[发明专利]将燃料喷入燃气涡轮发动机燃烧室的方法和实施这个方法的喷射系统

说明书

技术领域

本发明涉及向燃气涡轮发动机（涡轮轴发动机，涡轮喷气发动机辅助动力装置(APU)）燃烧室喷射燃料的方法，为的是消除（或者至少限制）燃烧不稳定性。本发明还涉及适合执行该方法的一种喷射系统。

背景技术

在燃气涡轮发动机（诸如涡轮轴发动机）燃烧室中，安装在壳体上的喷料器，提供的燃料在空气/燃料混合器（通常称之为旋流器）内与空气混合，旋流器分布在燃烧室的基部上。空气来自燃气涡轮的压缩机的最后一级，其中部分空气经由该旋流器而被引入燃烧室。燃料经由在集管端部形成的孔眼而引入喷料器中。空气和燃料在旋流器内混合，然后在燃烧室内燃烧，从而产生燃气。这些燃气的热能通过涡轮转换为机械功和/或经由喷管而转换成推力，从而可以确保飞机的推进或提供机械动力给陆用或海洋设施。

在设计涡轮轴发动机，特别是其燃烧室时，相当大的风险（这在发动机首次转动前是无法排除的）是在发动机运行范围内燃烧室内存在的燃烧不稳定性。当燃烧室内燃烧波动与位于其中的物理现象（固有的声振动方式、机械振动、燃料供应不稳定性等）产生共振时，就会产生不稳定性。然后，这些不稳定性产生称之为异步的振动，因为它们与发动机转速并不直接相关。当固有声方式和与燃烧相关的热释放波动之间出现共振时，这种情况称之为热声耦合，会引起燃烧不稳定。

更广泛的是，燃烧不稳定性会引起振动，该振动会潜在地损坏燃烧室结构，或者，甚至会损坏发动机结构，影响到发动机的合格认证。

当燃烧不稳定性的存在显而易见时，传统的解决办法是，根据影响程度，重新设计燃烧室和/或喷射系统。这种解决方案成本很高，会引起新设备的显著推迟，因此影响合格性认证。

专利文件US4831700披露了解决涡轮燃烧不稳定的装置，该装置包括安装在喷射器肩部的环形阀。为此，形成内部空气室。该阀带有凸出头部，从而控制来自喷料器肩部形成的孔口的燃料流向燃料出口附近。这种结构复杂，而且基于该阀门孔口的变化情况，这可消除燃料流的中断或脉动现象。然而，如果这种装置可降低与燃料流动不均匀性相关的燃烧不稳定性，但不可能解决这种燃烧不稳定性问题。

专利文件EP1413830也披露了一种基于带有锥形端部的空气分配器的布局形式，所述分配器位于燃料喷射器和空气旋流器之间。空气分配器将气流分成两个同心流，为的是在燃烧室内产生一个双向循环区。处于上述相同原因，这个解决方案不能消除燃烧不稳定性。

发明内容

本发明涉及通过提出沿特定轴线喷射燃料来降低（或甚至消除）燃烧不稳定性，所述特定轴线在旋流器内引起燃料流不再是完全循环对称的。

更确切地说，本发明涉及通过空气/燃料混合器系统将燃料喷入燃气涡轮发动机燃烧室内的方法，所述混合器系统带有循环对称几何轴线。严格地来讲，按照这种方法，燃料的喷射会在混合器系统内沿平行于该系统中央轴线的轴线进行，即与中央轴线分开的轴线。那么，一般认为，喷射轴线相对于混合器轴线而偏心。在这些情况下，在不进行燃料轴向对称喷射时，燃烧火焰不再共振，从而消除燃烧不稳定性或降至可接受水平。

根据具体实施例：

-布置在壳体内的燃烧室相对于壳体有角度地偏置，与壳体成一体的喷射器喷射燃料，混合器系统结合到燃烧室上；和/或

-喷射在混合器系统内成偏心：特别是，当混合器系统在燃烧室上带有一个或多个自由度时实施这种方式。

同样，本发明涉及到一种装有壳体的涡轮燃烧室的空气/燃料混合器系统，以保护燃烧室，这个系统适合实施上述方法。该系统包括至少一个压缩空气进气旋流器，和装有喷射头的燃料喷射器；旋流器带有对称中央轴线，燃料喷射器带有其自身的对称轴线。每个喷射器借助于导向装置（具体为，安装在与旋流器成一体的保持环内的凸缘箍圈）安装在对应的旋流器内，以便喷射头的对称轴线相对于旋流器中央对称轴线而成偏心。

根据具体实施例：

-使得旋流器与燃烧室成为一体和使得喷射器与壳体成为一体的装置，以及将燃烧室偏心固定到壳体上的装置能够有角度地相对于壳体而偏置燃烧室，以便喷射器相对于相应的旋流器而轴向偏置。

-每个喷射器具有对称的主轴线和带有中央燃料循环通道的喷射头，所述循环通道相对于旋流器的主轴线而轴线偏心。

-有利的是，喷射头为截头圆锥形，可以相对于喷射器主体偏心安装，喷射头通道轴线为喷射头的对称轴线。

附图说明

参照附图，通过阅读如下详细实施例，本发明的其它特性和优点会更清楚，附图分别如下：