專利名稱:向燃燒室，尤其是渦輪機(jī)燃燒室供給烴燃料和空氣的噴射裝置的制作方法
本發(fā)明涉及向燃燒室，尤其是渦輪機(jī)燃燒室供給烴燃料和空氣的噴射裝置。
對(duì)于現(xiàn)有的渦輪機(jī)，人們正在探討提高其操作性能的同時(shí)如何來(lái)減少所造成的污染的途徑。具體地說(shuō)，當(dāng)渦輪機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)例如煙霧的排放以及器壁的耐熱性加以制約;當(dāng)渦輪機(jī)減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)所需的性能，和火焰的穩(wěn)定性及保持合適的燃燒效率加以制約，那么，在這兩者之間就可以發(fā)現(xiàn)一種不怎么理想的折衷的解決方案。
此外，人們?cè)谶@種探討中，還應(yīng)考慮極為嚴(yán)格的污染排放標(biāo)準(zhǔn)、減少燃燒室體積以及使用多種烴燃料的必要性等，因此，在上述各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)之間尋找折衷的解決方案是很難實(shí)現(xiàn)的。
自從采用具有兩種標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)的燃燒室以后，人們通過(guò)實(shí)現(xiàn)能夠改變其幾何體的噴射裝置，找到一種比較好的解決方案。所述的具有兩種標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)的燃燒室，一個(gè)適于減速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，另一個(gè)適于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。該燃燒室體大笨重。所述的噴射裝置，其隔板是可動(dòng)的，可以或多或少地調(diào)節(jié)燃燒室中的空氣輸入量，使燃燒體積大大減小，從而大大減小燃燒室體積，而這時(shí)的操作卻可以連續(xù)地保持最佳狀態(tài)。
這種類型的燃燒室，一般使用具有中間碗體的流線型噴射裝置。在實(shí)施例中，噴射裝置安裝在燃燒室底部。噴射裝置中間裝有稱作碗體的中間部件，該部件包括沿氣流方向張開的下游薄殼，在薄殼上有許多小口徑的圓孔。空氣以高速通過(guò)這些圓孔進(jìn)入由噴射而形成的霧化烴燃料中。借助渦旋，這種碗體使噴射裝置的作用更加完善，因?yàn)檫@種渦旋改善了烴燃料的霧化狀態(tài)，使其能更好地與空氣混合。
為了改進(jìn)這些具有中間碗體的流線型噴射裝置，可在其外渦旋螺旋體以及碗體圓孔的空氣入口處配置能改變它的出口流量的隔板，使碗體出口的空氣與烴燃料的混合比能適應(yīng)燃燒室的各種操作條件，也適應(yīng)減速運(yùn)轉(zhuǎn)和高速運(yùn)轉(zhuǎn)的中間運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
法國(guó)專利FR 2491139描述了這種螺旋體，其中，徑向空氣入口處的外螺旋體包括一個(gè)隔板，該隔板由圓柱形殼體構(gòu)成，該圓柱形殼體環(huán)繞開有空氣入口孔的圓形套環(huán)。無(wú)論是隔板還是空氣入口處的套環(huán)，都不具有使霧化空氣導(dǎo)向和偏向的葉片，空氣的導(dǎo)向是以不完善的方式實(shí)現(xiàn)的，即通過(guò)其外表面延伸到隔板上的曲線唇口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
法國(guó)專利FR 2491140描述了一種用于燃燒室的不帶有中間碗體的軸向的螺旋體，其中的隔板具有與螺旋體傾角不同的葉片傾角。由此，可以根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)改變室中空氣的進(jìn)入角度。盡管如此，這種噴射裝置還是存在許多缺點(diǎn)，即其外渦旋的螺旋體緊靠燃燒室的底部，因此，在供給的烴燃料錐形體中就形成了由螺旋體的葉片所造成的較大的尾渦，這種尾渦對(duì)空氣與烴燃料的均勻混合不利，將上述外渦旋的螺旋體緊靠燃燒室的底部的安裝方法絲毫不能減緩所述的尾渦現(xiàn)象。
本發(fā)明提出一種噴射裝置，其中，外渦旋螺旋體的安裝角與它的隔板的安裝角不同，這樣，就可根據(jù)不同的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)形成不同的空氣噴射偏斜角或“旋渦角”。而且，本發(fā)明噴射裝置可以克服前面述及的缺點(diǎn)，即在裝有中間碗體的噴射裝置中，于隔板的徑向入口處，設(shè)置一個(gè)外螺旋體，就可以較好地對(duì)空氣導(dǎo)向，該外螺旋體具有軸向心的空氣出口，螺旋體和隔板置于通道入口的徑向部分，使離開螺旋體的空氣在碗體的頸口處被引入燃燒室之前加速，從而減緩由于外螺旋體的葉片所造成的尾渦現(xiàn)象。
因此，本發(fā)明的目的是關(guān)于燃燒室內(nèi)特別是渦輪機(jī)燃燒室內(nèi)的空氣和烴燃料的噴射裝置，這種噴射裝置至少包括一個(gè)烴燃料噴咀;一個(gè)外渦旋螺旋體，用于霧化烴燃料和空氣，該外渦旋螺旋體配置用于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)節(jié)入口空氣流量的隔板;一個(gè)形狀如碗體的部件，該部件包括下游薄殼，該下游薄殼沿氣流方向張開，并在其上開有用于向霧化烴燃料所形成的錐體形內(nèi)噴入空氣的圓孔;一個(gè)由下游薄殼構(gòu)成的沖擊冷卻室;一個(gè)中間套環(huán)以及一個(gè)具有空氣入口孔的外裙板。
根據(jù)本發(fā)明，外渦旋螺旋體安裝在具有徑向入口和軸向心出口的環(huán)狀通道里，而構(gòu)成螺旋體的傾斜葉片則安裝在通道的徑向入口，葉片的下游端邊緣位于中間套環(huán)的延伸部分，形成通道軸向心出口的圓柱形外壁。另外，螺旋體中調(diào)節(jié)入口空氣流量的隔板裝在該螺旋體上游的通道的徑向入口處，隔板由第二個(gè)傾斜葉片組成，以使螺旋體的安裝角的大小，相對(duì)于噴射裝置的半徑來(lái)說(shuō)，大約是隔板安裝角大小的3-4倍。
根據(jù)本發(fā)明的特點(diǎn)，隔板的葉片的徑向高度大致上等于螺旋體的葉片的徑向高度的3倍。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)，隔板的葉片安裝角度大約是20°-25°，而螺旋體的葉片安裝角度大約是80°-85°。
根據(jù)附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的其它特點(diǎn)。
圖1，是燃燒室的半個(gè)縱向剖面圖，該燃燒室中裝有本發(fā)明的噴射裝置。
圖2是圖1中A部位上中間碗體的半個(gè)縱向剖面圖。
圖3是減速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下根據(jù)圖2中Ⅰ-Ⅰ部位的螺旋體和它的隔板的剖面圖。
圖4是高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下根據(jù)圖2中Ⅰ-Ⅰ部位的螺旋體和它的隔板的剖面圖。
圖1中示出了渦輪機(jī)的環(huán)形燃燒室1的半個(gè)縱向剖面圖，該燃燒室包括外殼2和限定壓縮氣流范圍的內(nèi)套筒3。來(lái)自壓縮機(jī)(圖中未示)的上游部分空氣F1橫向?qū)雵娚溲b置4，以形成含有烴燃料的混合物，這種混合物通過(guò)燃燒反應(yīng)的第一區(qū)域5，然后，使其在稀釋區(qū)域6中稀釋，并在下游的第二區(qū)域7中冷卻，最后，在被噴管向發(fā)動(dòng)機(jī)下游的大氣中噴射之前，將其輸送至渦輪(圖中未示出)。
圖1中，用虛線示出噴咀8，噴咀通過(guò)中間碗體10與燃燒室底部9連接，其中，它所包括的外渦旋螺旋體實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。因?yàn)楸娝苤膰娚湎到y(tǒng)包括內(nèi)渦旋螺旋體(圖中未示出)，其型式可以是徑向的，也可以是軸向心的，用于噴射來(lái)自噴咀的烴燃料，以形成向下游擴(kuò)展的截錐形射流。
裝有內(nèi)渦旋螺旋體的噴咀8被構(gòu)成中間碗體10的上游壁的蓋罩11所環(huán)繞，蓋罩11的下游部分包括截錐形部分11a，它通過(guò)圓柱形支承部分11b和徑向器壁11c向上游方向延伸，徑向器壁11c與中間套環(huán)12的徑向器壁12c一起，形成一個(gè)在其徑向入口處裝有構(gòu)成噴射系統(tǒng)的外渦旋螺旋體的傾斜葉片的通道。上述中間套環(huán)12包括一個(gè)與徑向器壁12c成圓形連接的圓柱形部分12b，還配有一個(gè)向下游縮口的截錐形部分12a。蓋罩11與中間套環(huán)之間形成環(huán)形通道14，通道14的徑向入口由上游器壁11c和12c加以限定，而其軸向心出口是由11b、12b和11a、12a限定的。
由葉片所構(gòu)成的徑向螺旋體安裝在最靠近通道14的徑向入口的軸線附近，使其下游邊緣13a位于其直徑與通道14的圓柱形部分12b的直徑相同的圓周上。在通道的徑向入口處的上游部位配置圓環(huán)狀隔板15，隔板15具有較大徑向高度的第二葉片，以使螺旋體入口處的空氣有較好的導(dǎo)向。為了獲得準(zhǔn)確的空氣導(dǎo)向，隔板15的徑向高度應(yīng)等于螺旋體13的高度的3倍。通過(guò)圖中未示出的操縱裝置控制的操縱桿16使隔板15連續(xù)旋轉(zhuǎn)，因此，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(例如在飛機(jī)起飛時(shí))，螺旋體13的葉片就完全被隔板的葉片15的延伸部分所遮蓋，而在減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋體13上的固定葉片沒(méi)有被完全遮蓋，并橫向地位于穿過(guò)隔板15的空氣流所通過(guò)的孔道17的軸線位置上。
隔板的葉片相對(duì)于噴咀的半徑具有較小的安裝角，該安裝角大約是20°-25°，而螺旋體13大致上具有較大的安裝角，大約是80°-85°。
在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用于使烴燃料形成圓錐形的空氣很少離心分離，而且，其貫穿在燃燒室內(nèi)比較長(zhǎng)的長(zhǎng)度上，因此，上述空氣適合于高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的最佳燃燒條件。
相反，在減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，穿過(guò)螺旋體的空氣會(huì)碰到傾斜度很大的螺旋體13的葉片，并受到很強(qiáng)的離心分離，這就可以改變霧化烴燃料的圓錐形形狀，將其開口擴(kuò)大，使它更靠近燃燒室底部，從而在減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)改進(jìn)燃燒的穩(wěn)定性。
在這種噴射系統(tǒng)上作的試驗(yàn)證明，當(dāng)螺旋體13的安裝角大約是80°-85°時(shí)，就能獲得減速運(yùn)轉(zhuǎn)中的最佳穩(wěn)定性能，而當(dāng)隔板15相對(duì)于噴射裝置的半徑的安裝角大約是80°-85°時(shí)，就能獲得高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)最佳性能。
本發(fā)明的碗體包括沖擊冷卻室16，該沖擊冷卻室16在碗體下游薄殼上，這種冷卻室16是在套環(huán)12(12a，12b，12c)和碗體的螺帽20之間形成的。通過(guò)孔18向該室16供入空氣，該孔18還可能具有安裝角。通過(guò)與隔板15連接的圓支承面15a調(diào)節(jié)這些孔18，使其與螺旋體13同時(shí)開啟或閉合。下游裙板的孔19可以使空氣從冷卻室16中排出，以有利于霧化烴燃料?？?8和19的孔數(shù)可以是相同的，也可以是不相同的，只需根據(jù)其孔徑進(jìn)行計(jì)算，就可以使隔板15a全打開時(shí)的入口流量和通過(guò)孔19的出口流量相同。
上述試驗(yàn)證明，與已知的噴射裝置進(jìn)行比較，本發(fā)明的碗體能夠?qū)崿F(xiàn)較好的空氣導(dǎo)向性能，從而保證使全閉合條件下來(lái)自外螺旋體的空氣更好旋轉(zhuǎn)。另外，在空氣被送入碗體頸部之前，螺旋體出口(由軸向心通道14的專門結(jié)構(gòu)所形成)的空氣的加速，能減緩由外螺旋體的葉片所形成的尾渦。這樣，在燃燒室內(nèi)就能獲得比較均勻的燃燒狀態(tài)，防止出現(xiàn)已有技術(shù)中燃燒室內(nèi)存在的局部過(guò)熱區(qū)域。
這樣的噴射裝置既能增加燃燒室的使用壽命，也能減少維修拆卸次數(shù)，同時(shí)又能大大改善其高速運(yùn)轉(zhuǎn)和減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的操作性能。
(續(xù)上頁(yè))文件名稱 頁(yè) 行 補(bǔ)正前 補(bǔ)正后說(shuō)明書 5 14 安裝角 安裝角α5 15 安裝角 安裝角β6 2 80°-85° 20°-25°
權(quán)利要求
1.用于燃燒室，特別是渦輪機(jī)燃燒室內(nèi)的空氣-烴燃料的噴射裝置，它至少包括一個(gè)烴燃料的噴咀，一個(gè)用于通過(guò)霧化烴燃料的空氣的外渦旋螺旋體，其中裝有一個(gè)可調(diào)節(jié)入口空氣流量的隔板，一個(gè)沿氣流方向張開的下游薄殼，在該薄殼上開有一排用于向霧化的烴燃料的圓錐形噴入空氣的孔19，一個(gè)由下游薄殼形成的沖擊冷卻室16所組成的形狀如碗體的部件，一個(gè)中間套環(huán)和一個(gè)具有空氣入口孔的外裙板，其特征在于，外渦旋螺旋體13安裝在具有徑向入口和軸向心出口的環(huán)形通道14中，組成該螺旋體的傾斜葉片13a安裝在通道14的徑向入口中，該葉片的下游端安裝在構(gòu)成通道14的軸向心出口的圓柱形外壁的中間套環(huán)的延伸部分12b上，螺旋體中調(diào)節(jié)入口空氣流量的隔板15裝在螺旋體上游的通道的徑向入口中，隔板15由第二個(gè)傾斜葉片所組成，以使螺旋體13的安裝角大約是隔板15相對(duì)于噴射裝置半徑的安裝角的3-4倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的噴射裝置，其特征在于，隔板15處于相應(yīng)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的第一位置上，其中，隔板15的葉片完全遮蓋螺旋體13的葉片，直至當(dāng)隔板15處于減速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的第二位置上時(shí)，隔板15的葉片沒(méi)有完全遮蓋外螺旋體13的葉片，可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2中之一所述的噴射裝置，其特征在于，隔板的15的徑向高度是螺旋體13的徑向高度的3倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1至3中之一所述的噴射裝置，其特征在于，隔板15相對(duì)于噴射裝置半徑的安裝角大約是20°-25°，而螺旋體13的相應(yīng)的安裝角大約是80°-85°。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1至4中之一所述的噴射裝置，其特征在于，隔板15包括一個(gè)圍繞外裙板的圓形支承部件15a，在15a上開孔18，孔18的孔數(shù)與外裙板上入口空氣孔的孔數(shù)相同，以便連續(xù)地調(diào)節(jié)用于燃燒室內(nèi)沖擊冷卻的空氣流量。
專利摘要
用于燃燒室特別是渦輪機(jī)燃燒室的空氣-烴燃料噴射裝置，包括烴燃料噴嘴、帶調(diào)節(jié)入口空氣流量的隔板的外渦旋螺旋體、帶有向烴燃料的霧化錐噴入空氣的孔的薄殼、由薄殼構(gòu)成的沖擊冷卻室、中間套環(huán)和外裙板。螺旋體裝在有徑向入口和軸向出口的通道里，組成螺旋體的葉片裝在入口中，且葉片下游端位于中間套環(huán)的延伸部分。由葉片組成的隔板裝在螺旋體上游通道的徑向入口處，螺旋體的安裝角約為隔板相對(duì)噴射裝置半徑的安裝角的3—4倍。
文檔編號(hào)F23R3/26GK87105834SQ87105834
公開日1988年5月11日 申請(qǐng)日期1987年7月28日
發(fā)明者格拉德·伊夫斯·格爾格斯·巴比爾, 格拉德·約瑟夫·帕斯卡爾·巴利·拉伯里, 邁克爾·安德·阿爾伯特·迪索蒂, 羅多夫·馬蒂尼斯, 澤羅姆·彼里格尼 申請(qǐng)人:航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和研究國(guó)營(yíng)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan