CN102575843B - 用于涡轮发动机燃烧室的多点喷油装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮发动机环形燃烧室的喷油装置，所述喷油装置包括向喷油器供油的引燃油路和向喷油孔(80)供油的多点油路，以及将前端面(72)隔开的隔热装置，隔热装置包括在环形环前端面(72)和环形室(78)前壁(76)之间的喷油孔周围形成的环形腔室(70)，并设计成可在运行时充以空气或结焦燃油；所述喷油孔是在安装于环形室(78)内的环形环(74)前端面(72)上形成的。

Description

用于涡轮发动机燃烧室的多点喷油装置

技术领域

本发明涉及用于诸如航空涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机的涡轮发动机的环形燃烧室的“多点”喷油装置。

背景技术

众所周知，涡轮发动机带有一个位于高压压缩机排气口处的环形燃烧室，该燃烧室带有多个喷油装置，该喷油装置在燃烧室进气口处有规律地沿周缘分布。多点喷油装置包括第一文氏管和第二文氏管，在第一文氏管内，沿第一文氏管轴线中央安装有引燃喷油器(pilot injector)，该喷油器不断地接受引燃油路输送的燃油，第二文氏管同轴布置在第一文氏管周围。该第二文氏管在其上游端带有环形室，在该环形室内安装有环形环(annular ring)，所述环形环通过多点油路向其供油。环形环在前端面上带有喷油孔，这些喷油孔与环形室前端面上的喷油孔对齐，从而将燃油喷向下游和第二文氏管的外部。

引燃油路按为低转速优化的流量不断地输送燃油，而多点油路则按为高转速优化的间断流量输送燃油。

然而，由于燃烧室火焰辐射而产生的高温作用，使用间断多点油路存在重大缺陷，即当多点油路关断时，会引起燃油滞留在多点油路内，造成堵塞或结焦。这些现象导致所述环内和多点油路喷油孔内形成结焦，从而严重影响了多点油路的燃料喷射，进而影响了燃烧室的工作。

为了减少这种结焦的风险，以本申请者名义提交的申请文件EP 2 026 002介绍了通过采用两个环形燃油流动通道来利用燃油引路对多点油路进行冷却，从而减少其内部结焦的形成，所述燃油流动通道在环形环内部和外部在环形室内径向形成，这两个通道的出口与引燃喷油器相连。

然而，这种布局尚不能有效地降低环形室整个前端面上燃油结焦的风险，因为所述燃油还完全处于其下游燃油燃烧所产生的热辐射环境下。

发明内容

本发明的一个特定目标就是提供一种解决这个问题的方案，该方案简单，有效，且成本不高。

为此，本发明提供了一种适用于涡轮发动机环形燃烧室的喷油装置，所述喷油装置包括不断地向伸入第一文氏管内的喷油器供油的引燃油路和间断地向喷油孔供油的多点油路，所述喷油孔位于安装在环形室内的环形环的前端面上，该环形室在同轴围绕第一文氏管的第二文氏管上游端处形成，所述喷油装置的特征在于，其包括可隔断环形环前端面的隔热装置，所述隔热装置包括在环形环前端面和环形室前壁之间的喷油孔周围形成的环形腔室，并设计成可在运行时充以空气或结焦燃油。

通过环形环前端面和环形室下游壁之间设置的隔热环形腔室所形成的集成隔热装置用来保护所述环形环的喷油孔，避免结焦，保证多点油路的正常工作。

环形腔室可充以空气或结焦燃油，从而针对燃油燃烧所产生的热辐射，为多点喷射环及其喷油孔提供了良好的隔热能力。

优选地，喷油装置还包括可对环形环进行冷却的冷却回路，方法是，使引燃油路的燃油在环形环和环形室内圆柱形壁之间形成的内环形通道内和在环形环和环形室外圆柱形壁之间形成的外环形通道内流过。

有利的是，内外通道的其中一个与上述环形腔室相通，而另一个内外通道则与所述腔室相隔离，从而使得前环形腔室充满在燃油燃烧所产生热辐射作用下会结焦的燃油。

根据本发明的另一个特性，环形环前端面的径向内或外周缘包括环形缘，该缘带有可与环形室前壁相配合的下游边缘，从而在上述环形腔室和冷却回路的内外通道其中一个之间形成相通的环形通道。

该环形通道可使燃油到达前腔室内部，并在热辐射作用下结焦，以便隔离环形环的喷油孔。

根据本发明的另一个特性，环形环前端面的径向外周缘与环形室外圆柱形壁径向相抵，使得环形环处在环形室的中央。

在本发明的第一个实施例中，环形环的每个喷油孔是在从环形环前端面突出的螺柱(stud)上形成的，这些螺柱插入与环形室前端面上形成的对应凸部各个腔室相对接。这种对接定位可保证环形环正确地轴向安装在环形室内。

凸部内的每个腔室经由与对应螺柱喷油孔相对准的孔通向环形室的外部，所述孔的直径大于喷油孔的直径，从而使得燃油油滴结焦区域可偏离螺柱中的喷油孔，而通向环形室内的孔。

在本发明的另一种不同实施例中，在固定到环形环前端面孔内的圆柱形销上形成有喷油孔，所述圆柱形销伸出到所述前端面的外部，构成了环形室内的定位和定中心装置。

当环形室内的可用空间很小，无法使螺柱和凸部按照上述方式制作时，这种布局特别有利。

每个销内的喷油孔带有较大直径的下游端，目的是避免多点油路停止时喷油孔结焦。

环形环通过环形环下游壁径向内端处形成的环形边缘而轴向固定在环形室内，该边缘与环形室前壁对接。

本发明还提出了一种涡轮发动机的环形燃烧室，所述燃烧室包括至少一个上述类型的喷油器。

附图说明

下面参照附图阅读以非限定性示例给出的描述，可更好地理解本发明，本发明的其它细节、优点和特性就会显现出来，附图如下：

图1为现有技术多点喷油装置的局部轴向剖面示意图；

图2为本发明的多点喷油装置的局部轴向剖面示意图；

图3为图2所示喷油装置的环形环和环形室较大比例轴向剖面示意图，所示剖面是在含有多点喷油孔的平面上；

图4为图2所示喷油装置的环形环和环形室较大比例轴向剖面示意图，所示平面位于两个多点喷油孔之间；

图5为图2所示喷油装置的环形环前端面透视示意图；

图6为图2所示喷油装置的环形室透视示意图

图7为本发明另一种形式的喷油装置的环形环和环形室轴向剖面示意图，所示剖面是在含有多点喷油孔；

图8为类似于图7的轴向剖面图，但是所示平面在多点喷油孔之间通过；以及

图9为图7和图8所示喷油装置分解透视图。

具体实施方式

首先参照图1，该图示出了现有技术的喷油装置10，带有两个喷油器系统，其中一个为连续工作的引燃系统，而另一个是间断工作的多点系统。该喷油器可安装在涡轮发动机环形燃烧室端壁开口内，该燃烧室通过上游的高压压缩机输入空气，并将燃烧气体送到位于下游的涡轮。

所示喷油装置包括第一文氏管12和第二文氏管14，后者与第一文氏管12同轴安装，而第一文氏管12则安装在第二文氏管14内。引燃喷油器16安装在旋流器18的第一级内，后者轴向插装在第一文氏管12内。在第一文氏管12的上游端和在其外部径向处形成了旋流器20的第二级，以便在第一和第二文氏管12和14之间延伸。

第二文氏管14带有由两个圆柱形壁形成的环形室22，即径向内壁24和径向外壁26，二者由在下游会合的截头圆锥形下游壁28连接。环形环30还带有两个圆柱形壁，即径向内壁32和径向外壁34，二者由在下游会合的截头圆锥形下游壁36连接，该环形环安装在环形室22内，这样，环形室22和环形环30的下游壁28和36就会接触。

环形环30和环形室22各自在其上游端带有环形开口。环形室22的圆柱形壁24和26在环形环30圆柱形壁32和34的上游端向上游伸出。

环形环30的下游壁36带有沿周缘有规律地分布的喷油孔40，该喷油孔40伸入到环形室22下游壁28的相应孔42内。环形室22和环形环30的喷油孔40和42直径相同。

在环形环30和环形室22的内圆柱形壁24和34之间形成了燃油流通的内环形通道44。同样，在环形环30和环形室22的外圆柱形壁26和34之间形成了燃油流通的外环形通道46。

喷油装置包括带有下游部分的供油本体48，该下游部分为环形，带有圆柱形管道50，后者在环形室22的内外圆柱形壁24和26之间密封轴向啮合，并密封地通向环形环30的内外圆柱形壁32和34之间。所述导管50带有径向突肩54，后者抵靠在环形环30的内外圆柱形壁32和34的上游端。

本体48的这种密封装配确保内外环形通道44和46与环形环30内形成的环形空间相隔离。

供油臂56与本体48相连，包括两个同轴管道，即向下游通向环形环30内部的本体48通道60供油的中央管道58和在中央管道58周围形成并向分别通往内外环形通道44和46的单独通道(图中未示)供油的外管道62。

本体48带有集油腔室64，后者在环形环30圆柱形壁32和34上游端处与供油臂56径向对侧形成，以便内外环形通道44和46与集油腔室64相通。管道66的一端连接到引燃喷油器16，另一端通向集油腔室64。

运行时，供油臂56的中央管道58向本体48通道60供燃油，燃油而后在环形环30内流动，并经由环形环30和环形室22内的喷油孔40，42而喷入下游的燃烧室。

供油臂56的外管道62向本体48内通向内外环形通道44和46的通道供燃油，燃油而后流入集油腔室64，从而经由管道66向引燃喷油器16供燃油。

引燃油路连续工作，而多点油路则在飞行的特定阶段间断工作，诸如需要附加功率的起飞阶段。

在涡轮发动机运行期间，来自高压压缩机的热空气(大约600℃)经由第一径向旋流器18流入第一文氏管12内，该热空气还流入位于第一和第二文氏管12和14之间的第二径向旋流器20内。

供给引燃喷油器的燃油，持续不断地流过内外环线通道44和46，在环形环30径向外部和内部形成了冷却管路，从而避免由于燃烧热辐射而在环形环30内部出现燃油结焦，而这种情况则会在多点油路不工作时的飞行阶段期间出现。

如上所述，环形室22下游面28直接受到燃烧热辐射，在不使用多点油路时的飞行阶段期间，这会导致环形环30和环形室22喷油孔40和42内出现燃油结焦。

本发明提供了一种解决这个问题的方案，即在喷油器68内加装隔热装置，以便隔离多点环形环的前壁。

这些隔热装置包括在环形环74前端面72和环形室78下游壁76之间形成的隔热环形腔室70。该腔室70在喷油孔80之间延伸，从而尽可能靠近喷油孔以提供隔热。这样，可减低喷油孔80内燃油结焦的风险，保证多点油路正确工作。

在图2到图6所示本发明第一实施例中，环形环74的前端面72带有围绕该环74有规律地伸出的多个螺柱82，每个都包括一个喷油孔80。这些螺柱82都插入环形室78下游壁76上游面上凸起84的腔室内。螺柱82在凸起的腔室内啮合，从而抵靠在环形室78的下游壁76上，确保了环形环74正确地轴向固定在环形室78内。

环形室78下游壁76包括孔86(见图3)，每个孔从凸起84腔室内的上游端通向下游端处的第二文氏管的外部，每个孔86与环形环74喷油孔80相对准，且其直径大于喷油孔80的直径，从而使燃油油滴会结焦的区域偏向环形室78内的孔86。

所述螺柱82呈大体圆柱形状，钎焊到凸起84的腔室内部，从而在引燃油路和多点油路之间形成密封。穿过环形室78下游壁76内的孔86，可以目视检查钎焊是否正确，因为这些孔86的直径大于喷油孔80的直径。

环形环74前端面72的径向外周缘径向地延伸到其外圆柱形壁90的外部，并径向抵靠在环形室78外圆柱形壁92上，使得环形环74置于环形室78的中央。前端面72的径向内周缘带有环形边缘94，该环形边缘94自前端面72向下游延伸，与内圆柱形壁96成一直线。该环形边缘94的下游端在内环形通道44和前环形腔室70之间形成了燃油流通的环形通道。

本发明的喷油装置还包括由内环形通道44和外环形通道46所形成的冷却通路，所述内环形通道44由环形环74和环形室78的内圆柱形壁96和97确定，而所述外环形通道46则由环形环74和环形室78的外圆柱形壁90和92形成。

在这个实施例中，外环形通道46通过环形环74前端面72的径向外周缘与前腔室相隔离，所述径向外周缘可选择钎焊到环形室78外圆柱形壁92上，从而提供可选择的密封连接。

在图7到9所示另一种实施例中，所示装置带有多个用来使环形环100居中于环形室102的销98，这些销98有规律地分布在环形环100的周围，并轴向安装在环形环100前壁104的孔101内和环形室102的对应孔103内。这些销的上游和下游面与环形环100和环形室102的截头圆锥形壁104和106大体平行。每个销的轴向尺寸都可使其上游和下游面分别与环形环100前壁104上游面和环形室102下游壁106的下游面对准。

每个销98带有由第一孔110形成的喷油孔108，所述第一孔110从上游端的环形环100的内部通向下游端直径较大的第二孔112，该孔通向第二文氏管14的外部。孔110和112沿垂直于环形环100和环形室102截头圆锥形下游壁104，106的各自直线而对准。

如上述实施例，与喷油孔110的直径相比，环形室的孔112的直径更大，从而限制了喷油孔110的结焦。

环形环100前壁104的径向内外周分别带有内外环形边缘114和116，这些边缘从前壁104向下游延伸，分别与内外圆柱形壁118和120成一直线。内环形边缘114与环形室102下游壁106相接触，从而为将环形环100轴向固定在环形室102内而提供了支撑点，而外环形边缘116与环形室102前壁106配合，形成环形通道，使得引燃油路外环形腔室46和提供隔热的前腔室70之间相通。

环形环100、环形室102，以及销98可按如下方式装配在一起：环形环100通过采用环形环100内环形边缘114而以轴向对接方式安装在环形室102内，并按这样一种方式有角度地布置，即环形环100的孔101与环形室102的孔103相对准。然后，销98安装在环形环100和环形室102的孔101和103内，销98钎焊在这些孔内，从而在引燃油路和多点油路之间形成密封。销98的上游和下游面可通过机加工重新制成。最后，在每个销98内形成孔110和112，这种作业在钎焊和机加工作业之后进行，避免销98内的孔110，112出现任何局部闭合。

已经发现，这种带定中心销的布局在多点喷油器布置中是特别有利的，因为在多点喷油器布局中，环形室内的空间很小，无法容纳螺柱和凸起。

在上述实施例中，前环形腔室与冷却路的内通道或外通道(图4或图8)的其中一个相通，以便在涡轮发动机运转的同时向前环形腔室70供燃油。在这些布局中，前腔室内存留的燃油在热辐射的作用下结焦，从而形成隔热层以保护多点环形环。

在附图未示的其它实施例中，可以将前腔室70与内外环形通道44和46相隔开，所述腔室然后充以空气，该空气形成了环形环74，100前端面72隔热层。

Claims (14)

1.一种用于涡轮发动机环形燃烧室的喷油装置，所述喷油装置包括连续不断地向伸入第一文氏管(12)的喷嘴(16)供油的引燃油路和间断向喷油孔(80，110)供油的多点油路，所述喷油孔是在环形环(74，100)前端面(72，104)上形成的，所述环形环(74，100)安装在第二文氏管(14)上游端处形成的环形室(78，102)内，第二文氏管(14)同轴位于第一文氏管(12)的周围，所述喷油装置的特征在于，其包括将环形环(74，100)前端面(72，104)隔开的隔热装置，所述隔热装置包括围绕环形环前端面(72，104)和环形室(78，102)前壁(76，106)之间喷油孔(80，100)周围形成的环形腔室(70)并设计成可在运行时充以空气或结焦燃油。

2.根据权利要求1所述的喷油装置，其特征在于，其还包括可对环形环(74，100)进行冷却的冷却回路，方法是，使引燃油路的燃油在环形环(74，100)和环形室(78，102)内圆柱形壁(96，118，97)之间形成的内环形通道(44)内，和在环形环(74，100)和环形室(78，102)外圆柱形壁(90，120，92)之间形成的外环形通道(46)内流过。

3.根据权利要求2所述的喷油装置，其特征在于，其中一个内环形通道(44)和外环形通道(46)与上述环形腔室(70)相通，另一个内环形通道(44)和外环形通道(46)与所述腔室(70)相隔开。

4.根据权利要求3所述的喷油装置，其特征在于，环形环(74，100)前端面(72，104)的径向内或外周包括带有下游边缘的环形缘(94)，该下游边缘与环形室(78，102)的前壁(76)相配合，从而形成环形通道，实现上述环形腔室(70)和冷却路的内环形通道(44)和外环形通道(46)其中之一之间相通。

5.根据权利要求2所述的喷油装置，其特征在于，环形环(74)前端面(72)径向外周缘径向抵靠在环形室(78)的外圆柱形壁(92)上，从而使得环形环(74)置于环形室(78)中央。

6.根据权利要求3所述的喷油装置，其特征在于，环形环(74)前端面(72)径向外周缘径向抵靠在环形室(78)的外圆柱形壁(92)上，从而使得环形环(74)置于环形室(78)中央。

7.根据权利要求4所述的喷油装置，其特征在于，环形环(74)前端面(72)径向外周缘径向抵靠在环形室(78)的外圆柱形壁(92)上，从而使得环形环(74)置于环形室(78)中央。

8.根据权利要求1到7任何一项所述的喷油装置，其特征在于，环形环(74)的每个喷油孔(80)都是在从环形环(74)前端面(72)突出的螺柱(82)上形成的，这些螺柱(82)插入对应凸起(84)的各个腔室内，形成对接，所述凸起(84)是在环形室(78)前端面(76)上形成的。

9.根据权利要求8所述的喷油装置，其特征在于，凸起(84)的每个腔室通过与对应螺柱(82)喷油孔(80)对准的孔(86)而通向环形室(78)的外部，所述孔(86)的直径大于喷油孔(80)的直径。

10.根据权利要求1到7任何一项所述的喷油装置，其特征在于，喷油孔是在固定到环形环(100)前端面(104)孔内的圆柱销(98)里形成的，所述圆柱销(98)伸出所述前端面并在环形室(102)内形成定位和定中心装置。

11.根据权利要求10所述的喷油装置，其特征在于，每个圆柱销(98)的喷油孔带有直径较大的下游端。

12.根据权利要求10所述的喷油装置，其特征在于，环形环(100)前端面(104)径向内端包括在环形室(102)内轴向定位的环形缘(114)。

13.根据权利要求11所述的喷油装置，其特征在于，环形环(100)前端面(104)径向内端包括在环形室(102)内轴向定位的环形缘(114)。

14.一种涡轮发动机的环形燃烧室，所述燃烧室的特征在于，其包括至少一个根据前面任一权利要求所述的喷油装置(68)。