝置50安裝在該前隔板中。裝置50可以包括伸出到發(fā)動(dòng)機(jī)箱的噴嘴。該燃燒室有一在內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁之間的徑向跨度Rs，該跨度從上游到下游可以變化。
圖2是一個(gè)示范的旋流器/噴嘴的從下游的端視圖。也示出了發(fā)動(dòng)機(jī)徑向向外方向502(及相關(guān)的局部徑向平面503)和發(fā)動(dòng)機(jī)周邊方向504(及相關(guān)的局部周邊平面505)。也示出了空氣旋流506的方向。旋流器/噴嘴50有一中心縱軸線510，該縱軸線510局部地處于離發(fā)動(dòng)機(jī)中心線500的半徑RS/N處。該軸線510通?？梢越频仄叫杏诎l(fā)動(dòng)機(jī)中心線500(例如以15度以內(nèi)的角度或與其平行地處在與中心線50的一個(gè)共同的徑向平面內(nèi))。通常，軸線510的取向可以與高壓壓縮機(jī)出口和高壓渦輪機(jī)出口的徑向機(jī)構(gòu)近似地橫交。
圖2的示范的旋流器/噴嘴包括多個(gè)單個(gè)的燃料孔或出口60、61、62、63、64、65。從后面/下游觀看，它們以給定的半徑RN圍繞軸線510沿圓周均勻地間隔安置。每個(gè)出口60～65分別排放相關(guān)的噴霧70、71、72、73、74、75。噴霧70～75向下游流動(dòng)，在該處它們受沿方向506有一旋流分量的旋流器空氣流的影響。雖然最初是對(duì)稱的，但空氣動(dòng)力和慣性力可能產(chǎn)生一個(gè)不對(duì)稱的噴霧分布。圖3表示一個(gè)示范的燃料圖形。該分布的各個(gè)方面可以產(chǎn)生不規(guī)則的和非最佳的燃燒參數(shù)，包括具有可能非最佳煙塵和排放的非均勻燃燒。這可能增加了獲得所希望的排放控制的困難。它也可能造成局部加熱，并因而提高了對(duì)硬件牢固性的要求。
圖4表示對(duì)圖2的噴嘴在與該噴嘴相關(guān)的環(huán)狀區(qū)段上的規(guī)范化的燃燒室出口燃料-空氣分布。這轉(zhuǎn)移到一個(gè)類似的溫度分布。在對(duì)于貧燃料混合物的燃料-空氣比和溫度之間存在一個(gè)1-4-1的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖示的噴嘴沿圓周方向和徑向跨度的55％中心重疊約7.5度。在相關(guān)的分布中出現(xiàn)一熱點(diǎn)80(例如相對(duì)地富燃料但仍然典型地低于化學(xué)計(jì)量)。該熱點(diǎn)概念地表示在一個(gè)與最內(nèi)側(cè)出口63的噴霧73最緊密地結(jié)合的區(qū)域內(nèi)。這給出一種可能性，就是燃料流的重新分布可能減小該熱點(diǎn)的相對(duì)重要性。示范的重新分布可以涉及增加不對(duì)稱性、不規(guī)則性和/或其它不均勻性。
在一個(gè)例子中，假定所有其它因素保持相同，以最內(nèi)側(cè)出口63來(lái)的氣流中的減小可能提供上述這樣一種減小。圖5表示這樣一種修改的旋渦器/噴嘴，其中最內(nèi)側(cè)的出口63已被取消，以消除噴霧73。在一基準(zhǔn)(如先有技術(shù)的旋流器/噴嘴)的重新設(shè)計(jì)中可進(jìn)行示范的修改。這可以是一種基準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型的重新設(shè)計(jì)或一種基準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)的重新制造的一部分。該重新設(shè)計(jì)可以作為一種計(jì)算機(jī)模擬或物理實(shí)驗(yàn)而完成或部分完成，并可以是一種重復(fù)的過(guò)程。該示范的增加的不對(duì)稱性的一個(gè)特征是燃料的質(zhì)量流的質(zhì)量中心(在沒(méi)有從空氣流來(lái)的干擾時(shí)或在噴嘴上或在下游測(cè)得)從被取消的出口對(duì)面的噴嘴中心線處移開。
圖6表示略去了出口63和噴霧73的溫度分布圖。為了實(shí)驗(yàn)的目的，其它氣流保持一樣。但是，在一實(shí)際壽命的重新設(shè)計(jì)中，它們必須成比例地增大。然而，圖6的改善的均勻性表明，即使對(duì)于其余噴霧的增大的流量，也能得到相似的均勻性。
與圖5的形狀不同，圖7表示的旋流器/噴嘴200具有單個(gè)出口210、211、212、213、214、215，其位置與出口60～65相同，但處于相對(duì)下游的最內(nèi)側(cè)出口213提供比其余出口更小的氣流。如對(duì)圖5的旋流器/噴嘴一樣，從局部圓周平面505的內(nèi)側(cè)這一半的噴嘴來(lái)的燃料流減小而低于從外側(cè)那一半來(lái)的燃料流。
圖8表示可以作為圖2的旋流器/噴嘴的第三種重新設(shè)計(jì)而形成的旋流器/噴嘴250。旋流器/噴嘴250具有單個(gè)的出口260、261、262、263、264、265。在該示范的重新設(shè)計(jì)中，重新分布噴嘴的位置來(lái)減少?gòu)男髌?噴嘴的內(nèi)側(cè)這一半排出的流量。
雖然這些示范的重新設(shè)計(jì)都保持跨越一局部徑向平面的對(duì)稱性，但還可以引入不對(duì)稱性來(lái)使燃燒參數(shù)提供所要的溫度分布均勻性。
作為純粹噴嘴不對(duì)稱性的替代或補(bǔ)充，可以有一種旋流器不對(duì)稱性。圖9表示可以作為圖2的旋流器/噴嘴的第四種重新設(shè)計(jì)而形成的旋流器/噴嘴300。旋流器/噴嘴300具有旋流器部分302和噴嘴部分304。該示范的噴嘴部分304具有出口310、311、312、313、314、315，為例示起見，表示成與圖2的旋流器/噴嘴的尺寸和位置相同。旋流器302可以有一軸線510’，其位置和取向與軸線510相似。但是，噴嘴304偏心地安裝在該旋流器內(nèi)，使得噴嘴軸線510”不與軸線510’符合一致。在圖示的例子中，軸線510”平行于軸線510’，并沿徑向502從軸線510’稍許偏移。這種偏移使燃料噴霧分布沿徑向向外偏離。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。然而，可以理解，可以進(jìn)行各種修改而并不偏離本發(fā)明的范圍和精神。例如，在一種重新設(shè)計(jì)或重新制造的狀況下，基準(zhǔn)構(gòu)型的細(xì)節(jié)可以影響任何特定實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。因此，其它實(shí)施例均在下列權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)旋流器/噴嘴裝置，包括一個(gè)有一中心軸線的旋流器；以及一個(gè)噴嘴，其出口端有多個(gè)出口，這些出口圍繞所述軸線不對(duì)稱。
2.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于還包括一個(gè)橫交該中心軸線而延伸的支腳，其中該不對(duì)稱為對(duì)置的所述支腳有效地提供比鄰近的所述支腳較少的燃料流。
3.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于該不對(duì)稱包括一個(gè)比其余所述出口要小的第一所述出口。
4.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于該不對(duì)稱包括圍繞所述中心軸線的圓周不均勻的間距。
5.權(quán)利要求4的裝置，其特征在于該圍繞所述中心軸線的圓周間距包括一個(gè)比其余圓周間隙更大的單個(gè)圓周間隙。
6.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于在離所述中心軸線一個(gè)半徑處有4～12個(gè)所述出口。
7.一種燃?xì)廨啓C(jī)，包括一個(gè)壓縮機(jī)區(qū)段；一個(gè)接受來(lái)自該壓縮機(jī)區(qū)段的空氣的圓環(huán)狀燃燒室；以及一個(gè)接受來(lái)自該燃燒室的燃燒氣體并驅(qū)動(dòng)該壓縮機(jī)區(qū)段的渦輪區(qū)段；其中，該燃燒室包括成圓周排列的按權(quán)利要求1所述的裝置。
8.權(quán)利要求7的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于有12～30個(gè)所述裝置。
9.該不對(duì)稱有效地自該噴嘴的第一半部比自互補(bǔ)的第二半部提供較少的燃料流，該第一半部在該第二半部的內(nèi)側(cè)。
10.一種用于操作一燃?xì)廨啓C(jī)的方法，該輪機(jī)包括一個(gè)壓縮機(jī)區(qū)段、一個(gè)接受來(lái)自該壓縮機(jī)區(qū)段的空氣并有呈圓周排列的旋流器/噴嘴裝置的圓環(huán)狀燃燒器，以及一個(gè)接受來(lái)自該燃燒室的燃燒氣體并驅(qū)動(dòng)該壓縮機(jī)區(qū)段的渦輪區(qū)段；該方法包括從所述裝置排出燃料，使從該裝置的外側(cè)一半所排出的燃料多于從該裝置的互補(bǔ)的內(nèi)側(cè)一半所排出的燃料。
11.權(quán)利要求10的方法，其特征在于通過(guò)該裝置的外側(cè)一半的燃料流量至少是通過(guò)該裝置的內(nèi)側(cè)一半的燃料流量的110％。
12.一種用于自一基準(zhǔn)構(gòu)型到一改造構(gòu)型的重新制造一燃?xì)廨啓C(jī)或重新設(shè)計(jì)所述燃?xì)廨啓C(jī)的構(gòu)型的方法，該基準(zhǔn)構(gòu)型包括一個(gè)有呈圓周排列的基準(zhǔn)旋流器/噴嘴裝置的環(huán)狀燃燒器，每個(gè)裝置有一具有中心軸線的旋流器和一具有一個(gè)出口端部的噴嘴，該出口端部帶有多個(gè)圍繞所述軸線而對(duì)稱于該軸線的出口，該方法包括改變一個(gè)改造的旋流器/噴嘴的至少一個(gè)不對(duì)稱參數(shù)；以及測(cè)定與該改造的旋流器/噴嘴有關(guān)的燃燒器溫度分布。
13.權(quán)利要求12的方法，其特征在于實(shí)施該方法能提供這樣一種最后修改的旋流器/噴嘴，其相關(guān)的溫度分布比該基準(zhǔn)旋流器/噴嘴的相關(guān)溫度分布更加均勻。
14.權(quán)利要求12的方法，其特征在于該方法至少部分地作為計(jì)算機(jī)模擬而完成。
15.一種燃?xì)廨啓C(jī)的旋流器/噴嘴裝置，包括一個(gè)有一中心軸線的旋流器；以及一個(gè)有一帶有多個(gè)出口的出口端部，其構(gòu)型做成能提供用于限制一燃燒熱點(diǎn)的機(jī)構(gòu)。
全文摘要
一種燃?xì)廨啓C(jī)的旋流器/噴嘴裝置，有一個(gè)有一中心軸線的旋流器和一個(gè)噴嘴。該噴嘴有一出口端部，該出口端部有多個(gè)圍繞所述中心軸線不對(duì)稱地分布的出口。該裝置可以作為一種具有對(duì)稱分布的出口的噴嘴的基準(zhǔn)裝置的重新設(shè)計(jì)而形成。
文檔編號(hào)F23R3/02GK1987205SQ20061016909
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者C·B·格雷夫斯 申請(qǐng)人:聯(lián)合工藝公司