CN101960151A - 包括开凹口环形腹板的涡轮发动机的扩散器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于涡轮发动机的扩散器，包括两个由径向叶片(126)连接的延伸到彼此之内的环形腹板(118，120)，至少一个腹板的下游周向边缘包括围绕扩散器纵轴均匀分布的凹口(160)。

Description

包括开凹口环形腹板的涡轮发动机的扩散器
技术领域
本发明涉及一种涡轮发动机扩散器及一种涡轮发动机，例如，飞行器的喷气式发动机或涡轮螺旋桨发动机，包括设置于环形燃烧室上游的扩散器，该扩散器和燃烧室由基本为柱形的外壳包围。
背景技术
涡轮发动机扩散器可具有大致柱形形式或弯曲的L形形式，包括径向的上游部分，其外周边连接到下游柱形部分，据此，设置于扩散器上游的压缩机末段为轴向段或离心段。在这两种情况中，扩散器均包括两个基本平行的环形腹板，环形腹板延伸到彼此之内并在其间通过基本沿径向的叶片相连。从扩散器排出的空气喷射到由外壳限定的环形封闭体中，从而为燃烧室提供空气供应。
燃烧室包括两种旋转壁，分别为内壁和外壁，在二者间在其上游端通过基本径向的室基底环形壁相连。该室基底壁包括孔，用于安装将空气和燃料的混合物喷射到室内的系统。燃料来自于围绕室纵轴均匀分布并从外壳朝向内部基本沿径向延伸的喷射器。每个喷射器具有基本为L形的形式，并包括上游径向管道，上游径向管道在其径向外端固定于外壳上并在其径向内端连接于基本沿轴向向下游延伸的头或喷嘴，该头接合于用于喷射空气/燃料混合物的系统中。
在现有技术中，扩散器腹板的下游周向边缘位于燃料喷射器的径向管道的轴向上的相对较大距离处。在发动机组件的喷射器的拆卸操作过程中，为使此喷射器向上游沿轴向平移移位以从相应的喷射系统拆除其轴向头，这种距离或这种轴向间隙确实是有必要的。拆卸喷射器特别是为了清除在喷射器头部的可能妨碍室燃料供应的烟灰和焦渣。然而，不会对燃烧室的空气供应造成影响的前述轴向间隙，导致涡轮发动机的长度或轴向尺度增大，并由此导致涡轮发动机的重量增大，这在航空工业中总是不利的。
发明内容
本发明尤其是为了解决这些问题而提供一种简单、高效和经济的方案。
为实现该目的，本发明提供一种涡轮发动机扩散器，包括：两个环形的腹板，这两个腹板延伸到彼此之内并在其间通过大致径向的叶片连接，至少一个所述腹板的下游周向边缘包括围绕所述扩散器的纵轴均匀分布的凹口。
该扩散器可为轴向类型并包括两个相互平行且基本为柱形的腹板，或为扩散器校直器单元的一部分，该单元包括两个具有基本为L形截面的腹板。
本发明进一步提供一种涡轮发动机，例如飞行器的喷气式发动机或涡轮螺旋桨发动机，其特征在于，其包括：例如前述的环形扩散器；和环形燃烧室，其设置于所述扩散器的下游并处于所述涡轮发动机的外壳内，通过设置于所述扩散器与所述室之间并从所述外壳向内部大致沿径向延伸的喷射器向所述燃烧室供应燃料，所述扩散器的所述或每个腹板的下游周向边缘的凹口沿轴向与所述喷射器对准，以此对准方式使每个喷射器可在该喷射器被拆卸时在所述或每个腹板的凹口中向上游平移。
根据本发明，扩散器腹板的凹口准许喷射器缩回，从而足以使喷射器从喷射机构脱开并可将其拆卸。这样，扩散器可与燃料喷射器和燃烧室沿轴向接近，通过这种方式减少甚至是消除扩散器腹板下游周向边缘与喷射器径向管道间的轴向间隙。涡轮发动机的长度于是显著减小。
根据本发明的扩散器可为轴向扩散器或为扩散器校直器单元的一部分。
较佳地，所述扩散器的两个腹板在其下游周向边缘上包括的凹口从一个腹板到另一腹板而两两沿径向排列并沿轴向与所述燃料喷射器对准。
凹口具有例如向下游张开的大致U形或C形的形式。根据燃烧室喷射器的数量，扩散器的所述或每个腹板可包括16至20个围绕扩散器的纵轴均匀分布的凹口。
这些凹口可具有约10mm量级的沿轴向的长度和沿圆向的宽度。凹口的尺度尤其取决于喷射器的尺寸，采用这种方式，当喷射器处于其缩回位置时(其中喷射器与喷射系统脱离接合)，凹口可容纳这些喷射器。凹口的长度由此取决于喷射器头从喷射系统脱离接合所需的距离，凹口的宽度取决于喷射器径向管道的外径或横向障碍。
有利地，所述凹口形成于所述或每个向所述叶片的下游延伸的扩散器腹板的下游端部分上，采用这种方式不会干扰扩散器输出端处的空气流动。所述或每个腹板的下游端部分可通过至少一个附加部或增强部来加强或加固，以此方式限制该端部分在操作过程中的振动。所述或每个腹板的下游周向边缘可进一步为“下垂边缘”类型并通过具有圆滑截面轮廓的环形衔接区连接到基本径向的环形边缘。
附图说明
通过阅读以下参照附图利用非限制性示例提供的描述，可以更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特征和优点会更显而易见，其中：
图1为根据现有技术的扩散器校直器单元和涡轮发动机燃烧室的轴向截面的示意性半视图，
图2为对应于图1的视图，示出了根据本发明的涡轮发动机，
图3是图2中所示涡轮发动机的从下游和侧方所见的示意性透视图，
图4是图3中的燃料喷射器和扩散器校直器单元的示意性俯视图，
图5是根据本发明一可替代实施例的涡轮发动机扩散器校直器单元的轴向截面的示意性局部视图，
图6是根据本发明另一可替代实施例的涡轮发动机扩散器校直器单元的轴向截面的示意性局部视图，
图7是根据本发明的轴向扩散器和涡轮发动机燃烧室的轴向截面的示意性半视图。
具体实施方式
首先参见图1，所示为涡轮发动机的一部分，如飞行器的喷气式发动机或涡轮螺旋桨发动机，从上游到下游沿涡轮发动机内气体流动的方向，包括：压缩机的离心段(未示出)，L形扩散器校直器单元10和燃烧室12。
扩散器校直器单元10包括形成扩散器的基本为径向的上游环形部分14，其外周边连接到形成校直器的基本为柱形或锥形的下游环形部分16。单元10限定了一个L形的环形管道，管道的入口与压缩机的离心段的输出端沿径向对准，管道的输出端指向下游。从校直器16排出的空气透入到由基本为柱形的外壳38限定的环形封闭体中，其中设置了燃烧室12，以通过本领域技术人员公知的方式为该室供应空气。
单元10包括两个具有L形截面的环形腹板18、20，二者平行并在其间由基本为径向的叶片相连。每个腹板18、20包括上游径向部分，其外周边连接到基本为柱形或锥形的下游部分。腹板18、20的径向壁之间通过未示出的叶片相连，它们的柱形壁通过叶片26相连。
在所示实施例中，叶片26仅仅在腹板18、20的柱形部分的轴向尺度的一部分上延伸，并且这些腹板的向叶片26下游延伸的端部分相互平行。
燃烧室12具有大致环形形状并包括两个同轴旋转壁28、30，二者延伸到彼此之内并在其上游端通过室基底环形壁32相连。
室的外旋转壁28在其下游端连接到用于紧固的径向外环形法兰34，法兰34紧固到外壳38的环形法兰36。
室的内旋转壁30在其下游端连接到用于紧固的径向内环形法兰40，法兰40紧固到环形法兰42，其中环形法兰42设置在用于支撑扩散器校直器单元10的下游环形板44下游端。板44的上游端连接到单元10的腹板20的径向内端。
室基底壁32包括孔，用于安装将空气和燃料混合物喷射到室内的系统46，空气来自于单元10，燃料来自于固定在外壳38上并围绕室纵轴在圆周上均匀分布的喷射器48。
每个喷射器48包括径向管道50，径向管道50从其固定在外壳38上的径向外端向内部沿径向延伸。径向管道48的径向内端连接到喷嘴或连接到燃料喷射头52，燃料喷射头52沿轴向向下游延伸并接合在用于使喷射系统46对中的装置中。
在现有技术中，当喷射器的喷射头52在轴向距离54上接合在用于使喷射系统46对中的装置中时，单元10的腹板18、20的下游周向边缘必须与喷射器的轴向管道50分离以轴向间隙56，该轴向间隙56至少等于轴向距离54。为了能够向喷射器上游沿轴向平移移位以使其从喷射系统46脱离，该轴向间隙56确实是必要的。这种对马达组件的拆卸操作定期进行，以清洁喷射器的喷射头52并防止在这些头上积累而可能妨碍室12燃料供应或干扰任何其他维护措施的烟灰和焦渣。
通过在单元10的腹板18、20中至少一个的下游周向边缘上设置与喷射器相对的凹口或切口，本发明可减小甚至消除该轴向间隙56，这些凹口用于在拆卸喷射器和使喷射器从喷射系统46脱离的过程中容纳喷射器48。
在图2至4中所示的实施例中，单元110的每个腹板118、120终止于喷射器148的紧邻处并包括数量等于涡轮发动机燃料喷射器148数量的多个凹口160。每个腹板包括例如围绕涡轮发动机纵轴均匀分布的16至20个凹口160。内腹板120的凹口160沿径向与外腹板118的凹口160对准，并且沿轴向与喷射器148的径向管道150对准。
凹口160具有向下游张开的U形或C形的形式。每个凹口的底部具有基本圆滑的形状，且其内径大于喷射器径向管道150的外径，通过这种方式，喷射器管道150的至少一部分可以被容纳于该凹口中。凹口具有例如约10mm量级的长度162或者轴向尺度，以及约10mm量级的宽度164或者周向尺度。
在所示实施例中，凹口160在其从喷射系统146脱离和向上游轴向平移移位的过程中适于整体容纳喷射器的管道150。可替代地，凹口可以具有确定的适合的形状和尺寸以仅仅容纳喷射器径向管道150的一部分。
凹口160在腹板118、120的下游端的大部分轴向尺度上向叶片126的下游沿轴向延伸，凹口160的上游端位于与单元110的叶片126的后边缘分开一定距离处。
较佳地，凹口160并未形成于径向叶片126之间，从而不会干扰或极少干扰扩散器校直器单元中的空气流动。因而单元的腹板118、120的凹口不会影响室内空气的供应。
在图5中所示的可替代实施例中，单元的外腹板118′在其下游端包括基本沿径向朝向外部向下游延伸的圆环形边缘。单元的内腹板120′在其下游端包括基本沿径向朝向内部向下游延伸的圆环形边缘。腹板118′、120′的下游边缘可加固单元的下游端，并在操作过程中限制这些腹板的下游端部分的弯曲变形和振动，这可受益于凹口160的存在。
在图6中所示的另一可替代实施例中，单元210的内腹板220厚度增大，从而加固该腹板。单元的外腹板218也可采用同样方式加固。
在另一未示出的可替代方案中，单元的内、外腹板可使用刚性元件加固和增强，该刚性元件可以直接加工到腹板上，或者通过硬焊或焊接的方式连接和固定到这些腹板上。
用于拆卸喷射器348的凹口360也可形成于轴向扩散器310的腹板318、320的至少一个下游周向边缘上(参见图7)，该轴向扩散器设置于具有轴向输出端的压缩机(未示出)的下游。轴向扩散器310包括两个基本为柱形的腹板318、320，腹板318、320相互平行地延伸到彼此之内并在其间通过基本为径向的叶片326相连。在所示实施例中的凹口360形成于扩散器的外腹板318的下游周向边缘上该扩散器的叶片326的下游。因此这些凹口360不会干扰或者极少干扰到轴向扩散器中空气的流动。凹口360与喷射器348的径向管道350沿轴向对准，并与参照图2至6描述的凹口为相同类型。

Claims (14)

1.一种用于涡轮发动机的扩散器，包括两个环形的腹板(118，120)，这两个腹板延伸到彼此之内并在其间通过大致径向的叶片(126)连接，其特征在于，至少一个所述腹板的下游周向边缘包括围绕所述扩散器的纵轴均匀分布的凹口(160)。
2.根据权利要求1所述的扩散器，其特征在于，其与校直器相关联，以这种方式形成扩散器校直器单元，该单元的腹板(118，120)具有大致L形的截面。
3.根据权利要求1所述的扩散器，其特征在于，其为轴向类型，其各腹板(118，120)大致为柱形并相互平行。
4.一种涡轮发动机，例如飞行器的喷气式发动机或涡轮螺旋桨发动机，其特征在于，包括：根据前述权利要求之一所述的环形扩散器(110)；和环形燃烧室(112)，其设置于所述扩散器的下游并处于所述涡轮发动机的外壳(138)内，通过设置于所述扩散器与所述室之间并从所述外壳向内部大致沿径向延伸的喷射器(148)向所述燃烧室供应燃料，所述扩散器的所述或每个腹板的下游周向边缘的凹口(160)沿轴向与所述喷射器对准，以此方式使每个喷射器在该喷射器被拆卸时在所述或每个腹板的凹口中可向上游平移。
5.根据权利要求4所述的涡轮发动机，其特征在于，所述扩散器(116)的两个腹板在其下游周向边缘上包括的凹口(160)从一个腹板到另一腹板两两沿径向排列并沿轴向与所述燃料喷射器(148)对准。
6.根据权利要求4或5所述的涡轮发动机，其特征在于，所述凹口(160)具有向下游方向开口的大致U形或C形的形式。
7.根据权利要求4至6中任意一项所述的涡轮发动机，其特征在于，所述凹口(160)具有的沿周向的宽度(164)大致等于或大于所述喷射器(148)的外直径。
8.根据权利要求4至7中任意一项所述的涡轮发动机，其特征在于，所述凹口(160)具有的沿轴向的长度(162)大致等于或大于使所述喷射器(148)脱离所需的长度。
9.根据权利要求7或8所述的涡轮发动机，其特征在于，所述凹口(160)具有接近10mm大小的长度和/或宽度。
10.根据权利要求4至9中任意一项所述的涡轮发动机，其特征在于，所述扩散器(116)的所述或每个腹板(118，120)包括数量等于喷射器(148)数量的多个凹口(160)，这些凹口围绕所述扩散器的纵轴均匀分布。
11.根据权利要求4至10中任意一项所述的涡轮发动机，其特征在于，所述凹口(160)形成于所述或每个向所述扩散器的叶片(126)的下游延伸的腹板的下游端部分上。
12.根据权利要求11所述的涡轮发动机，其特征在于，所述或每个腹板(118，120)的下游端部分通过至少一个附加部或增强部来加固。
13.根据权利要求11或12所述的涡轮发动机，其特征在于，所述或每个腹板(118，120)的下游周向边缘通过具有圆滑形状截面轮廓的环形联接区连接到大致径向的环形边缘。
14.根据权利要求4至12中任意一项所述的涡轮发动机，其特征在于，所述扩散器为轴向扩散器或为扩散器校直器单元的一部分。
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