CN101016999A - 具有多孔洞的燃烧室横向壁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环形壁(10)，其横向连接了涡轮发动机的环形燃烧室的纵向壁。壁(10)基本平坦，相对于涡轮发动机的纵轴而倾斜，并且包含多个偏转板(16)，每个偏转板(16)由一基本为矩形的平片构成。偏转板设置在壁上，并且每个偏转板包含一个用于安装燃油喷射系统的孔，以及多个位于偏转板(16)上的孔周围的多孔洞(18)，以便于给冷却偏转板的空气留出通道，还包含装置(20)以用于迫使冷却偏转板的空气流在燃油喷射系统周围径向流动。

Description

具有多孔洞的燃烧室横向壁

技术领域

本发明涉及关于涡轮发动机的燃烧室领域，更具体地是涉及环形燃烧室的壁，该壁将所述燃烧室的纵向壁横向地连接起来。

背景技术

通常，涡轮发动机的环形燃烧室由两个纵向的环形壁组成(一个内壁和一个外壁)，它们由一个同样是环形的横向壁来逆向连接，该横向壁构成了燃烧室的底部。

燃烧室的底部具有多个基本上是圆形的孔，它们规则地分布在整个表面上。喷射系统安装在这些孔上，用于混合空气和燃油。这种预混合会在燃烧室的内部发生燃烧。

为了保护燃烧室的底部抵御燃烧室中空气/燃油混合物燃烧时产生气体的极高温度，构成隔热屏的偏转板也同样设置在喷射系统周围，燃烧室底部的每一个孔上。

燃烧室的底部通常具有多个多孔洞，它们设置在与偏转板相对的地方。这些多孔洞是在压力下用于冷却偏转板的空气的通道。

此外，燃烧室的底部形状基本上是平坦的环状，其中心位于涡轮发动机的纵轴上。它与涡轮发动机的纵轴或者垂直或者相对于其倾斜(向内侧或向外侧)。

同样地，偏转板通常是一个大致为矩形的金属片，焊接在燃烧器的底部，其中心位于喷射系统的对称轴上。

在燃烧室的底部相对于涡轮发动机的纵轴倾斜的情况下，它的形状是一个被截短的圆锥体，与喷射系统轴对称朝向内或朝向外。在工作中，这样导致的结果是当喷射系统的对称轴偏离垂直时，燃烧室底部与设置在孔上的每一个偏转板之间的距离不是固定的。此外，通过偏转板上的多孔而进行的冷却是不均匀的，这会导致偏转板相当的损耗，对燃烧室的使用寿命特别有害。

发明专利内容

因此，本发明的目的是为了克服上述缺陷而提出一种燃烧室的横向壁，该横向壁形状是一个被截短的圆锥体，因此可以允许偏转板有效而均匀的冷却。

能够达到本发明的目的是由于有一可将涡轮发动机的环形燃烧室的纵向壁横向连接起来的环形壁，所述壁基本上平坦，相对于涡轮发动机的纵轴倾斜，包含多个偏转板，每一个偏转板由一个基本为矩形的平片构成，所述偏转板设置在环形壁上，并且每一个偏转板包含有一个用于安装燃油喷射系统的孔，以及多个位于偏转板上的孔周围的多孔洞，以便于为冷却所述偏转板的空气留出通道，并且，根据本发明，每一个偏转板都包含有装置，该装置可以迫使偏转板冷却空气流在燃油喷射系统周围相对于涡轮发动机的纵轴径向流动。

通过建造可以迫使偏转板冷却空气流在喷射系统周围径向流动的装置，就有可能在偏转板的整个表面上得到均匀的冷却。从而可以避免偏转板的损坏风险，燃烧室底部的使用寿命也会因此而增加。

根据本发明的一个具体实施方案，每一个偏转板包含至少两个变形体，为冷却空气流的流动形成了弯道，所述变形体相对于涡轮发动机的纵轴，在偏转板的孔的两侧径向延伸。

这些弯道的存在允许偏转板冷却空气流在燃油喷射系统的周围被引导而径向流动。

偏转板的变形体可以是咽喉状的，每个咽喉体的深度最好是在1mm到2mm之间。

根据本发明的另一个具体实施方案，在偏转板的对称径向平面上，壁和偏转板各自的外径末端之间的距离小于或大于在偏转板的侧边末端上它们之间的距离。

本发明的又一目的是一种燃烧室和一种涡轮发动机，该涡轮发动机具有一包含有上述横向壁的燃烧室。

本发明的其他特征和优点可以在以下描述中得到，请参考附图，以非限定的方式给出了本发明的一个具体实施方案。

附图说明

图1是涡轮发动机的燃烧室的纵向部分；

图2是根据本发明的一个具体实施例的横向壁的部分视图；

图3的曲线显示了偏转板和横向壁之间的缝隙的发展变化；

图4是根据图3中IV-IV线的横截面图；

图5和图6是根据本发明的另一具体实施例的横向壁的部分视图。

具体实施方式

图1揭示了涡轮发动机的燃烧室。这样的涡轮发动机特别包含有一压缩部(图中未示)，空气在压缩部中被压缩，然后被喷入燃烧室的外壳2，然后再进入安装在其内部的燃烧室4中。

压缩空气被导入燃烧室中与燃油混和，然后进行燃烧。燃烧产生的气体再被导入设置在燃烧室4出口处的高压涡轮5中。

燃烧室4为环形，由内环壁6和外环壁8组成，该内环壁6和外环壁8由横向壁10逆向(相对于燃烧室中燃烧气体流的方向而言)连接，该横向壁10形成了燃烧室的底部。

燃烧室的内壁6和外壁8沿纵轴延伸，该纵轴相对于涡轮发动机的纵轴X-X而略有倾斜。该内壁6和外壁8可由金属或合成材料制成。

燃烧室的横向壁10通常是通过将金属片成形而制得。其典型厚度约为1.5mm。

横向壁10为环形，其中心位于涡轮发动机的纵轴X-X上，其包含一基本平坦的主要部分10a(图2)，该部分10a在其两自由端通过部分10b而延伸，并且逆向折叠(图1)。

此外，横向壁的主要部分10a相对于涡轮发动机的纵轴X-X而向环的外侧倾斜，也就是说，横向壁基本上是一个被截短的圆锥体形状。

本发明同样采用了主要部分向环的内侧倾斜的横向壁(也就是说，朝向涡轮发动机的纵轴X-X)。

横向壁10的主要部分10a具有多个孔12，例如18个，孔的形状为圆形，并且这些孔规则地分布在横向壁10的整个表面上。

每一个孔12用于为燃油/空气混和而调整一个喷射系统14。喷射系统14特别包含有一燃油喷嘴14a和一具有空气涡旋元件的碗状元件14b。

喷嘴和碗状元件的中心位于喷射系统14的对称轴Y-Y上。在燃烧室横向壁10的形状为被截短的圆锥体的条件下，该对称轴Y-Y相对于涡轮发动机的纵轴Y-Y而倾斜。

偏转板16构成了隔热屏，其同样设置在喷射系统14周围，横向壁10的每个孔12上。

如图2所示，偏转板16是基本为矩形的平片，每个偏转板16都具有一个中心位于喷射系统对称轴Y-Y上的圆孔17，以允许这些喷射系统通过。偏转板16保护了横向壁10抵御燃烧气体的高温。

形成网状的多个多孔洞18在偏转板16的对面，在每个孔12的周围，穿透了燃烧室的横向壁10。它们通过偏转板的压力将在燃烧室内循环的空气冷却下来。

在工作时，由于燃烧室的横向壁10的形状是被截短的圆锥体，所以决定了在经过喷射系统的对称轴Y-Y和涡轮发动机的纵轴X-X的平面P(也被称为偏转板的对称径向平面-见图2)上，偏转板16和横向壁之间的距离(或缝隙)d是固定不变的(在1.5-4mm之间)，并且随着远离平面P该距离会发生变化。缝隙d的变化特别取决于装设于燃烧室的喷射系统的数目，主要燃烧区域的高度和横向壁的平均半径。

图3揭示了缝隙d的相对变化量，它是角位置θ的函数，对缝隙d的测量就是在θ处进行的。

在这幅图中，缝隙的相对变化量定义为在本地测得和在偏转板的对称平面P处测得的缝隙d的值之比。

同样，角位置θ是相对于偏转板的对称平面P来定义的(0°角对应着在对称平面P上的测量值，10°角对应着在偏转板的角末端之一(one of the angular ends)上的测量值)。

图3中的曲线R0，Rint和Rext分别代表了工作时，对于偏转板16的平均半径16a、内径16b和外径16c缝隙的相对变化量(这些半径图示在图2中)。

可以确定的是分隔横向壁和偏转板的缝隙d变的相当地靠近偏转板的侧边末端，这会导致偏转板的冷却效果不好。

根据本发明，提供了装置用于迫使对偏转板16的冷却空气流在燃油喷射系统14周围径向流动。

迫使偏转板16的冷却空气流在燃油喷射系统14周围径向流动可以使偏转板的整个表面得到均匀的冷却。

根据图2和图4所示的本发明的第一个具体实施例，每一个偏转板16包含有至少两个变形体20，该变形体为冷却空气流的流量形成弯道。

为了给燃油喷射系统14留出通道，这些变形体20在偏转板的洞17的两侧径向延伸。更确切地，它们的形状为圆上的一段弧，在偏转板的内径末端16b和外径末端16c之间延伸，并且关于偏转板的对称径向平面P而对称。

变形体20以以下方式设置：由两变形体在侧面限定的，在燃油喷射系统周围径向流动的空气为中心传输，在每个变形体与相应的偏转板16侧边末端之间径向流动的空气为外部传输，该空气的中心传输等于其外部传输之和。

此外，变形体20最好位于偏转板上不朝向多孔洞的区域内。

如图4所示，使偏转板呈咽喉状20是很有利的，例如，通过将偏转板16成形而制得。

在这种情况下，咽喉体20(图2)的厚度e在1-2mm之间。此外，咽喉体的深度是使咽喉体20的底部与横向壁10(图4)之间的距离f为一固定常数(例如0.3-0.5mm)。

这样的变形体也可被应用在横向壁上，横向壁上的多孔洞18组成一个方形的网(这些洞沿半径和切线方向排列成行--如图2所示的情况)，这样在横向壁上，多孔洞组成一个等边的网(每行有5个孔)。

图5和图6表示了根据本发明的装置的另一具体实施方案，该装置用于迫使偏转板的冷却气流在燃油喷射系统周围径向流动。

距离g表示在偏转板的对称径向平面P上测量的，横向壁10的外径末端10c与偏转板16的外径末端16c之间的距离。距离h表示在偏转板的侧边末端上测量的，横向壁10的外径末端10c与偏转板16的外径末端16c之间的距离。

由于每个偏转板16都关于它的对称径向平面而对称，所以偏转板的两个侧边末端上的距离h是一致的。

在图5所示的具体实施例中，每一个偏转板16的排列使得此前定义的距离g大于距离h。

在图6所示的另一具体实施例中，每一个偏转板16的排列使得距离g小于距离h。这可以通过，例如，弯曲偏转板16的外径末端16c得到。

无论在哪一个实施方案中，横向壁和偏转板各自外径末端之间的距离的差别都能允许冷却空气流在燃油喷射系统周围径向流动。距离g和h之比最好在1.5-2之间。

需要注意的是，这个距离的差别也同样可以应用在横向壁和偏转板各自的内径末端上。据此，在偏转板的对称径向平面上，横向壁内径至末端与偏转板内径末端之间的距离要小于或大于在偏转板的侧边末端上它们之间的距离。

Claims (8)

1.环形壁(10)，用于横向连接涡轮发动机的环形燃烧室的纵向壁(6，8)，所述壁(10)基本平坦，并相对于涡轮发动机的纵轴X-X而倾斜，其包含有：

多个偏转板(16)，每个偏转板由一个基本为矩形的平片构成，所述偏转板设置在环形壁(10)上，并且每一个偏转板包含有一个用于安装燃油喷射系统(14)的孔(17)；

多个多孔洞(18)，位于偏转板(16)上的孔(17)周围，以便于给冷却所述偏转板的空气留出通道；

其特征在于，每个偏转板(16)包含有用于迫使冷却偏转板的空气流在燃油喷射系统周围相对于涡轮发动机的纵轴(X-X)径向流动的装置。

2.如权利要求1所述的壁，其中每个偏转板(16)包含至少两个变形体(20)，其使冷却空气流流动形成弯道，所述变形体(20)在所述偏转板的孔(17)的两边相对于涡轮发动机的纵轴(X-X)径向延伸。

3.如权利要求2所述的壁，其中偏转板的变形体(20)是咽喉状。

4.如权利要求3所述的壁，其中每个咽喉体的厚度( e)在1-2mm之间。

5.如权利要求1所述的壁，其中在偏转板的对称径向平面(p)上，壁(10)和偏转板(16)各自的外径末端(10c，16c)之间的距离( g)小于在所述偏转板的侧边末端上的它们之间的距离( h)。

6.如权利要求1所述的壁，其中在偏转板的对称径向平面(p)上，壁(10)和偏转板(16)各自的外径末端(10c，16c)之间的距离( G)大于在所述偏转板的侧边末端上它们之间的距离( h)。

7.涡轮发动机的燃烧室(4)，其包含至少一个如权力要求1-6中任一项所述的环形壁(10)。

8.包含燃烧室(4)的涡轮发动机，该燃烧室(4)具有至少一个如权力要求1-6中任一项所述的环形壁(10)。

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