[发明专利]用于涡轮发动机的环形燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及一种如涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的涡轮发动机的环形燃烧室。

背景技术

在已知方式当中，涡轮发动机的环形燃烧室接收来自高压压缩机的上游气流，并向下游输送热气流，以驱动高压及低压涡轮的转子。

环形燃烧室包含两个同轴壁，所述同轴壁形成回转表面，所述回转表面一个在另一个内延伸，并在它们的上游末端通过环形室端壁连接在一起。该室端壁具有在内外同轴壁之间安装燃料喷射系统的开口。

每个喷射系统均包括对燃料喷射器的头部以及位于燃料喷射器头部下游位置同一轴线上的至少一个旋流器提供支撑的装置，其中该旋流器从燃料喷射位置向下游输送旋转气流，以形成将在燃烧室燃烧的空气和燃料的混合物。

喷射系统的旋流器充斥着来自环形扩散器的空气，该环形扩散器安装于高压压缩机出口处，而高压压缩机则位于燃烧室的上游。

各旋流器向下游引至混合器碗内部，该混合器碗具有大体为截头圆锥形的下游壁，该下游壁向下游张开，并包含围绕所述碗的轴均匀分布的一排喷气孔。

该燃烧室的外同轴壁具有环形分布的一排主稀释孔以及通向燃烧室内部并位于主稀释孔下游的至少一个火花塞。

运行时，离开高压压缩机的空气流入各个喷射系统内部。空气/燃料混合物则从各个喷射系统中喷射出，以形成一片大体上呈截头圆锥形，并向下游张开的空气和燃料混合物。该片的孔径角为混合器碗的截头圆锥形壁的孔径角以及所述截头圆锥形壁中形成的喷气孔尺寸的函数。因此，混合器壁中孔的直径越大，则通过每个孔的气流量越大，而空气/燃料混合片张开的程度则越小。

主稀释孔用于稳定燃烧室末端的燃烧火焰。通过对空气/燃料混合物的稀释，它们可防止燃烧火焰分离开并穿越到高压涡轮机中，并由于在其上形成热点而损坏例如定子叶片这样的部件。

在实践中，喷射系统设置为对于各个喷射系统，从稀释孔上游开始，空气/燃料混合片与两个邻近喷射系统的燃料片沿周边交叉。这确保在稀释之前，喷射系统之间的空气/燃料混合物的周边连续性，从而起到保证火花塞所点燃的火焰能够围绕燃烧室周边蔓延开来的作用。

在某些配置中，特别是在所称的会聚燃烧室中，其内、外同轴壁为截面锥头朝下的截头圆锥形壁，或当喷射系统数量少时，邻近喷射系统的周边节距较大。其结果是，从邻近喷射系统喷射出的成片燃料不再向上与主稀释孔沿周边交叉，从而导致火焰在喷射器之间呈周边蔓延出现困难，进而降低了燃烧室的性能。

为减轻该缺点，不希望增加喷射器的数量，因为这可使涡轮发动机变得更重。增加燃料片的孔径角也不会令人满意，因为这样会导致向内外同轴壁投射大量的燃料，在内外同轴壁上形成高热点。

发明内容

此发明的一个具体目的是为以上问题提供简单、经济而又有效的解决方案，使之能够避免之前工艺的缺陷。

为此目的，该发明提供了一个由两同轴壁形成的回转表面所构成的环形燃烧室，该两同轴壁分别为内壁和外壁，所述同轴壁在它们的上游末端通过一环形室端壁连接在一起，所述环形室端壁具有安装喷射系统的开口，每个包含至少一个旋流器，用以从燃料喷射器向下游产生旋转气流，以及一个位于旋流器下游，并大体具有截头圆锥形壁的碗，与呈环形的一排喷气孔共同形成，用以产生出大体呈截头圆锥形的，空气和燃料混合物的旋转片，外壁具有呈环形布置的一排主稀释孔，该燃烧室的特征在于，所述碗的孔的分布及尺寸使得至少一些空气/燃料混合物的片具有放大部分与主稀释孔上游的相邻燃料片沿周边相交的至少一个局部放大部分。

本发明使得可在保持燃料片的相同孔径角的同时，修改一些碗状，以形成这些碗各自燃料片的燃料局部放大部分，这样的局部放大部分与主稀释孔上游的相邻喷射系统的空气/燃料混合物片沿周边相交。

这样，可以在通过主稀释孔吸入空气之前保证空气/燃料混合物的周边连续性，从而确保在不增加额外喷射器的情况下，燃烧火焰可沿周边良好地蔓延。

在该发明的第一实施例中，碗上的孔有规则地围绕碗的轴分布，一些碗中的一些孔的直径比所述碗其他孔的直径小，较小直径的孔在预定尺寸和角位置的角区部形成，以形成燃料片的一局部放大部分。

分布于一些碗的给定区部的较小直径的孔使得可降低通过这些孔的空气流速。因此，从这些孔中泻出的空气对来自于上游旋流器的空气/燃料混合物具有较小冲击，由此导致空气/燃料混合物喷射角的局部增大，并形成燃料片的局部放大部分。

根据本发明的另一特征，各上述碗的上述角区部的孔的直径比该碗其他孔的直径至少小40%。