用于涡轮发动机的燃烧室的包括具有会聚内截面的环形壁的喷射系统的制作方法
【专利说明】用于涡轮发动机的燃烧室的包括具有会聚内截面的环形壁的喷射系统
技术领域
[0001]本发明涉及涡轮发动机燃烧室领域，更具体地，涉及在这些燃烧室中的空气和燃料喷射系统的领域。
[0002]本发明适用于任何类型的陆地或航空涡轮发动机，尤其涉及飞机涡轮发动机，如涡轮喷气机和涡轮螺旋桨。
[0003]更准确地，本发明涉及一种双燃料喷射回路喷射系统，其包括经常称为先导喷射器的中央喷射器，输出用于低转速(low regime)和周边环形喷射器(还称为主喷射器)的优化永久燃料流，所述周边环形喷射器输出针对高转速优化的间歇燃料流，该周边喷射器例如是目前被称为多点喷射的类型。
[0004]这些喷射系统被开发来使燃烧室以低燃料含量的空气和燃料混合物进行操作(目前称为分级稀薄燃烧燃烧室)，更通常地用于使得空气和燃料喷射适应燃烧室的不同操作转速，以减少其燃料消耗和诸如氮氧化物和废气的污染物的排放，并满足高功率产生的污染排放物的监管标准。
【背景技术】
[0005]上述类型的喷射系统已经为现有技术中所知晓，具体公开于法国专利申请FR 2958 015 Al 中。
[0006]图1示出用于涡轮发动机的环形稀薄燃烧室10的一个示例。环形燃烧室10通常包括两个环形壁，内壁12和外壁14界定环形燃烧室并在上游端连接至室圆顶环形壁16，并且在下游端分别连接至涡轮发动机的外壳18和内壳20，内壳被连接到扩散器22，所述扩散器22布置在燃烧室10的上游，并使得来自涡轮发动机(图1中未示出)的压缩机的压缩空气以公知的方式扩散进入该燃烧室中。
[0007]该室圆顶16通常包括绕燃烧室的轴线均匀分布的孔，空气和燃料喷射系统24被安装在燃烧室中，各空气和燃料喷射系统在燃烧室10中产生火焰。
[0008]在图1中所示的燃烧室10的喷射系统24是包括中央喷射器和周边环形喷射器的类型，中央喷射器也称为先导喷射器，周边环形喷射器也称为主喷射器，在这种情况下，周边环形喷射器是多点类型。
[0009]如在图2(是图1所示的喷射系统24的较大尺寸的视图)中更具体地示出的，中央燃料喷射器26由开口至系统的中心轴线28的喷嘴构成，所述中心轴线28大致形成构成喷射系统24的旋转零件的对称轴线。
[0010]该中央喷射器26通常与两个空气入口通道相连，所述空气入口通道包括内通道29和外环形通道30，中央喷射器26开口至所述内通道29，使得由该中央喷射器26喷射的燃料可以立即与进入该通道空气入口相混合，所述外环形通道30在下游端开口至喷射系统24，以便随后使得空气与燃料的混合物富含空气。
[0011]斜翅片32和34通常穿过上述两个空气入口通道29和30，以便在喷射系统24中在穿过其中的气流中产生绕中心轴线28的涡旋运动，以促进喷射系统中的空气和燃料混合物的均匀化。
[0012]上述两个入口通道29和30的每一个因而通常被称为涡旋器，并且其通常分别由环形壁36或38使用内会聚发散轮廓(有时也被称为文丘里管)在外部零件上界定，所述内会聚发散轮廓特别设计为:通过在靠近燃料喷射器的鼻部的下游端引起加速流动来防止火焰返回到喷射系统24。
[0013]在图2中示出的示例中，两个空气入口通道29和30和界定它们的环形壁36和38大致沿着喷射系统的轴线28延伸。
[0014]中央燃料喷射器26通常是由导管40供给，所述导管40被部分地容纳在由燃烧室10的外壳18支撑的臂42中(参见图1)。
[0015]此外，周边或多点燃料喷射器43由呈环形的一行燃料喷孔44构成，所述呈环形的行例如可以形成在界定外环形通道30(见图2)的壁38的锥形上游部分46中。
[0016]周边喷射器43的燃料喷孔44与环形分布腔48连通，通过部分形成在臂42中的导管50对所述环形分布腔48进行燃料供给，而这些燃料喷孔44向上开口到周边环形通道52，在所述环形通道52中，具有环形空间53，用于空气流的进入，所述空气流在所述通道52中与从周边喷射器43输出的燃料混合。
[0017]斜翅片54穿过上述环形空气入口空间53，以在穿过其中的空气流中强制形成绕喷射系统24的中心轴线28的涡旋运动。
[0018]周边环形通道52由环形壁38界定其内表面，由碗状件56和支承装置58界定其外表面，所述碗状件56朝下游方向向外成锥形，所述支承装置58可以用于将喷射系统24安装在燃烧室10的圆顶16中。
[0019]在图1和2中示出的示例中，环形空气入口空间53为锥形形状，并且由环形壁38的锥形部分46在内侧界定，以露出径向向外的开口。
[0020]在操作期间，燃料通过周边喷射器43燃料喷射口 44进入周边环形通道52，该燃料然后与通道52中的循环的空气流混合，这有利于该燃料的雾化，换言之，将该燃料以细液滴的形式喷射。
[0021]通常，在喷射系统包括两个燃料喷射回路。例如，如上述所描述的喷射系统24，中央喷射器或先导喷射器26输出在燃烧室的所有操作转速都相当恒定的并且对低转速优化的燃料流，而周边或主要喷射器43输出高转速的大燃料流(其对该类型的转速优化)，不输出任何低转速的燃料。因此，能够具有如图1示出的两种类型的涡旋燃烧区；由于低的空气流，先导燃烧区P产生富含燃料的火焰，由于高空气流，多点燃烧区式产生燃料贫乏的火焰。
[0022]然而，配备有上述类型的喷射系统燃烧室在低转速具有相对高的某种污染物排放水平，例如，如一氧化碳或烃。
[0023]污染物排放水平取决于这些燃烧室中燃料燃烧的质量，特别是取决于来自喷射系统的喷射器的燃料的雾化和蒸发的质量，并取决于是否存在在燃烧室中控制空气和燃料混合的再循环区。
[0024]更具体地，在此考虑在低转速的污染物排放的情况。在低转速区，由于操作原理，在多点燃烧区M中的火焰不存在，仅在先导燃烧区P中存在火焰。因而，如图1所示，比较大的燃料液滴60通过离心力随着高的空气流相当快地从中央燃料喷射器26向多点燃烧区M运送，这导致不良燃烧，这是因为未消耗的燃料随着高空气流到达多点燃烧区M时化学反应冻结，并因此导致污染物在低转速区排放。参考图1，当燃料到达先导燃烧区P和多点燃烧区M之间的界面时，化学反应的冻结开始。而且，如图1所示，燃料从中央燃料喷射器26沿空气流的方向喷射，这大大降低了液滴60的雾化和蒸发的程度。
[0025]化学反应的冻结和沿空气流的方向喷射燃料是可以在低转速减小燃烧室内的燃烧质量、因而可以增加对环境有害的物质的排放的两种现象。
[0026]因此，需要能够保持足够稳定及湍流的先导燃烧区P，而不过度的相互渗透到多点燃烧区M。具体地，来自中央燃料喷射器26的液滴60不能被快速地离心到环形壁38 (见图1)，以在先导燃烧区P和多点燃烧区M.中的流的剪切带中形成雾化燃料膜。此外，不同于图1中的结构，先导燃烧区P中的燃料分布必须不干扰多点燃烧区M。在图1所示的根据现有技术的情形中，当只有中央喷射器26在低转速输出燃料时，该化学反应很快由多点燃烧区M的尚空气留冻结。
[0027]通常，对低转速期望改进先导燃烧区中的燃料分布和改进来自具有双燃料喷射回路的喷射系统中的先导燃料喷射器的雾化和蒸发，以进一步降低对环境有害的的物质(如氮氧化物，一氧化碳和烃)的排放水平。
[0028]文件WO 01/51787 Al，US 5833141和US 6543235 BI也公开了多种现有技术的实施方式。
【发明内容】
[0029]本发明的目的是至少部分地满足上述需求，克服现有技术的实施方式的缺点。
[0030]本发明的目的特别在于:改进对先导燃烧区和多点燃烧区域之间的干扰的控制，以具有显著不同于多点燃烧区的先导燃烧区，并仅在低操作转速获得来自先导喷射器的燃料的雾化和蒸发。
[0031]根据其一个方面，本发明的目的因而是一种用于涡轮发动机的燃烧室的圆顶的空气和燃料喷射系统，包括:
[0032]-至少两个燃料喷射装置，包括中央喷射器和周边环形喷射器，所述周边环形喷射器绕所述中央喷射器设置，和
[0033]-内环形空气入口通道以及至少一个外环形空气入口通道，所述中央喷射器开口至所述内环形空气入口通道以