CN102713440B - 喷油器和装有这种喷油器的涡轮机燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种低成本燃烧室喷油器，这种喷油器结构更坚固，使用更安全。为此，本发明提出了专门布置部件的方式，诸如采用蜂巢置放方式，目的是在蜂窝部件之间无需进行焊接。特别是，喷射燃油-空气混合物的装置(2)包括—以轴线(X’X)为中心—带有至少两个环形吸气部件(22，24)的涡流室(40)、定心导向装置和挡圈(21)。环形部件(22，24)带有蜂窝导管(25a，25a’)，连接到轴向内外文氏管(26，28)上。这些部件轴向安装，内部部件(24)可通过轴向和径向壁的衔接来在外部部件(22)内自动定心，然后，在装配后，外部部件(22)沿一个径向平面焊接到挡圈(21)和内部部件(24)上。

Description

喷油器和装有这种喷油器的涡轮机燃烧室

技术领域

本发明涉及一种喷油器，该喷油器可适于提供合适的空气和燃油混合物，该混合物然后在涡轮机燃烧室内燃烧。本发明还涉及到装有这种喷油器的燃烧室。

背景技术

在每个涡轮机燃烧室内，至少一个喷嘴提供燃油，与固定到燃烧室底壁上的喷油器内的空气混合。该空气来自涡轮机压气机的最后一级，空气以环形方式引入喷油器内。燃油经由上游的喷嘴被引入，该喷嘴位于集管端部并在定心导向装置内调整，喷嘴就装在喷油器上。空气与燃油混合，然后在燃烧室内燃烧，从而产生非常热的气体。

如图1a所示，通常，空气引入喷油器1是通过由两个环形部件12和14制成的涡流室4来进行，每个环形部件都带有吸气蜂窝，沿周边分布。挡圈或盖16根据燃油流向焊接到上游部件12上，从而将喷油集管17连接到蜂窝部件上。

蜂窝部件12和14彼此轴向布置，并焊接到一起。蜂窝构成了径向延伸并布置在每个部件周缘上的多个狭缝15。两个部件之间的整体焊接18和19构成了这种狭缝15的径向壁。所述狭缝沿两个方向从一个部件朝向另一个部件，这两个方向相对于以轴线为中心的任何半径而构成了相对角度。空气在文氏管内以相反方向形式进行涡流，使得空气区重叠，而在这种空气区内，燃油粒子均匀混合，从而有利于空气-燃油的混合。

为此，这种喷油器包括三个环形焊接：使每个部件成为整体的焊接18和19，以及挡圈16和第一部件12之间的一个焊接20。靠近狭缝15的焊接需要使用成本很高的专用装置，从而在制造时避免狭缝变形。

实际上，如图1a所示，喷油器1的焊接18到20都很难实施，都具有不可重新实施的特点。具体来讲，焊接18和19会使狭缝变形，这对空气流动是不利的。

发明内容

本发明的目的是解决这些问题；特别是，本发明旨在提供一种喷油器，这种喷油器大大降低了成本，易于制造，而且也更坚固。

为此，本发明提出按照特定蜂巢结构来布置这些部件，无需在蜂窝部件之间进行焊接。

更确切地说，本发明的目的是提供一种燃油-空气混合喷油器，所述喷油器包括(以同一轴线为中心)，带有至少两个环形吸气部件(外部和内部)的涡流室、定心导向装置和挡圈，以及在这种喷油器中，环形部件提供了蜂窝状导管，通向由内轴向壁构成的内外同轴文氏管。这些部件同轴安装，内部部件可通过接触轴向和径向壁而在外部部件内自动定心。挡圈、外部部件和内部部件都沿相对的径向面采用相同径向平面焊接到一起，挡圈覆盖定心导向装置，从而将其保持在径向壳体内。有利的是，焊缝而后会使内部部件保持不转动。

根据喷油器的具体实施例：

外部部件的空气导管有规律地分布在两个与轴线成正交的凸起部，与另一个凸起部的其中一个导管相比，一个凸起部的导管能够相对于距离轴线的半径根据相反方向或相同方向的角度来布置；

相反方向的角度在±20to 40°范围内；

内部部件的导管布置在外部部件的一个凸起部的导管的延伸段内，并向内文氏管打开，外部部件的另一个凸起部的导管则向内外文氏管之间构成的空间内打开；

在内部部件在外部部件内定心并与挡圈焊接在一起之后，内部部件的导管适合布置在外部部件凸起部导管的延伸段内；

导管的截面在至少两个垂直方向上的尺寸大体相同；特别是，导管为圆柱形，带有圆形或方形截面；

凸起部的导管数量相同，一个凸起部的导管在外部部件周缘上偏置半个蜂窝导管管心距；

挡圈的径向斜切边可使内部部件更容易保持在外部部件上的位置；

通过挡圈和/或定心导向装置上形成的凸缘的合适尺寸，安装喷嘴的定心导向装置可适合装入挡圈径向壁和内部部件径向壁之间的径向壳体。

本发明还涉及到装有上述喷油器的燃烧室。所述燃烧室包括环形壁和底壁，喷油器的固定装置布置在燃烧室的底壁上，为与定心导向装置相连的喷油嘴提供了通行开口。

通过阅读参照附图给出的如下详细示例性实施方式，本发明的其它特性和优点就会显现出来，

附图说明

图1a和1b为根据现有技术或制造后的示例性喷油器的透视图(已经介绍)；

图2为根据本发明的示例性实施例的透视图；

图3为前一示例性实施例的纵向剖面图；以及

图4a和4b为沿图3所示示意图YY和ZZ平面的剖面图。

具体实施方式

术语“内部”或等同词和术语“外部”或等同词分别系指一个部件或相等部件位置距离对称轴线X’X相对最近或最远位置。术语“上游”和“下游”或等同词系指根据轴线X’X针对喷油器内燃油流的部件。

现在参照本发明示例性喷油器的图2的透视图，在喷油器2涡流室40第一蜂窝部件22-所谓的外部部件-和挡圈21之间有一个环形焊缝30。涡流室40第二蜂窝部件24-所谓的内部部件-与第一个部件同轴，在朝向燃烧室100的一侧，构成了内文氏管26，该文氏管位于由第一部件22内壁构成的外文氏管28的开口29内。第一蜂窝部件22的蜂窝为环形截面的圆柱形导管25a和25a’，根据环形凸起部C1和C2而有规律地分布，并分别沿两个方向构成了相对于任何半径的方向相反的两个角度，该半径垂直于喷油器2的对称轴线X’X。每个凸起部的导管数相同，这些导管在第一蜂窝部件22的外周缘上偏置半个蜂窝导管管心距。

图3的纵向剖面图示出了构成这种喷油器21的各个不同部件之间的安装关系。外部部件22的纵向壁220带有外表面22e，与轴线X’X平行，而内表面22i在上游与轴线X’X平行，在下游则沿燃烧室100朝开口29方向成锥形。该锥形部分构成了外文氏管28。

外部件22的内表面22i和外表面面22e通过垂直于轴线X’X的径向面22p在上游连接。第二部件或称内部部件与外部部件22同轴同心，带有与轴线X’X垂直的所谓的径向壁241和根据该对称轴线延伸的所谓的纵向壁240。径向壁241带有下游端面24a，而纵向壁240带有外端面24e，分别相对于部件22的端面22p和22i布置。外部部件22的第一凸起部的导管25a通过第一导管25a延伸部分内构成的导管25b而延伸。一旦涡流室的部件22和24通过其相对端面而彼此嵌入并焊接到挡圈21上时，在装配后就制造了这些导管，从而实现良好对准。

内部部件24的纵向壁240的外表面24e只是在其上游部分抵靠在外部部件的内端面22i上。在下游部分，纵向壁240不与轴线X’X平行，但是朝该轴线方向逐渐变小，从而在其内表面24i内形成内文氏管26，并从其外表面24e处在两个文氏管26和28之间构成内文氏管空间E。外部部件22的第二凸起部的导管25a’向该空间E打开。

在上游，径向壁241由挡圈21覆盖，外环形面21c进入到外部部件22的外环形面22e的延伸段内，与对称轴线X’X平行。挡圈21包括环形壁210和径向壁211。在定心导向装置27凸缘27c的径向壁211和241之间形成了径向壳体L。通过所述挡圈径向壁211和环形壁210的合适尺寸设计，径向壳体L相对于凸缘27c为超尺寸设计，这样，导向装置27可通过在径向壳体L平面内移动而配合到位。或者，定心导向装置27凸缘27c合适尺寸设计还可以向该导向装置提供双倍自由度。

此外，环形壁210可在内表面上方便地提供一个斜切边21C，从而将内部部件24固定在外部部件22上。

装配后，通过在一侧的外部部件22径向面22p和另一侧相对布置的内部部件24挡圈21径向面21a和24a之间的同一径向平面P内沉积焊道30，将外部部件22焊接到挡圈21和内部部件24上。需要焊接的至少其中一个壁可方便地切口，从而可进行这种焊接。然后，通过嵌入第一部件22而在两个垂直壁上对内部部件24进行自动定心，焊道30会使其保持不转动。

根据图4a和4b的喷油器2的剖面图示出了一侧导管25a和25b和另一侧25a’导管的相对方向。在该剖面图上，还示出了内部部件22和24，内文氏管26以及文氏管之间的空间E(图4b)。相反方向的角度A和A’由这些导管相对于穿过对称轴线X’X和喷油器2周缘导管25a和25a中心的半径R和R’的导管所构成，角度范围在±20和40°之间。

而后，将喷油器固定在由环形壁和底壁组成的燃烧室内。喷油器的固定装置布置在该燃烧室的底壁上，图示出了与定心导向装置连接的喷油嘴的通行开口。

在工作时，通过喷嘴将燃油喷入到每个喷油器内，喷嘴连接在定心导向装置(图3)上，和空气则通过穿过环形导管进入。例如，在最大起飞功率情况下，空气以25g/s，即大约245m/s速度进入，燃油以5g/s，即大约50m/s的速度流入。空气涡流在内文氏管26和文氏管间空间E内形成方向相对的空气区，这些空气区在燃烧室入口处重叠。在每个空气区内，所喷入的燃油粒子会以流体和均匀的方式混合，从而实施空气-燃油的高性能混合。

本发明并不仅限于所述和所表示的示例性实施例。例如，可以构成导管的两个以上凸起部，例如，四个凸起部，其中两个向文氏管间空间打开，另外两个向内文氏管打开。此外，文氏管所产生的重力作用通过合适的导管倾斜角而在导管的不同凸起部内得到平衡。

Claims (10)

1.一种燃油-空气混合喷油器(2)，其包括，以相同轴线(X'X)为中心，带有至少一个外部环形吸气部件(22)和一个内部环形吸气部件(24)的涡流室(40)，定心导向装置(27)和挡圈(21)，其特征在于，所述内部和外部环形吸气部件(22，24)提供了向分别地由所述内部和外部环形吸气部件(22，24)的内部轴向壁(22i,24i)构成的内、外同轴文氏管(26,28)打开的蜂窝导管(25a,25a',25b)，所述内部和外部环形吸气部件(22，24)同轴安装，所述内部环形吸气部件(24)通过两轴向壁(22i,24e)之间的接触以及两径向壁(22p,24a)之间的接触而在所述外部环形吸气部件(22)内自动定心，所述挡圈(21)、外部环形吸气部件(22)和内部环形吸气部件(24)沿相对的径向壁(21a,22p,24a)在相同径向平面(P)上焊接到一起，挡圈(21)覆盖定心导向装置(27)，从而将其保持在挡圈(21)径向壁(211)和内部环形吸气部件(24)径向壁(241)之间的径向壳体(L)内。

2.根据权利要求1所述的喷油器，其特征在于，外部环形吸气部件(22)的第一、第二蜂窝导管(25a,25a')为圆柱形的，有规律地分布在两个与轴线(X'X)成正交的环(C1,C2)上，与另一个环(C2)的第二蜂窝导管(25a')相对于来自轴线(X'X)的第二半径(R')的第二角度(A')相比，环(C1)的第一蜂窝导管(25a)根据相反方向的第一角度(A)布置。

3.根据权利要求1所述的喷油器，其特征在于，在第一蜂窝导管(25a)和第一半径(R)之间构成第一角度(A)，而在第二蜂窝导管(25a')和第二半径(R')之间构成与第一角度(A)方向相反的第二角度(A’)，所述第一、第二角度(A，A’)的范围为-40°至-20°以及20°至40°，所述第一、第二半径(R，R’)穿过对称轴线(X,X’)和位于喷油器(2)周缘上的第一、第二蜂窝导管(25a,25a’)的中心。

4.根据权利要求1所述的喷油器，其特征在于，内部环形吸气部件(24)的第三蜂窝导管(25b)布置在外部环形吸气部件(22)一个环(C1)的第一蜂窝导管(25a)的延伸段内，并向内文氏管(26)打开，外部环形吸气部件(22)另一环(C2)的第二蜂窝导管(25a')向内文氏管(26)和外文氏管(28)之间的空间(E)打开。

5.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的喷油器，其特征在于，在内部环形吸气部件(24)在外部环形吸气部件(22)内定心并与挡圈(21)焊接到一起后，内部环形吸气部件(24)的第三蜂窝导管(25b)在外部环形吸气部件(22)的一个环(C1)的第一蜂窝导管(25a)延伸段内实现。

6.根据权利要求2所述的喷油器，其特征在于，蜂窝导管(25a,25a',25b)的截面尺寸在至少两个相互垂直的方向上大体上相同。

7.根据权利要求2所述的喷油器，其特征在于，一个环(C1)的蜂窝导管数量等于另一个环(C2)的蜂窝导管的数量，而且其中一个环(C1)相对于另一个环(C2)在外部环形吸气部件(22)周缘上偏置半个蜂窝导管管心距。

8.根据权利要求1所述的喷油器，其特征在于，挡圈(21)包括环形壁(210)，所述环形壁(210)所提供的斜切边(21C)可更容易地在外部环形吸气部件(22)上定位内部环形吸气部件(24)。

9.根据权利要求1所述的喷油器，其特征在于，通过挡圈(21)和/或在所述定心导向装置(27)上形成的凸缘(27c)的适合尺寸设计，定心导向装置(27)可置放入挡圈(21)径向壁(211)和内部环形吸气部件(24)径向壁(241)之间的径向壳体(L)内。

10.一种装备有根据前面任一权利要求所述喷油器(2)的燃烧室，其特征在于，其包括环形壁和底壁，喷油器(2)的固定装置布置在燃烧室底壁内，为与喷油器(2)定心导向装置(27)相连接的喷油嘴提供了通行开口。