CN102362120B - 包括改善的供气装置的涡轮机燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形燃烧室(10)，其装配在涡轮机上且包括：室端壁(22)；多个空气和燃料喷射系统(32)，喷射系统围绕所述燃烧室(10)的轴线(34)沿周向分布且安装在所述室端壁(22)上；以及空气歧管(100)，所述空气歧管与各个喷射系统(32)相结合，包括至少一个壁(96、98)和进气开口(88)，所述至少一个壁安装在所述室端壁(22)上且向上游方向突出以对围绕所述燃烧室(10)的轴线(34)的周向气流形成阻碍，所述进气开口(88)形成于所述空气歧管(100)的上游端且从所述喷射系统的轴线(44)沿径向向外敞开。

Description

包括改善的供气装置的涡轮机燃烧室

技术领域

本发明涉及用于涡轮机的环形燃烧室，例如，用于飞机涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的环形燃烧室。

背景技术

涡轮机通常包括安装在压缩机下游的环形燃烧室。

燃烧室被界定在装配有喷射系统的环形端壁的下游侧，喷射系统围绕涡轮机轴线均匀地分布并且用于将空气和燃料混合物喷射到燃烧室中。

压缩机出口畅通至容纳燃烧室的壳件中。压缩机可以是轴向压缩机且包括与燃烧室喷射系统基本上一致的出口，或者可以是离心式压缩机且包括畅通至燃烧室壳件径向外侧区域中的环形导流叶片组件出口。

燃烧室喷射系统包括可以使空气从压缩机进入的周部钻孔以及对燃料喷射头进行对中和引导的装置。

设计喷射系统来优化燃烧室的性能，从而减少燃料消耗量和所述燃烧室的出口处的污染物排放量。

通常，如果这些喷射系统内的压力损失大并且供应至这些系统的空气围绕其相应轴线是均匀的，则喷射系统的性能较好。因此，期望使这些喷射系统的上游侧的压力损失最小从而限制对供应至燃烧室的气流有影响的整体压力损失，并同时允许喷射系统内的压力损失较大。

因为压缩机出口在轴向上距喷射系统一定距离，因此来自压缩机的气流通常在到达喷射系统时已经经受了高压损失且不均匀地分布在各个喷射系统周围。

由于离心式压缩机的出口不与燃烧室喷射系统一致且布置在这些喷射系统的径向外侧，这些问题是尤其敏感的。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种简单、经济和有效的解决方案，来克服上述缺陷。

具体地说，本发明的目的是在涡轮机中减少来自压缩机中的、在该压缩机的出口与涡轮机燃烧室的喷射系统的入口之间的气流的压力损失，尤其是能够在不会显著增加供应至燃烧室的气流的整体压力损失的情况下提高这些喷射系统内的压力损失。

本发明的另一目的在于使供应至燃烧室喷射系统的空气更均匀。

本发明披露了通过提供一种环形燃烧室来实现上述目的的手段，该环形燃烧室装配在涡轮机上且包括：室端壁，所述室端壁布置在所述燃烧室的上游端；以及多个空气和燃料喷射系统，所述喷射系统围绕所述燃烧室的轴线沿周向分布且安装在所述室端壁上。所述燃烧室还包括空气歧管，上述空气歧管与各个喷射系统相结合，所述空气歧管包括至少一个壁和进气开口，所述至少一个壁安装在所述室端壁上且向上游方向突出以阻碍围绕所述燃烧室的轴线的周向气流形成，所述进气开口形成于所述空气歧管的上游端。根据本发明，各个空气歧管的所述进气开口从相应喷射系统的轴线沿径向向外敞开。

根据本发明的空气歧管可以在每个喷射系统周围直接优化来自喷射系统的各个轴线的径向外侧区域且供应至这些喷射系统的气流。

空气歧管由此可以减少施加至这些喷射系统上游侧的气流上的压力损失，且使得这些系统的空气供应更均匀。

其结果是改善了燃烧室的整体性能，更具体地说提高了效率且减少了燃烧室排放的污染物。

尤其在具有离心式压缩机的涡轮机中产生来自燃烧室喷射系统的各个轴线的径向外侧区域的气流。从而，将本发明应用于这种类型的涡轮机时特别有利。

优选地，当在横向平面的投影上观察各个空气歧管的所述进气开口时，所述开口的在径向上位于上述切向平面外侧的部分的开口面积大于所述开口的在径向上位于切向平面内侧的部分的开口面积，所述横向平面与经过相应喷射系统的轴线的切向平面垂直。

该构造可以进一步优化从燃烧室喷射系统的各个轴线的径向外侧区域进入的空气。

各个空气歧管优选地包括安装在所述室端壁上的两个壁，所述壁向上游方向突出且布置在相应喷射系统的两侧，所述壁对所述燃烧室的轴线周围的周向气流形成阻碍。

在本发明的第一实施例中，各空气歧管的两个壁面向所述空气歧管凹陷且借助各个所述壁的两个相对端彼此连接，从而各个空气歧管整体呈管状且包括形成所述进气开口的上游端。

这使得围绕各个喷射系统的空气分布更均匀。

有利地，各个空气歧管的上游端形成为使得该上游端的径向内侧部分相对于所述空气歧管的上游端的径向外侧部分向上游方向偏移。

各个空气歧管的上游端的该径向内侧部分从而可以形成气流引导勺形部，该勺形部用于来自喷射系统的径向外侧区域的空气。

在本发明的第二实施例中，燃烧室包括环形室端壁防护罩，所述环形室端壁防护罩布置在所述室端壁的上游侧，且各个空气歧管的壁在形成于所述环形防护罩中的相应孔的两侧以大致气密的方式与所述环形室端壁防护罩连接，所述孔形成所述空气歧管的进气开口。

上述壁可以界定如下隔间，该隔间形成围绕各个喷射系统的室端壁和防护罩之间的空气歧管。

优选地，各个空气歧管的所述壁沿径向延伸，且各个所述壁围绕所述燃烧室的轴线形成两个连续的空气歧管的一部分。

具体地说，该构造具有使空气歧管壁的总数最小的优点。

各个空气歧管的所述进气开口是渐缩的且沿径向向外敞开。

作为变型例，或者作为补充特征，所述环形防护罩可以包括径向内侧环形部分和径向外侧环形部分，所述进气开口形成在所述径向内侧环形部分和所述径向外侧环形部分之间，所述径向内侧环形部分从所述径向外侧环形部分向上游方向偏移。

在该情况下，防护罩的形状取向为使进气开口沿径向向外。

通常，各个喷射系统包括用于喷射器喷头的对中引导轴衬，且各个空气歧管的至少一部分优选地沿上游方向延伸至相应喷射系统的所述轴衬的上游端之外。

从而优化空气歧管对供应至装配在燃烧室上的喷射系统的空气进行引导的能力。

本发明还涉及包括上述类型的燃烧室的涡轮机。

附图说明

阅读下文参考附图作为非限制性实例给出的说明之后，将更好地理解本发明的其它细节、优点和特征，其中：

图1是根据本发明第一实施例的涡轮机的局部透视示意图；

图1a是图1的涡轮机投影到图1中的平面P1上的局部示意图；

图2是以较大的比例示出的图1中的涡轮机的轴向截面的局部示意图；

图3与图1相似，是根据本发明第二实施例的涡轮机的视图；

图3a是图3的涡轮机投影到图3中的平面P1上的局部示意图；

图4是与图3a相似的视图，示出了图3涡轮机的变型实施例。

具体实施方式

图1和图2示出了根据本发明第一实施例的涡轮机的燃烧室10和该燃烧室附近的情况。

燃烧室10以已知方式容纳在形成于涡轮机的离心式压缩机下游侧的壳件12中，压缩机的出口连接至径向散气片14，散气片本身在出口处连接至导流叶片组件16，导流叶片组件16敞开至壳件12的径向外侧区域中。

燃烧室10由分别为内壁和外壁的两个大致圆筒形同轴壁18和20以及环形室端壁22界定，该环形室端壁22在燃烧室10的上游端大致沿径向延伸且其径向端连接至两个壁18和20。

燃烧室10的内壁18和外壁20借助内壳24和外壳26在下游侧固定至大致圆筒形内壁28，内壁28连接至散气片14和外壳体30以界定壳件12。

在室端壁22内安装有围绕燃烧室轴线34均匀分布的喷射系统32。各个喷射系统32具体地包括对中引导轴衬36和进气孔42，对中引导轴衬36用于对燃料喷射器40的喷头38进行对中和引导，进气孔42绕喷射系统的中心线44设置。

各个喷射系统32的轴衬36用于将相应的喷射器喷头38对准在喷射系统的轴线44上。此外，喷射系统32构造得使喷射器喷头38的预定径向和轴向间隙能够考虑到可使喷射器40与燃烧室10之间发生相对移位的任何膨胀差异。

在操作期间，来自离心式压缩机的气流46经由导流叶片组件16喷射到壳件12中。

到达壳件12的径向外侧区域处的气流46在该壳件12中整体分成三个部分。

第一部分气流48沿着燃烧室10的外壁20向下游方向流动并且部分地穿过形成于外壁20中的孔50进入燃烧室10。

第二部分气流52沿着燃烧室10的内壁18向下游方向流动并且部分地穿过形成于内壁18中的孔54进入燃烧室10。

最后，第三部分气流56供应至燃烧室10的喷射系统32。

根据本发明的第一实施例的燃烧室10配有多个空气歧管58(在图1和图2中可以看到其中的一个空气歧管)。

各个空气歧管58包括两个相似的壁60和62(图1)，壁60和62绕相应的喷射系统32弯曲并且面向该喷射系统32凹陷，并且各空气歧管58的相应下游端安装在室端壁22上。

在所示的实施例中，各个空气歧管58的两个壁60和62分别包括两个相对端部60a、60b和62a、62b，这两个壁60和62借助这些端部彼此连接，从而各个空气歧管58整体呈管形。

空气歧管58均具有界定进气开口64的上游端，来自导流叶片组件16的空气56可以穿过该进气开口64到达喷射系统32的进气孔42。

各个空气歧管58的两个壁60、62相对于相应喷射系统的轴线44在上游侧被斜截成倾斜面，从而使各个空气歧管58的进气开口64面向导流叶片组件16的出口敞开，换句话说进气开口64从上述喷射系统的轴线44沿径向向外敞开，以促进空气从该导流叶片组件16进入空气歧管58中。

因此，各个空气歧管58的上游边缘的径向内部66相对于该上游边缘的外部68向上游方向偏移。

如图1a所示，当在图1中的横向平面P1内的投影观察各个进气开口64时，开口64的在径向上位于切向平面P2外侧的部分的开口面积S 1大于所述开口64的在径向上位于切向平面P2内侧的部分的开口面积S2，其中，横向平面P1与穿过喷射系统32的轴线44的切向平面P2垂直。

如图2所示，各个空气歧管58的上游边缘的径向内部66沿上游方向延伸至相应喷射器喷头38的对中引导轴衬36的上游端之外。从而，该径向内部66形成了特别有效的凹部来引导来自导流叶片组件16的气流。

各个空气歧管58的进气开口64相对于相应喷射系统的轴线44的倾角具体限定为不妨碍相应喷射器喷头38在操作期间以及组装和拆卸喷射器40期间的轴向和径向位移。

因此，形成于进气开口64与轴线44之间的角度α(图2)通常在大约40度与80度之间。

在图1和图2所示的实施例中，各个空气歧管58的两个壁60和62在下游端固定在环形部分70上，环形部分70有时被称为停止盘且固定至室端壁22而且包括环形端板72和环形缘部74，环形端板72绕相应喷射系统32的轴线44沿径向延伸，环形缘部74从停止盘70的环形端板72的内周沿着轴线44延伸。

壁60和62附接至停止盘70例如可以通过焊接来实现，使得壁60和62是停止盘70的环形缘部74的延伸部。

以原本已知的方式，停止盘70能够通过停止盘的环形端板72与环形端板76的协作而沿径向遮挡喷射系统32，环形端板76固定至喷射系统32并且安装成在形成于室端壁32与停止盘70的环形端板72之间的环形凹槽沿径向滑动。

通常空气歧管58能围绕各个喷射系统32引导来自导流叶片组件16的空气，这减少了这些喷射系统上游侧的压力损失并且改善了供应至这些喷射系统的空气的均匀性。为了实现上述效果，空气歧管58的显著特性在于：各个空气歧管阻碍了两个相邻喷射系统之间沿着室端壁22的周向气流。

作为变型例，各个歧管还可以被穿过相应喷射器喷头38的切向平面斜截。当这种空气歧管所保持的空气引导水平足够高时，该构造可以提供节省质量的优点。

此外，在不脱离本发明范围的情况下，可以将各个空气歧管58制成单个构件。

图3示出本发明的第二实施例，其中燃烧室10的端壁22配有布置在该室端壁22上游的环形防护罩78。

防护罩78包括连续的径向内侧环形部分80，该环形部分80的边缘82连接地固定至燃烧室10的室端壁22的内缘部84以及燃烧室10的内壁18的上游边缘86。

防护罩78还包括面对各个喷射系统32形成的进气开口88，进气开口88向外延伸远至防护罩78的径向外端，从而该防护罩的径向外边缘90在各个进气开口88处分叉。该防护罩的该外边缘90连接地固定至燃烧室10的室端壁22的外缘部92以及燃烧室10的外壁20的上游边缘94。

如图3a所示，当在横向平面P1的投影中观察各个进气开口88时，开口88的在径向上位于切向平面P2外侧的部分的开口面积S1大于开口88的在径向上位于切向平面P2内侧的部分的开口面积S2，其中横向平面P1与穿过喷射系统32的轴线44的切向平面P2垂直。

因此，进气开88相对于各个喷射系统32的轴线44沿径向向外敞开，这有助于将来自导流叶片组件16的气流56供应至喷射系统32。

在图3所示的实例中，防护罩78的进气开口88是渐缩的。

作为变型例，各个进气开口88可以以轴线95为中心，轴线95包含于经过相应喷射系统的轴线44和燃烧室的轴线34的平面内，所述轴线95相对于喷射系统的所述轴线44沿径向向外偏移或相对于所述轴线44倾斜。图4示出了在上述横向平面P1的投影中看到的这种类型的开口88。

在所有情况下，进气开口88满足相对于在切向平面P2的两侧限定的开口面积S1和S2的上述特性。

还应注意到，各进气开口88在防护罩78的径向外侧部分102与该防护罩的上述径向内侧环形部分80之间延伸，该径向内侧部分80从上述径向外侧部分102向上游方向偏移。

此外，在本发明的第二实施例中，燃烧室10的端壁22与设置在各个喷射系统32和相应开口88的两侧的一对歧管壁96和98配合，如图3所示。这些歧管壁96和98是平的，从室端壁22向上游方向突出，并沿着经过燃烧室的轴线34的各个平面延伸。

各个歧管壁96和98例如通过焊接或螺栓固定连接至、实际上封闭至室端壁22和防护罩78。

以这种方式，各对壁96和98界定了室端壁22与防护罩78之间的隔间。该隔间形成了功能与本发明的第一实施例的空气歧管58相似的空气歧管100。具体地说，该空气歧管100可以通过防止在两个相邻喷射系统之间沿室端壁22产生任何轴向气流来引导各个喷射系统32周围的空气。

作为变型例，各个壁96和98可以绕相应喷射系统32弯曲，即面向喷射系统32凹陷。

作为另一变型例，可以在两个相邻喷射系统32之间仅具有单个空气歧管壁，从而每个歧管壁均参与形成两个相邻的空气歧管。

Claims (6)

1.一种环形燃烧室(10)，其装配在涡轮机上且包括：室端壁(22)，所述室端壁布置在所述燃烧室(10)的上游端；以及多个空气和燃料喷射系统(32)，所述喷射系统绕所述燃烧室(10)的轴线(34)沿周向分布且安装在所述室端壁(22)上；所述燃烧室还包括空气歧管(58、100)，所述空气歧管与各个喷射系统(32)相结合，所述空气歧管包括安装在所述室端壁(22)上的两个壁(60、62、96、98)和进气开口(64、88)，所述壁朝向上游方向突出且布置在相应喷射系统(32)的两侧，所述壁对围绕所述燃烧室(10)的轴线(34)的周向气流形成阻碍，所述进气开口(64、88)形成于所述空气歧管(58、100)的上游端，所述燃烧室特征在于，各个空气歧管(58、100)的所述进气开口(64、88)从所述喷射系统的轴线(44)沿径向向外敞开；所述环形燃烧室还包括环形室端壁防护罩(78)，所述环形室端壁防护罩布置在所述室端壁(22)的上游侧且各个空气歧管(100)的壁(96、98)在形成于所述环形防护罩(78)中相应的孔的两侧以大致气密的方式与所述环形室端壁防护罩连接，所述孔形成所述空气歧管(100)的所述进气开口(88)，各个空气歧管(100)的所述壁(96、98)沿径向延伸且各个所述壁(96、98)均形成了两个连续的空气歧管(100)的一部分。

2.根据权利要求1所述的环形燃烧室，其特征在于，当在横向平面(P1)的投影上观察各个空气歧管(58、100)的所述进气开口(64、88)时，所述开口(64、88)的在径向上位于上述切向平面(P2)外侧的部分的开口面积大于所述开口(64、88)的在径向上位于切向平面(P2)内侧的部分的开口面积，所述横向平面(P1)与经过相应喷射系统(32)的轴线(44)的切向平面(P2)垂直。

3.根据权利要求1所述的环形燃烧室，其特征在于，各个空气歧管(100)的所述进气开口(88)是渐缩的且沿径向向外敞开。

4.根据权利要求1所述的环形燃烧室，其特征在于，所述环形防护罩(78)包括径向内侧环形部分(80)和径向外侧环形部分(102)，所述进气开口(88)形成在所述径向内侧环形部分(80)和所述径向外侧环形部分(102)之间，所述径向内侧环形部分(80)从所述径向外侧环形部分(102)向上游方向偏移。

5.根据权利要求1所述的环形燃烧室，其特征在于，各个喷射系统(32)包括用于喷射器头部的对中引导轴衬(36)，且各个空气歧管(58、100)的至少一个部分(66)沿上游方向延伸至相应喷射系统(32)的所述轴衬(36)的上游端之外。

6.一种涡轮机，其特征在于，其包括根据上述权利要求中任一项所述的燃烧室(10)。