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CN112534127A - 燃烧室中的引导装置 - Google Patents

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CN112534127A
CN112534127A CN201980045741.2A CN201980045741A CN112534127A CN 112534127 A CN112534127 A CN 112534127A CN 201980045741 A CN201980045741 A CN 201980045741A CN 112534127 A CN112534127 A CN 112534127A
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Safran Aircraft Engines SAS
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Abstract

本发明涉及用于在燃烧室壁的开口中引导元件的装置。在焊缝或钎缝(800)与环边缘(500)的轨迹(600a)之间，在凹槽(620)中保留出中间空间(881)，以供焊缝或钎缝突出到其中(在780处)，使得焊缝或钎缝位于环边缘的轨迹外部。

Description

燃烧室中的引导装置
发明概述
本发明涉及用于引导如火花塞或燃料喷射器等元件的装置，该元件延伸到涡轮机的燃烧室壁的孔口中或孔口附近。
涡轮机的环形燃烧室由两个同轴旋转壁限定，所述两个同轴旋转壁使一个(相对于下文的轴线34)在另一个内部延伸并且通过环形室底壁在所述两个同轴旋转壁的上游端处彼此连接。
室底壁具有用于室内部的空气和燃料的混合物通过的开口，其中空气来自涡轮机的压缩机，并且燃料由喷射器供应。
上游侧是空气和燃料混合物到达环形燃烧室的一侧。
喷射构件或喷射器从其固定到外室壳体的外端基本上径向(相对于下文的轴线38)延伸到其与室底壁中的孔轴向对齐的头部。
室的外旋转壁具有用于火花塞的一端的至少一个通孔，所述火花塞的另一端可以固定到室的外壳，此火花塞适于使室中的空气/燃料混合物开始燃烧。
在涡轮机操作期间，燃烧室的壁热膨胀，从而导致室外壁与火花塞之间的相对移动和室底壁与燃料喷射器之间的相对移动。
为了补偿和允许这些相对位移，使用火花塞引导装置和喷射器，每个火花塞引导装置和喷射器包括基本上同轴并且安装在彼此内部的浮动环和凸缘。环适于由元件轴向横穿并且具有在凸缘的内部凹槽中受横向引导的外部凸缘。凸缘适于附接到燃烧室壁开口的边缘。此凸缘包括设置有下降边缘(dropped edge)的套筒，其中套筒与外圈钎焊或焊接在一起，使得在所述套筒与所述外圈之间限定出环形凹槽。装置具有环的至少一个优选的横向移动方向。
申请人的专利申请EP-A1-1 770 332描述了此类型的引导装置。室外壁与火花塞之间的相对位移主要发生在平行于室纵轴的方向上。因此，在操作期间，室壁上的凸缘基本上在相对于支撑在外壳上的火花塞引导环的此纵向方向上移位。凸缘凹槽中的环在其它横向方向上的相对位移的幅度较小。因此，轴向方向或纵向方向是火花塞引导环关于由室承载的凸缘的优选移动方向。室底壁与喷射器之间的相对移动主要是在关于室的纵轴的径向方向上，因此，安装在喷射器周围的环的相对移动的优选方向是关于室的纵轴的径向方向。
在现有技术中，形成引导装置的凸缘的两个部分，即外圈和凸缘通过一个或多个焊道延伸在衬套的圆周周围而在所述两个部分的外周处彼此固定。
术语焊接涵盖钎焊和实际焊接两者。
尽管负责进行此焊接的操作者极为小心，但是焊道可能突出到环的环形引导凹槽中并局部阻塞此凹槽的外周，从而减少或阻止环在凸缘凹槽中横向移动。因此，凸缘部分的焊接操作执行起来很精细并且不允许控制这些焊缝溢出。另外，每当环的边沿与突出到凸缘凹槽中的焊道接触时，都存在装置堵塞和/或焊缝损坏或者甚至断裂的风险。
本发明更具体地旨在针对此问题提供一种简单、高效和具有成本效益的方法。
因此，提供了一种用于在涡轮机的燃烧室壁的孔口中引导元件的装置，装置包括浮动环和基本上同轴的凸缘，浮动环和凸缘一个安装在另一个内部，环适于使元件轴向(相对于轴线520a)穿过环并且包括在所述凸缘的内部环形凹槽中受横向引导(到轴线520a)的外部凸缘，所述外部凸缘适于固定到所述燃烧室壁的孔口的边缘上，所述凸缘包括设置有下降边缘(fallen edge)的衬套，其中所述衬套与外圈钎焊或焊接在一起，使得在所述衬套与所述外圈之间限定出凹槽，装置具有环的至少一个优选的横向移动方向，此装置的特征在于，当环相对于所述衬套在优选的方向上移位时，平行于轴线(520a)，在焊缝或钎缝与环的边沿的轨迹(路径)之间保留出中间空间作为凹槽的延伸部。
因此，焊缝或钎缝将会溢出到此中间空间中；并且焊缝或钎缝将位于环边沿的轨迹外部。
所述解决方案实施简单且经济。利用本发明的解决方案，焊缝或钎缝可以仅突出到所述中间空间中，并且因此可以只突出到所述中间空间中。
非常有效地使中间空间移动并且因此焊缝或钎缝溢出远离所述轨迹的方法是提供空间以横向于外圈的部分与下降边缘之间的轴线(520a)围绕外圈的部分延伸。
期望的轴向偏移将在外圈的部分周围实现。
产生此中间空间，从而避免衬套变形的有效方式是提供借助于提供有外部边沿的台肩而呈阶梯状的外圈，所述外圈将已经通过外部边沿与所述下降边缘的轴向细长端钎焊或焊接在一起。
因此，台肩将充当环边沿的轨迹区域与溢出区域之间的障碍或屏蔽。
此外，不是使具有例如倒U形外周形状的外圈成形为朝凹槽平行于轴线(520a)定向，可以优选的是，平行于此轴线，所述下降边缘的高度(下文的H10)至少等于所述突出部的高度(下文的H30)加上所述凹缘的厚度和允许所述凹缘在凹缘的内部凹槽中移动的间隙J(如下文所述)。
因此，与下文图2所示的已知情况相比，下降边缘将已经“简单地”沿轴线(520a)上升。
而且，如果横向于轴线(520a)，边沿将作为外圈的部分的台肩设置为远离下降边缘，从而产生为焊缝或钎缝的溢出而保留出的中间空间，则可以横向于此轴线520a获得溢出的最佳容积与最小空间要求之间的最适当的折衷。
本发明还涉及一种用于飞行器的燃气涡轮机的燃烧室，所述燃烧室绕轴线(下文的34)环形地延伸并设置有如先前所述的引导装置，在特性的全部或部分都提到的情况下，此引导装置限定火花塞引导件，在所述燃烧室壁的孔口中引导的所述元件是通过此孔口与所述燃烧室的内部容积连通的火花塞，在其中形成孔口的所述壁是相对于轴线(34)径向向外的环形壁。
具体地说，此燃烧室可以进一步包括将所述径向向外的环形壁连接到相对于轴线(34)径向向内的环形壁的环形室底壁，环形室底壁具有用于安装将空气和燃料的混合物喷射到所述燃烧室中的系统的孔口。
因此，可以提供高效的燃烧室。
如果需要，在阅读借助于非限制性实例给出的以下描述同时参考附图，可以更好地理解本发明并且本发明的其它细节、特性和优点将会呈现。
附图说明
-图1是飞行器涡轮机的扩散器和燃烧室的示意性轴向横截面(如图所示的轴线38)半视图；
-图2是根据现有技术的轴向截面(如图所示的轴线38)中的引导装置的示意图；
-图3是根据本发明的引导装置的示意性轴向截面(如图所示的轴线38)图；
-图4是可以安装在图3的技术方案上的环形外圈的轴向截面(如图所示的轴线38)。
具体实施方式
首先参考图1，所述图表示用于如飞行器涡轮式喷射发动机等涡轮机的环形燃烧室10，环形燃烧室布置在环形扩散器12的出口处，环形扩散器本身定位于压缩机(未示出)的出口处。参考轴线34(参见下文)，室10包括(径向)旋转或环形内壁14和(径向)旋转或环形外壁16，所述内壁和所述外壁在上游(AM)连接到环形室底壁18并且在下游(AV)分别通过径向内环形凸缘20和径向外环形凸缘22固定到扩散器的内截头圆锥形网24和室的外壳26的下游端，此外壳26的上游端固定到扩散器的截头圆锥形网28。因此，轴向、径向和上游/下游方面此处理解为相对于轴线34。壁14、16、18限定发生燃烧的室10的内部容积11。
室底壁18具有用于在室10中安装空气和燃料的混合物的喷射系统37的开口30，其中空气来自扩散器12并且燃料由喷射器32供应。在喷射器32的径向外端处将喷射器固定到外壳26，并且所述喷射器均匀分布在圆周之上，在室的旋转轴线34圆周。每个喷射器32在其径向内端处都具有在喷射系统37中引导并且与室壁18的对应孔30之一的轴线38对齐的燃料喷射头36，此轴线38在附图上与室的所展示截面的纵轴组合。轴线38是内环形壁14和外部环形壁16沿轴线延伸的轴线。燃烧室10的旋转轴线34平行于涡轮机的纵轴。
轴线34和38以从上游发散到下游的锐角彼此倾斜。这种情况可能是不同的。
上游弯曲的环形盖40附接到室壁14、16和18的上游端并且包含与室底壁18的孔30对齐的空气通道孔42。喷射到室10中的空气和燃料的混合物由径向延伸到室外部的至少一个火花塞44点燃。在室外壁16中的孔460中，在火花塞44的径向内端(即关于轴线34)处引导所述火花塞，并且通过合适的方式将火花塞的径向外端固定到外壳26并且连接到定位于壳体26外部的电源构件(未示出)。将用于沿径向轴52a(相应地520a)引导火花塞44的径向内端(相对于轴线34或38)的装置48(其可以由下文所述的480代替)固定到室10外部、在外壁16上、在孔口46(相应地460)周围，以在涡轮机操作期间补偿室的外壁16与由外壳26承载的火花塞44之间的相对位移。这些相对位移主要发生在纵向方向上，基本上平行于轴线38。
用于喷射器的喷射头36的引导装置48'也由安装在室壁18的孔口30中的每个喷射系统37承载以补偿室与喷射器之间的主要发生在相对于轴线38的径向方向上的相对位移。
图2示出了根据现有技术在参考48下作为引导装置480的替代方案的上述整体引导装置的实施例。
引导装置48包括由火花塞44(或喷射器头36)轴向横穿(轴线52a)并安装在同轴凸缘52的一端内部的浮动环50。凸缘52的另一端围绕火花塞端口46通过钎焊、焊接等附接到外室壁16(或附接到由室壁18承载的喷射系统37)。环50由圆柱体部分54组成，所述圆柱体部分的内部表面56以少量游隙包围火花塞44(或喷射器头36)。此圆柱体部分54在一端处连接到朝外展开的截锥形部分58并且在所述圆柱体部分的另一端处具有环形边沿60，当被安装在装置中时，所述截锥形部分用于引导火花塞(或喷射器头36)。环形边沿60从环50的轴线向外径向延伸并且在凸缘52的内部环形凹槽62中引导。凸缘52由分别称为衬套和外圈的两个同轴环形部分64、66组成，所述同轴环形部分通过钎焊或焊接彼此附接，并且在所述衬套与所述外圈之间限定此处呈环形的凹槽62以引导环50的外部边沿60。在所示实例中，凸缘52由衬套64和外圈66组成。所述衬套与所述外圈可以各自呈环形，其中凸缘52在沿轴线38的轴向截面上具有基本上呈S形或Z形横截面。
衬套64包括圆柱体壁或通气道68，所述圆柱体壁或通气道在一端处焊接或钎焊到壁16(或到喷射系统37)，并在其另一端处连接到径向于轴线52a并限定凹槽62的内环形表面72(始终关于轴线34)的壁70。衬套64的径向壁70在其外周连接到在相反侧上延伸到圆柱体壁68的边沿74，并且外圈66的外周被应用并且焊接或钎焊在边沿上。
边沿74可以径向于轴线38和圆柱体。边沿类似于沿轴线52a，高度H1限定或至少影响沿同一轴线的凹槽62的深度H2的下降边缘。此处，H1＝H2。
外圈66从衬套的轴线基本上径向延伸并限定凹槽62的另一个内环形表面76，此表面76平行于由凸缘的第一部分64限定的表面72。环形表面72、76用于在径向平面或横向于凸缘的轴线52a的平面上引导环的外部边沿60。环50的环形边沿60的外径小于凸缘52的圆柱体边沿74的内径，并且环的圆柱体部分54的外径小于外圈66的内径以允许环凸缘60在横向平面上在凹槽62中的移动。在此解决方案中，外圈66的外观是平坦的垫圈。环的外部边沿60的沿轴线52a的尺寸或厚度还小于凹槽62的深度H2以允许环50的轴线与凸缘52的轴线之间的角度偏移。然而，在将外圈66的外周焊接或钎焊到壁74期间，熔融材料78从连接区80渗透到凹槽62中并在此凹槽的外周的至少一部分处局部关闭凹槽，从而减少环50在凹槽中在横向方向上的偏转。
本发明通过在(至少)空间区881中焊接或钎焊外圈和套筒使得解决此问题成为可能—参见图3，空间区径向(相对于轴线34/38)或平行于轴线52a(图3标记为520a)，
空间区在燃烧室操作期间相对于环凸缘在上述凹槽中的优选移动方向X1、X2偏移；参见图3：当环500移动时，环500、边沿600相对于凸缘520在凹槽620中的轨迹600a。因此偏移的区881然后远离同一方向X1、X2。
在优选的解决方案中和如图3所示，正是在平行于轴线520a、在焊缝或钎缝800与边沿600的轨迹600a之间设置的这些条件下，所述中间区(或空间)881才能使凹槽620周向地延伸，使得焊缝或钎缝(在780处)溢出到所述中间区中，使得这些焊缝或钎缝位于所述轨迹600a外部，在这种情况下不用考虑沿优选方向X1、X2的哪个方向。
焊缝或钎缝800仅在所述中间区(或空间)881中(在780处)溢出，因此不会溢出到并且因此侵入边沿600沿轨迹600a移动的凹槽620中。
在图3所示的优选解决方案中，如在图2中执行相同功能的相同部分在乘法因数10内进行相同地引用。
下文概述了部分的结构差异和功能差异。
在优选的设计中和如图3、4所展示，平坦外圈66由借助于设置有外部边沿663的台肩661而呈阶梯状的外圈660代替，通过外部边沿，外圈660与壁或下降边缘740的轴向细长端741(平行于轴线520a)钎焊或焊接在一起。因此，环形外圈66是一种带台肩的垫圈。
因此，突出到凸缘520的凹槽620中并且可能会使其堵塞的焊接或钎焊泄露将不再限制边沿600的移动。因此，当测量引导装置480的凸缘的尺寸时，不再需要考虑这些突出部。
在所述一个或多个区800与轨迹600a之间延伸或在此之间在凹槽620之上延伸的中间空间881赋予此凹槽一种外周曲率，从而为用于在边沿600的轴线520a处的径向位移而保留出的所述中间空间产生另外的环形容积，焊缝或钎缝可以在所述中间空间处溢出。
在此优选解决方案中，不赋予外圈660复杂形状(例如，具有朝壁700平行于轴线520a定向的外周边沿)，此处选择通过增加壁740的高度来产生空间881。平行于轴线520a，壁740的高度H10等于溢出780的高度H30加上边沿600的厚度和允许边沿600移动到凹槽620中的间隙J。
与壁74的H1相比，壁740的高度H10的这种增加允许钎焊溢出到轨迹600a外。
在如图3所示的优选解决方案中，空间881在此部分665与凸缘520的壁740之间横向于轴线520a围绕外圈660的部分665延伸。因此很容易实现外周曲率。
突出部780所源自的所谓的800焊缝或焊料区域可以由若干焊缝或一个或多个焊道形成。
如图3所示，在优选的实施例中始终H10>H20。
这种情况可以通过以下简单的方式实现，而无需使壁740变形：仅仅通过使所述壁延伸，使得H10>H1，并且通过由外部边沿663延伸的外圈660的台肩661，因此，在外部边沿处，外圈与壁740的端部741钎焊或焊接在一起。
因此，空间881占据了定位于壁740与外圈660的与台肩661相反的部分665之间的凹槽620的容积。
在孔460周围的通气道680或其附件681上均未做功。
在径向平面或横向于凸缘轴线520a的平面上，环的外部边沿600现在引导在凹槽620的定位于台肩661的基座处的环形内表面760与凸缘640的壁700的内部表面720之间。横向于轴线540a的此壁700将通气道680连接到下降边缘740。
还可以注意到的是，利用边沿663，图3所示的优选解决方案将台肩661横向于轴线520a设置为外圈所谓的部分663远离下降壁或边缘740。因此能获得空间881。

Claims (6)

1.用于在涡轮机的燃烧室(10)的壁中的孔口(460)中引导元件(44)的装置，装置包括浮动环(500)和凸缘(520)，浮动环和凸缘基本上同轴并且一个安装在另一个内部，环(500)适于使元件轴向(520a)穿过环并且包括在所述凸缘(520)的内部环形凹槽(620)中受横向引导的外部边沿(600)，外部边沿适于固定到所述燃烧室(10)的所述壁的孔口(460)的边缘上，所述凸缘(520)包括设置有下降边缘(740)的衬套(640)，其中所述衬套与外圈(660)钎焊或焊接在一起，使得在所述衬套与所述外圈之间限定出凹槽(620)，装置具有环的至少一个优选的横向移动方向(X1，X2)，其特征在于：
-当环相对于所述衬套在优选的方向上移位时，平行于轴线(520a)，在焊缝或钎缝(800)与环(500)的边沿的轨迹(600a)之间保留出中间空间(881)作为凹槽(620)的延伸部，
-焊缝或钎缝(在780处)突出到所述中间空间(881)中，使得焊缝或钎缝(800)定位于环边沿的轨迹外部，以及
-所述中间空间(881)在所述外圈的部分(665)与所述下降边缘(740)之间横向于轴线(520a)围绕所述外圈(660)的部分(665)延伸。
2.根据权利要求1所述的引导装置，其特征在于，平行于轴线(520a)，所述下降边缘(740)的高度(H10)至少等于突出部(780)的高度(H30)加上边沿(600)的厚度和允许边沿(600)在凹槽(620)中移动的间隙J。
3.根据前述权利要求中任一项所述的引导装置，其特征在于，所述外圈(660)通过设置有外部边沿(663)的台肩(660)而呈阶梯状，所述外圈通过外部边沿与所述下降边缘(740)的轴向细长端(741)钎焊或焊接在一起。
4.根据权利要求3所述的引导装置，其特征在于，横向于轴线(520a)，边沿(663)将作为所述外圈的部分(665)的所述台肩(661)设置为远离所述下降边缘(740)，并且由此产生空间(881)。
5.飞行器燃气涡轮机的燃烧室(10)，燃烧室绕轴线(34)环形地延伸，并且设置有根据前述权利要求中任一项所述的引导装置，引导装置限定火花塞引导件，在燃烧室的壁(16)的孔口(460)中引导的元件是通过孔口(460)与所述燃烧室(10)的内部容积(11)连通的火花塞，在其中形成孔口的壁(16)是相对于轴线(34)径向向外的环形壁。
6.根据权利要求5所述的燃烧室(10)，其进一步包括环形室底壁(18)，环形室底壁将径向向外的环形壁(16)连接到相对于轴线(34)径向向内的环形壁(14)，环形室底壁(18)具有用于安装将空气和燃料的混合物喷射到所述燃烧室中的系统(37)的孔口(30)。
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