專利名稱：用于渦輪發動機的燃燒室的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于飛機渦輪螺旋槳發動機或渦輪噴氣發動機之類的渦輪發動機的
燃燒室。
背景技術：
這種燃燒室具有形成旋轉體的多個同軸壁，這些同軸壁中的一個在另一個內部延伸，并在上游端通過環形室端壁連接在一起，室端壁包括供氣開口和用于輸送燃料的裝置，用于輸送燃料的裝置具體由多個噴油嘴組成。燃燒室的內壁和外壁具有用于主氣流和摻混氣流的進氣孔口，還具有呈現出使冷卻氣流通過的多個孔的區域。為了更好地承受極高的溫度，已知的方式是在燃燒室的壁上安裝絕熱層(thermalbarrier),這些絕熱層形成了涂在所討論的壁上材料的附加厚度。專利文獻JP 61/67245描述了一種燃燒室，其中，內壁的厚度是恒定的，并被不同厚度的絕熱層所覆蓋。采用絕熱層增大了燃燒室承受高溫的能力，但也增加了燃燒室的重量。為了滿足市場需要，必須減少燃燒室的重量。然而，還必須不能縮短燃燒室的壽命。具體來講，必須以能夠承受蠕變(creep)所帶來的危害的方式來確定壁的尺寸。術語 “蠕變”用來表示材料由于在長時間內被施加了恒定應力而承受的不可逆轉的變形。這種變形會由于燃燒室的壁所承受的高溫而變得更加糟糕。
發明內容
本發明的一個目的是為上述問題提供一種簡單有效而又成本低廉的解決方案。為了實現這個目的，本發明提供了一種用于飛機渦輪螺旋槳發動機或渦輪噴氣發動機之類的渦輪發動機的燃燒室，該燃燒室包括形成了旋轉體的環形內壁和環形外壁，環形內壁和環形外壁通過環形室端壁連接在一起，所述燃燒室的特征在于，內壁由單層材料構成，該材料呈現出沿所述內壁的縱軸方向和圓周方向變化的厚度和/或性能，而環形外壁呈現基本恒定的厚度。通過局部地改變構成燃燒室壁的材料的厚度和/或性能，本發明使得可以在不采用絕熱層和不增加重量的情況下增加燃燒室承受高溫的能力。環形外壁通常不像環形內壁那么熱，從而，不需要對環形外壁的結構進行任何的改變。在本發明的一個實施例中，燃燒室的由單層材料構成的內壁具有至少一個具有大的溫度梯度的“熱”區域和至少一個具有小的溫度梯度的“冷”區域，該“熱”區域的厚度較大，該“冷”區域的厚度較小。由于“熱”區域受到最大溫度梯度的作用，增大它們的厚度是有利的。根據本發明的另一個特征，燃燒室的由單層材料構成的內壁具有至少兩個由不同材料制成的相鄰區域。如上文所述，在具有最高溫度的區域中或者在受到最大溫度梯度作用的區域中，可以局部地采用對這些條件承受能力更好的材料，在較低溫度的區域中或者在受到較小溫度梯度作用的區域中，可以局部地采用對這些條件承受能力較差但重量更輕的材料。優選地，通過機械加工來制造燃燒室的可變厚度的內壁。機械加工使得可以獲得比傳統上用來制造燃燒室的金屬板成型工藝所能獲得的尺寸公差小的尺寸公差。另外，機械加工使得內壁的厚度可以在沿縱軸方向和圓周方向上變化。在一個變型實施例中,通過延展和形成金屬板來制造燃燒室的可變厚度內壁。這種方法比機械加工方法要簡單，同時成本更低廉。 燃燒室內壁的可變厚度和/或可變性能的區域包括形成部件群(part of group)的一個區域，該區域包括位于噴油嘴之間的多個區域，所述位于噴油嘴之間的多個區域包括主氣流孔和摻混氣流孔，所述位于噴油嘴之間的多個區域包括環形緊固凸緣，而且所述位于噴油嘴之間的多個區域包括多個孔。本發明還提供了一種諸如飛機渦輪螺旋槳發動機或渦輪噴氣發動機之類的渦輪發動機，這種渦輪發動機包括上述類型的燃燒室。
閱讀下文通過參照附圖、借助非限定性示例所給出的說明，可以更好地理解本發明，同時，本發明的其他細節、特征和優點也變得明了，其中圖I是渦輪發動機的環形燃燒室的軸向截面的示意性半視圖；圖2是圖I中的燃燒室的一部分的透視圖；以及圖3采用了圖I中的燃燒室的環形內壁剖面的形式，示出了本發明的詳細視圖。
具體實施例方式如圖I和圖2所示，渦輪發動機的環形燃燒室I布置在擴散器(diffuser) 2的出口處，而擴散器自身位于壓縮機(圖中未示出)的出口處，環形燃燒室包括構成了旋轉體的環形內壁3和環形外壁4，環形內壁和環形外壁通過環形室端壁5在上游端連接在一起，并在下游端分別通過環形內凸緣6和環形外凸緣7緊固到擴散器2的截頭圓錐形內護罩8和燃燒室I的外殼9的一端上，外殼9的上游端通過截頭圓錐形外護罩10連接到擴散器2。環形室端壁5具有開口 11 (圖2)，開口 11使來自擴散器2的空氣從中通過，并用于固定燃料噴油嘴12，燃料噴油嘴12固定到外殼9并繞燃燒室的縱軸在圓周上均勻分布。每個噴油嘴12包括燃料噴射頭13，燃料噴射頭13的中心位于環形室端壁5的開口 11中，并沿著開口 11的軸延伸。壓縮機輸送的離開了擴散器2的氣流中的一部分通過開口 11并向燃燒室提供空氣，而所述氣流中的剩余部分被饋送到延伸通過燃燒室的環形內通道14和環形外通道15。環形內通道14形成在擴散器2的內護罩8和燃燒室的內壁3之間，沿著內通道傳送的空氣被如下兩個氣流共用通過內壁3上的用于主氣流的孔口 16和用于摻混氣流的孔口 17(見圖2)進入燃燒室的氣流，以及通過燃燒室I的內凸緣6中的孔用來冷卻位于燃燒室I下游的部件(圖中未示出)的氣流。外通道15形成在外殼9和燃燒室I的外壁4之間，沿著外通道傳送的空氣被如下兩個氣流共用通過外壁4上的用于主氣流的孔口 18和用于摻混氣流的孔口 19(見圖2)進入燃燒室的氣流，以及通過外凸緣7上的孔以對位于下游的部件進行冷卻的氣流。主氣流進氣孔口 16和18分別繞內壁3的圓周和外壁4的圓周均勻分布，中心位于燃燒室I的軸線上，摻混氣流進氣孔口 17和19在孔口 16和18的下游分別繞內壁3的圓周和外壁4的圓周均勻分布，中心位于燃燒室I的軸線上。環形內壁3和環形外壁4還包括多個用來傳送冷卻氣流的微孔(圖中未示出)。在工作中，環形內壁3和環形外壁4呈現出具有不同溫度的區域，在圖2中以圖示的方式用區域20、21、22和23表現溫度的這種非一致性，在圖中用彼此不同的圖形來表示這些區域。
這種現象特別關系到環形內壁3。這些區域被給予的附圖標記數字越大，它們的溫度就越高。從而，區域20是相對“冷”的區域，受到最小溫度梯度的作用，而區域23是最“熱”的區域，受到最大溫度梯度的作用。只是通過示例給出了這些區域的這種分布，這種分布具體由燃燒室I的特定結構而產生。通過計算仿真，或者通過涂覆對溫度起反應的涂料使得涂料的顏色在燃燒室開始工作之后由于溫度的作用而局部變化，可以揭示不同區域20至23的存在和位置。根據本發明，內壁3由單層材料構成，該材料的厚度和/或性能沿著內壁的縱軸方向和/或圓周方向變化。在附圖所示的實施例中，內壁的厚度局部變化，內壁具有不同的溫度區域20至23。從而，如圖3所示，環形內壁3由單層材料制成，具有較厚厚度的區域el (即區域22和區域23)和較薄厚度的區域e2(即區域20和區域21)。較厚的區域是在工作中受到較高溫度作用(即1000°C量級的溫度)的區域。這些區域的厚度el在Imm到2mm的范圍內，優選I. 5mm左右。相反，較薄的區域是在工作中受到較低溫度作用的區域。這些區域的厚度e2在O. 5mm至Imm的范圍內，優選為Imm左右。環形外壁4的厚度基本上是恒定的,在Imm至I. 5mm之間,優選為I. 2mm左右。通過示例，從現有技術的燃燒室出發，其中形成旋轉體的壁具有I. 5mm厚的恒定厚度，可以生產重量較輕的燃燒室，所述燃燒室具有厚度為I. 2mm的外壁以及較熱區域厚度為I. 5mm和較冷區域厚度為Imm的內壁，該燃燒室的重量等于其中所有壁厚均具有等于
I.2mm的恒定厚度的燃燒室的重量。通過機械加工制造根據本發明的燃燒室，尤其是具有可變厚度的內壁3。可替換地，通過延展和形成金屬板來制造可變厚度的內壁3。在附圖中未示出的一個實施例中，可變厚度的區域可以由不同性能的區域所代替，或者可以包括不同性能的區域，以包括由可以承受最高溫度區域中的高溫的材料制成的區域和由不能承受這種高溫但在較冷區域重量較輕的材料制成的區域。類似地，不同性能的區域可以在材料被局部改變的情況下用來避免形成裂縫，使得最初受到牽引應力作用的區域，即可能開始出現裂縫的區域，由于相鄰區域的性能而實際上受到壓縮應力的作用。
每一個實施例使得可以減小燃燒室的重量，同時改善燃燒室承受高溫的能力，從而改善燃燒室的壽命。具體來講，內壁3中可變厚度和/或可變性能的區域是位于噴油嘴12之間的區 域，這些區域包括主氣流和摻混氣流的進氣孔口 16和17，這些區域包括環形緊固凸緣6，這些區域包括多個孔。
權利要求
1.一種用于飛機渦輪螺旋槳發動機或渦輪噴氣發動機之類的渦輪發動機的燃燒室(I)，所述燃燒室具有形成了旋轉體的環形內壁⑶和環形外壁(4)，所述環形內壁(3)和所述環形外壁(4)通過環形室端壁(5)連接在一起，所述燃燒室的特征在于，環形內壁(3)由單層材料構成，所述單層材料的厚度(el，e2)和/或性能沿所述內壁的縱軸方向和/或圓周方向改變，而環形外壁(4)的厚度基本上恒定。
2.根據權利要求I所述的燃燒室(I)，其特征在于，由單層材料構成的所述環形內壁具有至少一個具有大溫度梯度的“熱”區域(23，22)和至少一個具有小溫度梯度的“冷”區域(21，20)，所述至少一個“熱”區域的厚度較大，所述至少一個“冷”區域的厚度較小。
3.根據權利要求I或2所述的燃燒室(I)，其特征在于，被構成為單層材料的所述內壁具有至少兩個由不同材料制成的區域。
4.根據權利要求I至3中的任何一項所述權利要求的燃燒室(I)，其特征在于，通過機械加工制造可變厚度的所述內壁。
5.根據權利要求I至3中的任何一項權利要求所述的燃燒室(I)，其特征在于，通過延展和形成金屬板來制造可變厚度的所述內壁。
6.根據權利要求I至5中的任何一項權利要求所述的燃燒室(I)，其特征在于，所述內壁的可變厚度(el，e2)和/或可變性質的多個區域包括一個形成部件群的區域，該區域包括位于噴油嘴(12)之間的多個區域，所述位于噴油嘴之間的多個區域包括主氣流孔(16，18)和摻混氣流孔(17，19)，所述位于噴油嘴之間的多個區域包括環形緊固凸緣(6，7)，以及所述位于噴油嘴之間的多個區域包括多個孔。
7.一種諸如飛機渦輪螺旋槳發動機或渦輪噴氣發動機的渦輪發動機，所述渦輪發動機包括根據權利要求I至6中任何一項權利要求所述的燃燒室(I)。
全文摘要
本發明涉及用于飛機渦輪螺旋槳發動機或渦輪噴氣發動機之類的渦輪發動機的燃燒室(1)，該燃燒室具有形成了旋轉體的環形內壁(3)和環形外壁(4)，環形內壁(3)和環形外壁(4)通過環形室端壁(5)連接在一起。環形內壁(3)由單層材料構成，所述單層材料的厚度和/或性能沿所述內壁的縱軸方向和/或圓周方向改變。
文檔編號F23R3/50GK102782410SQ201080056350
公開日2012年11月14日 申請日期2010年12月2日 優先權日2009年12月11日
發明者勞倫特·伯納德·喀麥隆, 卡羅琳·杰奎琳·丹尼斯·柏杜 申請人:斯奈克瑪