CN106415131A - 环形的涡轮机械燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种环形燃烧室(10)，其具有轴向方向(X)、径向方向和方位方向。所述腔室包括第一环形壁面(12)和第二环形壁面(14)。每个壁面限定环形燃烧室的外壳的至少一部分。第一和第二壁面(12，14)具有互补的互锁元件(12d，14d)。第一壁面(12)具有至少一个第一通孔(12f)，而第二壁面(14)具有至少一个第二通孔(14f)。燃烧室还包括插入在包括第一孔(12f)和第二孔(14f)的一对孔中的至少一个销钉。所述销钉(18)由喷射器(18)形成且牢固地互锁第一和第二壁面(12，14)。

Description

环形的涡轮机械燃烧室
技术领域
本发明涉及涡轮机械燃烧室领域，且更具体地涉及用于涡轮机械的环形燃烧室，且更具体但不排它地用于直升机涡轴发动机。
术语“涡轮机械”用于指任何产生驱动功率的燃气涡轮设备，包括特别是需高速喷出热气体反冲获得推进力而提供推力的涡轮喷气机，和通过旋转驱动轴传递驱动功率的涡轴发动机。例如，涡轴发动机用作直升飞机、船舶、火车的发动机，和实际作为工业电站。涡轮螺桨发动机(涡轴发动机驱动螺旋桨)也是用作飞机发动机的涡轴发动机。
背景技术
用于涡轮机械的传统环形燃烧室具有轴向方向、径向方向和方位方向，且其通常包括五个环形壁面，每个环形壁面划定燃烧室容积的至少一部分。
这些环形壁面传统上通过焊接或通过螺栓装配在一起。通过焊接将它们装配在一起使得第一壁面不可能从第二壁面上分离，例如，出于维修或出于替换其中一个壁面的的目的。通过螺栓进行装配具有导致螺栓啮合的孔附近由于产生锁闭而出现裂缝的不利点，因此使得燃烧室弱化。此外，以这些方式装配是复杂、耗时且昂贵的。
发明内容
一个实施例提供了用于涡轮机械的环形燃烧室，该燃烧室具有轴向方向、径向方向和方位方向，且包括第一环形壁面和第二环形壁面，每个壁面划定燃烧室容积的至少一部分，第一和第二壁面具有互补的装配元件，第一壁面具有至少一个第一通孔，而第二壁面具有至少一个第二通孔，该燃烧室也具有至少一个配合在包括第一孔和第二孔的一对孔中的销钉，所述销钉锁定第一和第二壁面的装配。
可以理解的是第一环形壁面具有第一装配元件而第二环形壁面具有第二装配元件，第一和第二装配元件分别彼此互补，从而能够通过装配在燃烧室的轴向和/或方位方向协配。换言之，第一和第二装配元件通过沿着燃烧室的轴向和/或方位方向相对彼此移动而进行装配或相互配合。
燃烧室可具有两个或更多的环形壁面。采用多于两个壁面，可通过销钉锁定多个环形壁面的组合。例如，单个销钉可将至少三个(或更多)的不同壁面的组合锁定在一起。在另一个示例中，销钉可将两个壁面、即第一壁面和第二壁面的组合锁定在一起，而另一个销钉将第一壁面或第二壁面与第三壁面的组合锁定在一起。
可以理解的是第一壁面具有一个或多个第一孔，且第二壁面具有一个或多个第二孔。自然地，在一个变型中，具有与第二孔数量相同的第一孔，每个第一孔与第二孔配对(或反之亦然)。下面，除相反描述之外，术语“第一孔”和“第二孔”表示仅第一孔或所有的第一孔或仅第二孔或所有的第二孔。
燃烧室具有一个或多个销钉。下面，除相反描述之外，术语“销钉”用于指仅一个销钉或所有的销钉。通过示例的方式，销钉可以是配置为同时配合在形成一对孔的第一孔和第二孔中的杆或夹。销钉带间隙或不带间隙地配合在包括第一孔和第二孔的孔对中。如此销钉仅通过装配在孔对中或与孔对配合而进行协配，从而将第一和第二壁面相对于一个或更多的自由度联接在一起，例如，在轴向平移和/或围绕燃烧室的轴向旋转，然而不阻挡所有的自由度。如此销钉使得与传统采用的螺栓相比出现裂缝的风险得以避免，或显著减少。因此，如此销钉使得燃烧室的壁面能够被装配在一起而没有任何焊接和/或将两壁面弯折在一起的需要，如现有技术中燃烧室那样。
自然地，当燃烧室具有多对第一和第二孔时，所述燃烧室可以具有多个销钉，每个销钉配合在一对孔中。在一个变型中，当销钉设置在一对孔中时，该对孔接收单个销钉。在一个变型中，具有与第一和第二孔的配对数量相同的销钉。在一个变型中，销钉是相似的。
销钉阻挡了轴向和/或第一和第二壁面之间方位的相对移动。因此，当销钉配合在孔对中时，第一和第二壁面之间的装配被锁定。为了使第一和第二壁面彼此分开，需要通过从第一和第二孔对中抽出销钉来开始。
因此，燃烧室与现有技术的燃烧室相比可以简单、快速且低成本地装配，而不需要焊接操作。此外，如此燃烧室可同样简单地拆卸，由此简化维护操作。
在一些实施例中，孔对的第一孔和第二孔布置成大体上彼此面对。
可以理解的是术语“面对”用于指第一孔轴向地且在方位上对准第二孔，具有相同的角度位置。换言之，该对孔的第一和第二孔并不在直径上相对。如此面对构造使其能够采用简单的销钉且使装配是简单而有效的。
在一些实施例中，销钉由喷射器形成。
自然地，燃烧室可以具有由其它元件形成的销钉。在变型中，燃烧室可具有多个销钉，每个销钉由喷射器形成。
采用喷射器作为销钉致使节省了燃烧室的重量，其中节省重量在用于航空的涡轮机械中是主要关注点。这也简化了燃烧室的结构，其可有助于简化装配和/或拆卸。此外，通过采用喷射器作为销钉，能够在涡轮机械中直接以该方式紧固和定位燃烧室。
在一些实施例中，销钉大体上径向延伸。
术语“大体上径向方向”用于指平行于径向平面的方向且形成相对于燃烧室轴线在60°到120°范围内的角度。
用于销钉的如此定向使得简化燃烧室的组合和装配的锁定更加令人满意。
在一些实施例中，互补的装配元件包括多个从第一和第二壁面中的一个壁面延伸的轴向榫舌，以及设置在第一和第二壁面中的另一个壁面内的多个开口，所述开口接收榫舌。在这样的情形下，互补的装配元件形成用于轴向装配的互补元件。
可以理解的是，第一壁面和/或第二壁面具有一个或多个榫舌。因此，第一壁面可具有榫舌而第一壁面不包括任何榫舌，第一壁面可不具有榫舌而第二壁面具有榫舌，或者第一壁面可具有多个第一榫舌而第二壁面具有多个第二榫舌。
另一壁面具有布置成面对榫舌的开口，从而能够接收榫舌且通过轴向装配与其协配。因此，如果仅第一壁面具有榫舌，那么第二壁面具有开口，如果仅第二壁面具有榫舌，那么第一壁面具有开口，反之如果第一壁面具有第一榫舌且第二壁面具有第二榫舌，那么第一壁面具有用于接收第二榫舌的第一开口且第二壁面具有用于接收第一榫舌的第二开口。
在变型中，榫舌和开口在方位上规律地分布(或间隔开)。因而可以理解的是，相邻榫舌和相邻开口之间的角度间隔是相等的。如此分布使其能够获得互补的装配元件的旋转对称度，由此简化将壁面装配在一起的操作，并由此装配燃烧室。
在一些实施例中，第一和第二壁面中的一个壁面的孔设置在突出的叶片内。
可以理解的是，如果孔是第一孔，叶片是从第一壁面突出的部分，或如果孔是第二孔，叶片则是从第二壁面突出的部分。如此构造使其能够在减少叶片附近的燃烧室总体尺寸的同时减少壁面的重量。此外，如此构造使其能够将孔的位置限制于燃烧室内易于控制的特殊位置，由此减少任何泄漏风险，如此泄漏从燃烧室的性能角度看是不利的。
在一些实施例中，布置在第一孔和第二孔中的另一个孔附近的突出大体上与所述另一个孔的轴线平行地延伸，从而通过卡配与叶片协配。
例如，在孔的附近包括壁面的环形部分，该环形部分围绕孔在三倍于孔直径(或最大尺寸)上方延伸。例如，突出由在壁面上直接机械加工的突出形成，例如通过模压或通过紧固到壁面的分离部。
卡配(或夹持)是通过相互配合和弹性变形(通常是局部变形，例如叶片的局部变形，或包括在组合中的所有部分变形)将两部分装配在一起的技术。当两部分配合在卡配位置时，它们通常已经回到它们的最初形状且不再具有任何弹性变形(或它们具有最少的弹性变形)。当两部分彼此配合在卡配位置时，它们彼此协配从而抵抗、或者阻挡所述部分之间在脱离方向(与配合方向相反的方向)上的相对运动。在卡配位置中，两部分也可以这样的方式协配，即：抵抗或者阻挡它们之间用于延伸配合超过卡配位置的方向上的相对运动。
如此卡配使得第一和第二壁面能够在用销钉锁定装配之前保持在配合位置中。
在一些实施例中，所述另一孔的边界形成突出大体平行于所述另一孔的轴线延伸的突出，从而通过卡片与叶片协配。
在一些实施例中，第一壁面和第二壁面中的一个壁面具有轴向环形肩台，该肩台邻接协配于第一壁面和第二壁面中的另一壁面。
如此肩台使得在第一和第二壁面之间形成联接平面藉此来自燃烧室的泄漏最小化或减少到零成为可能。
在一些实施例中，燃烧室具有仅两个划分燃烧室容积的环形壁面，即：第一环形壁面和第二环形壁面。
第一和第二壁面因而自身足以限定燃烧室的容积。如此燃烧室具有数量特别少的壁面，由此使其装配更加简单、快速且便宜。此外，用于维修目的的拆卸操作也更加简单。此外，具有如此少量壁面的燃烧室具有特别低的在各种壁面之间的联接附近泄漏的风险。
实施例提供了一种包括根据本说明书中描述的任何实施例的燃烧室的涡轮机械。
附图说明
阅读下文对本发明给出作为非限制示例的多种实施例的描述可更好地理解本发明及其优点。描述参考所附附图，其中：
图1示出了具有燃烧室的涡轮机械；
图2示出了透视方式看到的图1燃烧室的环形壁面；
图3是图1环形壁面的详细视图；以及
图4示出了图1的环形壁面装配在一起时。
具体实施方式
图1示出了一种具有环形燃烧室10的涡轮机械100，而图2到4更详细地示出了燃烧室10的两个环形壁面12和14。应当观察到燃烧室10是逆流类型的环形腔室，但本发明不限于该特定类型的燃烧室。
燃烧室10具有轴向方向(沿着轴线X)、径向方向R和方位方向Y。燃烧室10具有围绕轴线X的旋转对称性。在该示例中，第一壁面12形成划分燃料在其中点燃、即燃烧发生的容积的火焰管。第二壁面14形成外弯曲部且作为用于引导从火焰管出来的气体流的偏转器。该燃烧室示例10仅具有两个用于划分燃烧室10的容积10a的环形壁面12和14。
更具体地，第一壁面12和第二壁面14中的每一个具有大体为半圆环面的一般形状，圆环面对于其旋转轴线被垂直地劈开，类似于炸面圈模，两个半圆环面放置成面对彼此。因此，每个壁面12和14具有：大体轴向的外部部分12a、14a；大体轴向的内部部分12b、14b；以及大体径向互连第一壁面12的外部和内部部分12a和12b或第二壁面14的外部和内部部分14a和14b的底部12c、14c。应被重提的是在一般情形，且除非相反的规定，形容词“内部”和“外部”参考径向方向使用，致使元件的内部部分(即径向内部部分)比该元件的外部部分(即径向外部部分)更靠近于轴线X。
在该示例中，第一壁面12的外部部分12a的半径大体上等于、但小于第二壁面14的外部部分14a的半径，而第一壁面12的内部部分12b的半径大于第二壁面14的内部部分14b的半径。由此能够经由它们的外壁面12a和14a来装配第一壁面12和第二壁面14，第一壁面21的外部部分12a布置在第二壁面14的外部部分14a内部，而内部部分12b和14b的半径差异用来形成燃烧气体的排气管道。
第一壁面12具有多个轴向榫舌12d，而第二壁面14具有多个构造为接收第一壁面12的榫舌12d的开口14d。榫舌12d和开口14d在该示例中形成第一和第二壁面12和14互补的轴向装配元件。自然地，在未示出的变型中，榫舌可以形成用于在方位上装配的互补元件，或用于在轴向和方位上装配。
轴向榫舌12d轴向地从第一壁面12的外部部分12a延伸。开口14d布置在径向延伸且连接第二壁面14的外部部分14a到底部14c的环形肩台14e中。在该示例中，具有与榫舌12d数量相同的开口14d，每个开口14d接收一个榫舌12d。
当第一壁面12轴向地与第二壁面14装配时，导致榫舌12d穿过进入开口14d，而第一壁面的外部部分12a的轴向自由端通过形成轴向的邻接而与肩台14e协配。
第一壁面12具有多个第一通孔12f，这些孔12f的轴线径向延伸。这些孔12f布置在壁面12的外部部分12a上。第二壁面14具有第二通孔14f，其轴线径向延伸。孔14f布置在从第二壁面14的外部部分14a轴向突出的叶片14g上。在该示例中，孔12f和14f大体上呈圆形，然而它们可能自然地具有一些其它形状。在装配第一和第二壁面12和14时，孔12f和14f彼此面对。在该示例中，第一孔12f具有与第二孔14f相同的数量。
构造为接收喷射器18的套筒16紧固在每个第一孔12f中，例如，通过焊接或卷边。套筒16形成沿着每个第一孔12f的轴线向外突起的边界。套筒16的最大半径小于第二孔14f的半径。因此，在装配第一和第二壁面12和14期间，每个叶片14g通过与套筒16卡配而协配。
为了阻挡与套筒16卡配的叶片14g，在已经装配第一和第二壁面12和14之后，轮缘20被安装在第一壁面12的外部部分12a的外部。通过示例的方式，轮缘20被焊接上去。如此轮缘20在安装下文描述且形成用于锁定装配的销钉的喷射器18之前提供壁面12和14的装配的中间阻挡。可以提供一个或多个轮缘。在该示例中，轮缘20的数量与叶片14g相同。自然地，这些轮缘20是任选的且它们因此在一些燃烧室的变型中被省略。
在轴向装配第一和第二壁面12和14时，第一孔12f面对第二孔14f。喷射器18随后被插入每对面对的第一和第二孔12f和14f，喷射器形成锁定第一和第二壁面12和14的装配的销钉。喷射器18径向地延伸通过每对孔12f和14f。喷射器18带空隙地配合在每对孔中，从而由于不同的热膨胀而允许每个元件之间的相对移动，但然而它们沿着轴向方向X平移并且在方位方向Y上旋转而将第一和第二壁面12和14联接在一起。自然地，套筒16也有助于将第一和第二壁面12和14联接在一起，但该联接是相对脆弱的，特别是由于热膨胀的差异，在一些条件下，可能造成叶片14g停止与套筒16的有效协配，除了轮缘20之外。因此，锁定第一和第二壁面12和14之间的装配的实质部件由喷射器18所形成的销钉提供。
尽管参考具体的实施例描述了本发明，清楚的是在不超过如权利要求所确定的本发明的通常范围的情况下，可对这些实施例作出修改和变化。特别是，所示的和/或所提及的各种实施例的个别特征可以结合在另外的实施例中。因此，说明书和附图应被考虑为图示性的而不是限制性的。

Claims (9)

1.一种用于涡轮机械(100)的环形燃烧室(10)，具有轴向方向(X)、径向方向(R)和方位方向(Y)，且包括第一环形壁面(12)和第二环形壁面(14)，每个壁面划分环形燃烧室(10)的容积(10a)的至少一部分，所述第一和第二壁面(12，14)具有互补的装配元件(12d，14d)，所述第一壁面(12)具有至少一个第一通孔(12f)，而所述第二壁面(14)具有至少一个第二通孔(14f)，所述燃烧室(10)还具有配合在包括第一孔(12f)和第二孔(14f)的孔对中的至少一个销钉(18)，所述销钉(18)锁定所述第一和第二壁面(12，14)的装配，所述销钉(18)由喷射器(18)形成。
2.根据权利要求1所述的燃烧室(10)，其特征在于，孔对的所述第一孔(12f)和所述第二孔(14f)布置为大体上彼此面对。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的燃烧室(10)，其特征在于，所述销钉(18)大体径向地延伸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃烧室(10)，其特征在于，所述互补的装配元件包括多个从所述第一壁面(12)和所述第二壁面(14)中的一个壁面延伸的轴向榫舌(12d)，以及多个提供在所述第一壁面(12)和所述第二壁面(14)中的另一个壁面中的开口(14d)，所述开口(14d)接收所述榫舌(12d)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃烧室(10)，其特征在于，所述第一孔(12f)和所述第二孔(14f)中的一个孔提供在突出的叶片(14g)中。
6.根据权利要求5所述的燃烧室(10)，其特征在于，突出部(16)布置在所述第一孔(12f)和所述第二孔(14f)中的另一个孔附近与所述另一个孔的轴线大体平行延伸，从而通过卡配与所述叶片(14g)协配。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃烧室(10)，其特征在于，所述第一壁面(12)和所述第二壁面(14)中的一个壁面具有环形肩台(14e)，所述环形肩台邻接地与所述第一壁面和所述第二壁面中的另一壁面轴向协配。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃烧室(10)，其特征在于，具有仅两个划分所述燃烧室(10)的容积(10a)的环形壁面，也就是所述第一环形壁面(12)和所述第二环形壁面(14)。
9.一种包括根据权利要求1至8中任一项所述的燃烧室(10)的涡轮机械(100)。
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