CN113454390B - 涡轮发动机燃烧室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了涡轮机燃烧室，该涡轮机燃烧室包括：两个回转同轴壁(30、31)，所述两个回转同轴壁一个在另一个内部延伸并且在彼此之间限定了环形空气循环空间(33)，和外壁(32)，以及经由孔穿过所述壁(30至32)的至少一个喷射器(35)，其特征在于，喷射器包括外围管，该外围管通过三个连接件连接至所述壁(30至32)，至少两个连接件是滑道和/或球窝接头或波纹管类型。
Description
技术领域
本发明涉及再生循环涡轮的领域，该再生循环涡轮特别旨在从燃料来在机上生产电能或机械能以用于航空、陆地以及海上载具以及轻型移动单元。
涡轮由三个部件组成：
·压缩机，该压缩机的作用是将环境空气压缩到介于约2巴(bar)到30巴之间的压力；
·燃烧室，燃料在压力下喷射到该燃烧室中，然后与压缩空气一起燃烧，使空气显著过量以便限制废气的温度；
·轴向涡轮，从燃烧室排出的气体在该轴向涡轮中膨胀。
在再生循环涡轮中，废气是在高温(大于500℃)下从涡轮排出的，而从压缩机排出的空气的温度较低(通常介于200℃到400℃之间)，通过被插入在废气与压缩空气之间的热交换器来进行循环，这使得可以在空气进入燃烧室之前部分地重新加热该空气，从而可以减少燃料消耗。
本发明更特别地涉及燃烧室以及将燃料喷射到燃烧室中。
背景技术
美国专利US4453384描述了燃气轮机的实施方式，该燃气轮机包括：
-环形壳体，所述环形壳体具有沿周向设置的多个等距孔；环形火焰管，该环形火焰管被同轴地定位在内部并与所述环形壳体间隔开，
-所述环形火焰管，所述环形火焰管具有对应数量的周向等距孔，这些周向等距孔与所述壳体的孔同轴对准，
-多个管，所述多个管径向延伸穿过所述环形火焰管，各个管皆与环形火焰管中的对应孔以及环形壳体中的对应孔同轴，各个管皆相对于所述环形火焰管的轴线垂直延伸，各个管皆具有延伸贯穿其的通道以及垂直于该管的轴线并与所述环形火焰管的轴线平行的轴线。
德国专利DE1254911也是已知的，它提出了采用钩形式的喷射嘴，该喷射嘴被安装在喷射嘴的主体中，该喷射嘴的主体通过其喷嘴尖端固定在火焰稳定器(flame holder)中，以使可相对于燃烧室的壁位移。
在该发明的实施方式中，喷射嘴的主体的外部(采用钩形式)被可滑动地安装在导轨上，该导轨可选地与燃烧室的外壁相关联，并且将(与喷嘴的口承(mouthpiece)平行定向的)夹紧装置设置用于保持口承的前端抵靠被固定至火焰稳定器的毂的止动件。
最后，英国专利GB2097112是已知的，该专利描述了用于燃气涡轮发动机的燃料燃烧器，该燃料燃烧器包括燃料供给臂和燃料喷射器，燃料供给臂和燃料喷射器被连接在一起，燃料供给臂具有至少一个燃料通道，燃料喷射器65包括具有通道的主体，该通道与燃料供给臂中的所述至少一个燃料通道连通，该主体具有风道(air duct)，风道的轴线与燃料喷射器的轴线同轴，燃料喷射器具有一个或更多个70燃料通道以将燃料喷射到风道中，燃料燃烧器在与燃料喷射器相邻的端部处具有定位装置，该定位装置被设置成与发动机组件上的对应定位装置接合。
现有技术的缺点
现有技术的解决方案所带来的问题涉及具有通过双壁与外部绝缘的燃烧室的涡轮，两个壁限定环形通道，该环形通道用于循环源自压缩机的压缩空气流，并且第三壁是燃烧室的外壁，从而可使先前在穿过热交换器时被重新加热的同一气流能够循环。一个或多个注射器必须以密封方式或者至少以已经控制泄漏的方式穿过这三个壁。这导致超静压安装，这种朝静压安装不允许吸收喷射器的纵向热膨胀，或者暴露于极端不同温度下的金属壁的径向和纵向热膨胀。
而且，在专利US4453384中描述的解决方案中，喷射器经由简单的孔(标号38、48以及52)穿过燃烧室的壁。该现有技术文件提出将喷射器同轴地定位于设置在壳体50中的同轴孔52、48和38中的各个孔的内部。因此，该解决方案有几个缺点：喷射器的径向膨胀不同于壁的表面膨胀，从而导致喷射器的周边与壁中通孔的边缘之间的泄漏，或者导致围绕喷射器的壁的孔边缘被夹紧，这限制了径向位移的可能性并且可能导致壁变形和疲劳。
发明内容
为了克服该问题，本发明涉及一种涡轮发动机的燃烧室，该燃烧室被两个同轴轴对称壁包围，所述两个同轴轴对称壁中的一个在另一个的内部延伸并且在所述两个同轴轴对称壁之间限定了环形空气循环空间，由较小直径的轴对称壁和燃烧室的外壁限定了第二空气循环空间，至少一个喷射器经由端口穿过所述壁，其中，喷射器包括外围管，该外围管通过三个连接件连接至所述壁，至少两个连接件是允许多向间隙的柔性密封连接件，例如滑动类型和/或球窝接头类型或者波纹管类型的连接件。
在本发明的含义内，“波纹管”是指可以至少轴向和径向变形并且可选地采用扭转或倾斜方式的密封外壳。
根据变型例：
-所述三个连接件中只有一个连接件被形成为
-所述外围管与内壁之间的连接件是由环形线性环形连接件形成的，该环形线性环形连接件通过经校准的环形横截面控制泄漏
-所述外围管与中间壁之间的连接件是由波纹管形成的
-所述外围管与衬套的外壁之间的连接件是由波纹管形成的
-所述外围管与衬套的中间壁之间的连接件是由球窝接头连接件形成的，并且所述外围管与衬套的外壁之间的连接件是由滑动球窝接头连接件形成的
-所述外围管与衬套的外壁之间的连接件是由滑动球窝接头连接件形成的，并且所述外围管与衬套的中间壁之间的连接件是由球窝接头连接件形成的
-所述外围管与衬套的中间壁之间的连接件是由这样的连接件形成的：该连接件具有多个自由度，以允许所述管的轴向位移和切向位移，且该连接件针对球窝接头具有公差，并且所述外围管与衬套的外壁之间的连接件是由密封刚性组件形成的。
本发明还涉及一种包括这种燃烧室的涡轮。
附图说明
通过阅读附图中所示的非限制性实施方式的以下描述，将更清楚地理解本发明，其中：
-图1是根据本发明的涡轮发动机的横截面
-图2至图8是不同变型例的示意图。
具体实施方式
图1是涡轮发动机的立体图，该涡轮发动机包括：热交换器(1)、压缩机(2)、燃烧室(3)以及涡轮(4)。与热交换器(1)同轴的锥形偏转器(conical deflector)(11)使源自涡轮(4)的热气在穿过热交换器(2)、穿过管之间的两个盒(cassette)(5、6)之后，朝着排气口(12)循环。
由压缩机(2)、燃烧室(3)以及涡轮(4)形成的部分是本领域技术人员已知的，并且符合涡轮发动机领域的知识水平。
热交换器(2)由管式热交换器形成，包括两个同轴的环形盒(5、6)。
外部盒(5)由一组平行管形成，这些平行管由耐高温的金属合金(例如，耐火不锈钢347)制成。
举例来说，所述外部盒(5)由2000根管形成，这些管的长度为300毫米、内部横截面为2.8毫米以及外部横截面为3毫米。这些管借助于嵌件以已知方式保持，以用于限定源自涡轮的热气的通道。
这些管形成具有158毫米外半径和128毫米内半径的套管。
内部盒(6)由2000根管形成，这些管的长度为300毫米、内部横截面为2.8毫米以及外部横截面为3毫米。
这些管形成具有123毫米外半径和67毫米内半径的套管。
这两个盒(5、6)是同轴的，并且彼此配合。
所述两个盒(5、6)在与压缩机(1)相反的端部处通过环形封闭结构(8)联合起来。
盒(5、6)中的各个盒在各个端部处皆包括前密封板，该前密封板被刺穿以供所述管穿过，并且确保这些管的中心距恒定。将这些管进行钎焊或焊接，以便确保在所述管与前板的连接区域中的密封。
所述封闭结构(8)由两个同轴部分形成，这两个同轴部分被装配在一起并且具有朗姆蛋糕(rum baba)模具的一般形状，这些部分是由厚度为2毫米的耐火不锈钢347制成的。
外侧部分(9)的外部横截面对应于外部盒(5)的外部横截面，并且内部横截面对应于内部盒(6)的内部横截面。
内侧部分(10)的外部横截面对应于外部盒(5)的内部横截面，并且内部横截面对应于内部盒(6)的外部横截面。
所述部分(9、10)中的各个部分皆根据涡轮发动机的轴线旋转对称，该涡轮发动机具有恒定的纵向横截面。
封闭结构(8)确保源自外部盒(5)的气体朝着构成内部盒(6)的所述管偏转。
该解决方案确保了热交换器(1)中的气体的双通道，对于给定的体积(bulk)并且特别是长度，这显著提高了热交换器的热效率。
环形燃烧室(3)具有由护套(30)(“衬套”)和壁(31)形成的双内壳。衬套(30)和壁(31)限定了管状体积，该管状体积用于使源自热交换器(1)的气流循环。外壁(32)与壁(31)限定了管状体积，该管状体积用于使源自压缩机(2)的气流循环并且朝着热交换器(1)行进。
喷射器(35)经由三个端口穿过所述三个壁(30至32)。壁(30至32)以及喷射器的管(35)经受纵向和径向膨胀。通过连接的组合确保所述固定，从而避免超静态情形。
喷射器的管(35)与外壁(32)之间的连接件是由圆柱形波纹管(36)来确保的。
喷射器的管(35)与内壁(30)之间的连接件是通过由经校准的端口所形成的滑动连接件来确保的，该经校准的端口与管(35)的外表面一起限定了经校准的环形间隙。
喷射器的管(35)与中间壁(31)之间的连接是由固定连接来确保的。
第一变型例
图2示意性地例示了第一变型例。
喷射器的管(35)穿过具有以下相应连接件的三个壁(30至31)：
-用于穿过外壁(32)的球窝接头连接件(42)
-用于穿过中间壁(31)的球窝接头滑动连接件(41)
-用于穿过内壁(30)的具有经校准的外围间隙(40)的自由连接件。
第二变型例
图3示意性地例示了第二变型例。
喷射器的管(35)穿过具有以下相应连接件的三个壁(30至31)：
-用于穿过外壁(32)的球窝接头滑动连接件(52)
-用于穿过中间壁(31)的球窝接头连接件(51)
-用于穿过内壁(30)的具有经校准的外围间隙(50)的自由连接件。
第三变型例
图4示意性地例示了第三变型例。
喷射器的管(35)穿过具有以下相应连接件的三个壁(30至31)：
-用于穿过外壁(32)的波纹管(62)
-用于穿过中间壁(31)的焊接连接件(61)
-用于穿过内壁(30)的具有经校准的外围间隙(60)的自由连接件。
第四变型例
图5示意性地例示了第四变型例。
喷射器的管(35)穿过具有以下相应连接件的三个壁(30至31)：
-用于穿过外壁(32)的焊接连接件(72)
-用于穿过中间壁(31)的金属截锥形波纹管(71)
-用于穿过内壁(30)的具有经校准的外围间隙(70)的自由连接件。
第五变型例
图6至图8示意性地例示了第五变型例。
喷射器的管(35)穿过具有以下相应连接件的三个壁(30至31)：
-用于穿过外壁(32)的焊接连接件(72)
-用于穿过中间壁(31)的多向连接件(80)
-用于穿过内壁(30)的具有经校准的外围间隙(70)的自由连接件。
所述外围管与衬套的中间壁(31)之间的连接件是以下连接件(80)形成的：该连接件具有多个自由度，以允许所述管的轴向位移和切向位移，并且该连接件针对球窝接头具有公差。
外围管(30)与衬套的外壁(32)之间的连接件是由密封刚性组件形成的。
密封套(37)穿过外壁(32)，喷嘴(35)的端头(38)插入该密封套中。所述端头(38)包括盘状凸缘(38)，该盘状凸缘(38)接合在密封套(37)的两个部分之间，这两个确保所述盘状凸缘(38)的夹紧和密封。
内部端(40)经由形成在内壁(30)中的简单孔中的通道穿过内壁(30)。在这种情况下，所述孔是椭圆形的，以便考虑喷嘴(35)的轴线相对于径向轴线的倾斜。
喷嘴(35)与中间壁(31)之间的连接是通过具有锥形上部(41)的部分实现的，该锥形上部朝着外部张开并且在其基部处通过盘状凸缘(42)延伸，该盘状凸缘可在狭缝(42)中沿径向平移移动，该狭缝被形成在管状延伸部(43)的端头(44)中，该管状延伸部被焊接至内壁(30)的表面。
盘状凸缘(42)是柔性的，这还允许相对于所述管状延伸部(43)的轻型球窝接头。
Claims (3)
1.一种涡轮发动机的燃烧室，所述燃烧室包括：两个同轴轴对称壁，所述两个同轴轴对称壁包括内壁(30)和中间壁(31)，所述内壁(30)和所述中间壁(31)中的一个在另一个内部延伸，并且在所述两个同轴轴对称壁之间限定了环形空气循环空间(33)；外壁(32)；以及至少一个喷射器(35)，所述至少一个喷射器(35)经由端口穿过所述内壁(30)、所述中间壁(31)和所述外壁(32)，其特征在于，所述至少一个喷射器(35)包括外围管，所述外围管通过三个连接件连接至所述内壁(30)、所述中间壁(31)和所述外壁(32)，
其中，所述外围管与所述中间壁(31)之间的连接件是通过具有锥形上部(41)的部分实现的，所述锥形上部朝着外部张开并且在所述锥形上部的基部处通过盘状凸缘(42)延伸，所述盘状凸缘(42)在狭缝中沿径向平移是能移动的，所述狭缝形成在管状延伸部(43)的端头中，所述管状延伸部被焊接至所述中间壁(31)的表面，
其中，所述外围管与所述外壁之间的连接件是由密封刚性组件形成的，
其中，所述外围管与所述内壁(30)之间的连接件是由线性环形连接件形成的，所述线性环形连接件通过经校准的环形横截面控制泄漏。
2.根据权利要求1所述的涡轮发动机的燃烧室，其特征在于，密封套(37)穿过所述外壁(32)，所述外围管的端头(38)插入所述密封套中，所述端头(38)具有盘状凸缘，所述盘状凸缘接合在所述密封套(37)的两个部分之间。
3.根据权利要求1所述的涡轮发动机的燃烧室，其特征在于，所述外围管的内部端(40)经由形成在所述内壁(30)中的简单孔中的通道穿过所述内壁(30)。
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