專利名稱：燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的帶有成形旋流器的燃燒器拱頂罩組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器拱頂罩組件，尤其涉及一種具有旋流器的燃燒器拱頂罩組件，所述旋流器的外形可限制其所受的應(yīng)力，并可暴露在拱形板的相鄰徑向段的冷卻孔內(nèi)。
背景技術(shù)：
在燃?xì)鉁u輪燃燒器技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，人們熟知與內(nèi)、外襯相結(jié)合的導(dǎo)流罩部分用來構(gòu)成燃燒室的邊界。燃油與空氣的混合物在該燃燒室內(nèi)點(diǎn)火燃燒，該燃燒的產(chǎn)物沖擊渦輪的葉片，并通過一個(gè)或多個(gè)軸來做功。圓環(huán)形的燃燒器導(dǎo)流罩還用來將多個(gè)混合器沿圓周分布定位，以便使燃油/空氣混合物按所需方式供入燃燒室內(nèi)。
燃?xì)鉁u輪燃燒器通常需要一種浮動(dòng)的密套或主旋流器來防止空氣漏入燃燒器內(nèi)，并仍然允許該燃燒器、燃燒器殼體和燃油噴嘴的溫度升高。這一要求的實(shí)現(xiàn)通常是將一個(gè)副旋流器或者法蘭盤焊到導(dǎo)流罩內(nèi)，并用一種焊接的支架將上述浮動(dòng)的密套或主旋流器支承在適當(dāng)位置上。顯然，這些部件的位置對(duì)于燃燒器的性能和功能度是重要的。授與Patterson等人的美國(guó)專利No.6,427,435和授與Howell等人的No.6,314,739公開過上述這種結(jié)構(gòu)的實(shí)例。
雖然通常的燃燒器結(jié)構(gòu)在旋流器罩之間有足夠的空間來加入一些特征以加強(qiáng)雙孔板的結(jié)構(gòu)(例如添設(shè)肋條、冷卻孔等)，但是，現(xiàn)代的燃燒器設(shè)計(jì)引入了一些幾何形狀的限制，使排出物減至最少。如授與Pritchard，Jr.等人的美國(guó)專利No.6,381,964所述，一個(gè)具體的燃油/空氣混合器的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)具有導(dǎo)引混合器的燃油噴嘴，該燃油噴嘴安置在主混合器內(nèi)。這樣，燃油噴嘴和與之相關(guān)的相應(yīng)的旋流器組件的尺寸就會(huì)比原先所用的顯著增大，從而減小了相鄰旋流器罩之間的距離。采用直徑較大的圓形導(dǎo)流罩又會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)重量，并需要改變所面接的部件。因此，擴(kuò)大了拱形板內(nèi)的孔，而縮小了相鄰孔間的圓周距離。
可以理解，在燃燒器拱頂罩組件內(nèi)通常設(shè)置多個(gè)偏轉(zhuǎn)板，該偏轉(zhuǎn)板與拱形板鄰近其每個(gè)孔處相連接，并沿圓周隔開，保護(hù)拱形板使之不會(huì)受到燃燒室的很大影響。通過在拱形板的相鄰孔之間的徑向段上設(shè)置冷卻孔可以冷卻偏轉(zhuǎn)板的側(cè)面。將會(huì)明白、燃燒器導(dǎo)流組件內(nèi)的旋流器必須能夠防止熱燃?xì)饴┬?，并允許燃燒器拱頂罩組件的溫度升高。
因此，據(jù)上所述，需要研制一種可適應(yīng)相鄰旋流器罩之間的最小間距的燃燒器拱頂罩組件。還希望研制一種其結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能而不阻礙旋流器罩內(nèi)的冷卻氣流動(dòng)。
發(fā)明概述在本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例中，示出了一種用于具有縱向中心軸線的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器拱頂罩組件。該裝置具有一個(gè)具有內(nèi)部分、外部分、前表面和多個(gè)沿圓周隔開設(shè)置的孔的圓形拱形板，其中，在每個(gè)孔之間形成的徑向段內(nèi)設(shè)置有一個(gè)冷卻槽；和一個(gè)設(shè)置在拱形板的上游并與拱形板內(nèi)每個(gè)孔大致對(duì)準(zhǔn)的自由浮動(dòng)的旋流器，該旋流器具有一個(gè)前部分和一個(gè)后部分。每個(gè)旋流器的后部分的結(jié)構(gòu)做成可在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)允許空氣流入冷卻槽內(nèi)。尤其是，旋流器后部分具有一個(gè)鄰近拱形板前表面凸起的大致為圓形的法蘭，其中，該法蘭的圓周的鄰接拱形板徑向段的相對(duì)的部分大致是直線的。
在本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例中，示出了一種用于具有縱向中心軸線的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器的自由浮動(dòng)的旋流器，它具有一個(gè)用于承接燃油噴嘴的前部分；一個(gè)可在拱形板前表面上滑動(dòng)的后部分，該后部分具有一個(gè)大致為圓形的的法蘭、該法蘭的圓周包括至少一個(gè)大致為直線的部分；和一個(gè)位于前部分與后部分之間并設(shè)置有多個(gè)葉片的中間部分。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是具有本發(fā)明的燃燒器拱頂罩組件的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視圖；圖2是圖1所示的燃燒器拱頂罩組件的局部放大的剖視圖；圖3是圖1和2所示的燃燒器拱頂罩組件的拱形板的局部放大剖視圖；圖4是圖3所示拱形板的局部放大前視圖，其中旋流器安置在拱形板的孔內(nèi)；圖5是圖1、2和4所示旋流器的后部透視圖；和圖6是圖5所示旋流器的后視圖。
發(fā)明詳述下面仔細(xì)參看附圖，所有附圖中，相同的標(biāo)號(hào)代表相同的零件。圖1示出一示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器10，其中穿過一根縱向中心軸線12。燃燒器10具有一個(gè)由外襯16、內(nèi)襯18和一個(gè)置于其上游端的拱形板20構(gòu)成的燃燒室14。將會(huì)明白，在拱形板20內(nèi)沿圓周隔開分布有多個(gè)燃油/空氣混合器22，將燃油與空氣的混合物引入燃燒室14內(nèi)，在燃燒室14內(nèi)由點(diǎn)火器(未示出)點(diǎn)燃，而產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)位于其下游的渦輪的燃?xì)?。更具體地說，每個(gè)空氣/燃油混合器22適宜地具有一個(gè)燃油噴嘴24、一個(gè)旋流器26和一個(gè)偏轉(zhuǎn)板28。
更具體地說，將會(huì)明白，拱形板20是一個(gè)圓環(huán)形構(gòu)件，它具有一個(gè)內(nèi)部分30、一個(gè)外部分32、一個(gè)前表面34和多個(gè)沿其圓周隔開形成的孔36。因此，在拱形板20內(nèi)的每個(gè)相鄰孔之間形成一個(gè)徑向段37。從圖3可看到，每個(gè)徑向段37有利地具有一個(gè)帶有多個(gè)冷卻孔41的冷卻區(qū)或者說冷卻槽35。圓形外罩38的下游端39通過多個(gè)連接件40(例如螺釘、螺帽)固定在拱形板20的外部分32上，也固定在外襯16上。同理，圓形內(nèi)罩44也以其下游端45通過多個(gè)連接件46(例如螺釘、螺帽)固定在拱形板20的內(nèi)部分30上，也固定在內(nèi)襯18上。
偏轉(zhuǎn)板28與拱形板20內(nèi)的每個(gè)孔36相關(guān)聯(lián)，因此也沿圓周間隔分布。每個(gè)偏轉(zhuǎn)板28最好用焊接等方法固定到拱形板20上。更具體地說，偏轉(zhuǎn)板28分別具有一個(gè)大致為圓環(huán)形的其尺寸可置入拱形板孔36的內(nèi)表面42的部分27。從該圓環(huán)形部分27的后端伸出一個(gè)大致平坦的凸緣，該凸緣具有分別從徑向在外部分和徑向在內(nèi)部分伸出的帶角度的凸緣31和33，在該帶角度的凸緣31和33的至少一部分上涂敷一種熱障涂層，圖中分別以標(biāo)號(hào)43和51表示。
燃油噴嘴24最好采用授與Pritchard，Jr.等人的美國(guó)專利No.6,3819,64公開的那種，已納入本文作為參考?？梢钥闯觯加蛧娮?4比通常的燃油噴嘴大，因此需要拱形板20有較大的孔36。這樣，拱形板20上的每個(gè)孔36至少具有預(yù)定的直徑(大約至少比現(xiàn)有技術(shù)的拱形板孔大3倍)，而孔36之間的圓周距離64(即徑向段37的大小)不大于預(yù)定值(約為現(xiàn)有技術(shù)拱形板的孔間距離1/3或更小)。
每個(gè)旋流器26分別置于拱形板20的前表面34與外、內(nèi)罩38、44的上游端47、49之間而大致對(duì)準(zhǔn)拱形板20的孔36。另外，每個(gè)旋流器26具有一個(gè)前部分50和一個(gè)后部分52，可以看出，上述旋流器26不固定在或者說連接在空氣/燃油混合器22的任何部件上，而是允許它們沿相對(duì)于穿過每個(gè)孔36的中心軸線53的徑向和軸向方向自由浮動(dòng)。每個(gè)旋流器26內(nèi)適宜地具有葉片48(見圖4)，該葉片的取向可沿相對(duì)于中心軸線53的大致徑向的方向形成旋流。
可以看出，旋流器前部分50有利地具有可在分別與外、內(nèi)罩38和44連接的第一與第二小突出部54和56之間移動(dòng)的徑向凸緣70，這一點(diǎn)在發(fā)明名稱為“帶有自由浮動(dòng)旋流器的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器拱頂罩組件”的專利申請(qǐng)中公開過，序號(hào)為No.--/--，的上述專利申請(qǐng)若同時(shí)提出申請(qǐng)的話，也由本發(fā)明受讓人所擁有，因此納入本文作為參考。上述旋流器前部分50還具有一個(gè)用于支承燃油噴嘴24的軸向段72。在該軸向段72的前表面62上設(shè)置防轉(zhuǎn)件58和60，它們與相鄰旋流器的防轉(zhuǎn)件相接合，從而防止旋流器26旋轉(zhuǎn)(見圖4)。
旋流器后部分52適宜地具有一個(gè)可沿拱形板前表面34的轂部75作徑向滑動(dòng)的法蘭74。該法蘭74與凸部76相連接，凸部76的合適取向是大致垂直于法蘭74，所以它大致平行于中心軸線53。要注意，凸部76沿拱形板前表面34向后凸出，所以它與偏轉(zhuǎn)板28的圓形段27相面接，從而限制旋流器26沿徑向移動(dòng)。
至于旋流器法蘭74，從圖6可以看出，它適宜地具有一個(gè)在徑向外部分78上的大致為弧形的周邊77和一個(gè)在徑向內(nèi)部分80上的大致為弧形的周邊79。上述的法蘭部分78和80可以防止熱燃?xì)庋剌S向泄漏。從圖6還可看出，徑向在外部分78和徑向在內(nèi)部分80具有復(fù)雜的或者說變化的半徑R1和R2。換言之，在大約12點(diǎn)鐘位置，R1值最大。當(dāng)分別沿順時(shí)針和逆時(shí)針方向移動(dòng)到由標(biāo)號(hào)82和84示出的預(yù)定點(diǎn)時(shí)，R1值變小(其值約為最大半徑的60～80％)。同理，R2的值在大約6點(diǎn)鐘位置具有最大值，而當(dāng)分別沿順時(shí)針和逆時(shí)針方向移動(dòng)到由標(biāo)號(hào)86和88示出的預(yù)定點(diǎn)時(shí)，R2的值變小(約為最大半徑的60～80％)。顯然，旋流器法蘭74最好相對(duì)于徑向平面90對(duì)稱，但不相對(duì)于圓周平面92對(duì)稱，因?yàn)樗鼈冇胁煌膹较蛭恢谩?br> 旋流器凸緣74最好還具有一個(gè)第一側(cè)部分94，以便使圓周的一部分95在預(yù)定點(diǎn)82與86之間大致是直線，并且具有一個(gè)位于與第一側(cè)部分相對(duì)的第二側(cè)部分96。在此處，旋流器法蘭74的圓周的一部分97在預(yù)定點(diǎn)84與88之間大致為直線?？梢钥闯?，上述直線部分95和97的長(zhǎng)度大約為冷卻槽35的1/3，該長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于拱形板前表面34的轂部75的厚度81為最小的區(qū)域(該區(qū)域厚度約為最大厚度之一半或更小)。大致為直線的圓周部分95和97的取向大致對(duì)準(zhǔn)和鄰近于拱形板20的冷卻槽35，所以，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)不會(huì)阻礙冷卻流體進(jìn)入冷卻孔41。另外，上述的大致為直線的圓周部分95和97可用來使旋流器法蘭74上的應(yīng)力限制在預(yù)定范圍內(nèi)(最好限制在所用材料的屈服強(qiáng)度之內(nèi))。
為了保證在偏轉(zhuǎn)板28與旋流器后部分52之間形成的空穴55內(nèi)的冷卻空氣，將其后表面98倒角而形成一個(gè)凹入?yún)^(qū)100，旋流器后部分52在該凹入?yún)^(qū)100處的厚度最好約小20～50％，并且涂有一層熱障涂層。另外，通過旋流器法蘭74設(shè)置多個(gè)沿圓周隔開分布的最好與凹入?yún)^(qū)100呈流體連通的吹氣孔102。顯然，至少一部分吹氣孔帶有沿第一方向的角度以便向偏轉(zhuǎn)板圓形段27的內(nèi)表面57提供冷卻空氣。最好還有至少一部分吹氣孔102帶有沿第二方向的角度，以對(duì)偏轉(zhuǎn)板圓形段27的內(nèi)表面57提供冷卻空氣。最后，至少一部分吹氣孔102直線地通過旋流器法蘭74而通到空穴55。上述吹氣孔102的尺寸可以是大致相同的，也可以根據(jù)局部的熱點(diǎn)和其他會(huì)明顯出故障的區(qū)域而改變它們的直徑。
上面已經(jīng)示出和說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。業(yè)內(nèi)人士可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下通過合適的修改來實(shí)現(xiàn)上述燃燒器拱頂罩組件和其旋流器的進(jìn)一步配合。
零部件一覽表10 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器12 縱向中心軸線14 燃燒室16 外襯18 內(nèi)襯20 拱形板22 燃油/空氣混合器24 燃油噴嘴26 旋流器28 偏轉(zhuǎn)板27 偏轉(zhuǎn)板的圓形段30 拱形板的內(nèi)部分31 偏轉(zhuǎn)板的帶角度凸緣(外)32 拱形板的外部分33 偏轉(zhuǎn)板的帶角度凸緣(內(nèi))34 拱形板的前表面35 拱形板的冷卻槽36 拱形板內(nèi)的孔37 拱形板的相鄰孔之間的徑向段38 外罩39 外罩的下游端40 外連接件41 冷卻槽中的冷卻孔42 拱形板孔的內(nèi)表面43 偏轉(zhuǎn)板的帶角度凸緣(外)上的熱障涂層44 內(nèi)罩45 內(nèi)罩的下游端46 內(nèi)連接件47 外罩的上游端48 旋流器內(nèi)的葉片49 內(nèi)罩的上游端
50 旋流器的前部分52 旋流器的后部分51 偏轉(zhuǎn)板帶角度凸緣(內(nèi))上的熱障涂層53 穿過導(dǎo)流板孔的中心軸線54 第一(外)小突出部55 偏轉(zhuǎn)板與旋流器后部之間的空穴56 第二(內(nèi))小突出部57 偏轉(zhuǎn)板圓形段的內(nèi)表面58 防轉(zhuǎn)件60 防轉(zhuǎn)件62 旋流器軸向段的前表面64 拱形板內(nèi)相鄰孔之間的圓周距離70 旋流器前部分的徑向凸緣72 旋流器前部分的軸向段74 旋流器后部分的法蘭75 拱形板前表面的轂部76 旋流器后部分的凸部77 旋流器法蘭的在徑向外部分的部分78 旋流器法蘭的徑向外部分79 旋流器法蘭的在徑向內(nèi)部分的部分80 旋流器法蘭的徑向內(nèi)部分81 拱形板前表面的轂部厚度82 大致為直線的旋流器法蘭圓周部分的第一側(cè)部分的徑向在外的終點(diǎn)84 大致為直線的旋流器法蘭圓周部分的第二側(cè)部分的徑向在外的終點(diǎn)86 大致為直線的旋流器法蘭圓周部分的第一側(cè)部分的徑向在內(nèi)的終點(diǎn)88 大致為直線的旋流器法蘭圓周部分的第二側(cè)部分的徑向在內(nèi)的終點(diǎn)90 通過旋流器法蘭的徑向平面92 通過旋流器法蘭的圓周平面
94 旋流器法蘭的第一側(cè)部分95 旋流器法蘭的第一側(cè)部分的大致為直線的圓周部分96 旋流器法蘭的第二側(cè)部分97 旋流器法蘭的第二側(cè)部分的大致為直線的圓周部分98 旋流器法蘭的后表面100 旋流器法蘭后表面的凹入?yún)^(qū)102 吹氣孔R(shí)1 旋流器法蘭的徑向外部分的半徑R2 旋流器法蘭的徑向內(nèi)部分的半徑
權(quán)利要求
1.一種用于具有穿過其間的縱向中心軸線(12)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器拱頂罩組件(10)，它具有(a)一個(gè)具有一內(nèi)部分(30)、一外部分(32)、一前表面(34)和多個(gè)沿圓周間隔在其內(nèi)形成的孔(36)，其中，在每個(gè)上述孔(36)之間限定的徑向段(37)具有在其上形成的冷卻槽(35)；和(b)一個(gè)位于上述拱形板(20)的上游并且大致對(duì)準(zhǔn)上述拱形板(20)內(nèi)的每個(gè)上述的孔(36)的自由浮動(dòng)的旋流器(26)，該旋流器(26)具有一個(gè)前部分(50)和一個(gè)后部分(52)；其中，每個(gè)上述的旋流器(26)的后部分(52)的形狀在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)允許空氣流到上述的冷卻槽(35)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃燒器拱頂罩組件，其特征在于，上述的旋流器后部分(52)還具有一個(gè)大致為圓環(huán)形的鄰近上述拱形板(20)的前表面(34)伸出的法蘭(74)，其中，該法蘭(74)的圓周的鄰接上述拱形板(20)的上述徑向段(37)的相對(duì)的部分(95、97)基本上是直線的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的燃燒器拱頂罩組件(10)，其特征在于，在上述拱形板(20)上相鄰孔(36)之間的圓周距離不大于一預(yù)定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的燃燒器拱頂罩組件，其特征在于，上述旋流器后部分(52)還具有一個(gè)與上述法蘭(74)相連接的凸部(76)，該凸部(76)基本上平行于通過拱形板孔(36)的中心軸線(53)取向。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的燃燒器拱頂罩組件，其特征在于，還具有一個(gè)與上述拱形板(20)的每個(gè)孔(36)相連接，且置于該孔(36)內(nèi)的偏轉(zhuǎn)板(28)，其中，在每個(gè)偏轉(zhuǎn)板(28)的內(nèi)表面(57)與上述旋流器后凸部(76)之間形成一個(gè)空穴(55)。
6.一種用于具有縱向中心軸線(12)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器(10)的自由浮動(dòng)的旋流器(26)，它具有(a)一個(gè)用于安裝一燃油噴嘴(24)的前部分(50)；(b)一個(gè)與拱形板(20)的前表面(34)成滑動(dòng)關(guān)系的后部分(52)，該后部分(52)具有一個(gè)大致為圓環(huán)形的法蘭(74)，該法蘭(74)的圓周上至少有一個(gè)大致直線部分(95，97)；和(c)一個(gè)設(shè)置于上述前、后部分(50，52)之間的具有多個(gè)設(shè)置在其內(nèi)的葉片(48)的中間部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的旋流器，其特征在于，上述法蘭(74)的圓周的半徑(R1，R2)在圍繞上述圓周的相對(duì)的大致直線部分(95，97)之間是變化的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的旋流器，其特征在于，上述法蘭(74)具有一個(gè)沿其后表面(98)的倒角，而形成一個(gè)凹入?yún)^(qū)(100)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的旋流器，其特征在于，上述法蘭(74)還具有多個(gè)在其中形成的并與上述凹入?yún)^(qū)(100)流體連通的吹氣孔(102)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的旋流器(26)，其特征在于，上述旋流器后部分(52)還具有一個(gè)與上述法蘭(74)相連接并且大致平行于通過其間的中心軸線(53)取向的凸部(76)。
全文摘要
一種用于具有縱向中心軸線(12)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器拱頂罩組件(10)，它具有一個(gè)具有內(nèi)部分(30)、外部分(32)、前表面(34)和多個(gè)沿圓周隔開設(shè)置的孔(36)的圓形拱形板(20)；和一個(gè)設(shè)置在上述拱形板(20)的上游并與拱形板(20)內(nèi)每個(gè)孔(36)基本上對(duì)準(zhǔn)的自由浮動(dòng)的旋流器(26)，該旋流器(26)具有一個(gè)前部分(50)和一個(gè)后部分(52)。每個(gè)旋流器(26)的后部分(52)的結(jié)構(gòu)在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)允許空氣流入冷卻槽(53)內(nèi)。具體地說，旋流器后部分(52)具有一個(gè)伸向鄰近于拱形板(20)的前表面(34)的大致為圓形的法蘭(74)，其特征在于，法蘭(74)的圓周上鄰接拱形板(20)的徑向段(37)的兩相對(duì)的部分(95、97)基本上是直線的。
文檔編號(hào)F23R3/00GK1580643SQ200410056620
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月11日
發(fā)明者M·A·麥克馬斯特爾斯, J·N·庫(kù)珀, M·L·費(fèi)梅爾施, D·D·湯森, A·M·達(dá)尼斯, G·A·奇馬魯斯蒂 申請(qǐng)人:通用電氣公司