专利名称：一种采用螺线气流的涡轮机燃烧室的制作方法
技术领域：
本发明涉及航空或陆地涡轮发动机燃烧室。
背景技术：
一般来讲，航空或陆上涡轮发动机是由一个装置构成，该装置具体包括如下部 分 一个用来对流过涡轮机的空气进行压縮的环形压縮段； 一个位于压縮段出口端 的环形燃烧段，在此处，来自压縮段的空气与燃油混合并燃烧；以及一个位于燃烧 段出口端的环形涡轮段，该段带有一个由来自燃烧段的气体带动旋转的转子。
燃烧段呈多级活动轮盘形式，每个活动轮盘装有位于环形通道内的叶片，涡轮 机的空气流经该环形通道，后者的截面从上游向下游逐渐縮小。燃烧段由燃烧室组 成，其同样呈环形通道形式，压縮空气在此与燃油混合而燃烧。涡轮段由多级活动 轮盘组成，每个活动轮盘上装有叶片，这些叶片位于燃烧气体流过的环形通道内。
空气一般按照如下顺序流过上皿置来自压縮段末级的压縮空气具有自然回
转运动，其倾斜角相对于涡轮机的纵轴大约35°到45° ，该倾斜角的大小取决于 涡轮机的,。所述压縮空气在SA燃烧段时，整流叶片会将其、沿涡轮机的纵轴整 流z变直(g卩，压縮空气相对于涡轮机纵轴的倾斜角縮小到O。)。燃烧室内的空气而
后与燃油混合，形成良好燃烧，燃烧后产生的气体一臉沿涡轮机的纵轴继续流动， 进而到达涡轮段。在涡轮段，燃烧气体经由喷嘴再次改变方向，从而形成了回转运 动，其倾斜角相对于涡轮机的纵轴大于70。。这种倾斜角是形成迎角所必不可少的， 因为需要所述迎角来提供机械力，以便带动涡轮段第一级活动轮盘旋转。
流过涡轮机的空气的这种倾斜角分配存在许多缺陷。自然离开压縮段末级的空 气具有一个倾斜角度，这个角度在34°到45°范围内，其在iSA到燃烧段时不断 地被整流(角度回到0° )，然后，在其itA至鹏轮段时再次改变方向，形成大于 70°的倾斜角度。空气在流经涡轮机时，倾斜角的这种不断改变要求压縮段的整流 叶片和涡轮段的喷嘴产生强大的气动力，而这种气动力对涡轮机整体效能是特别有 损害的。
发明内容
本发明通过提出一种涡轮机燃烧室来解决上述问题，输送妾術述燃烧室的空气 可相对于涡轮机纵轴旋转运动。
本发明这一目的可以通过一种燃烧室来实现，所述燃烧室包括
一个围绕纵轴的内环形壁；
一个以纵轴为中心并围绕内环形壁的外环形壁，可与内环形壁相互配合，形 成一个作为燃烧区域的环形空间；
一个横向环形壁，可横向连接内外环形壁的上游纵向端部；
多个燃油喷射系统； 所述燃烧室的特征在于
内环形壁包括了多个内台阶，均匀分布在纵轴的周围，每个内台阶在内环形壁 的两个纵向端部之间纵向延伸并向内环形壁的外部径向伸出，两个相邻内台阶之间 的周围空间形成了一个内腔室；
夕卜环形壁包括了多个外台阶，均匀分布在纵轴周围，每个外台阶在外环形壁的 两个纵向端部之间纵向延伸并向外环开遞的内部径向伸出，两个相邻外台阶之间的 周围空间形成了一个外腔室；
至少部分内腔室和外腔室沿实际圆周共同方向接受来自燃烧室外部的空气，同 时其沿实际径向方向接受燃油输入。
向燃烧区域输送的空气是通过内外腔室在实际圆周方向上提供的。为此，本发 明所提出的燃烧室能够接受可围绕涡轮机纵轴旋转运动的空气。涡轮机压縮段出口 处空气固有倾斜角从而可以通过燃烧室得以保持。这样，高压涡轮喷嘴的气动力设 计可以简化，将气流引向涡轮机轴线所需的气动力也会因此而大大降低。气动力的 这种极大下降有助于涡轮机效能的增加。此外，由于压縮段整流叶片和涡轮段喷嘴 都可以简化，从而减轻了重量，降低了制造成本。
此外，内外腔室一仅在涡轮机空转自时需要供油一的使用可以稳定涡轮机所 有工作转速时的燃烧火焰。
在一个方便的实施方式中，部分内外台阶分另抱括了实际径向的壁，每个径向 壁上设有多个喷气孔口 ，向燃烧室外部和向邻近的内腔室或外腔室打开。
根据本发明的另一个有利实施方式，每个内台阶和外台阶都分别包括了另一个 壁，该壁成横截面形状，该截面实际上呈曲线形状。
还是在另一个有利实施方式中，燃油喷射系统包括弓l燃喷油器，与全油门喷油 器沿圆周交替布置。在这种情况下，全油门喷油器相对于弓燃喷油器在下游形戯由 向偏置。来自弓l燃喷油器的火焰在燃烧室内需要停留的时间比来自全油门喷油器火 焰停留的时间长。
还是在另一个有利实施方式中，燃油喷射系统不包括相关的空气系统(这些系 统通常用来使空气旋转，以便产生再循环，从而稳定燃烧火焰)。 本发明还提供了一种带有上述燃烧室的涡轮机。
下面结合附图进行介绍，本发明的其它特性和优点就会显现出来，附图所示实
施例并不表示本发明仅限于该实施例。
图1为装有根据本发明实施例的燃烧室的航空涡轮机局部纵向剖面图； 图2为图1所示燃烧室的透视图3为图2所示燃烧室的正视图； 二
图4为图3的剖面图，沿IV-IV线剖开。
具体实施例方式
图1为涡轮机的部分示意图，所示为X-X纵轴。涡轮禾几沿该纵轴具体包括一 个压縮段100; —个按流过涡轮机的空气流动方向布置在压縮段100出口处的燃烧
段200;以及一个位于燃烧段200出口处的涡轮段300。喷入涡轮机的空气从而连续 流过压縮段IOO，然后是燃烧段200，最后进入涡轮段300。
压縮段100呈多级活动轮盘102形式，每个活动轮盘上都装有叶片104 (图1 仅示出了压縮段的最后一级)。这些级的叶片104都布置在环形通道106内，空气沿 涡轮机流过该通道，通道截面从上游向下游逐渐减小。这样，当喷入涡轮机的空气 通过压縮段时，便不断地被压縮。
同样，燃烧段200也呈环形通道形式，来自压縮段100的压縮空气经过该通道 后与燃油混合并燃烧。为此，燃烧段包括一个燃烧室202，空气/燃油混合物在此燃 烧(该燃烧室将在下面详细介绍)。
燃烧段200还带有一个涡轮机壳体，由以涡轮机纵轴X-X为中心的外环204和 同轴固定在外环内的内环206构成。这两个内外环204和206之间形成的环形空间 208接收来自涡轮机压縮段100的压縮空气。
涡轮机涡轮段300呈多级活动轮盘302的形式，每个活动轮盘上装有叶片304 (图1只示出了涡轮段的第一级)。这些级上的叶片304都置放在环形通道306内， 来自燃烧段200的气体流过该环形通道306。
在涡轮段300的第一级302的入口处，来自燃烧段的气体需要给出一个相对于 涡轮机纵轴X-X的倾斜角，该角度应足以带动涡轮段的各个级转动。
为此，在燃烧室202的紧下游处和涡轮段300第一级302的紧上游处安装了一 个喷嘴308。喷嘴308由若干个静止径向叶片310组成，相对于涡轮机纵轴X-X倾 斜，可以使得燃烧段200来的气体带有一个倾斜角，该角度是带动涡轮段各个级转 动所必需的。
在传统的涡轮IU:，连续通过压縮段100、燃烧段200和涡轮段300的空气分
配方式如下。来自压縮段100末级102的压縮空气很自然地具有回瓶动，其倾斜 角相对于涡轮机的纵轴X-X大约35°到45° 。燃烧段200的整流叶片210将该倾 斜角恢复到O。。最后，在涡轮段300的入口处，来自燃烧段的气体就通过喷嘴308 的静止叶片310而重新导向，从而向气体赋予一个回转运动，其相对于纵轴X-X的 倾斜角大于70。。
本发明提供了一个燃烧室202的新颖结构，所接受的空气可围绕涡轮机X-X纵 轴旋转运动。采用这样的结构，可以保存来自压縮段末级压縮空气的固有倾斜角， 无需将空气整流成与X-X纵轴相平行。同样，涡轮段300喷嘴308的静止叶片310 也不必再给出如此大的倾斜角，从而形成了为提供机械力而需要的迎角，该机械力 可驱动涡轮段第一级的活动轮盘302转动。
为此，本发明提出的燃烧室202带有一个内环形壁212,该壁以涡轮机的纵轴 X-X为中心，还提供有一个外环形壁214，后者同样以纵轴X-X为中心，并围绕在内 环形壁周围，以便与其配合形成环形空间216，作为燃烧区域，以及一个横向环形 壁218 (称之为燃烧室端壁)，后者将内环形壁和外环形壁的纵端相互连接。
燃烧室的内环形壁212带有若干个内台阶220，均匀分布在纵轴X-X的周围。 每个内台阶220在内环形壁的两个纵端(上游和下游)之间纵向延伸，并向内环形 壁的外部径向延伸。
换言之，内环形壁212内表面的轮廓上带有若干个台阶220，向该环形壁的外 部突出。此外，术语"内腔室"222用5tt示在两个相邻内台阶220之间形成的周 围空间。
同样，燃烧室的外环形壁214包括若干个外台阶224，均匀分布在纵轴X-X的 周围。每个外台阶224在外环开邀的两个纵端之间纵向延伸，并向外环形壁的内部 径向延伸。
与内环形壁的方式相似，外环形壁214的外表面的轮廓上带有若干个台阶224， 向该环形壁的内部突出。此外，术语"外腔室"226用来表示在两个相邻外台阶224 之间形成的周围空间。
还是根据本发明，至少部分内腔室222和至少部分外腔室226沿实际径向方向 接受燃油。
为此，本发明提出的燃烧室202还带有多个燃油喷射系统228，围绕涡轮机的 纵轴X-X分布在内外环形壁212和214上，并按实际上径向的方向向燃烧区域216 打开。
更确切的说，如图2和图3所示，燃油喷射系统228向至少部分内腔室222和 至少部分外腔室226径向打开。
这样，在图2到图4的实施例中，燃油喷射系统228向所有外腔室226和仅向 每隔一个的内腔室222打开。显然，其它的布置形式也是可以的所有的内腔室和
所有的夕卜腔室都输入燃油；仅每隔一个外腔室和所有内腔室都输入燃油，等等。确 定如何选择腔室输入布置形式的原则依赖于飞行航程中每个点燃烧室性能优化情 况。
喷油系统228还可包括弓燃喷油器228a，沿圆周方向与全油门喷油器228b交 错布置。
这样，在图2到图4的实施例中，向外腔室226输送燃油的喷油系统228实际 上包括了交替布置的弓燃喷油器228a和全油门喷油器，向内腔室222输送燃油的喷 油系统228实际上包括全油门喷油器和弓燃喷油器。
传统上，引燃喷油器228a用于点火，同时在涡轮机空车运转期间用于各个级， 而全油门喷油器228b则在起飞、爬升和巡航时j顿。 一般来讲，引燃喷油器链续 供油，而起飞时，喷油器则仅只在大于某个预定,时才会得到供油。
根据本发明的一1^寺别有利特性，燃油喷射系统228并没有相关的空气系统， 诸如空气涡旋装置，后者为了稳定燃烧火焰在燃烧区域内产生回转空气流。
为此，燃烧室的弓燃喷油器和全油门喷油器设计非常简单，而且工作也非常可 靠，因为它们只是发挥其最基本功能，艮卩，喷油功能。此外，弓燃喷油器228a的类 型也可以和全油门喷油器228b相同。
此外，不同于图2到图4所示实施例，全油门喷油器228b在下游处与弓燃喷油 器228a轴向偏置。
还是根据本发明，至少部分内腔室222和至少部分外腔室226输入的空气来自 燃烧室202外部，所有腔室都是沿相同的实际圆周方向受气。
为此，通过相应的内外台阶220和224的实际径向壁232所形成的若干个喷气 孔口 230向内腔室222和外腔室226输送空气。这些喷气孔口 230向燃烧室202的 外部打开，同时也沿实际圆周方向向对应的内腔室或外腔室打开。
这样，按图2到图4所示实施例，通过，喷气孔口可以向所有内腔室222和 所有外腔室226输送空气(g卩，甚至那些不接 料的内腔室)。显然，根据要求， 也可以使用其它的布置形式只有其中部分内腔室和其中部分外腔室接受空气。
应该说明的是，空气沿相同旋转方向(图2和图3所示实施例中的顺时针方向) 沿圆周方向喷入到燃烧区216内，向燃烧室的所有内腔室222和所有夕卜腔室226喷 射空气。此外，用来沿圆周方向喷入这些腔室的空气转动方向与来自涡轮机压縮段 的压缩空气的旋转方向相同。
另外，应该注意的是，向燃烧区域206输送空气只是通过沿圆周方向向部分内 腔室和外腔室打开的喷气孔口 230皿行(极小量的空气也，过多孔口进入到燃 烧区域，所述多孔口是在燃烧室的内环形壁212、外环形壁214壁和横向环形壁218 上形成的，目的是冷却这些壁，这些孔口图中未示)。
最后，就腔室的径向尺寸(即相应台阶的高度)，还是其圆周尺寸来讲，内腔室
和外腔室所接受的燃油都不一定是均匀的，目的是停留时间能根据所述腔室瞎况得 以调整。同样，如图4所示，台阶的高度在沿戶脱壁的整个长度上也不一定是〖亘定 的(即上游端部和下游端部)。此外，进入这些腔室的空气流量也会根据所述腔室情 况而改变。
燃烧室的工作原理如下来自压縮段100并围绕纵轴X-X转动的压縮空气^A 到燃烧段200。空气在燃烧室流动，并在7转卩燃烧室的壁禾呐外环后输入到至少部 分内腔室222和至少部分外腔室226内。该空气通过喷气孔口 230喷入这些腔室内， 沿其进入燃烧室时的旋转方向流动。在输送有空气的部分所述腔室内，空气与由喷 油系统228喷入的燃油混合而燃烧。
下面介绍了本发明所述燃烧室的各种不同的实施例。
在图2和图3所示实施例中，燃烧室的每个内台阶220和每个外台阶224都包 括另一个壁232'(与提f將喷气孔口的壁232相对)，该壁沿实际周向方向延伸， 并提供有一个横截面，该截面实际上呈曲线形式(不同于实际上平面径向壁232)。 该壁的弯曲率可以形成一^I4"面，形成对经由喷气孔口 230喷入腔室空气旋转运动 的补充。显然，也可以设想采用任何其它形状的壁(平面的或曲线形的)。
一般来讲，燃烧室的内腔室和外腔室的数量和几何尺寸会根据要求而不同。同 样瞎况也适用于所述腔室内的喷气孔口的数量、尺寸和位置，另外，也可以是相对 于内外台阶的燃油喷射系统的圆周位置。
最后，如图1到图4所示，燃烧室的每个内环形壁212和外环形壁214可以在
其下游端带有一个环形凸缘，分别为参考号234或236，这些凸缘上提供有若干个 孔口 238，均匀分布在纵轴X-X的周围，用来向涡轮段300输送冷却空气。
权利要求
1. 一种涡轮发动机燃烧室(202)，其包括一个围绕纵轴(X-X)的内环形壁(212)；一个以纵轴为中心并围绕内环形壁的外环形壁(214)，可与内环形壁配合，形成一个作为燃烧区域的环形空间(216)；一个横向环形壁(218)，横向连接内环形壁和外环形壁的上游纵向端部；多个燃油喷射系统(228)；其特征在于内环形壁(212)包括若干个内台阶(220)，均匀分布在纵轴的周围，每个内台阶在内环形壁的两个纵向端部之间纵向延伸，并向内环形壁的外部径向延伸，两个相邻内台阶之间的周围空间形成了一个内腔室(222)；外环形壁(214)包括若干个外台阶(224)，均匀分布在纵轴周围，每个外台阶在外环形壁的两个纵向端部之间纵向延伸，并向外环形壁外部径向延伸，两个相邻外台阶之间的周围空间形成了外腔室(226)；至少部分内腔室和外腔室沿实际上圆周共同方向接受来自燃烧室外部的空气，同时，所述腔室则按实际上径向方向接受燃油输入。
2. 根据权利要求1所述的一种涡轮发动机燃烧室，其f寺征在于，部分内台阶和外台 阶(220和224)分别包括实际径向壁(232)，每个径向壁上带有若干个向燃烧室外 部和向邻近内腔室或外腔室打开的喷气孔口 (230)。
3. 根据权禾腰求2所述的一种涡轮发动机燃烧室，其特征在于，每个内台阶和外台 阶(220和224)都分别包括另一个壁(232')，该壁提供了一种横截面，该截面实际 上呈曲线形。
4. 根据权利要求1到3中任何一项权利要求所述的一种涡轮发动机燃烧室，其特征 在于，燃油喷射系统(228)包括弓燃喷射器(228a)，与全油门喷射器(228b)沿圆周 方向交替布置。
5. 根据权利要求4所述的一种涡轮发动机燃烧室，其特征在于，全油门喷油器(228b) 在下游相对于弓l燃喷射器(228a)轴向偏置。
6. 根据权利要求1到5中任何一项权利要求所述的一种涡轮发动机燃烧室，其特征 在于，燃油喷射系统(228)并不包括相关的空气系统。
7. —种涡轮机，其特征在于，其带有一个根据权利要求1到6中任何一项权禾i傻求 所述的燃烧室(202)。
全文摘要
本发明涉及一种采用螺线气流的涡轮机燃烧室，所述涡轮机燃烧室(202)，其带有一个内环形壁(212)、一个环绕在内环形壁周围以便与其配合形成燃烧区域空间的外环形壁(214)、一个连接内外环形壁的横向壁，和一个燃油喷射系统(228)。内环形壁带有若干个内台阶(220)，每个内台阶向内环形壁的外部径向延伸，两个邻近内台阶之间的周围空间形成了内腔室(222)。外环形壁带有若干个外台阶(224)，每个外台阶向外环形壁的内部径向延伸，两个邻近内台阶之间的周围空间形成了外腔室(226)。至少部分内腔室和外腔室沿圆周的共同方向接受来自燃烧室外部的空气，同时沿径向方向接受燃油输入。
文档编号F23R3/58GK101382297SQ20081013557
公开日2009年3月11日 申请日期2008年9月5日 优先权日2007年9月5日
发明者罗曼·尼古拉斯·卢纳尔, 迈克尔·皮埃尔·卡泽兰斯 申请人:斯奈克玛