帶具有不同布局的燃燒室進氣孔的航空渦輪發動機燃燒室的製作方法

2023-05-29 06:32:41 2

專利名稱：帶具有不同布局的燃燒室進氣孔的航空渦輪發動機燃燒室的製作方法
技術領域：
本發明涉及航空渦輪發動機燃燒室領域。特別是，本發明涉及到航空渦輪發動機的燃燒室。
背景技術：
航空渦輪發動機燃燒室圍繞縱軸A呈環形，由外側壁、內側壁和將外側壁的一端連接到內側壁一端的環形燃燒室端壁構成，所述外側壁包括沿其周緣分布的火花塞、主進氣孔、和位於縱軸A方向主進氣孔下遊的摻混孔。在下文描述中，術語「上遊」和「下遊」的是依據流經燃燒室的空氣正常流向定義的。而術語「內」和「外」分別表示燃燒室內部區域和外部區域。圖1是航空渦輪發動機燃燒室10 —個扇形體的縱向剖面圖。燃燒室10圍繞縱軸 A呈環形。這種環形是由外側壁12、內側壁14和環狀燃燒室端壁13形成的，所述外側壁12 圍繞軸線A呈大體圓柱形，內側壁14圍繞軸線A呈大體圓柱形且平均直徑小於外側壁12的平均直徑，以及所述環形燃燒室端壁13將外側壁12的一端連接到內側壁14的對應一端， 從而將燃燒室10的上遊端封閉。為此，從燃燒室端壁13到下遊端15，穿過燃燒室10的平均表面圍繞縱軸A呈錐體形狀。該錐體和含縱軸A的平面之間的相交線在圖1中標記為C。燃燒室端壁13帶有多個燃油噴油器系統33，將燃油噴入燃燒室10。噴油器系統 33圍繞縱軸A分布。空氣經由燃燒室端壁13、位於外側壁12上的主進氣孔100、摻混孔200、和冷卻孔 (圖中未示)，以及經由位於內側壁14上的主進氣孔110、摻混孔210、和冷卻孔(圖中未示)，進入燃燒室10。火花塞36 (圖4中可見)的位置與主進氣孔100大體水平，圍繞縱軸A有規律地分布在外側壁12的周圍。在圖1所示布局中，燃燒室10帶有兩個火花塞36(見圖4)，它們圍繞縱軸A彼此相對而置。這種燃燒室設計用來在各種不同高度下工作。根據目前的標準要求，燃燒室應適合工作的高度越來越高。特別是，在燃燒中斷的情況下，燃燒室必須能夠在可能的最高高度下再次點火，該高度稱之為再次點火升限。對燃燒室進行的高空再次點火試驗表明，為了提高再次點火升限，即燃燒室的高空再次點火能力，必須·減少經由主進氣孔進入燃燒室的空氣比例(相對於流過燃燒室的空氣總量)；·或者，增加初次燃燒區的容積VZP，以便空氣在燃燒室內分配不變(即，進入燃燒室內的各個空氣進氣口之間的空氣分配是恆定的)。初次燃燒區確定為在燃燒室端壁和含有主進氣孔的平面之間延伸的燃燒室的區域。所述兩種解決方案都存在燃燒室排放的煙和NOx濃度增加的缺陷。在目前的燃燒室中，為了獲得再次點火的更高高度，就不得不冒著不再能夠滿足汙染標準的風險，特別是這些標準也正在變得越來越嚴格。

發明內容
本發明旨在提供一種能在更高高度再次點火(再次點火最高升限)的燃燒室，但同時又能滿足目前正在實行的汙染標準。發明目的可通過如下方式實現，即位於與其中一個火花塞毗連的每個鄰近區域內主進氣孔的布局，不同於位於這些區域外部的主進氣孔的布局，採用這樣的方式，鄰近區域內空氣的補給就不同於這些區域外部的空氣補給。採用這些布置形式，可保持再次點火升限，而該升限甚至還可以增加，且同時又可控制排煙和NOx的產生，從而滿足了汙染標準。在本發明的第一個實施方案中，位於其中一個火花塞附近的每個鄰近區域內的主進氣孔，其所在位置都要比位於這些區域外的主進氣孔更向下遊。在本發明的第二實施方案中，流經主進氣孔的空氣流速與流經其中一個火花塞附近區域內的摻混孔的空氣流速之比R1要小於流經主進氣孔的空氣流速與流經所述區域外部的摻混孔的空氣流速之比R2。下面通過閱讀以非限定性示例給出的實施方案的詳細說明，可以更好地理解本發明，且本發明的優點也會更清楚地顯現出來。


圖1為燃燒室的扇形體的縱向剖面圖；圖2為根據本發明第一實施方案的燃燒室外側壁局部透視圖；圖3為根據本發明第二實施方案的燃燒室外側壁局部透視圖；以及圖4為現有技術的燃燒室外側壁局部透視圖。
具體實施例方式圖4為上面所述現有技術燃燒室10的外側壁12的局部透視圖。從中可以看到主進氣孔100和摻混孔200，以及兩個火花塞36中的其中一個。對於每個火花塞36來講，鄰近區域60係指帶有主進氣孔100和距離火花塞36最近的二次進氣孔200的區域。為此，火花塞36大體上位於鄰近區域60的中間。在圖2和圖3所示示例中，鄰近區域60帶有兩個主進氣孔100和四個摻混孔200(三個摻混孔加上鄰近區域兩個邊界上各半個跨越所述邊界的摻混孔)。距離該火花塞36更遠處的孔位於鄰近區域60的外部。另一個火花塞36情況相似。或者，火花塞36周圍的鄰近區域60可以只有兩個主進氣孔100(火花塞36兩邊各一個)和兩個摻混孔200 (火花塞沈兩邊各一個)。主進氣孔100在與所述軸線垂直的平面上，沿位於縱軸A上的周緣布置。摻混孔 200在與含主進氣孔100周緣的平面水平的平面上，沿另一個周緣布置，位於縱軸A方向上主進氣孔100的下遊。令人驚奇的是，發明者已經發現，通過修正主進氣孔100的特性，以區分位於鄰近區域60內的主進氣孔與位於鄰近區域60外的主進氣孔100，從而可以保持或增加再次點火升限，同時，又能滿足現行汙染標準。為此，本發明者修改了主進氣孔100的布局，以便可以區分位於鄰近區域60內的主進氣孔100與位於鄰近區域60外的主進氣孔100。術語「主進氣孔布局」用來表示例如主進氣孔100的位置，和/或形狀，和/或主進氣孔100的尺寸大小。與位於鄰近區域60外的主進氣孔100的布局相比，採用鄰近區域60內主進氣孔 100的不同布局，進入鄰近區域60的空氣補給就不同於所述鄰近區域60外的空氣補給。在本發明的第一實施方案中，位於鄰近區域60內的主進氣孔100，比位於鄰近區域60外的主進氣孔100更向下遊。圖2示出了這種情況。鄰近區域60內的主進氣孔100 位於以所述縱軸A為中心的周緣上，在與所述軸線相垂直的第一平面Pl上。位於鄰近區域 60外的主進氣孔100位於與第一平面水平的第二平面P2的周緣上，且位於第一平面Pl的上遊。例如，且如圖2所示，第一平面Pl和第二平面P2之間的距離等於主進氣孔100的直徑(平面Pl和P2平行，為此，這兩個平面之間的距離傳統上定義為從其中一個平面向與垂直於所述平面的另一個平面延伸的一部分的長度)。第一平面Pl和第二平面P2之間的距離還可以大於主進氣孔100的最大尺寸。或者，第一平面Pl和第二平面P2之間的距離也可以小於主進氣孔100的最大尺寸。為此，增加了位於鄰近區域60內主進氣孔100上遊的初次燃燒區的容積。這樣， 可增加再次點火升限，與此同時，保持燃燒室輻射的煙和NOx的濃度。相反，可以保持鄰近區域60內初次燃燒區的容積值，即保持火花塞36附近(平面Pl)主進氣孔100的位置，如圖 4所示現有技術那樣，同時，將位於鄰近區域60之外的主進氣孔100向上遊移動(平面2)。 這樣就降低了燃燒室輻射的煙和NOx的濃度，同時又可保持再次點火升限。為此，發明者進行的試驗表明，當鄰近區域60外的初次燃燒區的容積從2. 77升降至2. 2升時，排煙濃度則可降低3個SN(其中，SN =煙度，測量排煙量時使用的單位)。在火花塞36附近的區域60 的外部，還可根據已知國際民航組織(ICAO)標準獲得NOx氣體範圍增加3%。如圖2所示，以及與圖4相比較，與位於鄰近區域60內的主進氣孔100相比較，位於鄰近區域60外的主進氣孔100的向上遊偏移的同時，摻混孔200也會伴以相似偏移，即主進氣孔100和沿軸線A方向在主進氣孔100緊下遊處的摻混孔200之間的距離在燃燒室 10整個周緣上保持大體上恆定不變。對於每個鄰近區域60來講，跨鄰近區域兩個邊界中每個邊界的摻混孔200都會以其它摻混孔200的偏移距離的一半而得到補償。或者，摻混孔200不需要鄰近區域60和鄰近區域60外的外側壁12部分之間的偏移，即所有的摻混孔200都可以圍繞軸線A位於同一周緣上。燃燒室10的內側壁14可以帶有主進氣孔110和摻混孔210。有利的是，這些主進氣孔110相對於燃燒室端壁13的距離，與位於其中一個火花塞36附近每個鄰近區域60內外側壁12的主進氣孔100處在大體相同的距離上。於是，內側壁14內的主進氣孔110，在垂直於側壁的方向上，與外側壁12的主進氣孔100大體平齊。從航空動力學的角度來看，這種布置可以更準確地定義初次燃燒區的容積。摻混孔210的位置還可以與位於其中一個火花塞36附近每個鄰近區域60內的外側壁12的摻混孔200大體平齊。在本發明的第二個實施方案中，流經鄰近區域60內主進氣孔100的空氣流速Ppi 與流經鄰近區域60內摻混孔200的空氣流速P D1之比R1要小於流經鄰近區域60外的主進氣孔100空氣流速P p2與流經鄰近區域60外的摻混孔200空氣流速P D2之比民。這種情況見圖3。在鄰近區域60的外部，與流經摻混孔200的空氣流速P D2相比，流經主進氣孔100 的空氣流速Pp2會增加。這樣，就可以滿足汙染標準。儘管如此，在圍繞火花塞36的鄰近區域60內，流經主進氣孔100的空氣流速Ppi與流經摻混孔200的空氣流速Pdi之比R1 是不變的，從而可以保持所需高空再次點火升限。如圖3所示，並與圖4相比，流經鄰近區域60外的主進氣孔100空氣流速P P2與流經鄰近區域60外的摻混孔200的空氣流速P D2之比&會隨著空氣流速P p2的增加和空氣流速P D2的減少而增加。這些流速的修正可通過在至少部分摻混孔200截面處調整至少部分主進氣孔100的截面而獲得。因此，發明者進行的試驗表明，當流經鄰近區域60外的主進氣孔100的空氣流速以燃燒室流速的2%增加，損害流經鄰近區域60外的摻混孔200空氣流速P D2時，且無需修正流經主進氣孔100和鄰近區域60內的摻混孔200的空氣流速，排煙濃度可降低2個SN。另外，這些流速修正也可只通過增加流經鄰近區域60外的主進氣孔100的空氣流速P P2來獲得，或者只通過降低流經鄰近區域60外的摻混孔200的空氣流速P D2來獲得。在圖3中，以及與圖4相比，與位於鄰近區域60內每個主進氣孔100的截面相比， 位於鄰近區域60外部的每個主進氣孔100的截面是增加的。與此同時，對於位於鄰近區域 60外部的摻混孔200來講，在每四個摻混孔200中，一個摻混孔201的截面，最初大於其它三個摻混孔200其中一個的截面，但會減小到另外三個摻混孔200其中一個的截面，而鄰近區域60內四個摻混孔200的截面保持不變這些個摻混孔200中的三個的截面均等於位於鄰近區域60外的另外三個摻混孔200其中一個的截面，剩餘摻混孔200的截面保持較大。一般來講，根據本發明，位於鄰近區域60內的主進氣孔100的平均截面小於位於鄰近區域60外的主進氣孔100的平均截面。例如，位於鄰近區域60內的每個主進氣孔100 的截面小於位於鄰近區域60外的每個主進氣孔100的截面。例如，位於鄰近區域60內的每個主進氣孔100的截面大體上等於位於鄰近區域60外的每個主進氣孔100的截面的一半。另外，一般來講，根據本發明，位於鄰近區域60內的摻混孔200的平均截面大於位於鄰近區域60外的摻混孔200的平均截面。例如，位於鄰近區域60內的某些摻混孔200 帶有第一截面，位於鄰近區域60內的另一些摻混孔200帶有第二截面，該截面小於第一截面，而位於鄰近區域60外的所有摻混孔200的截面均等於所述第二截面。例如，位於鄰近區域60內的一些摻混孔200帶有第一截面，位於鄰近區域60內的另一些摻混孔200帶有第二截面，該截面等於第一截面的一半，而位於鄰近區域60外的所有摻混孔200的截面均等於所述第二截面。因為圖3所示孔為圓形，修正這些孔的截面等於修正了它們的直徑。或者，在鄰近區域60的外部，可以保持流經主進氣孔100的空氣流速P p2與流經摻混孔200的空氣流速P D2的之比&，以及在鄰近區域60的內部，可以降低流經主進氣孔100的空氣流速ρ P1與流經摻混孔200的空氣流速ρ D1的之比R1。根據本發明，可以將兩個實施方案結合起來，即，首先確保位於鄰近區域60外的主進氣孔100比位於鄰近區域60內的主進氣孔100更靠近上遊，第二，確保流經鄰近區域 60內的主進氣孔100的空氣流速P P1與流經鄰近區域60內的摻混孔200的空氣流速P D1 的比例R1大於流經鄰近區域60外的主進氣孔100的空氣流速P p2與流經鄰近區域60外的摻混孔200的空氣流速P D2的比例&。為此，發明者進行的試驗表明，當鄰近區域60外的初次燃燒區容積從2. 77升降至 2. 2升時，以及當流經鄰近區域60外的主進氣孔100的空氣流速P p2以燃燒室流速的2% 增加，以損害流經鄰近區域60外的摻混孔200的空氣流速P D2時，且不會對流經主進氣孔 100空氣流速和位於鄰近區域60內的摻混孔200進行修正，排煙濃度可降低4個SN，而在鄰近區域60的外部，也可相對於國際民航組織(ICAO)有關NOx氣體的標準，可增加4%。燃燒室10的內側壁14可帶有主進氣孔110和摻混孔210。有利的是，這些主進氣孔110是這樣的，流經這些主進氣孔110的空氣流速大體上等於流經外側壁12內主進氣孔100的空氣流速。為此，燃燒室內的燃燒比較對稱，從而有助於提高燃氣渦輪的使用壽命。在本發明的所有實施方案中，主進氣孔100和摻混孔200的布置既可滿足汙染標準，又可實現和/或保持預期的高空再次點火升限。
權利要求
1.一種航空渦輪發動機用的燃燒室(10)，所述燃燒室圍繞縱軸A呈環形，由外側壁(12)、內側壁(14)和將所述外側壁的一端連接到所述內側壁的一端的環形燃燒室端壁(13)形成，所述外側壁(1 包括沿其周緣分布的火花塞(36)、主進氣孔(100)，和在所述縱軸A的方向上，位於所述主進氣孔(100)下遊的摻混孔000)，所述燃燒室的特徵在於，位於其中一個所述火花塞(36)附近的每個鄰近區域(60)內的主進氣孔(100)的布局不同於位於所述區域外的主進氣孔(100)的布局，這樣，所述鄰近區域(60)內的空氣補給不同於所述區域外的空氣補給。
2.根據權利要求1所述的燃燒室(10)，其特徵在於，位於其中一個所述火花塞(36)附近的每個鄰近區域(60)內的主進氣孔(100)比位於所述區域外的主進氣孔(100)更向下遊。
3.根據權利要求2所述的燃燒室，其特徵在於，含位於所述鄰近區域(60)內的所述主進氣孔(100)的第一平面(Pl)和含位於所述鄰近區域(60)外的所述主進氣孔(100)的第二平面(P2)之間的距離大於其中一個所述主進氣孔(100)的最大尺寸。
4.根據權利要求2或3所述的燃燒室，其特徵在於，所述內側壁(14)包括主進氣孔 (110)，這些主進氣孔距燃燒室端壁(1 的距離，與位於其中一個所述火花塞(36)附近每個鄰近區域(60)內的所述外側壁(12)的主進氣孔(100)距燃燒室端壁(13)的距離大體相同。
5.根據權利要求1至4任何一項所述的燃燒室(10)，其特徵在於，流經主進氣孔(100) 的空氣流速與流經其中一個所述火花塞(36)附近的所述鄰近區域(60)內的摻混孔Q00) 的空氣流速之比隊小於流經主進氣孔(100)的空氣流速與流經所述區域外的摻混孔O00) 的空氣流速之比&。
6.根據權利要求5所述的燃燒室，其特徵在於，位於所述鄰近區域(60)內的主進氣孔 (100)的平均截面小於位於所述區域外的主進氣孔(100)的平均截面。
7.根據權利要求6所述的燃燒室，其特徵在於，位於所述鄰近區域(60)內的每個主進氣孔(100)的截面大體上等於位於所述區域外的每個主進氣孔(100)的截面的一半。
8.根據權利要求5到7任何一項所述的燃燒室，其特徵在於，位於所述鄰近區域(60) 內的摻混孔O00)的平均截面大於位於所述鄰近區域(60)外的摻混孔Q00)的平均截面。
9.根據權利要求8所述的燃燒室，其特徵在於，位於鄰近區域(60)內的一些摻混孔 (200)帶有第一截面，位於所述鄰近區域(60)內的其它摻混孔(200)帶有第二截面，該第二截面等於所述第一截面的一半，而位於鄰近區域(60)外的所有摻混孔(200)的截面均等於所述第二截面。
10.根據權利要求5到9任何一項所述的燃燒室，其特徵在於，所述內側壁(14)包括主進氣孔(110)，這樣，流經所述主進氣孔(110)的空氣流速大體上等於流經所述外側壁(12) 主進氣孔(100)的空氣流速。
全文摘要
本發明涉及一種航空渦輪發動機用的燃燒室(10)，所述燃燒室圍繞縱軸A呈環形，由外側壁(12)、內側壁(14)和將所述外側壁的一端連接到所述內側壁的一端的環形燃燒室端壁(13)形成，所述外側壁(12)包括沿其周緣分布的火花塞(36)、主進氣孔(100)，和在所述縱軸A方向位於所述主進氣孔(100)下遊的摻混孔(200)。位於其中一個所述火花塞(36)附近的每個鄰近區域(60)內主進氣孔(100)的布局不同於位於所述區域外的主進氣孔(100)的布局，這樣，鄰近區域(60)內的空氣補給不同於所述區域外的空氣補給。
文檔編號F23R3/50GK102510978SQ201080042222
公開日2012年6月20日 申請日期2010年9月21日 優先權日2009年9月21日
發明者帕特裡斯·康瑪麗特, 託馬斯·諾爾 申請人:斯奈克瑪