包括改進的燃料供給回路的渦輪機燃燒組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及渦輪機領(lǐng)域，并且更具體地，涉及渦輪機燃燒組件領(lǐng)域，所述渦輪機燃燒組件包括燃燒室和專用于起動及供給燃料至燃燒室的多個噴射器。
【背景技術(shù)】
[0002]參照圖1，渦輪機I通常包括燃燒室10和容置在外殼30中的分配器20，燃燒室通過軸對稱的外壁14以及內(nèi)壁12界定，外壁14和內(nèi)壁12彼此相套地延伸并通過環(huán)形燃燒室端壁16連接。
[0003]外殼還具有內(nèi)壁32和外壁31，燃燒室的內(nèi)壁12和外壁14分別緊固至內(nèi)壁32和外壁31。
[0004]空氣和燃料的混合物通過多個噴射器噴射到燃燒室中，混合物燃燒以產(chǎn)生推進渦輪機需要的能量。
[0005]多種類型的噴射器定位在燃燒室中，包括起動噴射器17，起動噴射器17形成包括至少一個火花塞的點火系統(tǒng)的一部分。點火系統(tǒng)使得能夠點燃空氣燃料混合物，引發(fā)燃燒并使得燃燒傳播到主噴射器。起動噴射器通常通過形成在燃燒室的外壁中的開口通入燃燒室。
[0006]為了表示噴射器的特征，使用被稱為流量數(shù)值(FN)的參量，流量數(shù)值(FN)等于噴射器的流速(L/h)除以噴射混合物在噴射器的入口與出口的壓力之間的壓差(巴)的平方根。
[0007]對于給定的渦輪機，起動噴射器的流量數(shù)值小于主噴射器的流量數(shù)值。渦輪機的主噴射器的流量數(shù)值通常為同一機器的起動噴射器的流量數(shù)值的3至10倍。
[0008]起動噴射器的流量數(shù)值通常在I與4之間，優(yōu)選地在1.5與2之間，然而，主噴射器的流量數(shù)值通常大于4，例如在5與15之間，有利地在7與12之間。
[0009]流量數(shù)值的差導(dǎo)致噴射器的功能差異:燃燒室中通過起動噴射器引燃需要少量的燃料，而燃燒室中通過主噴射器延續(xù)燃燒以便供給渦輪機動力則需要高得多的流速。當(dāng)然，主噴射器或起動噴射器的FN值取決于發(fā)動機的功率和熱力循環(huán)。
[0010]在所謂的“桿”式燃燒室中，每個主噴射器通到預(yù)蒸發(fā)桿19，預(yù)蒸發(fā)桿19包括配備有兩個通到燃燒室中的排氣口的管道。
[0011]在操作期間，起動噴射器通過使用火花塞對燃料點火來引發(fā)燃燒，并由此加熱預(yù)蒸發(fā)桿。
[0012]隨后主噴射器被供給燃料以通過向桿中噴射燃料來延續(xù)燃燒室內(nèi)的燃燒。在該步驟期間，停止向起動噴射器供給燃料并且起動噴射器排泄以避免積炭，積炭可能引起起動噴射器堵塞。
[0013]圖2a和圖2b表示燃料供給回路，燃料供給回路能夠分別在燃燒室的點火階段(此時向起動噴射器供給燃料)以及在所述噴射器的排泄階段實施燃燒循環(huán)。
[0014]燃料供給回路40包括用于起動噴射器的供給管道43、用于主噴射器18的燃料供給管道44以及燃料分配管道42，燃料分配管道42與燃料供給管道流體連通并適用于向燃料供給管道供給燃料。
[0015]該回路還具有用于使起動噴射器向大氣排泄的回路46，回路46通過起動電磁閥47控制，當(dāng)起動電磁閥如圖2B所示致動時切斷分配管道42與用于起動噴射器的供給管道43之間流體連通。
[0016]燃料供給回路40還包括等級閥(level valve) 45，等級閥45適于在主噴射器的燃料供給管道44的與起動噴射器的燃料供給管道的連接點下游的燃料管道中的壓力小于預(yù)定閾值時切斷主噴射器的燃料供給管道44與回路的其余部分之間的流體連通。因此，在采取點火以增加電動機速度后，閥45根據(jù)分配回路的壓力隨著噴射到燃燒室中的燃料流速的增加而增加被打開。
[0017]最后，燃燒室具有在速度急劇減小的情況下的防熄火功能，以避免當(dāng)渦輪機處于起動后的速度時必須對燃燒室重新點火。
[0018]該防熄火功能通過使用有利主噴射器180得到確保，有利主噴射器180在供給回路中的燃料壓力太低的情況下為主要動力噴射器。為達到此目的，在有利噴射器的供給回路49與其他噴射器的供給管道44之間設(shè)置分配閥48以在流速減小的情況下切斷與供給管道44的流體連通。
[0019]因此，由于供給回路包括大量部件，供給回路為生產(chǎn)成本高的復(fù)雜組件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明的目的為通過提供一種包括簡化燃料供給回路的渦輪機燃燒組件以解決上述問題。
[0021]鑒于此，本發(fā)明提供一種渦輪機燃燒組件，該渦輪機燃燒組件包括:
[0022]燃燒室，
[0023]-至少一個起動噴射器，適于在燃燒室內(nèi)引發(fā)燃燒，
[0024]-多個主噴射器，圍繞所述燃燒室的圓周以恒定環(huán)形間隔分布，所述多個主噴射器設(shè)計成當(dāng)燃燒已經(jīng)被引發(fā)時向燃燒室供給燃料，以及
[0025]-用于噴射器的燃料供給回路，
[0026]其中，燃燒室由兩個軸對稱的外壁和內(nèi)壁界定，外壁與內(nèi)壁彼此相套地延伸并通過環(huán)形燃燒室端壁連接，燃燒組件的特征在于，燃料供給回路設(shè)計成向至少一個起動噴射器持續(xù)供給燃料，使得噴射器在引發(fā)燃燒期間以及已經(jīng)引發(fā)燃燒后將燃料供給到所述燃燒室期間都被供給燃料，
[0027]每個被持續(xù)供給的起動噴射器定向成朝向燃燒室端壁并配置成噴散在第一方向上具有120°與180°之間的張角的燃料噴霧，以及
[0028]由之間定位有起動噴射器的主噴射器噴射的燃料流速與由其他主噴射器噴射的燃料流速相比被減小，
[0029]每個起動噴射器以距兩個相鄰主噴射器相等的距離的方式定位在所述兩個相鄰主噴射器之間。
[0030]有利地，但可選的是，根據(jù)本發(fā)明的燃燒組件還可以具有以下特征中的至少一者:
[0031]-供給回路設(shè)計成持續(xù)供給所有起動噴射器。
[0032]-對于之間定位有各個起動噴射器的主噴射器而言，流速除以燃料混合物在噴射器的入口處與出口處的壓力之間的壓差的平方根的比率小于其他主噴射器的所述比率。
[0033]-每個被持續(xù)供給的起動噴射器配置成噴散在垂直于第一方向的第二維度上具有15°與35°之間的張角的噴霧。
[0034]-燃燒室為具有空氣動力學(xué)或航空動力學(xué)噴射器類型的燃燒室。
[0035]-燃燒室為預(yù)蒸發(fā)桿類型的，每個預(yù)蒸發(fā)桿的形狀設(shè)定成使得由主噴射器噴射的燃料成指向燃燒室端壁。
[0036]-燃燒室包括:
[0037]〇在燃燒室的內(nèi)壁上的多個進氣開口，以及
[0038]〇在燃燒室的外壁上的多個所謂的稀釋開口，
[0039]其中，所述開口的數(shù)目和直徑設(shè)計成對進入燃燒室的空氣進行分配并在所述燃燒室內(nèi)保持溫度場的均勻性。
[0040]-燃燒室為逆流燃燒室。
[0041]-燃料供給回路包括:
[0042]〇用于起動噴射器的供給管道，
[0043]〇用于主噴射器的供給管道，以及
[0044]〇燃料分配管道，燃料分配管道與供給管道流體連通并設(shè)計成向所述管道供給燃料，
[0045]供給回路還包括分配系統(tǒng)，分配系統(tǒng)設(shè)計成當(dāng)分配管道中的燃料壓力小于預(yù)定閾值時切斷燃料分配管道與主噴射器的供給管道之間的流體連通。
[0046]-分配系統(tǒng)還設(shè)計成在具有減小流速的主噴射器與其他主噴射器之間分配燃料流速。
[0047]由于向起動噴射器的持續(xù)燃料供給，因此，燃料供給回路不在需要包含排出回路。
[0048]另外，向起動噴射器持續(xù)供給燃料使得即使在供給至主噴射器的燃料的流速急劇下降的情況下(例如，在渦輪機速度減小的情況下)也能夠保持燃燒室被點燃。因此消除了有利噴射器作用和用于此目的設(shè)置的燃料供給回路的更改。
[0049]此外，更改由起動噴射器噴散的燃料噴霧且相比于其他主噴射器減小與起動噴射器相鄰的主噴射器的流速使得能夠保持燃燒室中的燃料均勻性，因此，維護了燃燒室下游處部件的壽命。
【附圖說明】
[0050]參照附圖，本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點根據(jù)以下單純示例性且并非限制性的描述將變得顯而易見。
[0051]-圖1已描述，表示現(xiàn)有技術(shù)的渦輪機的軸向截面視圖。
[0052]-圖2a和圖2b也已描述，表示現(xiàn)有技術(shù)的渦輪機的噴射器的分別處于供給起動噴射器的階段以及處于排泄所述噴射器的階段的期間的燃料供給回路。
[0053]-圖3a表示包括預(yù)蒸發(fā)桿形式的燃燒室的渦輪機的部分截面圖。
[0054]-圖3b表示包括空氣動力或航空動力的噴射器的燃燒室的渦輪機的部分截面圖。
[0055]-圖4表示用于渦輪機的噴射器的燃料供給回路。
[0056]-圖5表不禍輪機的截面圖。
[0057]-圖6表示渦輪機的燃燒室的局部立體圖。
【具體實施方式】
[0058]參照圖3a和圖3b，表示渦輪機燃燒組件I，渦輪機燃燒組件I包括燃燒室10和外殼30 (在圖3b中表示)，燃燒室10通過兩個軸對稱的外壁14以及內(nèi)壁12界定，外壁14和內(nèi)壁12彼此相套地延伸并通過環(huán)形燃燒室端壁16連接。
[0059]外殼還包括外壁31 (在圖3b中表不)和內(nèi)壁(未在圖3b中表不)，燃燒室的內(nèi)壁12和外壁14相應(yīng)地緊固至外壁31和該內(nèi)壁。
[0060]渦輪機I還包括多個燃料噴射器，包括至少一個起動噴射器17 (優(yōu)選地，至少兩個起動噴射器17)，以及多個主噴射器18 (優(yōu)選地，至少三個主噴射器18)，例如八個主噴射器。
[0061]點火系統(tǒng)包括至少一個起動噴射器17和兩個火花塞(未示出)，火花塞適用于將噴射器17輸送的燃料噴霧點燃，因而在燃燒室內(nèi)引發(fā)燃燒。
[0062]根據(jù)圖3a所示渦輪機的第一實施方式，燃燒室為預(yù)蒸發(fā)桿類型的，其中，每個主噴射器18通到預(yù)蒸發(fā)桿19中，預(yù)蒸發(fā)桿19本身在燃燒室內(nèi)敞開。每個預(yù)蒸發(fā)桿包括經(jīng)由兩個開口通到燃燒室中的管道。
[0063]預(yù)蒸發(fā)桿19通過形成在燃燒室10的外壁14中或燃燒室端壁16中的開口進入燃燒室，并具有T形截面，T形截面的端部朝向燃燒室端壁彎曲。
[0064]根據(jù)圖3b所示的渦輪機的第二實施方式，主噴射器18為空氣動力或航空動力類型的，并通過形成在燃燒室端壁16中的開口直接進入燃燒室10中。
[0065]有利地，燃燒室為逆流類型的。
[0066]渦輪機I還包括用于噴射器的燃料供給回路40，所述回路在圖4中表示。
[0067]燃料供給回路包括燃料噴射入口 41，燃料通過燃料噴射入口 41沿燃料分配管道42進入回路。
[0068]燃料分配管道通過用于起動噴射器的供給管道43連接至起動噴射器，并通過用于主噴射器的供給管道44連接至主噴射器。
[0069]燃料供給管道設(shè)計成向起動噴射器持續(xù)供給燃料，使得所述噴射器在通過火花塞點燃燃料的引發(fā)燃燒步驟期間以及在已引發(fā)燃燒后向燃燒室供給燃料的后續(xù)步驟期間