[发明专利]燃气涡轮发动机的环形燃烧器

说明书

本发明属于一种驱动飞机用的燃气涡轮发动机，具体说就是有关该机的环形燃烧器。

为了不断提高飞机性能，飞机燃气轮机行业付出了极大的努力，试图提高发动机的推重比。提高燃烧室温度可以产生大推力，缩短燃烧器长度可以减轻重量。有一种具有高温升而又不破坏火焰稳定性的推进装置，采用的是双环形燃烧室。美国专利申请US4，194，358号。然而，当双环形燃烧室燃烧温度提高时，又产生了拱顶高度和燃烧器表面积增加的问题，它会增加发动机的重量。

在双环形和常规单环形燃烧室中，限制燃烧器单位容积热量释放率的主要因素是燃料与空气的混合率。位于燃烧室拱顶的燃油喷射器/空气涡旋喷嘴是一种非常有效的混合装置，但在临近涡旋喷嘴的地方存在着混合相对不充分的区域，因此释放的热量低。由于燃烧器内部不均匀的剧烈燃烧，所以需要在燃气进入涡轮处之前设置一个长一些的燃烧室，以确保燃烧完全。

涡旋的旋向可以改善单环或双环形燃烧室中剧燃烧的均匀性，但是由于会影响燃烧器的寿命，通常不用这种方法。如果使相邻涡旋喷嘴具有交替变化的旋向，（如第一喷嘴是右旋的，第二个左旋，第三个又右旋，等等，）那么每个涡旋喷嘴周围的燃料空气混合气的流动方向总与相邻涡旋喷嘴流动方向相同。这样，两个涡旋喷嘴相互增强，提高它们之间的混合率及燃烧率。然而，由于需要避免高温损坏燃烧室的衬套，因此所有涡旋喷嘴以一定半径排列的燃烧器上，或是涡旋喷嘴插入壁内。分为两排的双环形燃烧器，它们所有的涡旋喷嘴通常具有相同的涡旋旋向。由于涡旋旋向相同，涡旋喷嘴周围的燃气流向便与相邻喷嘴边缘的旋向相反，从而防止由任何一个喷嘴喷出的炽热燃气冲击燃烧器壁。一般涡旋旋向的侧边效应是由涡旋喷嘴的弱燃烧区造成的。

美国专利申请US-A-3000183提供了一种具有两排燃油喷嘴的单个环形燃烧器。在该燃烧器中，一排中的每个燃油喷嘴与另一排的一个燃油喷嘴径向排成一行，并且在一个具体的实施方案中，一排中的燃油喷嘴的涡旋方向是相同的，但与另一排中的燃油喷嘴的涡旋方向相反。这造成一排中相邻燃油喷嘴的涡旋干扰和一对径向排成一行的燃油喷嘴之间的涡旋增强。

德国专利申请DE-A-2223093公开了一种具有多排燃油喷嘴的燃烧器，它是以在其下游端具有板形构件的半圆杯的形式形成的。该板形构件相互间隔将喷嘴限定在其之间，从而加速压缩机气体从中流过并流入燃烧区。该气体在每个板形构件的环形周围形成一个涡旋。在一个具体的实施方案中，相邻排的板形构件环形间隔排列而将相邻板形构件周围的涡旋间的边界层降至最小。

本发明的目的是提供一种燃气涡轮发动机的改进的环形燃烧器，它提高了燃烧强度，从而在提高发动机燃烧室温度和总推重比的同时，能够使燃烧器的尺寸减小、重量减轻。

为了达到这个目的，本发明提供了一种燃气涡轮发动机的改进的环形燃烧器，具有一个轴向延伸的外环形壁和一个轴向延伸并与所述外壁同轴安置的内环形壁，两者之间限定了一个燃烧室，一个将所述内壁与外壁在前端相互连接的拱顶，用以封闭所述燃烧室的前端，许多安置在所述拱顶上的带有空气涡旋装置的燃油喷嘴，所述燃油喷嘴各以一个较小的半径和一个较大的半径排成两排，如此安置所述空气涡旋装置，使得每排的每个空气涡旋装置中的空气涡旋转向是同一方向的，而在较大半径排中的每个空气涡旋装置的转向与较小半径排中的每个空气涡旋的转向相反，所述多个燃油喷嘴的三个相邻的燃油喷嘴包括两个来自较大半径排或较小半径排的相邻的燃油喷嘴以及一个来自较小半径排或较大半径排的燃油喷嘴，这三个相邻的燃油喷嘴如此排列在一起，使得通过这三个相邻的燃油喷嘴的中心的虚线构成一个三角形，其特征在于，在一排中的每个燃油喷嘴环形位于另一排的两个相邻的燃油喷嘴之间并且与它们间隔相等，使得在一排中的每个所述燃油喷嘴喷出的燃油/空气与在另一排中的两个相邻的燃油喷嘴喷出的物料互相配合，从而在所述环形燃烧室的前端形成一个增强的燃油/空气涡旋形式，以稳定燃烧。

由每个所述燃油喷嘴放出的空气涡旋增强了由构成三角形的两个相邻的涡旋气流引起的涡旋，而不会使增强的涡旋、热燃烧产物冲击燃烧器衬套的壁。

下文的描述以及附图，更加清楚地表示了本发明的上述和其它一些特征及优点等。

图1a是现有技术中典型的燃烧器拱顶及燃油喷射器的位置简图。

图1b是图1a中燃烧器的简图，显示了强燃烧区和弱燃烧区。

图1c是图1a的放大视图，显示了两个相邻的燃油喷嘴。

图2a是本发明燃烧器的拱顶及燃油喷射器三角形配置的简图。