CN111836998B - 燃烧室双室底 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气涡轮机发动机的燃烧室，所述燃烧室包括具有上游壁(230)和下游壁(218)的室底，所述上游壁(230)和下游壁(218)在内环形壁与外环形壁之间延伸，并且它们每个都包括用于安装燃油喷射装置(220)的开口(221)，所述燃油喷射装置通过所述开口喷射燃油。下游壁具有多个扇区(218a、218b)。

Description

燃烧室双室底

技术领域

本发明涉及燃气涡轮机的燃烧室，例如飞行器涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机。

背景技术

在该领域中，燃烧室已知具有：

-两个壁，分别为(径向)内壁和(径向)外壁，以及

-室底(BCC，燃烧室底)，其包括在所述内壁和外壁之间延伸的上游壁和下游壁，每个都包括燃油喷射装置的安装开口(即，被构造成允许安装)，从而通过所述开口喷射燃油。

FR 2 998 038公开了这种燃烧室。

经由多个穿孔对在上游和下游室底壁之间的空间或罩壳供给空气，以确保对直接地接触火焰辐射的下游壁的冲击冷却。然后，朝内壁和外壁通过狭槽或孔喷射空气，以形成气膜，所述气模然后通过这些壁中的多个穿孔传播。

因此，在这种结构中直接地接触辐射的燃烧室底的下游壁遭受强烈的热应力，所述热应力在操作循环的过程中会使其变形，并且不再允许其满意地实施与上游壁有关的其主要功能，特别地由于通过安装在燃烧室中，直接地在底壁下游的压力挡板的环来热保护燃烧室底。如果下游壁没有这种挡板或随时间的足够热阻，燃烧室底部通常很可能(太)迅速地看到其完整性被改变。

可能会出现间隙，其会产生污染、燃油消耗以及在灭火时燃烧室重新点火的问题。增加故障安全系统也是一个不适合的解决方案，其增加了燃烧室的重量。

发明内容

因此，本发明的目的特别地是通过旨在实现与现有技术(例如FR 2 998 038)相关的至少一些以下目标，为至少一些这些问题和缺点提供一种简单、有效和经济的解决方案：

-使用双壳BCC技术，提高了燃烧室寿命，

-减少在所配备的BCC中的寄生气体泄漏，

-减少污染，

-降低油耗，

-改进燃烧室的点火和再点火条件，

-在直接地接触火焰辐射的部件(下游壁)上增加通风。

因此，建议燃烧室的下游底壁被扇区化，以及对于上游壁的支撑，下游壁包括：

-在外周边，面对上游的环形凸缘(称为上游面对的环形凸缘)，以及

-在内周边，(如)上游面对的环形凸缘。

因此，通过呈现成有角度地连续的扇区和上游环形边缘，这种下游底壁将能够独立于上游壁，并在角扇区之间变形和/或吸收应力。

除了控制某些变形和/或吸收应力，诸如下游壁，而且便于可能地固定两个所述上游/下游壁以及所装配的燃油喷射装置，建议的是，上游壁应该包括：

-在外周边，用于附接到外壁的上游端的上游面对的环形凸缘，以及

-在内周边，用于附接到内壁的上游端的上游面对的环形凸缘。

为了稳定、简化和固定(而非通过固定和焊接的连接，最终判断为太不确定，以及密封)，下游壁可被径向地预应力地安装，从而在所述内周边和外周边处确保在所述下游壁和上游壁的上游环形边缘之间的密封。

或者，所述上游壁和下游壁可以是金属并且基本为圆柱形，其意味着所述上游壁和下游壁的至少某些为在10°范围内的圆柱形。

事实上，上述扇区化解决方案应该可以避免用陶瓷基复合材料或其他耐火材料解决方案制造。

此外，这种扇区化解决方案必须允许扇区化的下游壁限定一种上游壁的热保护，所述上游壁对于燃烧室为结构上的，例如作为底壁，力通过所述底壁主要在燃烧室的底部区域和燃烧室中形成火焰的区域周围的所述内外壁之间传递。

对于结构上游壁的选择更是如此，可能需要将所述上游壁与内外壁分别拧紧在一起，力然后传递通过这些螺钉。

为了进一步增强与变形和/或应力吸收有关的上述优点，建议下游壁在应力下支撑在上游壁上。

以这种方式，不需要焊接或钎焊；并且相对运动更有利于下游壁的扇区化。

为了进一步促进热阻和机械阻力，还建议上游壁的厚度应该通常在10％内等于，或大于下游壁的厚度。

这是指结构前壁，以及一种下游壁与前壁的收缩包装/夹持组件的上述选择。

再次，为了控制涉及下游壁以及通常由热应力引起的相对运动，建议下游壁的一个所述扇区与下游壁的周向相邻扇区重叠。

因此，可以实现膨胀引导。

关于该主题，甚至建议，单独地考虑并且很热的下游壁的所述扇区的至少一个周向变形预先确定(结构/制造)，并且与下游壁的相邻所述扇区的一个所述扇区的周向重叠大于所述预定变形。

这将进一步降低泄漏和结构薄弱的风险。

对于安装位置，建议：

-用于安装一种所述燃油喷射装置的，分别所述上游壁和所述下游壁的两个所述开口同轴，所述上游壁的每个开口具有一个轴，所述下游壁的一个所述扇区将相对于所述轴周向地(或有角度地)居中，和/或

-上游壁与内壁和外壁的上述螺钉紧固孔与周向重叠相对有角度地定位。

以这种方式，既会促进装配中的平衡，也促进了力和应力的可预见流动。

当高温时，对于运行中的涡轮机，上游壁和下游壁扇区将经受不同的温度。如果每个下游壁扇区都以每个喷射系统的嘴部轴为中心，在运行过程中，每个下游壁扇区将径向地跟随上游壁的膨胀，并且切向地膨胀。下游壁圆顶形的外径和内径可以保持与上游壁相同，并且因此与下游壁(先验地环形，在360°上)相比可以提高使用寿命。

关于该主题，为了进一步促进燃烧室底部的热控制，还建议上游壁和下游壁每个都包括穿过它们的空气通道(以下简称139，239，243)。

除了刚刚介绍的燃烧室之外，本发明还涉及一种用于配备有该燃烧室的飞行器的燃气涡轮机。

附图说明

如有需要，在参考附图的同时阅读通过非限制性示例给出的以下描述后，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特征和优点将显而易见，其中：

-图1是现有技术的涡轮机燃烧室的示意性轴向截面半视图，

-图2是可以代替图1燃烧室底部的现有技术燃烧室底部变型的等同视图，

-图3是与图2相对应的视图，表示根据本发明的室底的一个实施例，

-图4是图3的一部分的放大比例示意图，

-图5是沿图3箭头V的方向，在360°上想象的室底两个壁的下游透视示意图，

-图6是沿图5的箭头VI方向的上游透视示意图，以及

-图7详细描述了图6的区域VII。

具体实施方式

图1显示根据现有技术的飞行器燃气涡轮机1的燃烧室10。相对于涡轮机(如箭头11所示)，在相对于涡轮机1中气流的整体方向的上游(AM)，涡轮机1具有未示出的压缩机，其中空气在通过扩散环导管被喷射到未示出的燃烧室壳体(假想线5)内并且然后喷射到安装在该壳体中的燃烧室10内之前被压缩。压缩空气被进给到燃烧室10内，并在来自喷油器12之前与燃油混合。燃烧产生的气体被引导到一种位于燃烧室10出口下游(AV)的未示出的高压涡轮机。环形的燃烧室10包括径向内环壁14和径向外环壁16，它们的上游端部通过基本径向地延伸的底壁18连接。底壁18具有被构造成用于安装燃油喷射装置20的多个轴向开口19，所述燃油喷射装置20旨在接合燃油喷射头12。用于使稀释和/或冷却空气循环的孔140和160可分别穿过内壁14和/或外壁16。

径向内壁14和径向外壁16可基本彼此同轴并与彼此平行的轴22和22a平行，轴22a属于剖面平面，并且是如图所示的燃油喷射装置20的对准轴。

所标注的轴22为环绕其燃烧室10环形地展开的轴。在说明书中“径向地”是指基本垂直于轴22的事物。

燃烧室10的底部也具有安装在底壁18下游的挡板21，从而在壁14、16之间限定的体积15中保护其免受燃烧室10中形成的火焰的影响。挡板21通过其径向边缘相邻地布置，从而形成保护底壁18的挡板21的环形环。

底壁18具有用于使空气从压缩机进入在底壁18和挡板21之间的环形空间30的多个穿孔28。因此，底壁18的通风在其整个周向上并不是均匀的。

图2中的室底110与先前的不同之处特别地在于，其不包括挡板，而是包括一种安装在下游壁118上游，与下游壁118平行并与下游壁118保持一定距离的环形板130。底下游壁118与以上的18不同之处在于，它不包括多个穿孔。与上游板130类似，下游壁包括其中安装有喷射装置120的，与燃烧室10的轴122平行的环形排的开口(分别为119、121)，其中一个扇区在与轴122平行的轴122a上居中，后者分别对应于轴22a和22。下游壁118在其外周边包括用于附接到燃烧燃烧室外壁的上游端的环形上游凸缘132(其可以为基本圆柱形)，并且在其内周边包括用于附接到燃烧燃烧室内壁的上游端的环形上游凸缘134(其可以为基本圆柱形)。通过穿过这些壁中的径向孔136的螺钉螺母型设备固定这些壁。

上游壁和下游壁130、118在它们之间界定一种环形的空气循环腔140。上游壁或板130包括用于使空气通过以冲击下游壁118进行冷却，以及向在上游壁和下游壁130、118之间延伸的空腔140供给空气的多个穿孔139。

为了尝试克服上述问题和缺点的至少一部分，在本发明中建议室底的下游壁应该扇区化。

在示出本发明一个实施例的图3-7中，与关于图2呈现的等同部件和/或等同功能具有增加了100的相同标记。

更准确地说，相对于这些图3-7，本发明因此提供了一种包括上游壁230和下游壁218的室底210，所述上游壁230和下游壁218在所述内外环形壁之间延伸，并且包括用于与燃烧室的轴222平行地布置的相应开口221、219，用于通过所述开口喷射燃油并且因此通过扇区化下游壁218的燃油喷射装置220。

当燃烧室10运行时，下游的每个下游壁扇区218能够径向地跟随上游壁230的膨胀，并且能够切向地(周向地)膨胀。由于上游壁和下游壁优选地为圆顶形，下游壁218的外径和内径将保持与上游壁230的外径和内径等同，并且将与下游壁(其在360°上为连续的圆顶形)相比提高了使用寿命。

上游壁230和下游壁218都可以是金属，通常为相同的钢。

下游底壁230在其外周边包括一种用于附接到燃烧室外壁16上游端的环形上游凸缘233(其可以为基本圆柱形)，并且在其内周边包括一种用于附接到燃烧室内壁14(图1)上游端的环形上游凸缘235(其可以为基本圆柱形)。通过穿过与燃气涡轮机1的总轴223径向的上游壁230中的孔238的螺钉螺母型设备固定这些壁。下游壁218在其外周边和内周边的每个都具有上游环形凸缘232、234(其可以为基本圆柱形)。如图3-4可以看出，下游壁218的外凸缘232与轴223径向地，紧密地安装(收缩)在上游壁230的凸缘233的外圆柱形表面上，并且其内凸缘234类似地紧密地安装在上游壁230的凸缘235的内圆柱形表面上。应该优选地对下游壁218预加应力，以确保在它们的内和外周边处的这些凸缘之间的密封。

具有与上游环形凸缘232、234相同厚度的钻孔衬垫或垫圈241可插入在环形凸缘233、235与径向内壁14和径向外壁16之间。为了固定到这些内外壁，螺钉242将穿过孔238和衬垫241，但不会穿过下游壁218。

然后，在壁14、16和室底210之间的力和应力将通过上游壁230。

为了在热保护、收缩包装组件、质量和机械强度之间达成折衷，需要推荐的是，上游壁230的厚度通常在10％内等于下游壁218的厚度，或大于下游壁218的厚度。

沿上游壁中开口221的轴安装的，并且根据如上所示被扇区化的，下游壁218将能够限定一种上游壁230的有效热保护，该上游壁因此对于燃烧室是结构上的。

上游壁230包括多个穿孔239，空气将通过所述多个穿孔冲击下游壁218进行冷却，并供给空气到空腔240。如图3或4可以看出，下游壁218可包括一个外环形排的狭槽239以及一个内环形排的狭槽243，用于排出空腔240中所包含的空气。狭槽239、243旨在分别沿燃烧室的外壁和内壁16、14提供气膜。

对于喷射装置220的安装，并且如图4可以更好地看出，一种两件式的环244a、244b接合在每个开口219、221中，并在内侧上关闭空腔240。部件244a、244b分别被钎焊在开口219、221的周向上。套筒246安装在环中，与环同轴。套筒246在其外周边上具有圆柱形凸缘248，其面对上游并且其上装配和固定有凸缘垫圈250。沿局部轴222a，在垫圈250和套筒的中间凸缘252之间存在环形空间，其中容纳有喷射装置220之一的外环形凸缘220a，并且可以沿径向方向滑动以补偿操作过程中的热膨胀差。垫圈250附接并固定到套筒246。

为了在操作过程中防止下游的每个下游壁扇区218的周向膨胀导致上游壁230保护失效和/或流体泄漏，已经建议下游的下游壁扇区218周向地重叠(图6-7的区域254)。下游壁的这种所述扇区(图5-7中的218b)可然后覆盖该壁的周向相邻的扇区，例如218a。因此，周向或横向的第一扇区218b的外边缘2180b然后可以与第二周向相邻扇区218a的周向或横向的内边缘2180a径向地重叠。然后在角扇区218a、218b…之间存在一种沿周向方向的间隙(参见图7中的箭头)。如果凸缘在上游和下游额外地打开，也可能发生在扇区之间以及关于上游壁230基本轴向的轻微相对运动，参见图7。

为了最好地控制预期的间隙，还建议在设计阶段预先确定下游壁218的这些扇区的预期热周向变形。根据这些参考数据(在尺寸或甚至形状上)，如果将下游壁的所述相邻扇区(218a)的一个所述扇区(218b)的周向重叠254预先限定为大于预限定的变形(间隙)，这将是有利的。

如已经描述的那样，上游壁和下游壁218为由同轴开口横过的每个下游壁扇区，例如图6的轴222a的这些开口219/221。因此，在该双开口中轴向地安装有用于喷射燃油到燃烧室10(的容积15)内的装置220之一。仍然与上述现有的胀差相关地，在涡轮机运行的情况下，每个扇区(例如218a)将相对于上游壁230的相关开口221的轴(例如222a)有利地周向地居中。

同样类似地在机械效应方面，也可以发现很合适的是，上游壁230与内外环壁的该(或至少某些)螺钉紧固孔238应与相应的周向重叠254相对地有角度地(周向地)定位；参见图6-7。

Claims (12)

1.一种具有燃烧室(10)的燃气涡轮机，该燃烧室包括：

-两个壁，所述两个壁分别为内壁(14)和外壁(16)，

-室底(210)，该室底包括上游壁(230)和下游壁(218)，所述上游壁(230)和下游壁(218)在所述内壁与外壁之间延伸，并且包括用于安装燃油喷射装置(220)的安装开口(221、219)，所述燃油喷射装置通过所述安装开口喷射燃油，所述下游壁被扇区化，

对于上游壁(230)上的支撑，所述下游壁(218)包括：

-在外周边，第一上游面对环形凸缘(232)，以及

-在内周边，第二上游面对环形凸缘(234)，

其特征在于，所述上游壁(230)包括：

-至少一个孔，所述孔穿过所述上游壁，并适于容纳将所述上游壁固定到所述外壁上的螺钉螺母型设备，

-在所述上游壁的外周边，用于附接到所述外壁(16)的上游端的第三上游面对环形凸缘(233)，以及

-在所述上游壁的内周边，用于附接到所述内壁(14)的上游端的第四上游面对环形凸缘(235)，并且

所述下游壁通过所述下游壁的第一和第二上游面对环形凸缘固定到所述上游壁上，所述第一和第二上游面对环形凸缘各自围绕所述上游壁的第三和第四上游面对环形凸缘收缩，并与所述上游壁的第三和第四上游面对环形凸缘接触。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮机，其中，所述环形凸缘是圆柱形的。

3.根据权利要求1所述的燃气涡轮机，其中，所述上游壁(230)和下游壁(218)是金属的。

4.根据权利要求1所述的燃气涡轮机，其中，所述下游壁(218)限定一种所述上游壁(230)的热保护，所述上游壁对于该燃烧室是结构上的。

5.根据权利要求1或4所述的燃气涡轮机，其中，所述上游壁(230)的总厚度等于或大于所述下游壁(218)的厚度。

6.根据权利要求1或4所述的燃气涡轮机，其中，所述上游壁(230)分别与所述内壁(14)和所述外壁(16)拧在一起。

7.根据权利要求1或4所述的燃气涡轮机，其中，所述下游壁的一个扇区与所述下游壁的一周向相邻扇区重叠，形成一周向重叠(254)。

8.根据权利要求7所述的燃气涡轮机，其中，单独地考虑并且较热的，所述下游壁的扇区的至少一个周向变形被预先确定，所述周向重叠(254)大于所述预先确定的变形。

9.根据权利要求1或4所述的燃气涡轮机，其中，所述安装开口(221、219)同轴，在所述上游壁(230)中的安装开口具有轴线(222a)，所述下游壁(218)的一个扇区相对于所述轴线沿周向居中。

10.根据权利要求7所述的燃气涡轮机，其中：

-用于将所述上游壁(230)螺纹固定到所述内壁和外壁的孔(236、238)成角度地与所述周向重叠(254)相对，并且

-所述安装开口(221、219)同轴，在所述上游壁(230)中的安装开口具有轴线(222a)，所述下游壁(218)的一个扇区相对于所述轴线(222a)沿周向居中。

11.根据权利要求1所述的燃气涡轮机，其中，所述下游壁(218)沿径向预加应力，从而在所述内周边和外周边处，在所述下游壁(218)和上游壁(230)的相应上游环形凸缘之间提供密封。

12.根据权利要求1或4所述的燃气涡轮机，其中，所述上游壁(230)和所述下游壁(218)每个都包括穿过其延伸的空气通道(139、239、243)。

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