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CN102667346A - 具有通风火花塞的燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃气涡轮发动机的燃烧室，其包括壁，与壁固定的井(172)，所述井形成了用于引向燃烧室的火花塞(13)的凹部，安装在井上以相对于井的轴线横向地移动的火花塞导向装置(175)，火花塞导向装置(175)包括用于引导和支撑火花塞的圆柱形壁部分(178)和所安装的以滑动地结合井(172)的支承表面(173)的密封环(176)。根据本发明，所述燃烧室特征在于：火花塞导向装置(175)设有冷却室(174a)，所述冷却室(174a)具有向该冷却室(174a)供应冷却空气的开口(174c)。

Description

具有通风火花塞的燃烧室
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机和涡轮喷气发动机的领域，更具体地涉及这种类型发动机的燃烧室中火花塞的设置。
背景技术
在燃气涡轮发动机中，燃烧室接收来自于压缩机的空气，所述空气的一部分与燃料混合，并且在初级燃烧区中燃烧。通过设置在气化系统下游的一个或两个火花塞提供点火，并且另一部分空气在初级燃烧区周围循环，并且与初级燃烧燃气混合。所有的热燃气导向涡轮机。设计燃烧室以满足大量要求的规格，诸如飞行再点火，温度变化图，污染燃气排放以及其各种元件的热和机械性能。
特别地，点火系统必须确保燃烧室中偶然熄火情况下飞行再点火，同时经受住施加于其上的热应力。特别地，它必须经受住这些热应力。这种情况涉及并没有很好地放置在一起的设置。实际上，喷射系统产生一层喷雾燃料，该喷雾燃料与燃烧室轴线形成一定的角度。如果燃烧室紧紧闭合，火花塞在燃料所形成的椎体外面。从热性能的角度来看，这是有利的，但是降低了燃烧室的点火能力。相反地，其中燃料层形成非常开放椎体的喷射系统由于燃料对壁及火花塞的撞击，引起围绕着火花塞的燃烧室区的显著加热。因此，这些元件的热性能受到了不利的影响。火花塞的安装通常地要考虑这些热条件。
发明内容
本发明涉及一种点火系统，其中火花塞例如，通过形成接头的构件安装在燃烧室壳体上，该接头本身固定于燃烧室壳体。燃料喷射系统下游的火花塞从壳体径向地向燃烧室内部延伸，并且通过所述壁中所形成的孔口，其端部与燃烧室壁的内面平齐。
在工作期间，在火花塞周围提供侧间隙以允许燃烧室和壳体之间的相对移动，所述相对移动是不同飞行阶段期间温度、压力和应力变化的结果，火花塞固定于壳体，紧靠或支承在燃烧室壁中所形成的孔口边缘上。开口处的壁设有合理高度的圆柱形构件和形成井，火花塞的远端在该井中滑动，浮动衬套形成火花塞导向装置。火花塞导向装置围绕着火花塞以封闭井和确保燃烧室和燃烧室外面的区域之间，燃烧室和壳体之间的密封，并且在申请人专利申请FR2 926 329中示意了安装在燃气涡轮发动机燃烧室中这种类型的火花塞的例子。
除了涉及燃烧室和壳体之间的相对移动外，井包括用于冷却火花塞的通风开口。由于压力差异，空气从燃烧室外面进入，并且维持火花塞端部的温度，在由于组成火花塞端部的材料所引起的可接受的水平，该火花塞端部暴露于燃烧燃气和其辐射下。只要通风开口径向地形成在井壁中，细空气射流形成在火花塞表面的方向上。由于射流所产生的冷却取决于各种参数，包括开口的直径和开口距离射流撞击表面的距离。
然而，当火花塞在井中心时，同时所有射流经过相同的距离，冷却最佳，当由于燃烧室和壳体之间负载的变化，火花塞不再位于中心时，所述冷却具有降低的效率。一方面，当射流距离更短时，随着加速而被校准的空气射流和撞击壁之间的热转移增加，另一方面，当射流距离比预确定的最佳距离长时，随着加速而被校准的空气射流和撞击壁之间的热转移减少。
本发明的主题是一种装置，其可以维持最佳冷却，而与航空器飞行阶段以及燃烧室和该燃烧室所涉及的壳体之间的热变化无关。
根据本发明，通过燃气涡轮发动机的燃烧室来达到该目的，该燃烧室包括壁、与壁固定的井，井形成用于通向燃烧室的火花塞的凹部，安装在井上以相对于井的轴线横向地移动的火花塞导向装置，火花塞导向装置包括用于轴向地引导火花塞的圆柱形壁部分和所安装的以滑动地承靠在井上所设置的支承面上的密封环，其特征在于：火花塞导向装置设有冷却室，该冷却室具有用于供应冷却空气的开口，设置所述冷却室以通过撞击火花塞导向装置中所安装的火花塞的壁而提供冷却。
通过移动冷却空气射流所扫射的冷却室到火花塞导向装置的水平，进行不依赖于燃烧室和其环境之间膨胀变化的撞击表面的冷却。实际上，火花塞导向装置跟着井中火花塞的移动而移动，并且冷却室的尺寸不变化。
根据优选的实施方式，冷却室是环形的，并且与火花塞导向装置的所述圆柱形壁部分同轴。这保证了火花塞周围区域的冷却。更具体地，冷却室设置在火花塞导向装置的所述圆柱形壁部分和燃烧室之间。它特别地设置在火花塞导向装置的圆柱形壁部分和密封环之间。
为了确保足够的冷却空气供应，冷却空气供应的开口优选地径向地定向和垂直于火花塞导向装置的圆柱形壁部分的轴线。
然而，考虑火花塞导向装置的特定几何学和同样地限制流动中障碍体积的有限环境的约束条件，冷却空气供应开口被定向以相对于圆柱形壁部分的轴线倾斜。
在下面参考附图，通过纯示例性和非限制性实施例所给出的本发明几个实施方式的详细地解释性说明的过程中，可以更好地理解本发明，并且本发明的进一步目的，细节、特征和优点将显而易见。
附图说明
在这些图中：
图1表示根据现有技术的一部分燃气涡轮发动机燃烧室的纵向剖面图。
图2表示根据现有技术的区的详细情况，其中火花塞与图1中所示的井和火花塞导向装置平齐。
图3表示具有改进的火花塞导向装置的本发明的实施方式。
具体实施方式
如图1所示，燃烧室1包含在外壳体3所形成的绕着发动机轴线的环形空间中。它包括通过凸缘或适合的支架固定在一起的一个或多个外箍7或和一个或多个内箍8，并且燃烧室上游被燃烧室端壁9结合上游整流罩6所封闭。燃料喷射管5绕着发动机轴线分布，并且在燃烧室内，通过燃烧室端壁9中所形成的孔口向外张开。导流片11形成围绕着每个燃料喷射管的碗状物，偏转已经漩涡进入到整流区的一部分空气，径向导向喷雾燃料，因此确保燃料/空气混合物的形成，同时紧邻着燃烧室端壁的下游形成初级燃烧区，在初级燃烧区，电火花塞13或通常周边2分布的大量火花塞点燃该混合物。
图2表示剖面图中，包括用于火花塞通过的孔口的燃烧室区的细节。外箍7，例如穿孔有圆洞71，该圆洞71周围安装有相对于外壁7径向地定向的圆柱形管子72。这个管子形成火花塞13通过的井。该井在与井轴线垂直的表面上包括上支承表面73，其周边是升高的表面73’。火花塞导向装置75靠在该表面73上。火花塞导向装置包括绕着圆柱形引导部分的环76和插入椎体77。火花塞导向装置75通过环76设置在支承表面73上。该环76能够在升高的表面73’之间的该表面上滑动。盘状物79焊接于升高的表面73’，径向地固定环76防止其超过升高的表面73’的任何径向位移。圆柱形表面部分78的直径刚刚大于火花塞的直径。因此，火花塞可以相对于火花塞导向装置75滑动。设计锥面77以方便安装燃烧室时火花塞插入火花塞导向装置中。火花塞导向装置因此封闭了火花塞和井之间的环形空间。而且，该环形空间通过定向朝向于火花塞表面的开口72B供应有空气。
组合体，诸如可以匹配由于燃烧室和壳体之间热变化等等所引起的相对位移的组合体。因此，火花塞导向装置75能够沿着升高的表面73’内的支承表面73移动。会注意到火花塞13和井之间的环形空间不是恒定的。当火花塞靠着井移动时，绕着火花塞的环形空间在零值和是静止时两倍环形空间的值之间变化，并且它遵循着通过开口72B的空气射流的冷却效率是不均匀的，这是不期望的。
本发明的方案通过撞击火花塞的周围可以维持有效的冷却。
该方案的实施例如图3所示。图3的组合体复制了图2中相同的附图标记，在相似部件的情况下，附图标记加上了100。
通过火花塞导向装置175在井172中引导火花塞13。而且，有井的支承表面173，其带有升高的表面173’和盘状物，允许火花塞导向装置在有限的空间内移动。
本发明的火花塞导向装置175包括用于承靠井的支承表面上的环176。圆柱形引导表面部分178的内径适合火花塞的内径以允许火花塞在该圆柱形部分中密封滑动。并且也有截头圆椎体表面部分177，其保持方便火花塞插入到火花塞导向装置和井中的功能。
本发明的这种火花塞导向装置175包括在圆柱形引导表面178和环176之间的圆柱形冷却表面部分174。该圆柱形冷却表面部分174的直径大于圆柱形引导表面部分178的直径。因此，在火花塞表面内提供有冷却室174a，该火花塞表面在表面174和连接两个表面174和178的径向表面部分174b的相反面。冷却室开口朝向燃烧室，只给出了其外壁的附图标记。
开口174c在冷却表面部分174中穿孔。这些开口被定向，这样它们的钻孔是通畅的，并且允许空气循环而没有明显的障碍。在所示的实施方式中，开口相对于火花塞撞击表面倾斜。空气射流具有定向朝向燃烧室的速度分量。根据进一步的实施方式，其中圆柱形冷却表面部分要高些，开口将垂直地定向于火花塞撞击表面。
当燃烧室工作时，火花塞与燃烧室壁的内表面平齐，即，其远端面基本上在燃烧室壁的平面内。洞的直径校准喷射空气，并且已经测定了将壁部分174与火花塞表面分离开的距离，因此通过空气射流撞击火花塞的冷却是最佳的。在各种工作阶段中，与壳体固定的火花塞不得不相对于燃烧室壁移动。然而，只要火花塞导向装置175跟着火花塞位移，其冷却的条件就不会被改变，效率就不会受到影响。

Claims (6)

1.一种燃气涡轮发动机的燃烧室，其包括壁，与壁固定的井(172)，所述井形成了用于引向燃烧室的火花塞(13)的凹部，安装在井上以相对于井的轴线横向地移动的火花塞导向装置(175)，火花塞导向装置(175)包括用于引导火花塞的圆柱形引导壁部分(178)和所安装的以滑动地支承在井(172)的支承表面(173)上的密封环(176)，其特征在于：火花塞导向装置(175)设有冷却室(174a)，所述冷却室(174a)具有向该冷却室(174a)供应冷却空气的开口(174c)，设置所述冷却室(174a)以通过撞击火花塞导向装置中所安装的火花塞(13)的壁来提供冷却。
2.根据前述权利要求所述的燃烧室，所述冷却室(174a)是环形的，所述冷却室和所述圆柱形引导壁部分(178)同轴。
3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的燃烧室，所述冷却室(174a)设置在所述圆柱形引导壁部分(178)和燃烧室之间。
4.根据前述权利要求所述的燃烧室，所述冷却室(174a)包括设置在圆柱形引导壁部分(178)和密封环(176)之间的圆柱形冷却壁部分(174)。
5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的燃烧室，所述冷却室(174a)的冷却空气供应开口(174c)在所述冷却壁部分中穿孔，并且垂直地定向于圆柱形冷却壁部分(174)的轴线。
6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的燃烧室，所述冷却空气供应开口(174c)被定向以相对于圆柱形冷却壁部分(174)的轴线倾斜。
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