用于渦輪發(fā)動機的燃燒室的包括具有會聚內(nèi)截面的環(huán)形壁的噴射系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于渦輪發(fā)動機的燃燒室的包括具有會聚內(nèi)截面的環(huán)形壁的噴射系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及渦輪發(fā)動機燃燒室領(lǐng)域，更具體地，涉及在這些燃燒室中的空氣和燃料噴射系統(tǒng)的領(lǐng)域。
[0002]本發(fā)明適用于任何類型的陸地或航空渦輪發(fā)動機，尤其涉及飛機渦輪發(fā)動機，如渦輪噴氣機和渦輪螺旋槳。
[0003]更準確地，本發(fā)明涉及一種雙燃料噴射回路噴射系統(tǒng)，其包括經(jīng)常稱為先導噴射器的中央噴射器，輸出用于低轉(zhuǎn)速(low regime)和周邊環(huán)形噴射器(還稱為主噴射器)的優(yōu)化永久燃料流，所述周邊環(huán)形噴射器輸出針對高轉(zhuǎn)速優(yōu)化的間歇燃料流，該周邊噴射器例如是目前被稱為多點噴射的類型。
[0004]這些噴射系統(tǒng)被開發(fā)來使燃燒室以低燃料含量的空氣和燃料混合物進行操作(目前稱為分級稀薄燃燒燃燒室)，更通常地用于使得空氣和燃料噴射適應(yīng)燃燒室的不同操作轉(zhuǎn)速，以減少其燃料消耗和諸如氮氧化物和廢氣的污染物的排放，并滿足高功率產(chǎn)生的污染排放物的監(jiān)管標準。
【背景技術(shù)】
[0005]上述類型的噴射系統(tǒng)已經(jīng)為現(xiàn)有技術(shù)中所知曉，具體公開于法國專利申請FR 2958 015 Al 中。
[0006]圖1示出用于渦輪發(fā)動機的環(huán)形稀薄燃燒室10的一個示例。環(huán)形燃燒室10通常包括兩個環(huán)形壁，內(nèi)壁12和外壁14界定環(huán)形燃燒室并在上游端連接至室圓頂環(huán)形壁16，并且在下游端分別連接至渦輪發(fā)動機的外殼18和內(nèi)殼20，內(nèi)殼被連接到擴散器22，所述擴散器22布置在燃燒室10的上游，并使得來自渦輪發(fā)動機(圖1中未示出)的壓縮機的壓縮空氣以公知的方式擴散進入該燃燒室中。
[0007]該室圓頂16通常包括繞燃燒室的軸線均勻分布的孔，空氣和燃料噴射系統(tǒng)24被安裝在燃燒室中，各空氣和燃料噴射系統(tǒng)在燃燒室10中產(chǎn)生火焰。
[0008]在圖1中所示的燃燒室10的噴射系統(tǒng)24是包括中央噴射器和周邊環(huán)形噴射器的類型，中央噴射器也稱為先導噴射器，周邊環(huán)形噴射器也稱為主噴射器，在這種情況下，周邊環(huán)形噴射器是多點類型。
[0009]如在圖2(是圖1所示的噴射系統(tǒng)24的較大尺寸的視圖)中更具體地示出的，中央燃料噴射器26由開口至系統(tǒng)的中心軸線28的噴嘴構(gòu)成，所述中心軸線28大致形成構(gòu)成噴射系統(tǒng)24的旋轉(zhuǎn)零件的對稱軸線。
[0010]該中央噴射器26通常與兩個空氣入口通道相連，所述空氣入口通道包括內(nèi)通道29和外環(huán)形通道30，中央噴射器26開口至所述內(nèi)通道29，使得由該中央噴射器26噴射的燃料可以立即與進入該通道空氣入口相混合，所述外環(huán)形通道30在下游端開口至噴射系統(tǒng)24，以便隨后使得空氣與燃料的混合物富含空氣。
[0011]斜翅片32和34通常穿過上述兩個空氣入口通道29和30，以便在噴射系統(tǒng)24中在穿過其中的氣流中產(chǎn)生繞中心軸線28的渦旋運動，以促進噴射系統(tǒng)中的空氣和燃料混合物的均勻化。
[0012]上述兩個入口通道29和30的每一個因而通常被稱為渦旋器，并且其通常分別由環(huán)形壁36或38使用內(nèi)會聚發(fā)散輪廓(有時也被稱為文丘里管)在外部零件上界定，所述內(nèi)會聚發(fā)散輪廓特別設(shè)計為:通過在靠近燃料噴射器的鼻部的下游端引起加速流動來防止火焰返回到噴射系統(tǒng)24。
[0013]在圖2中示出的示例中，兩個空氣入口通道29和30和界定它們的環(huán)形壁36和38大致沿著噴射系統(tǒng)的軸線28延伸。
[0014]中央燃料噴射器26通常是由導管40供給，所述導管40被部分地容納在由燃燒室10的外殼18支撐的臂42中(參見圖1)。
[0015]此外，周邊或多點燃料噴射器43由呈環(huán)形的一行燃料噴孔44構(gòu)成，所述呈環(huán)形的行例如可以形成在界定外環(huán)形通道30(見圖2)的壁38的錐形上游部分46中。
[0016]周邊噴射器43的燃料噴孔44與環(huán)形分布腔48連通，通過部分形成在臂42中的導管50對所述環(huán)形分布腔48進行燃料供給，而這些燃料噴孔44向上開口到周邊環(huán)形通道52，在所述環(huán)形通道52中，具有環(huán)形空間53，用于空氣流的進入，所述空氣流在所述通道52中與從周邊噴射器43輸出的燃料混合。
[0017]斜翅片54穿過上述環(huán)形空氣入口空間53，以在穿過其中的空氣流中強制形成繞噴射系統(tǒng)24的中心軸線28的渦旋運動。
[0018]周邊環(huán)形通道52由環(huán)形壁38界定其內(nèi)表面，由碗狀件56和支承裝置58界定其外表面，所述碗狀件56朝下游方向向外成錐形，所述支承裝置58可以用于將噴射系統(tǒng)24安裝在燃燒室10的圓頂16中。
[0019]在圖1和2中示出的示例中，環(huán)形空氣入口空間53為錐形形狀，并且由環(huán)形壁38的錐形部分46在內(nèi)側(cè)界定，以露出徑向向外的開口。
[0020]在操作期間，燃料通過周邊噴射器43燃料噴射口 44進入周邊環(huán)形通道52，該燃料然后與通道52中的循環(huán)的空氣流混合，這有利于該燃料的霧化，換言之，將該燃料以細液滴的形式噴射。
[0021]通常，在噴射系統(tǒng)包括兩個燃料噴射回路。例如，如上述所描述的噴射系統(tǒng)24，中央噴射器或先導噴射器26輸出在燃燒室的所有操作轉(zhuǎn)速都相當恒定的并且對低轉(zhuǎn)速優(yōu)化的燃料流，而周邊或主要噴射器43輸出高轉(zhuǎn)速的大燃料流(其對該類型的轉(zhuǎn)速優(yōu)化)，不輸出任何低轉(zhuǎn)速的燃料。因此，能夠具有如圖1示出的兩種類型的渦旋燃燒區(qū)；由于低的空氣流，先導燃燒區(qū)P產(chǎn)生富含燃料的火焰，由于高空氣流，多點燃燒區(qū)式產(chǎn)生燃料貧乏的火焰。
[0022]然而，配備有上述類型的噴射系統(tǒng)燃燒室在低轉(zhuǎn)速具有相對高的某種污染物排放水平，例如，如一氧化碳或烴。
[0023]污染物排放水平取決于這些燃燒室中燃料燃燒的質(zhì)量，特別是取決于來自噴射系統(tǒng)的噴射器的燃料的霧化和蒸發(fā)的質(zhì)量，并取決于是否存在在燃燒室中控制空氣和燃料混合的再循環(huán)區(qū)。
[0024]更具體地，在此考慮在低轉(zhuǎn)速的污染物排放的情況。在低轉(zhuǎn)速區(qū)，由于操作原理，在多點燃燒區(qū)M中的火焰不存在，僅在先導燃燒區(qū)P中存在火焰。因而，如圖1所示，比較大的燃料液滴60通過離心力隨著高的空氣流相當快地從中央燃料噴射器26向多點燃燒區(qū)M運送，這導致不良燃燒，這是因為未消耗的燃料隨著高空氣流到達多點燃燒區(qū)M時化學反應(yīng)凍結(jié)，并因此導致污染物在低轉(zhuǎn)速區(qū)排放。參考圖1，當燃料到達先導燃燒區(qū)P和多點燃燒區(qū)M之間的界面時，化學反應(yīng)的凍結(jié)開始。而且，如圖1所示，燃料從中央燃料噴射器26沿空氣流的方向噴射，這大大降低了液滴60的霧化和蒸發(fā)的程度。
[0025]化學反應(yīng)的凍結(jié)和沿空氣流的方向噴射燃料是可以在低轉(zhuǎn)速減小燃燒室內(nèi)的燃燒質(zhì)量、因而可以增加對環(huán)境有害的物質(zhì)的排放的兩種現(xiàn)象。
[0026]因此，需要能夠保持足夠穩(wěn)定及湍流的先導燃燒區(qū)P，而不過度的相互滲透到多點燃燒區(qū)M。具體地，來自中央燃料噴射器26的液滴60不能被快速地離心到環(huán)形壁38 (見圖1)，以在先導燃燒區(qū)P和多點燃燒區(qū)M.中的流的剪切帶中形成霧化燃料膜。此外，不同于圖1中的結(jié)構(gòu)，先導燃燒區(qū)P中的燃料分布必須不干擾多點燃燒區(qū)M。在圖1所示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的情形中，當只有中央噴射器26在低轉(zhuǎn)速輸出燃料時，該化學反應(yīng)很快由多點燃燒區(qū)M的尚空氣留凍結(jié)。
[0027]通常，對低轉(zhuǎn)速期望改進先導燃燒區(qū)中的燃料分布和改進來自具有雙燃料噴射回路的噴射系統(tǒng)中的先導燃料噴射器的霧化和蒸發(fā)，以進一步降低對環(huán)境有害的的物質(zhì)(如氮氧化物，一氧化碳和烴)的排放水平。
[0028]文件WO 01/51787 Al，US 5833141和US 6543235 BI也公開了多種現(xiàn)有技術(shù)的實施方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0029]本發(fā)明的目的是至少部分地滿足上述需求，克服現(xiàn)有技術(shù)的實施方式的缺點。
[0030]本發(fā)明的目的特別在于:改進對先導燃燒區(qū)和多點燃燒區(qū)域之間的干擾的控制，以具有顯著不同于多點燃燒區(qū)的先導燃燒區(qū)，并僅在低操作轉(zhuǎn)速獲得來自先導噴射器的燃料的霧化和蒸發(fā)。
[0031]根據(jù)其一個方面，本發(fā)明的目的因而是一種用于渦輪發(fā)動機的燃燒室的圓頂?shù)目諝夂腿剂蠂娚湎到y(tǒng)，包括:
[0032]-至少兩個燃料噴射裝置，包括中央噴射器和周邊環(huán)形噴射器，所述周邊環(huán)形噴射器繞所述中央噴射器設(shè)置，和
[0033]-內(nèi)環(huán)形空氣入口通道以及至少一個外環(huán)形空氣入口通道，所述中央噴射器開口至所述內(nèi)環(huán)形空氣入口通道以