CN104704294B - 涡轮发动机燃烧室的双回路喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮发动机燃烧室的启动喷射器，所述喷射器包括：燃油喷射回路；以及燃油点燃回路，该燃油点燃回路包括由该燃油喷射回路供应的燃油喷射器以及用于点燃被喷射燃油的火花塞(101)。该启动喷射器的特征在于，它还包括：分隔罩，该分隔罩包括第一隔间(106)，其中燃油通过火花塞(101)点燃，以及第二隔间(107)，该第二隔间通过导热分隔板(105)与第一隔间分开；以及主燃烧启动回路，该主燃烧启动回路包括由燃油喷射回路供应的至少一个燃油喷射器，并且打开进入该罩的第二隔间(107)，以在该壁(105)上喷射燃油。本发明还涉及燃烧组件以及一种包括至少一个这种启动喷射器的涡轮发动机。

Description

涡轮发动机燃烧室的双回路喷射器

技术领域

本发明的领域是涡轮发动机的燃烧室燃油喷射器，特别是燃烧启动燃油喷射器。

本发明还涉及装配有这种喷射器的涡轮发动机。

背景技术

参考图1，涡轮发动机1通常包括燃烧室10和一个被容纳在外壳30内的分配器20，该燃烧室由旋转外壁14和旋转内壁12所限定，一个在另一个内侧延伸，并由该燃烧室的环形底壁16所连接。

外壳同样具有内壁32和外壁31，燃烧室的内壁12和外壁14分别被固定到该内壁32和外壁31。

空气和燃油的混合通过多个喷射器18喷射到燃烧室，该多个喷射器18安装在燃烧室底壁上，并分布在后者的整个圆周上。

几种类型的喷射器布置在燃烧室中，包括启动喷射器，所述启动喷射器包括喷射空气和燃油混合物的雾化器，以及点燃该混合物的火花塞。

为了表征喷射器，使用一个被称为流数(FN)的量，其等同于以L/H为单位的喷射器流速除以以巴为单位的喷射混合物压力。启动喷射器具有通常在1.2和1.5之间的流数。

另一燃油喷射器用于启动后速度：过渡加速或减速速度以及中间飞行速度。这些喷射器具有在9和10之间的更大流数，也就是说，它们的燃油喷射流速率更高。

这些喷射器包括喷射空气和燃油的混合物到燃烧室的热壁上的雾化器，该壁之前已被启动喷射器加热，使得燃油在接触时点燃。

传统的启动燃油喷射器具有一些缺点，包括与燃烧室中的气流相关联的相当大的发泡效果，由于后者未减慢到小于其能力的20％，其防止发动机的启动或重启。刚被关掉的发动机因此不能立即重启。

发动机同样变脆，因为在燃烧室内和在外壳内的喷射器每个都需要两个孔，由于雾化器和火花塞进入该燃烧室内侧。

同样，在发动机的启动过程中，整个燃烧室必须立刻点燃。但是，众所周知，由于启动喷射器的流速很低，需要将大量喷射器定位在燃烧室底壁的整个圆周上。这对发动机增加了重量并使得生产更昂贵。

文献US2949012描述了一种包括被布置在燃烧室的空间中的启动喷射器的燃烧室，该启动喷射器从所述燃烧室接收气流。由该喷射器点燃的燃油加热一个壁，燃油经由主喷射器朝该壁喷射，使得燃油在与该壁接触时点燃。

在燃烧室中的该组件并不纠正发泡效果，特别是由于该启动喷射器与燃烧室的气流接触。因此，在高发动机转速的情况下，不可能启动燃油的点燃。

发明内容

本发明的目的是消除上述缺点的至少一个。特别是，本发明的目的是提出一种不管发动机速度如何，用于启动燃烧室的燃烧室喷射器。

本发明的另一目的是能够使燃烧室更快点燃并且其因此在燃油方面更经济。

在这方面，本发明的目的是一种涡轮发动机燃烧室的启动喷射器，所述启动喷射器用于被布置在燃烧室壁上并在后者中经由所述壁的孔终止，所述启动喷射器包括：

—燃油喷射回路，

—燃油点燃回路，所述燃油点燃回路包括通过所述燃油喷射回路进给的燃油喷射器，以及被喷射燃油的火花塞，

所述喷射器的特征在于，它进一步包括：

—分隔罩，所述分隔罩包括第一隔间，其中由所述火花塞的所述燃油的点燃发生，以及第二隔间，所述第二隔间通过导热分隔板与所述第一隔间分隔，以及

—主燃烧启动回路，所述主燃烧启动回路包括由所述燃油喷射回路进给的至少一个燃油喷射器，并且在被布置以在所述壁上喷射燃油的同时在所述罩的所述第二隔间中终止。

有利地，尽管可选地，本发明还可以包括以下特征的至少一个：

—所述燃油喷射回路包括燃油供应入口和过压阀，当所述燃油压力低于预定阈值时，所述过压阀阻碍燃烧启动回路的进给。

—所述阈值压力在2.5和3巴之间，低于所述阈值压力，所述过压阀阻碍所述燃烧启动回路的进给。

—所述启动回路的所述燃油喷射器是一种适于汽化燃油的预汽化喷射器。

—所述分隔罩包括对这两个隔间共通的燃油排放口。

—所述火花塞是电热塞或火花塞。

—所述罩具有装配有进气开口的外壁。

本发明的另一目的是一种涡轮发动机的燃烧组件，所述燃烧组件包括涡轮发动机的燃烧室，以及根据本发明的至少一个启动喷射器。

最终本发明的目的是一种涡轮发动机，所述涡轮发动机包括燃烧室和包括根据本发明的至少一个喷射器。

有利地，尽管可选地，根据本发明的涡轮发动机包括外壳，其中布置有所述燃烧室，并且所述喷射器被附接到所述外壳，使得：

—所述分隔罩通过所述外壳和所述燃烧室的一个壁进入所述燃烧室内侧，

—所述罩的所述燃油排放口在所述燃烧室中终止，以及

—所述罩的所述壁的所述进气开口在所述外壳和所述燃烧室之间的间隙中终止。

由本发明提出的喷射器具有许多优点。

对于被布置在一罩内的燃油点燃回路，所述喷射器更少接触发泡现象，随着所述罩用作预燃烧室，其壁限制所述气体。所述燃油的点燃因此更快并大大地减少了燃油在启动时的消耗。

同样，防止发泡的保护可以启动或重新启动所述燃烧室，即使当后者刚刚停止，发动机无需减缓到其容量的20％。

由于其主启动回路，喷射器具有比传统启动喷射器更大的燃油速率。该速率点燃所述燃烧室的更大比例，并因此减少了被使用的喷射器数量，并且同时被点燃。涡轮发动机被点燃，因此生产更便宜并且在燃油方面更经济。

最后，根据本发明的喷射器是紧凑的，因为它包括供应这两个燃油点燃回路的单个燃油喷射回路，其在所述外壳和所述燃烧室的壁中对于每个喷射器仅需要一个孔。

附图说明

从纯粹说明性的和非限制性的，并相对于附图考虑的以下描述中，本发明的其他特征和优点将显而易见，其中：

—已经描述的图1是在燃烧室水平的涡轮发动机外壳的剖视图。

—图2示出了根据本发明的喷射器的一个实施例。

—图3示意性地示出了图2的喷射器的燃油喷射回路。

—图4a-4c示出了如图2所述的喷射器的剖视图，图4a是根据图4c所示轴线AA的剖视图，以及图4b是根据图4c所示轴线BB的剖视图。

—图5示出了从图2的喷射器以下的视图。

—图6示出了喷射器在涡轮发动机的燃烧室中的安装。

—图7示出了通过根据本发明喷射器的燃烧室的点燃时序。

具体实施方式

参考图2，其示出了涡轮发动机的燃烧室的启动喷射器100。它包括燃油点燃火花塞101和燃油入口102。

火花塞101可以是个火花塞，或优选为电热塞，其具有相对于火花塞减小的尺寸并且减小了喷射器100的体积。

参考图3，喷射器100包括与燃油入口102，以及与旨在点燃燃烧室的两个回路130和140流体连通的燃油喷射回路120。

再次参考图2，燃油喷射回路被布置在喷射器的罩103中，该罩103将通过例如螺栓固定在涡轮发动机1的外壳30上。

一罩104，其中燃油在进入燃烧室，从罩103喷射之前点燃。如在图4a-4c中明显的是，喷射器附接到外壳30上，使得该罩104经由设置在外壳30中的孔33进入外壳30内。

同样，它经由设置在燃烧室10的外壁14中的孔11进入燃烧室10内，该孔面对该外壳的孔33。

罩104经由燃烧后的燃油的排放口109在燃烧室10的内侧终止。

参考图4a-4c，罩104包括一个在两个隔间106和107之间形成导热分隔板的壁105。该壁105优选由例如钢这样的金属制成。

在图6中显而易见的是，图6示出了从喷射器100下方的视图，以及在图4a和4c中，壁105不完全地分离这两个隔间106和107。

事实上，隔间106具有燃烧后燃油的排放口108，该口在隔间107中，优选在隔间107的燃烧后的燃油的排放口109附近终止。

“在开口109附近”是指开口108在足够接近开口109的区域内在隔间107中终止以仅包含被点燃的燃油，燃油在隔间107中相对于该隔间中的燃油轨迹更上游处点燃。

第一隔间106的开口108因此与第二隔间107连通，使得被点燃燃油的组件经由第二隔间107的开口109从喷射器100排出。

在这两个隔间106、107之间形成一个分隔的壁105通过多个隔板110固定就位，所述多个隔板110延伸穿过隔间106，在壁105和与壁111相对布置的分隔罩104的壁111之间。

在这些隔板110之间的间隙限定了第一隔间106的开口108。

最后，相对于壁105定位在与壁111相对处的该分隔罩的壁112装配有多个能使燃油在隔间107中燃烧的进气孔113。

一个封闭隔间106的壁，例如壁111或与壁111相邻的一个壁，同样包括在图5中显而易见的供气孔114。

这些孔在位于燃烧室的外壁14和外壳31的相应壁31之间的间隙50中终止，并且其中气流循环。

现在将描述燃烧室10的这两个点燃回路。图4a示出了燃烧室的第一点燃回路130。

该回路是燃油点燃回路。在这方面，它包括燃油喷射器132，其通过燃油喷射回路110供以燃油，并将燃油喷射到被分隔的罩104的第一隔间106中。在隔间106中的被喷射的燃油由进入隔间106内侧的火花塞101的一端点燃。

被点燃的燃油加热封闭隔间107的被分隔的罩的壁，特别是从第二隔间107分离第一隔间106的分隔板105。

一旦被点燃，燃油经由开口108然后经由隔间107的开口109朝燃烧室排出。

参考图4b和4c，被称为主启动燃烧回路的燃烧室140的第二点燃回路，由于它具有燃油的高速率，导致燃烧室的点燃，该第二点燃回路包括至少一个燃油喷射器142，优选地同样通过相同的燃油喷射回路120供应的两个喷射器142。

这些喷射器142是预汽化喷射器，其以蒸汽形式在隔间107内侧喷射燃油，与罩104的足够热的壁接触，以导致燃油的点燃。优选地，喷射器142朝由点燃回路130加热的分隔板105定位，以在该分隔板上喷射燃油，并且使得燃油在与该分隔板接触时点燃。

一旦被点燃，燃油经由隔间107的开口109进入燃烧室10。

被定位在燃烧室10上的喷射器100在图6中显示。喷射器被放置在燃烧室的外部环形壁14上并经由开口109在燃烧室中终止。同样提供预汽化杆40以从由喷射器100喷射的被点燃的燃油来点燃更大速率的燃油。这些预汽化杆被布置在燃烧室10的后壁16上。

再次参考图3，燃油喷射回路120对于燃烧室的点燃回路130和140是共用的。为了使燃油能供应适于每个回路，该燃油喷射回路包括第一点燃回路130的燃油喷射器132的供应出口121，以及如同第二回路140的多个燃油喷射器142的用于供应的一个或多个出口122。

同样，对于低于一给定阈值的燃油压力，例如在2.5与3巴之间，过压阀123阻碍燃油出口122，使得对于这种压力，燃油仅朝燃油喷射器132流动。

当燃油压力超过所述阈值时，过压阀123释放开口122以供应第二回路140的喷射器。

为此，过压阀123包括第一通道125，该第一通道从燃油供应口102延伸，并朝出口121终止，以及直径比第一通道125大的第二通道126。因此，第二通道126在与第一通道125的交叉点的水平具有外围边缘127。

直径大于第一通道125的直径但小于第二通道126直径的球128被放置在第二通道126中，与第二通道126为滑动关系。

它通过该装置的弹簧129被保持撑靠在环形边缘127上，也就是说被施加以抗击回复力并压缩该弹簧的压力，对应于上述阈值压力以释放第二回路140的喷射器的供应口122。

以这种方式，当燃油压力小于例如2.5巴时，球128堵塞在边缘127，并且由于其直径大于通道125的直径，因此该球阻住通道125。燃油仅流到开口121。当燃油压力上升并超过弹簧的设定值(在2.5与3巴之间)时，该压力就足以移动球128，并使燃油可朝开口122流动。

在此后一情况下，燃油同时朝开口122和开口121流动，使得点燃回路130得到连续供应。

燃油喷射回路120和这两个喷射器130、140的上述布置启动该燃烧室的点燃循环。该循环的主要步骤在图7中示出。包括术语“OK”的括号表明该柱的相应客体已启动或已在工作中。

在步骤200中，火花塞101被点燃，并且处于低于弹簧的设定值的压力下的燃油在燃油喷射回路中循环。

在步骤210中，燃油进入点燃回路并且由于火花塞而点燃。

在步骤220中，燃油压力上升，使得燃油持续进入点燃回路并被点燃，而燃油也被喷射到第二隔间107中，并在与分隔板105接触时点燃。被点燃的燃油然后进入燃烧室。

在步骤230中，被喷射到燃烧室10中的被点燃的燃油的量导致燃烧室的点燃。

在步骤240中，火花塞和燃油供应停止，而燃烧室被再次点燃。

最后，在步骤250中，这两个燃烧室点燃回路和燃油喷射回路都被清除。

然后，该循环重复步骤200。

Claims (10)

1.一种涡轮发动机燃烧室的启动喷射器(100)，该启动喷射器安装在燃烧室的外部的壁上并经由所述壁的一个孔在燃烧室壁中终止，该启动喷射器包括：

燃油喷射回路(120)，

燃油点燃回路(130)，所述燃油点燃回路包括由所述燃油喷射回路(120)供应的燃油喷射器(132)，以及喷射后燃油的火花塞(101)，

其特征在于，该启动喷射器进一步包括：

分隔罩(104)，所述分隔罩包括第一隔间(106)和第二隔间(107)，在所述第一隔间(106)中由所述火花塞(101)点燃燃油，所述第二隔间(107)通过一导热分隔板(105)与所述第一隔间分开，以及

主燃烧启动回路(140)，其中该主燃烧启动回路包括由所述燃油喷射回路(120)供应的至少一个燃油喷射器(142)，并且该主燃烧启动回路布置为在所述罩的第二隔间(107)中终止，以将燃油喷射到所述导热分隔板(105)上。

2.根据权利要求1所述的涡轮发动机燃烧室的启动喷射器(100)，其中，所述燃油喷射回路(120)包括一燃油供应入口和一过压阀(123)，当燃油压力低于一预定的阈值时，所述过压阀阻止燃烧启动回路的供应。

3.根据权利要求2所述的启动喷射器(100)，其中，所述阈值压力在2.5与3巴之间，在低于所述阈值压力的情况下，所述过压阀(123)将阻止所述燃烧启动回路的供应。

4.根据权利要求1所述的启动喷射器(100)，其中，所述启动回路(142)的燃油喷射器是一适于汽化燃油的预汽化喷射器。

5.根据权利要求1所述的启动喷射器(100)，其中，所述分隔罩(104)包括两个隔间共用的燃油排放口(109)。

6.根据权利要求1所述的启动喷射器(100)，其中，所述火花塞(101)是电热塞或者火花塞。

7.根据权利要求1所述的启动喷射器(100)，其中，所述罩具有外壁，所述外壁设有进气开口(113、114)。

8.一种涡轮发动机的燃烧组件，所述燃烧组件包括涡轮发动机的燃烧室(10)，以及至少一个根据前述权利要求之一所述的启动喷射器(100)。

9.一种涡轮发动机(1)，所述涡轮发动机包括燃烧室(10)以及至少一个根据权利要求1到7之一所述的启动喷射器(100)。

10.根据权利要求9所述的涡轮发动机(1)，包括启动喷射器(100)，其中，所述分隔罩(104)包括两个隔间共用的燃油排放口(109)，所述罩具有外壁，所述外壁设有进气开口(113、114)，所述涡轮发动机包括外壳(30)，其中布置有所述燃烧室(10)，并且所述启动喷射器附接到所述外壳上，使得：

所述分隔罩(104)通过所述外壳(30)和所述燃烧室的一个壁(14)进入所述燃烧室(10)内侧，

所述罩(104)的燃油排放口(109)在所述燃烧室(10)中终止，以及

所述罩的壁的进气开口(113、114)在所述外壳与所述燃烧室之间的间隙中终止。