CN103354890A - 用于燃气涡轮机燃烧室的具有双燃料回路的喷射器及具有至少一个该喷射器的燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供起动喷射器，其可以在所有的飞行模式中使用，而不会带来额外成本或重量。为此，起动喷射器具有特殊配置，包括双燃料回路和空气回路。为此目的，用于燃气涡轮燃烧室（3）的喷射器（1）包括双燃料喷射回路（C1，C2），包括用于点火并然后用于所有飞行模式的起动燃料回路（C1）以及于起动之后所有飞行模式的主燃料回路（C2）。所述回路（C1，C2）具有位于共同管（11）中平行的管道（12a，12b），共同管具有轴线（X’X）。起动回路的管道（12a）基本上同球形喷射器主体的中心连通。在端部（12e），管道容纳连接至中心通道（41）的喷射歧管（7），中心通道穿过漩涡器（4）的中心壁（14）。主回路（C2）的管道（12b）与环形通道（16）连通，环形通道位于喷射通道（42）的对面。空气回路（C3）在两个形状为同心球形的部分之间被引导。

Description

用于燃气涡轮机燃烧室的具有双燃料回路的喷射器及具有至少一个该喷射器的燃烧室

技术领域

本发明涉及喷射器，其用于燃气涡轮机的燃烧室，特别是用于涡轮发动机，该喷射器包括双燃料喷射回路。本发明还涉及燃烧室，其具有至少一个这种双回路喷射器，并具有单回路喷射器。

合适的压缩空气和燃料的混合物通常借助多个喷射器而被喷射进燃烧室中。喷射器安装在火焰管的壁上，火焰管优选地设置在燃烧室底部。这样能使来自各个喷射器的混合物均匀分布。

在每个喷射器中，喷嘴将燃料送入歧管的端部。燃料在定心器中被调整。空气源是燃气涡轮机压缩机的末级，空气以环形的方式被送入喷射器中。空气和燃料通常被送入漩流装置中，漩流装置具有反向旋转定位的通道或旋转球（SPINS），然后燃料颗粒通过混合器被喷射到空气中。混合物通过位于确定距离的火花塞被点燃，在燃烧室中燃尽。然后，产生的气体具有较高的动能，该动能用于产生推进力或机械能。

现有技术

现今，燃烧室点火通过两个专用于起动的喷射器实现，每个起动喷射器同一个火花塞相联。其它的喷射器专用于起动后工况：加速或减速瞬时工况，以及飞行平稳工况。这种架构需要具有可用的特定起动喷射器，及由此产生的额外的质量，以及在支撑喷射器组的火焰管上需要用于这些喷射器的特定的安装端口，以及对由此产生的额外控制装置的定位。

此外，还有配置有喷射器的燃烧室，喷射器具有双燃料供应回路，辅助回路及主回路。辅助回路专用于空转运行，即，较低负荷，而主回路或者辅助回路和主回路二者在中间等级及稳定等级时偏置。在全功率比时，两个回路之间的流量比颠倒，主回路成为支配性或唯一的燃料提供者。例如，这种配置在本申请人的专利文件FR2,906,868或FR2,896,030中公开。

但是，这种双回路喷射器不适于在起动阶段使用，因为其结构在高起动速度时不允许任何的混合物喷射。这就是为什么特定喷射器的存在继续具有上述缺点的原因。

发明内容

本发明的目的为提供起动喷射器以解决上述问题，该喷射器也适于在任何飞行等级中使用，而不会带来额外的成本或质量。为此，这种起动喷射器具有特殊配置：双燃料回路及空气回路。

更确切地，本发明的目的是提供用于燃气涡轮机燃烧室的喷射器，其具有双燃料供用回路及空气回路。燃料喷射回路包括起动燃料供应回路和主燃料供应回路，起动燃料供应回路能够触发燃烧室点火，然后在任何飞行模式中运行，主燃料供应回路能够在继起动之后的任何飞行模式中运行。这些燃料供应回路具有平行的管道，这些管道设置在一个具有纵向轴线的共同管中。起动回路的管道的一端基本上通往球形喷射器主体的中心，球形喷射器主体对共同管进行延伸。在该端上，管道容纳一个喷射环，该喷射环能够在将燃料通过中心通道送入燃烧室中之前驱动燃料旋转，中心通道穿过漩流装置的中心壁。主回路的管道通往环形通道，该环形通道形成于朝向喷射通道的主体中，喷射通道围绕中心通道径向设置于主壁中。空气回路在两个同心球体部分之间被引导，所述两个同心球体部分包括喷射器主体和护套，该护套环绕喷射器主体并具有开口，漩流装置通往该开口。

因此，本发明的喷射器由于其双球形架构而大大减小了体积。

此外，通过主回路的环形通道中的燃料循环，中心起动回路得到热保护，不会有任何结焦。通过外围气流在球形之间的空间中的流通，主回路自身得到热保护。

有利地，漩流装置相对于喷射器的纵向轴线位于倾斜的位置。这种倾斜配置允许起动回路的端部位于起动回路的中心，并允许空气和燃料喷射流朝向火花塞的方向，火花塞设置在燃烧室的底部。

根据特定实施方式：

-起动回路的燃料管道在其端部上具有容纳环的圆柱形凹槽；

-中心通道具有朝着燃烧室的内部部分变细的锥形形状，中心通道通往燃烧室；

-径向通道相对于中心通道的轴线具有倾斜朝向，并相对于漩流装置的鳍片的倾斜方向而反向旋转；喷射器出口上的气流形成空气锥，该空气锥围绕主回路的燃料锥；

-起动回路的喷射环为螺旋形的；

-主燃料供应回路的环形通道自身上不成环并且具有端部，由此不形成任何“死”区，燃料可能在“死”区淤塞；以及

-径向通道的数量等于漩流装置的鳍片数量的倍数。

本发明还涉及燃烧室，其具有至少一个上述的双回路喷射器和单回路喷射器。所有的喷射器呈直线安装在环绕燃烧室的壳体上，并通过端口穿过火焰管，端口沿着至少一条平行于火焰管的纵向轴线的直线设置。

双回路喷射器朝向火花塞，由此喷射器能够投射在漩流装置的输出上的空气/燃料锥，漩流装置的输出朝向燃烧室底部。

在优选实施方式中，燃烧室具有两个双回路喷射器，两个双回路喷射器不相邻就行。

附图说明

分别通过阅读以下详细示例性实施方式，本发明的其它特征和优势得以显现，所述实施方式参考以下附图：

-图1a和1b示出了本发明的示例性双回路喷射器的分解图和截面图；

-图2a和2b示出了前述实施例的一个变体的透视图和截面图；

-图3示出了燃烧室的局部透视图，该燃烧室具有如上所示的双回路喷射器和单回路喷射器。

具体实施方式

参考图1a和1b分别所示的分解图和截面图，本发明的喷射器1包括位于环形燃烧室3的壳体2上的紧固法兰10，共同管11，该共同管具有相对于喷射器的纵向轴线X’X，以及环形漩流装置4，该漩流装置具有中心壁14以及相对于轴X’X倾斜的对称轴线Y’Y。该中心壁14允许火焰管6中的空气/燃料混合物通过护套5的开口15而被射出，火焰管与护套5临接。漩流装置4的尺寸设置为使得该漩流装置的鳍片40以自我调整和自我定中心的方式与开口15的边缘临接，鳍片40有规律分布在中心壁14的外围上。

双燃料喷射回路包括起动燃料供应回路C1，其能够触发燃烧室3的点火并能在任何飞行等级运行，以及主燃料供应回路C2，其能够在继起动之后的任何飞行等级中运行。

回路C1和C2同燃料供应歧管（未示出）连接在一起。这些回路由形成在紧固法兰10中的接入钻孔2a，2b构成，接入钻孔2a，2b同平行的纵向管道12a和12b连接，管道12a和12b在管11中延伸并同时与容纳于该管中的密封套筒13a和13b临接。这些管道在管11中平行于纵向轴线X’X延伸并通过中心壁14通向燃烧室3。

就起动回路C1而言，管道12a在端部12e基本上通往半球形的喷射器主体11s的中心，喷射器主体11s为管11的延伸。此外，在该端部，管道12a在圆柱形的凹槽21中容纳螺旋形的燃料环7，凹槽21具有倾斜的轴线，该轴线并入漩流装置4的轴线Y’Y中。有利地，凹槽21具有圆锥形的端部21c，该圆锥形的端部通过漩流装置4的中心壁14与中心通道41连接，中心通道41具有并入旋流装置4或凹槽21的轴线Y’Y中的轴线。该中心通道41通往燃烧室3。

就主回路C2而言，有利地，喷嘴8安装在法兰10的接入钻孔2b中。该喷嘴能够校准根据飞行阶段而变化的燃料流量。在肘形管12c之后，纵向管道12b朝向与轴线Y’Y平行的最后部分12f，并通往设置在球形主体11s中的环形通道16。有利地，该环形通道16具有两个端部16e。也就是说，该通道自身上不成环。因此，不形成“死”区，燃料可能在“死”区淤塞。

环形通道16通过合适的钎焊20被钎焊至中心壁上，由此使得环形通道16的非成环形状显现出来。该环形通道16与喷射通道42连通，喷射通道42被径向设置并绕中心通道41均匀分布。有利地，这种喷射通道具有相同的直径。有利地，径向通道42具有轴线K’K的方向，该轴线K’K相对于中心通道41的轴线Y’Y对称地倾斜（详见图1b），并且相对于漩流装置4的鳍片40的倾斜方向反向旋转。有利地，径向通道42的数量等于漩流装置4的鳍片40数量的倍数。

此外，输入气流F_E（例如来自最后压缩级的空气）穿过形成于对管11进行延伸的向外展开的盖子17中的开口170，然后在空气回路C3中被引导，其中空气在球形之间的空间“E”中循环。该空间“E”形成于同心球体的两个部分之间，同心球体由喷射器主体11s和部分地由护套5的球形部分5s提供，球形部分5s环绕喷射器主体11s。护套也具有圆截面圆柱形部分5c，其允许为火焰管6和管11的向外展开的盖子17提供接界。因此，归功于这种球形之间的通道，本发明的喷射器具有最小的体积。

此外，通过主回路C2的环形通道16中的燃料循环流，中心起动回路C1得到热保护，不会有任何结焦，通过在空气回路C3的球形之间的空间“E”之中循环的外围气流F，主回路自身得到热保护。

关于喷射器1输出，有利地，气流F_S在鳍片40之间穿过时形成空气锥Ca，该空气锥环绕主回路C2的燃料排放锥“E”。

根据参照透视图2a和截面图2b的替换实施方式，所示的喷射器1’仍然具有前述实施例中的元件。因此，这些相同的元件由相同的附图标记表示：前面对这些元件的描述可直接应用至图2a和2b中的结构和功能。

修改基本上来自于纵向管11和护套5之间的连接配置。在图2a和2b所示的实施方式中，管11’具有不向外展开的盖子17以形成用于回路C3中的气流F_E的接入开口170。在此，管11’直接由球形主体11s延伸。护套5’在其圆柱形部分中延伸，直到被固定在法兰10上。用于回路C3’中的气流F_E的通过开口170’在法兰10的侧面上设置在护套5’的圆柱形部分中。凹槽21的圆锥形端部部分21c穿过漩流装置4的中心壁14，并被用作中心通道41。

参照图3，部分透视图示出了燃烧室3，该燃烧室3具有安装在火焰管6的壁上的喷射器：两个如上所示的双回路喷射器1，及七个单回路喷射器100。燃烧室被局部分解以从燃烧室的底部侧3f完整展示某些喷射器以及火花塞101。

所有的喷射器1，100有规律地安装在燃烧室3的环形边缘上。端口60设置在管6中，以围绕喷射器1，100的护套5。

双回路喷射器1朝向点火火花塞101。归功于喷射通道42和中心通道41的倾斜朝向，双回路喷射器1能够将漩流装置的输出的空气/燃料锥Ca/Cs喷射到燃烧室3的底部3f上。点火后，火焰被引向底部3f，返回，并通过对面的输出3s喷出。

在所示的实施例中，两个双回路喷射器1被单回路喷射器100分开，以使双回路喷射器1的方向能更容易地朝向火花塞101。

本发明不限于所公开和描述的实施方式。例如，根据共同管的开口尺寸或直径，喷射器主体形成或多或少完整的球形部分。此外，也可以在火焰管中形成各种喷射器线。

Claims (11)

1.用于燃气涡轮机燃烧室（3）的喷射器（1，1’），其具有双燃料供用回路（C1，C2）及空气回路（C3），特征在于所述燃料喷射回路（C1，C2）包括起动燃料供应回路（C1）和主燃料供应回路（2），所述起动燃料供应回路（C1）能够触发燃烧室（3）点火，然后在任何飞行模式中运行，所述主燃料供应回路（2）能够在继起动之后的任何飞行模式中运行，特征还在于所述燃料供应回路（C1，C2）具有平行的管道（12a，12b），所述平行的管道设置在具有纵向轴线（X’X）的共同管（11，11’）中；特征还在于所述起动回路（12a）的管道的一端（12e）基本上通往球形喷射器主体（11s）的中心，所述球形喷射器主体对所述共同管（11，11’）进行延伸；特征还在于在该端（12e）上，所述管道容纳喷射环（7），该喷射环能够在将燃料通过中心通道（41）送入所述燃烧室（3）中之前驱动燃料旋转，所述中心通道穿过漩流装置（4）的中心壁（14）；特征还在于所述主回路的所述管道（12b）通往环形通道（16），该环形通道形成于朝向喷射通道（42）的所述主体（11s）中，所述喷射通道围绕所述中心通道（41）径向设置于主壁（14）中；特征还在于所述空气回路（C3）在两个同心球体部分之间被引导，所述两个同心球体部分包括所述喷射器主体（11s）和护套（5，5’），该护套环绕所述喷射器主体（11s）并具有开口（15），所述漩流装置（4）通往该开口。

2.如权利要求1所述的喷射器，其中所述漩流装置（4）相对于所述喷射器的纵向轴线(X’X)位于倾斜的位置(Y’Y)，由此将所述起动回路（12a）的端部（12e）定位在后者的中心中，并使所述喷射器输出的空气和燃料喷射流朝向火花塞（101）的方向，所述火花塞设置在所述燃烧室的底部（3f）。

3.如权利要求1或2所述的喷射器，其中所述起动回路（C1）的所述管道（12a）在其端部（12e）上具有容纳所述环（7）的圆柱形凹槽（21）。

4.如前述权利要求任意一项所述的喷射器，其中所述中心通道（41）具有朝着所述燃烧室（3）的内部部分变细的锥形形状，所述中心通道通往所述燃烧室（3）。

5.如前述权利要求任意一项所述的喷射器，其中所述漩流装置（4）包括倾斜的鳍片（40），所述径向通道（42）相对于所述中心通道（41）的轴线（Y’Y）具有倾斜朝向(K’K)，并相对于所述漩流装置（4）的所述鳍片的倾斜方向反向旋转。

6.如前述权利要求任意一项所述的喷射器，其中所述起动回路（C1）的所述喷射环（7）为螺旋形的。

7.如前述权利要求任意一项所述的喷射器，其中所述主燃料供应回路（C2）的所述环形通道（16）自身上不成环并且具有端部（16e），由此不形成任何“死”区，燃料可能在所述“死”区淤塞。

8.如权利要求5至7任意一项所述的喷射器，其中所述径向通道（42）的数量等于所述漩流装置（4）的所述鳍片（40）的数量的倍数。

9.燃烧室，其具有至少一个如前述权利要求任意一项所述的双回路喷射器（1，1’）和单回路喷射器（100），特征在于所有的所述喷射器（1，1’；100）呈直线安装在环绕所述燃烧室（3）的壳体（2）上，并通过端口（60）穿过火焰管（6），所述端口沿着至少一条平行于所述火焰管（6）的所述纵向轴线的直线设置。

10.如权利要求9所述的燃烧室，其中所述双回路喷射器（1，1’）朝向所述点火火花塞（101），由此所述喷射器能够将空气/燃料锥喷射在漩流装置的输出上，所述漩流装置（4）的所述输出朝向所述燃烧室（3）的底部（3f）。

11.如权利要求9或10所述的燃烧室，特征在于其具有两个双回路喷射器（1，1’），两个双回路喷射器（1，1’）彼此不相邻。

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