專利名稱：噴油器支承板組件及漩渦式噴嘴組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于渦輪機(jī)的噴油器支承板組件和空氣漩渦式噴嘴組件，尤其是適應(yīng)噴油器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組件。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代飛行器的燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒室模塊包括一個(gè)用一個(gè)殼體為邊界的環(huán)形燃燒室。燃燒室有徑向內(nèi)、外襯套和一個(gè)在襯套前端之間徑向延伸的隔板。隔板上貫穿了許多開口。每個(gè)隔板的開口里有一個(gè)有著大的中心開口的空氣漩渦式噴嘴。噴油器支承板有一個(gè)相對(duì)較小的柱狀中心開口，噴油器支承板夾緊到漩渦式噴嘴上，在某種程度上，允許支承板相對(duì)于漩渦式噴嘴滑動(dòng)或浮動(dòng)。
燃燒室模塊還包括一個(gè)給燃燒室供應(yīng)燃油的噴油器。噴油器有一個(gè)固定在殼體上并從其內(nèi)部徑向突出的桿。與桿一體的噴嘴，沿桿的垂直方向延伸并且穿過支承板的柱狀開口突出。噴嘴穿過支承板的部分是柱狀的，它的直徑與支承板開口的直徑幾乎相同。
在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程中，燃燒空氣經(jīng)由空氣漩渦式噴嘴進(jìn)入燃燒室前端。漩渦式噴嘴使進(jìn)入的空氣成漩渦，與噴油器供應(yīng)的燃油充分混合。充分混合有助于使燃燒室排出的不合要求的廢氣達(dá)到最小值。漩渦式噴嘴也可以調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室前端的空氣量。這是很重要的，因?yàn)檫^量的空氣會(huì)熄滅燃燒火焰，這就是所謂的稀混合氣熄滅問題。當(dāng)工作在怠速工況或附近和/或突然減速以獲得大功率時(shí)，渦輪機(jī)特別容易出現(xiàn)稀混合氣熄滅。前面提到的噴油嘴和支承板開口幾乎相同的直徑有助于阻止空氣泄漏，空氣泄漏會(huì)導(dǎo)致燃燒室更容易出現(xiàn)稀混合氣熄滅。
在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程中，燃燒室前端附近的部件，例如，空氣漩渦式噴嘴和隔板，由于鄰近燃燒火焰所以暴露在高溫下。噴油器桿和固定桿的殼體暴露在相對(duì)低的溫度下。這些部件之間的溫度差引起了不同的膨脹和收縮，這樣就會(huì)使噴油嘴相對(duì)于漩渦式噴嘴產(chǎn)生徑向和/或周向移位。如前所述，支承板可滑動(dòng)地安裝在漩渦式噴嘴上，這個(gè)事實(shí)使得支承板可以滑動(dòng)并且適應(yīng)噴嘴的移位，同時(shí)可以繼續(xù)阻止噴嘴附近的有害空氣泄漏。
盡管傳統(tǒng)的支承板可以有效地適應(yīng)噴嘴相對(duì)于漩渦式噴嘴的平移，但不能很容易地適應(yīng)噴嘴的角度定向的變化。例如，如果溫度梯度、壓力負(fù)荷或其它影響因素引起噴嘴和/或隔板圍繞一個(gè)橫向或徑向軸旋轉(zhuǎn)，那么噴嘴和/或支承板的中心開口會(huì)受到磨損。這種磨損會(huì)引起空氣從開口泄漏，這將使燃燒室更容易出現(xiàn)稀混合氣熄滅。在最惡劣的環(huán)境下，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)引起噴油嘴斷裂。另外，噴嘴的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)把支承板拖開遠(yuǎn)離漩渦式噴嘴(這種現(xiàn)象稱為“打嗝”)，這將引起空氣穿過支承板和漩渦式噴嘴之間的平界面發(fā)生有害泄漏。
所需要的就是一個(gè)噴油器支承板組件和一個(gè)漩渦式噴嘴組，適應(yīng)噴油器噴嘴相對(duì)于燃燒室硬件(如隔板和漩渦式噴嘴)的旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)支承板組件包括一個(gè)支承板，支承板上有噴油器開口，這個(gè)開口以一個(gè)有弧形內(nèi)表面的環(huán)道為邊界。一個(gè)有著與環(huán)道內(nèi)表面幾何相似的外表面的回轉(zhuǎn)球環(huán)由一個(gè)鎖鎖入開口中。在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程中，回轉(zhuǎn)球環(huán)可以在環(huán)道中回轉(zhuǎn)以適應(yīng)穿過這個(gè)回轉(zhuǎn)球環(huán)的噴油器噴嘴的旋轉(zhuǎn)。
一個(gè)更詳細(xì)的實(shí)施例中，弧形表面是球形的。
在另一個(gè)更詳細(xì)的實(shí)施例中，支承板有翼片以便于與漩渦式噴嘴可滑動(dòng)連接。
各種實(shí)施例的前述特征以及其它特征可以通過下面對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例和附圖的描述更明顯地看出。


圖1是渦輪機(jī)的環(huán)形燃燒室前端橫截面的側(cè)視圖，示出本發(fā)明的空氣漩渦式噴嘴組件和支承板組件的最佳實(shí)施例；圖2和圖3是圖1所示組件的分解透視圖和裝配透視圖；圖2A是圖2的漩渦式噴嘴的透視圖，示出一種替代結(jié)構(gòu)；圖4是支承板可滑動(dòng)安裝在空氣漩渦式噴嘴上的一種替代方法的透視圖；圖5和圖6是支承板可滑動(dòng)安裝在空氣漩渦式噴嘴上的一種替代方法的分解透視圖和裝配透視圖；圖7是本發(fā)明的支承板組件的最佳實(shí)施例的橫截面的側(cè)視放大圖，示出更多細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
圖1示出一個(gè)燃?xì)鉁u輪機(jī)的環(huán)形燃燒室，有內(nèi)襯套10和外襯套12，劃定發(fā)動(dòng)機(jī)軸線14形成環(huán)形燃燒室16。隔板18和隔板擋熱板20在襯套前端之間徑向延伸。一個(gè)環(huán)形機(jī)罩或頂蓋罩22罩住燃燒室的前端。一個(gè)空氣漩渦式噴嘴24裝在隔板和隔熱板的中心開口中。在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程中，漩渦式噴嘴沿徑向引導(dǎo)空氣然后沿軸向進(jìn)入燃燒室。在空氣進(jìn)入漩渦式噴嘴時(shí)，一前一后的回轉(zhuǎn)葉片組26、28把漩渦傳遞給空氣。噴油器支承板30夾緊到漩渦式噴嘴前端上，并且足夠的緊以阻止空氣穿過支承板和漩渦式噴嘴之間的平界面或接觸面32發(fā)生泄漏，但是又要足夠的松以使支承板相對(duì)于漩渦式噴嘴能作徑向和周向滑動(dòng)或浮動(dòng)。
噴油器34包括一個(gè)徑向延伸的桿36和一個(gè)噴嘴38，該噴嘴與桿為一體并且在桿的大致垂直方向上延伸。桿固定在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體40上。噴嘴至少有一個(gè)部分42是柱狀的。
圖2和圖3示出了空氣漩渦式噴嘴組件和是漩渦式噴嘴組件的一個(gè)部件的支承板組件的最佳實(shí)施例。漩渦式噴嘴24有一個(gè)前表面46和一個(gè)分段的周向延伸的軌道48，該軌道的軸向?qū)挾葹閃R。一個(gè)槽50周向延伸，沿著徑向向內(nèi)面對(duì)軌道表面。槽的后部邊緣52軸向偏離面46一個(gè)距離G。軌道和槽可以是周向連續(xù)的，然而在最佳實(shí)施例中，軌道是被三個(gè)等角度分布的隔斷部分56分成三個(gè)分段54。理想地是，每個(gè)隔斷部分延伸了軌道的整個(gè)軸向?qū)挾萕R。作為一種替代結(jié)構(gòu)，隔斷部分也可以是如圖2A所示的窗口形狀58。
支承板組件包括支承板30，該支承板有三個(gè)徑向突出的翼片62。一個(gè)翼片裝入漩渦式噴嘴軌道的一個(gè)隔斷部分56中。有一個(gè)搭疊裂口65的座圈如螺旋環(huán)64嵌入槽50中以把支承板夾緊在漩渦式噴嘴的面46上。部分地取決于偏置距離G的夾緊力把支承板足夠緊地壓在漩渦式噴嘴的面上以阻止空氣穿過支承板和漩渦式噴嘴之間的平界面或接觸面32(如圖1)發(fā)生泄漏。然而夾緊力又要足夠弱以使支承板根據(jù)如不同熱增長(zhǎng)等因素的影響相對(duì)于漩渦式噴嘴徑向和周向滑動(dòng)或浮動(dòng)。標(biāo)出支承板的尺寸使三個(gè)翼片的外緣66都一直沿軸向嵌在座圈的后部，而不用考慮支承板相對(duì)于漩渦式噴嘴的實(shí)際位置。翼片也與相鄰的軌道分段54配合以限制支承板相對(duì)于漩渦式噴嘴的旋轉(zhuǎn)。限制旋轉(zhuǎn)是為了防止過多的磨損。最后，翼片有助于抵制支承板震動(dòng)和同漩渦式噴嘴的面46局部分離的趨勢(shì)。我們總結(jié)出三個(gè)翼片和兩個(gè)翼片相比能提供更好的抗震性。
理想地，座圈是所例舉的螺旋環(huán)64，受到沿軸向的擠壓以便于裝入槽50中，或者可以經(jīng)過隔斷部分56沿周向放入槽中。其它形式的座圈，如常用的卡環(huán)也可以用在這里。
把支承板夾緊到漩渦式噴嘴上還有其它的方法，盡管比較少用，但也能符合要求。圖4示出的漩渦式噴嘴組件中，一個(gè)固定板68在焊縫69處焊接到漩渦式噴嘴上以軸向阻擋支承板30a。圖5和圖6中，U形夾70和72分別從支承板30b和漩渦式噴嘴24b沿徑向突出。每個(gè)T形銷74有一個(gè)尾翼76和一個(gè)橫臂78。每個(gè)銷的尾翼76穿過相應(yīng)的U形夾切口，并且焊接或銅焊到支承板U形夾70上以把支承板可滑動(dòng)地夾緊到漩渦式噴嘴上。漩渦式噴嘴U形夾72的切口要有足夠的周向?qū)挾仁沟弥С邪寮瓤梢云叫幸部梢源怪本€79移動(dòng)，盡管支承板被限制在接觸面32(如圖1)處。
再參照?qǐng)D2和圖3，支承板30有一個(gè)中心開口80以一個(gè)沿軸向稍拉長(zhǎng)的環(huán)道82為邊界。環(huán)道的徑向內(nèi)表面84是一個(gè)弧形表面，特別是球形表面。在環(huán)道的前端有兩對(duì)直徑上對(duì)置的負(fù)載切口86。每個(gè)切口有一個(gè)周向?qū)挾萕S。在一個(gè)比較少用的實(shí)施例中，如圖5所示，只有一對(duì)負(fù)載切口。
加上參照?qǐng)D7，回轉(zhuǎn)球環(huán)90有一個(gè)前端92、一個(gè)后端94、一個(gè)弧形外表面96和一個(gè)柱狀中心開口98。外表面96的形狀與環(huán)道內(nèi)表面84的相同，因此是一個(gè)有著曲率中心C的標(biāo)準(zhǔn)球形表面。倒角100是開口98的前端的邊界?；剞D(zhuǎn)球環(huán)的軸向長(zhǎng)度L比支承板環(huán)道前端的負(fù)載切口86的周向?qū)挾萕S稍小一些。技術(shù)人員對(duì)回轉(zhuǎn)球環(huán)進(jìn)行定向使球環(huán)的長(zhǎng)度L與一對(duì)負(fù)載切口86的寬度WS成一直線，從而把回轉(zhuǎn)球環(huán)裝入環(huán)道內(nèi)。技術(shù)人員把球環(huán)經(jīng)過負(fù)載切口嵌入環(huán)道，并且把球環(huán)回轉(zhuǎn)90度裝入如圖7所示的最佳裝配位置。在裝配狀態(tài)下，回轉(zhuǎn)球環(huán)緊密地嵌在支承板環(huán)道的內(nèi)部以阻止空氣穿過環(huán)道內(nèi)表面84和回轉(zhuǎn)球環(huán)外表面96之間的平界面發(fā)生泄漏。
支承板和回轉(zhuǎn)球環(huán)由鈷基鎢鉻合金6B或鎢鉻合金31(AMS參數(shù)分別為5894和5382)制成，這兩種材料在高溫下的摩擦系數(shù)都很低。
回轉(zhuǎn)球環(huán)關(guān)于與回轉(zhuǎn)球環(huán)軸線106垂直的平面104是非對(duì)稱的，并且經(jīng)過球形外表面96的中心C。外表面96在平面的前方延伸距離DF，在平面的后方延伸一個(gè)更大的距離DA。非對(duì)稱性減少了球環(huán)的軸向長(zhǎng)度，這對(duì)飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)是很重要的，因?yàn)榭臻g是非常寶貴的并且格外的重量一直是不希望有的。非對(duì)稱性(DA大于DF)的極性導(dǎo)致表面96留在平面104后方的面積部分比留在平面前方的大。這是很重要的，因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，局部壓力差會(huì)引起回轉(zhuǎn)球環(huán)向后(圖7的右邊)加負(fù)荷。平面104后方的較大表面積有助于在環(huán)道內(nèi)表面84上更寬地分散所加的負(fù)荷，這樣就降低了球環(huán)和環(huán)道上的壓力。
噴油嘴套管108起一個(gè)鎖的作用，防止回轉(zhuǎn)球環(huán)回轉(zhuǎn)到一個(gè)將使它向后脫出負(fù)載切口和脫離支承板環(huán)道的方向上。套管的徑向柱狀外表面110的直徑與回轉(zhuǎn)球環(huán)的開口98的直徑幾乎相同。套管的徑向柱狀內(nèi)表面112的直徑與噴油器噴嘴38的柱狀部分42的直徑幾乎相同。倒角120是柱狀表面112的前端的邊界。凸耳114從套管的前端沿徑向延伸并且與環(huán)道表面116非常接近。套管的后端可塑性變形。在裝配過程中，技術(shù)人員把套管壓入回轉(zhuǎn)球環(huán)的中心開口里直到凸耳114嵌入負(fù)載切口86中。回轉(zhuǎn)球環(huán)的倒角100有助于引導(dǎo)套管裝入開口。然后，技術(shù)人員使套管后端變形，變形的后端抓住回轉(zhuǎn)球環(huán)的后端。圖7中，實(shí)線表示套管的變形狀態(tài)，虛線表示無變形狀態(tài)。套管由鈷基海納25合金(AMS參數(shù)為5759)制成。
如上所述安裝套管，回轉(zhuǎn)球環(huán)可以在環(huán)道內(nèi)回轉(zhuǎn)但不能從負(fù)載切口86向后脫出。球環(huán)的過度回轉(zhuǎn)是被阻止的，因?yàn)橥苟?14接觸環(huán)道表面116，這樣就阻止了進(jìn)一步回轉(zhuǎn)。例如，如果圖7中的球環(huán)繞垂直于例舉的平面并且經(jīng)過C的軸線做順時(shí)針回轉(zhuǎn)，凸耳(接近例舉的頂部)會(huì)接觸環(huán)道表面116，這樣就阻止了進(jìn)一步回轉(zhuǎn)。
圖5和圖6示出了另一種形式的鎖，是一個(gè)焊接或銅焊或以其它方式固定在支承板上的環(huán)118。環(huán)118有足夠的徑向厚度以阻止回轉(zhuǎn)球環(huán)的過度回轉(zhuǎn)。盡管環(huán)118是本發(fā)明的另一種實(shí)施例中示出，但也可用于圖1、2、3和7的實(shí)施例中。
圖7示出一個(gè)噴油器組件，它的噴油器噴嘴有一個(gè)柱狀部分42穿過回轉(zhuǎn)球環(huán)的柱狀中心開口98。柱狀開口98的直徑與噴油器柱狀部分42的直徑幾乎相同以阻止空氣泄漏。倒角120便于不加思考地把噴油嘴裝入開口98中。在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程中，支承板相對(duì)于漩渦式噴嘴徑向和周向移動(dòng)以適應(yīng)由不同的熱增長(zhǎng)或其它影響因素引起的噴嘴運(yùn)動(dòng)。球環(huán)在支承板環(huán)道內(nèi)繞中心C旋轉(zhuǎn)以適應(yīng)噴嘴的旋轉(zhuǎn)。
盡管本文所描述的是環(huán)形燃燒室，但本發(fā)明的適用范圍可擴(kuò)大到其它的燃燒室結(jié)構(gòu)，如圓筒或圓筒環(huán)形燃燒室。
盡管本發(fā)明是參照特定的實(shí)施例進(jìn)行描述的，但在不背離權(quán)利要求所述發(fā)明的條件下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)形式和細(xì)節(jié)做各種變化。
權(quán)利要求
1.一種支承板組件，包括一個(gè)支承板，它有一個(gè)貫穿其中的開口，該開口以一個(gè)有著弧形輪廓內(nèi)表面的環(huán)道為邊界；一個(gè)回轉(zhuǎn)球環(huán)，它嵌在環(huán)道里面，該回轉(zhuǎn)球環(huán)有一個(gè)與環(huán)道內(nèi)表面形狀相同的弧形輪廓；一個(gè)鎖，它阻止回轉(zhuǎn)球環(huán)脫離環(huán)道。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，弧形輪廓是球形的。
3.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，環(huán)道有在裝配過程中安裝回轉(zhuǎn)球環(huán)的負(fù)載切口。
4.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，鎖有一個(gè)由回轉(zhuǎn)球環(huán)界定的套管。
5.如權(quán)利要求4所述的組件，其中，環(huán)道有負(fù)載切口，套管的一端至少有一個(gè)凸耳嵌入一個(gè)負(fù)載切口中，套管的另一端進(jìn)行變形以抓住回轉(zhuǎn)球環(huán)。
6.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，鎖有一個(gè)固定到支承板上的環(huán)。
7.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，支承板有翼片以便于與空氣漩渦式噴嘴的連接。
8.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，回轉(zhuǎn)球環(huán)是非對(duì)稱的。
9.如權(quán)利要求1或8所述的組件，其中，回轉(zhuǎn)球環(huán)有一個(gè)貫穿其中的開口，該開口界定一個(gè)軸線，該回轉(zhuǎn)球環(huán)還有一個(gè)前端、后端和有中心的球形外表面，其中，該外表面在與軸線垂直并且經(jīng)過中心的平面的前方延伸一個(gè)軸向距離DF，其中，該外表面在平面的后方延伸一個(gè)軸向距離DA，其中，DA大于DF。
10.一種漩渦式噴嘴組件，包括一個(gè)流體漩渦式噴嘴，它有一個(gè)周向延伸的軌道，該軌道有一個(gè)周向延伸的槽；一個(gè)支承板，它有一個(gè)徑向延伸的翼片；一個(gè)座圈，它與槽和翼片配合可滑動(dòng)地把支承板夾緊到漩渦式噴嘴上。
11.如權(quán)利要求10所述的組件，其中，座圈為一個(gè)嵌入槽中的環(huán)。
12.如權(quán)利要求11所述的組件，其中，環(huán)為一個(gè)螺旋環(huán)。
13.如權(quán)利要求10所述的組件，其中，軌道被周向隔成幾個(gè)分段，翼片與分段配合以限制支承板相對(duì)于漩渦式噴嘴的旋轉(zhuǎn)。
14.如權(quán)利要求13所述的組件，其中，軌道有一個(gè)軸向?qū)挾?，每個(gè)隔斷部分延伸了軌道的整個(gè)軸向?qū)挾取?br> 15.如權(quán)利要求14所述的組件，準(zhǔn)確地是有三個(gè)翼片和三個(gè)隔斷部分。
16.一種用于噴油器組件的支承板，它有一個(gè)貫穿其中的開口，該開口以一個(gè)環(huán)道為邊界，該環(huán)道有一個(gè)球形內(nèi)表面。
17.如權(quán)利要求16所述的支承板，它有徑向突出的翼片。
18.如權(quán)利要求16所述的支承板，它有一個(gè)負(fù)載切口。
19.一種用于噴油器組件的回轉(zhuǎn)球環(huán)，它有一個(gè)球形外表面和一個(gè)穿透回轉(zhuǎn)球環(huán)的開口。
20.如權(quán)利要求19所述的回轉(zhuǎn)球環(huán)，其中，回轉(zhuǎn)球環(huán)有一個(gè)軸線和一個(gè)中心，其中，外表面相對(duì)與軸線垂直的平面是非對(duì)稱的并且經(jīng)過中心。
21.一種用于噴油器組件的噴嘴套管，它有一個(gè)安裝有柱狀部分的噴油器噴嘴的柱狀內(nèi)表面，該內(nèi)表面的直徑與噴嘴柱狀部分的直徑幾乎相同，并且該套管的后端可塑性變形。
22.如權(quán)利要求21所述的噴嘴套管有從套管的前端沿徑向延伸的凸耳。
全文摘要
一個(gè)渦輪機(jī)噴油器的支承板，有一個(gè)有著以環(huán)道82為邊界的開口80的支承板30。一個(gè)回轉(zhuǎn)球環(huán)90，嵌在環(huán)道內(nèi)并在那里可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)鎖，可以是一個(gè)噴嘴套管108，阻止回轉(zhuǎn)球環(huán)脫離環(huán)道。一個(gè)噴油器噴嘴38，穿過漩渦式噴嘴的開口98。在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，球環(huán)在環(huán)道內(nèi)回轉(zhuǎn)以適應(yīng)噴嘴繞橫向和徑向軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)F02C7/00GK1837591SQ20061000893
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月21日
發(fā)明者K·M·坦納, P·J·柯索普 申請(qǐng)人:聯(lián)合工藝公司