CN101000136B - 燃烧室—特别是喷气发动机燃烧室—使用的多方式喷油器的冷却 - Google Patents

Abstract

在主油路流量恒定的情况下，通过燃油循环，使对应于副油路的喷油器部件得到冷却。副油路(19)连接在一个上面带有许多喷油孔的分配室(30)上，而主油路(17)则包括至少一个通道(86)，该通道位于分配室附近，用于分配室的冷却。

Description

燃烧室—特别是喷气发动机燃烧室—使用的多方式喷油器的冷却

技术领域

本发明涉及一种燃烧室用多方式喷油器，尤其适合于喷气发动机燃烧室使用。特别是，本发明涉及到由副油路供油的环形分配室的冷却，而环形分配室与众多喷油孔相通，从而确保了副油路所供燃油的周缘燃油雾化效果。

背景技术

在飞机喷气发动机中，燃烧室安装了许多喷油器，它们沿圆周方向等距离分布在燃烧室的背后。每个喷油器包括一个支臂，在支臂内形成了属于燃油油路的同轴通道，而这些燃油油路又分别称之为主油路和副油路。在支臂内形成的每个同轴通道向位于同一个雾化头部装置中的两个同轴燃油雾化系统供油。

主油路或发动机低速油路设计用来获得特别细的燃油雾化效果。其流量是限制的但又是恒定的。

副油路或发动机高速油路设计用来将燃油流量补充到油门全开的程度，从而可以获得飞机起飞时所必需的全部功率。另一方面，这个副油路流量并不是恒定的，而发动机在以某些转速运行时，其流量有的时候可能很低。

作为一个示例，EP 1 369 644号欧洲专利介绍了这种类型的多方式喷油器。

来自高压压缩机的压缩空气在安装燃烧室的壳体内循环。部分压缩空气流经喷油器，在燃烧室点燃前，在其背后与主油路和副油路提供的燃油相混合。

喷油器因为安装处在来自高压压缩机最后一级的热空气的流动中，所以需要能够承受高温(对于油门全开时的功率，温度在300°K到950°K之间)。此外，在压缩机空气温度较高(430°K到630°K)的某些运行阶段期间，副油路可以不用或者流量可以很低。

如果燃油雾化头部装置内，特别是向提供周缘雾化的各个喷油孔供油的环形分配室内，的燃油出现停滞，都可能会引起结胶或焦化。这些现象都可能影响副油路供给的燃油的雾化质量，造成燃烧室内出现非均匀性汽化，也会导致燃烧室内温度曲线的畸变，从而造成燃烧室和高压涡轮性能的降低。这些问题也可能会引起高压分配器、高压涡轮甚至低压涡轮某些部件的烧蚀。

发明专利内容

本发明提出了一种新的雾化头部装置的设计技术，该技术通过主油路供给燃油的不停流动循环，保证了副油路供给燃油的冷却，从而可以排除焦化的风险。

特别是，本发明涉及一种用于燃烧室的多方式喷油器，该种喷油器带有两个同轴燃油雾化系统，分别由两个油路供油：即采用恒定流量的主油路和采用间歇流量的副油路，其特征在于：它带有雾化头部装置，其中所述副油路连接到一个环形分配室，该分配室上设有若干个喷油孔，喷油孔则沿圆周方向等距离分布；所述主油路内包括至少一个通道，位于所述分配室附近，用于分配室的冷却。

例如，所述通道包括一个外部环形段和一个内部环形段，外部环形段径向布置在相对于所述分配室的外部，而内部环形段则径向布置在相对于所述分配室的内侧。

两个环形段串行连接。

按照一个选择方案，分配室包括两个对称部分，但分别供油，而两个内外环形段则每个都包括分支通道，分别位于所述对称部分的附近。

燃油雾化头部装置由几个部件装配而成。在这些部件中，与支臂相连接的一个环形体包括了在其下游端面钻刻的沟槽，形成了分配室和所述主油路的所述通道，负责燃烧室的冷却。一个环形凸缘覆盖着这些沟槽，所述喷油孔就设在这个凸缘上。所述沟槽可以在这个环形体的毛坯铸件上通过电腐蚀一次完成，非常方便。

按照下列说明并参照下面附图，结合阅读示例，可以充分理解本发明及其所述多方式喷油器的使用原理和其它特性。

附图说明

图1是本发明所述喷油器的正视图和剖面图；

图2是图1的II-II剖面图；

图3是介绍了喷油器环形体的下游端面，可以通过电腐蚀形成；

图4是喷油器部件的分解图；

图5是喷油器另一个部件的分解图；

图6是个与图3相似的剖面图，介绍了另一个选择方案；

图7是一个与图1相似的部分半剖面图，介绍了另一个选择方案。

具体实施方式

在图1中，以剖面图的形式示出了其中一个多方式喷油器11，该喷油器安装在涡轮发动机环形燃烧室15的后壁板13上。在这个示例中，喷油器使用了两种喷油方式，所述喷油器由两个同轴燃油雾化系统组成，分别由两个燃油分配油路供油：一个是主油路17，此处是指具有恒定流量的油路，另一个是副油路19，此处是指具有间歇流量的油路。

两个油路共同使用一个支臂21，上面设有两个同轴通道17a和19a，分别属于主油路和副油路，它们连接到燃油雾化头部装置18上。采用恒定流量的主油路的流量相对较低，更适合于发动机低速运转。

采用间歇流量的副油路19设计用来将燃油流量补充到油门全开的程度，特别是从而可以达到飞机起飞时所必需的全部功率。在某些发动机转速情况下，副油路的主要可变流量可以是零或很低。

高压压缩机(图中未示)输出的压缩空气在燃烧室15周围的壳体23内循环。按照箭头F所示方向，空气从上游向下游循环。

在说明书其它部分中，按照气体流向，“上游”或“下游”一词分别用来表示一个部件相对于另一个部件的位置。

部分空气流经喷油器11进入燃烧室15。燃油在所述燃烧室内点燃前，在燃烧室背后与空气混合。

在燃油雾化头部装置18中，主油路17在轴向燃油喷嘴27处结束(此处应考虑图中所示的雾化头部装置本身的轴线X)，而副油路则与包含环形分配室30的分配器29相连接，形成与众多喷油孔31相通，这些喷油孔沿圆周方向等距离分布在分配器下游端。

燃油雾化头部装置包括一个环形体39，该环形体固定到支臂21上。在这个环形体内，设有属于所述主油路和副油路的油孔，将通道17a和19a分别与喷嘴27和分配室30相连通。在图1上，可以清楚地看到油孔19b将通道19a与分配室30相连通。

燃油雾化头部装置18还包括一个环形空气涡流导向器33，通常称之为“涡流器”，径向安装在相对于所述众多喷油孔的外边。该涡流导向器在沿其圆周方向装有叶片35，叶片之间形成喷气通道36，彼此等距离环向相隔，将空气引向喷射的燃油上。

分配器29包括两个环形部件，彼此相互啮合(并用铜焊接在一起)，在其之间形成了所述的分配室30。其中一个部件是上面所述的本体39。另一个部件是一种环形凸缘41，构成一种盖板，在本体39下游端与本体连接。在这个凸缘41上钻有喷油孔31。

本体39和凸缘41形成了具有相应直径的圆筒形区域，确保了彼此相对中心位置的正确。这两部分通过铜焊接在一起。

如图3所示，在本体39的下游端面上刻有数道沟槽。沟槽45整个呈环状，该沟槽实际上形成了分配室30的主体，也由凸缘41封闭，从而形成所述的分配室30。另一些沟槽，如沟槽47和沟槽48，形成了副油路17的通道部分(这两个沟槽也由凸缘41封闭)，这两个沟槽的作用将在下面详细介绍。

沟槽45、沟槽47、沟槽48可以在环形体39的毛坯铸件上通过电腐蚀一次完成，非常方便。电腐蚀工具的形状与图3所示可视形状相符，因为这些可视形状构成了沟槽45、沟槽47、沟槽48的规格大小。

环形空气涡流导向器33由两个环形部件51和53组成，它们采用铜焊接装配在一起。如图4-透视图所示。这两个部件通过叶片35形成了一种鼠笼，叶片的厚度向内逐渐缩小，如图2所示。环形部件上游51与包括叶片35在内的环形部件下游53相啮合。部件51，即空气涡流导向器的上游臂，包括一个内部圆筒形区域55，其直径等于凸缘41的球形区域57的外部直径。分配器的这个球形区域57与导向器的圆筒形区域相连接。环形部件下游53通过一个渐扩的锥形部件61向下游延伸，通常人们将其称之为“碗状部分”，上面沿圆周方向钻有两组等距离分布的喷油孔63和65。喷油孔63布置在该锥形部件61的锥形部位。尺寸较小的喷油孔65则布置在外径向凸缘67上。这两组喷油孔都面向径向导向器69(见图1)。

来自压缩机的空气撞击燃烧室的背部后流经通道36，特别是流经喷油孔63和65。

如图所示，两个部件51和53形成的环形导向器33包括了两个同轴的内部缩短的壁板51a，53a，分别为上游和下游。在部件51内形成的是壁板51a。在部件53内形成的是壁板53a。这些壁板的锥形部分是指向下游的，也就是说其直径是从上游向下游逐渐缩小的。分配室30还形成了一个缩短的壁板下游。这就是凸缘41的壁板，其中设有喷油孔31。该壁板的外部有一个发生器，与环形导向器的上游壁板51a的内端面并行或(如此案例所示)与后者成为一体。

其特点是，这些端面的锥形角度在45度到80度之间。

按照另一个显著特性，每个喷油孔31的轴线在此处垂直于端面51a的发生器。

参见图2，人们将每个喷气通道36的中间线M定义为一根与平行面等距离的线，或至少与其径向最里边的部件等距离。在所述的示例中，事实上其中一个叶片35的表面a是均匀的，而邻近的另一个叶片的表面b则包括至少一个短的内部c，与表面a平行。因此，中间线M与表面a和表面b距离相等。表面a和表面c之间的部分就构成了所述喷气通道的测量区。表面b可以与部分c合并。

按照本发明的其中一个重要特性，对于喷油孔31所形成的每一个喷油轴线来讲，都有一个喷气通道36(在两个叶片35之间)，在这个通道中，至少径向最里边的部分(即测量区)有一个中间线M，该线实际上贯通了这个喷油轴线。

在这个示例中，喷油孔数与喷气通道数是相等的。当然，喷气通道数也可以是喷油孔数的倍数。

当然，按照获得该装配图2所示配置那样方法，采用分度(凹凸)方法。分配器29由喷油器11、导向器33组成，它们装配在燃烧室13的背后(喷油器11和燃烧室13背后通过壳体23区分方向)。分配器29在表面55和57周围滑动装入导向器33内。

这个具体实施方案，确定了涡流器的空气通道相对于喷油孔的位置，从而得以使这种燃油的雾化实现最佳。空气-燃油混合物的均匀性可改善燃烧，减少污染。

此外，壁板51a和53a的倾斜也最终使流过空气涡流导向器的气流下降了。另外，该设备的轴向印记也从总体上降低了。

燃油雾化头部装置18还包括一个中央部件75(形成空气涡流导向器)，该部件轴向装配在环形体39内部。图5示出了该部件的透视图。它包括叶片77，这些叶片沿圆周方向按等距离间隔布置。这样，这些叶片之间就形成了喉道78。其形状是，喉道相对于轴线X倾斜。当中央部件与环形体39相连时，喉道78就再次径向封闭在外侧，形成了另一个沿喷嘴27周围布置的空气涡流导向器或“涡流器”的喷气通道。

部件75包括一个下游锥形部件，其锥形部分指向下游，在其上游端与环形体39内形成的对应的锥形部分相啮合。叶片77布置在这个锥形部件上，它再次缩小了燃油雾化头部装置18的轴向印记(按照轴线X)。此外，上游的部件75构成了一个圆筒形区域85，该区域在环形体39的形成的上游的对应圆筒形区域对正，用来使部件75在所述环形体39内的中心位置正确。分度法可以保证部件75和环形体39之间在圆周方向上的位置。

在部件75的中央形成了一个封闭的腔体79。喷嘴27安装在这个腔体内。在叶片77内有一个通道80，该通道在所述腔体79内出现。它构成了主油路的最后部分。该通道80与环形体39的另一个油孔81相连通，在沟槽48的一端出现(见图3)。环形体39内设置的一个油孔82使得沟槽47的一端与通道17a的端部相连，后者是属于上面所述的主油路。

按照本发明的一个重要特性，所述主油路包括至少一个通道86，位于所述分配室30附近，用于主油路的冷却。实际上，这个通道86是由凸缘41覆盖的沟槽47和沟槽48形成的通道构成的。在所述示例中，所述通道包括一个外部环形段(对应于沟槽47)和一个内部环形段(对应于沟槽48)；外部环形段径向布置在相对于所述分配室的外部，而内部环形段则径向布置在相对于所述分配室的内侧。

在图3所示的最佳实施例中，通过电腐蚀形成的形状构成了跨越沟槽45使沟槽48和沟槽47相连通的一个径向通道84。在油孔81喷油孔的附近还设有一个径向壁板87，迫使燃油在内部环形段实际上流向360度。这样，在图3所示例中，上述两个环形段，构成了主油路的所述通道86，形成串行连接。主油路的燃油经由油孔82进入这个迷宫，在经由油孔81然后经由通道80再次汇集在腔体79前，燃油在外部分配室30周围径向循环，然后在相对于后者的内部径向循环。

由于主油路内的燃油流量是恒定的，分配室30的冷却在任何情况下都能确保，从而避免了燃油在所述分配室内出现淤塞的现象，后者如果在副油路流量为零或很低时则可能发生。

图6示出了另一种选择方案，该方案给出了分配室30和确保冷却的所述通道86a的布局。

分配室包括两个彼此对称的部分(由两个对称的沟槽45a和45b形成)，分别通过油孔19b1和19b2供油，两个部分都与通道19a相连通。

由这些沟槽构成的两个环形内部和外部通道，围绕在沟槽45a和45b周围，每个通道都由两个分支通道组成，它们分别位于分配室两个对称部分的附近(沟槽45a和45b)。

这样，外部环形段就由两个这样的对称分支通道组成(沟槽47a和47b)，通过通道80a和80b分别向与腔体79相连通的两个油孔82a和82b供油。这两个分支通道在分配室两个对称部分之间布置的径向通道87周围相遇，并与内部环形段相连接，后者也包括两个对称的分支通道(沟槽48a和48b)，这两个分支通道在直径上与通道87相对的一点处相遇，最后与经由通道17a供油的油孔81再次会合。

所述通道86a位于分配室附近，通道86a的这种形状最终形成燃油对称流动，真正保证了分配室冷却的均匀性。

在图7的另一种选择方案中，通过同样的参考符号给出了类似的结构说明。喷嘴27周围布置的空气涡流导向器得到了改进。该部分包括了两个轴向装配的环形导向块90和91，形成了两个逆时针旋转的“涡流器”。换句话说，要区分内部空气涡流导向器90a和外部空气涡流导向器91a，后者是用一个形状如文氏管的环形导向块90相分开。另一个环形导向块91一直伸向下游，直到“碗状部分”可避开与“涡流器”相互动作，因为后者是与分配室30相联系的。这种布置可以增加参与喷嘴燃油雾化的空气流量的“切变”。事实是，在喷嘴周围形成的两个涡流器是逆时针旋转的，有助于轴线X附近燃油雾化的浓度。文氏管的使用可以加快而后再降低喷嘴辐射的燃油雾滴，大大支持了这种燃油的雾化效果。来自外部涡流器的空气被导入“碗状部分”，其中一个部件指向轴线X。来自两个涡流器气流的影响区则形成具有很大紊流的流量，改善了燃油的雾化。总之，这种结构确保了发动机低速运行时燃烧室的良好稳定性和良好性能。

Claims (11)

1.一种用于燃烧室的多方式喷油器，该种喷油器带有两个同轴的燃油雾化系统，分别由两个油路供油；主油路(17)采用恒定流量，副油路(19)采用间歇流量，其特征在于：它带有燃油雾化头部装置，其中所述副油路连接到一个环形分配室(30)，该分配室上设有若干个喷油孔(31)，喷油孔则沿圆周方向等距离分布；所述主油路内包括至少一个通道(86)，位于所述分配室附近，用于分配室的冷却，所述燃油雾化头部装置包括一个环形体(39)，上刻有沟槽(45，47，48)，形成了所述分配室和所述主油路的所述通道(86)以及覆盖所述沟槽的环形凸缘(41)，所述喷油孔就布置在所述凸缘上。

2.根据权利要求1所述的喷油器，其特征在于：所述通道(86)包括一个外部环形段和一个内部环形段；外部环形段径向布置在相对于所述分配室(30)的外部，而内部环形段则径向布置在相对于所述分配室的内侧。

3.根据权利要求2所述的喷油器，其特征在于：两个环形段是串行连接的。

4.根据权利要求2所述的喷油器，其特征在于：所述分配室包括两个对称部分，但分别供油；其特征还在于：内部环形段和外部环形段则每个都包括分支通道，分别位于所述对称部分的附近。

5.根据权利要求4所述的喷油器，其特征在于：所述内部环形段的两个分支通道和所述外部环形段的两个分支通道通过一个径向通道(87)相连通，而径向通道(87)则布置在分配室的两个对称部分之间。

6.根据权利要求1所述的喷油器，其特征在于：所述沟槽在所述环形体的毛坯铸件上通过电腐蚀一次完成。

7.根据前述权利要求的任意一个所述的喷油器，其特征在于：所述环形体(39)安装在喷油器支臂(21)的端部，喷油器支臂(21)上设有两个同轴通道(17a，19a)，分别属于所述主油路和所述副油路。

8.根据前述权利要求1-6中任何一个所述的喷油器，其特征在于：所述燃油雾化头部装置包括一个轴向喷油嘴(27)，由所述主油路供油。 

9.根据权利要求1所述的喷油器，其特征在于：所述燃油雾化头部装置包括一个轴向喷油嘴(27)，由所述主油路供油，其特征还在于：所述喷油嘴安装在中央件(75)上，而中央件则安装在所述环形体内，在环形体内装有空气涡流导向器叶片。

10.燃烧室，其特征在于：该燃烧室使用了符合权利要求1到9中任何一项要求的多方式喷油器。

11.喷气发动机，其特征在于：该喷气发动机使用了一个符合权利要求10的燃烧室。 

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