涡轮机燃烧室的冷却膜装置及其制造.pdf

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摘要
申请专利号:

CN87107419.2

申请日:

1987.12.29

公开号:

CN1034038A

公开日:

1989.07.19

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

专利权的终止(未缴年费专利权终止)授权公告日:1991.4.3|||保护期延长|||授权|||审定||||||公开

IPC分类号:

F02C7/18

主分类号:

F02C7/18

申请人:

船空发动机的结构和研究国营公司

发明人:

彼里·安德里·保罗·波洛特; 克劳德·阿曼德·莱昂·吉尼特

地址:

法国巴黎

优先权:

专利代理机构:

中国国际贸易促进委员会专利代理部

代理人:

刘志平

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内容摘要

一种制造涡轮机燃烧室冷却膜装置的方法,其中加工坯料而提供一个基本圆柱形的入口壁和通常是截锥形状的扩张出口部件,在出口部件中加工出一个内部开口通道,从而构成一个内翼形板和一个外翼形板,加工翼形板并使其变形就确定一个稳流腔室,该腔室到环形出口缝隙是按顺流方向收敛的,在稳流腔的径向入口端壁面上钻置许多小空气入孔。

权利要求书

1: 一种用于航空涡轮发动机大直径燃烧室的短长度冷却膜装置的制造方法,所说的冷却膜装置包括一个大致圆柱形入口壁,一个出口壁、一个从入口壁顺向延伸的舌形板,所说的出口壁和舌形板确定了其间的环形室,和一个下游的环形出口缝隙连通所说的腔室与燃烧室内部,还有确定许多通往环形腔的空气入孔的手段,所说的方法包括步骤: a)在车床上制出一个环形坯料,所说的坯料有一个通常是圆柱形的入口部分及一个通常是截锥形的扩张出口部分; b)在所说的出口部分中按顺流方向加工出一个截锥形开口通道,从而使出口部分具有一个其轴线与坯料轴线相重合的内部部分,一个径向部分、还有一个具双重曲线的外形部分环绕着所说的通道,所说的内部分和外部分确定了内、外出口翼形板; c)至少使所说的内、外出口翼形板之一变形,一方面形成冷却膜装置的出口壁;另一方面形成所说的内舌形板,以此确定了环形室和出口缝隙; d)在使舌形板和出口壁隔开的径向部分上钻几排孔。
2: 根据权利要求1所述的制造环形燃烧室内壳的冷却膜装置的方法,其特征是:在步骤(a)中形成的坯料的截锥形出口部分,相对壳体的对称轴,以α角为30°-50°之间的数值,按顺流定向扩张。
3: 根据权利要求1所述的制造环形燃烧室外壳的冷却膜装置的方法,其特征是:在步骤(a)中形成的坯料的截锥形出口部分,相 对壳体的对称轴,以α角度为30°-50°之间值,按顺流定向收敛。
4: 根据权利要求1所述的方法,其特征是:外出口翼形板有一中心部分和一出口部分,所说的中心部分在步骤(c)中被变形,由此,环形腔室就限定一个收敛的稳流室,所说的外翼形板的出口部分变得与内舌形板平行,并提供可限定环形出口缝隙的同轴圆柱面。
5: 根据权利要求1所述的方法,其特征是:在步骤(b)中加工出的内出口翼形板相对入口壁是以截锥形状伸展的,所说的内翼形板在步骤(c)中进行变形,因而使内舌形板平行于外翼形板的出口部分,由此环形腔室确定了一个收敛的稳流室,并且所述的环形出口缝隙就由舌形板和外翼形板出口部分的同轴圆柱面所确定。
6: 根据权利要求1的方法,其特征是:至少坯料的内、外出口翼形板之一是在步骤c中通过滚花轮旋压而变形,而不需要对材料挤压。
7: 根据权利要求1的方法,其特征是:至少坯料的内、外出口翼形板之一通过在拉力机上的塑性变形而变为步骤c中的形状。
8: 一个大直径涡轮发动机环形燃烧室内、外壳的冷却膜装置,所说的部件根据权利要求1的方法制成,它包括一个基本圆柱形的入口壁、一个出口壁和一个连接入口壁和出口壁的径向部分,一个从入口壁沿顺流方向伸展的舌形板,并且由径向部分及出口壁确定一个环形稳流室,所述径向部分具有限定许多通向稳流室的空气入孔的手段,还在出口壁和舌形板之间确定一个位于稳流室的出口端的环形出口缝隙,所说的腔室是收敛地通向出口缝隙的。
9: 根据权利要求8所述的冷却膜装置,其特征是稳流腔室的径 向宽度在远离出口缝隙的稳流腔端部处为4-5mm,
10: 根据权利要求8所述的冷却膜装置,其特征是:出口缝隙的径向宽度为1mm-3mm。
11: 根据权利要求8所述的冷却膜装置,其特征是:该装置的总轴向长度小于20mm。
12: 一个航空发动机的环形燃烧室,包括内壁和外壁,和至少一个根据权利要求8制造的环形冷却膜装置,并安装在内壁、外壁的至少一个上,所说的冷却膜装置被焊在所说壁面的入口和出口环形元件之间。

说明书


本发明涉及涡轮机的燃烧室壁面的冷却,更确切说是制造一个在燃烧室壁面上建立内腔壁冷却膜装置的方法。为了简单起见,该产生内腔壁薄膜的装置(也就是说,该环形元件内有一环形腔,其上置有一排空气进口和一个环形出口缝隙,通过该缝隙,空气进入燃烧室)在此称为“冷却膜装置”。

    涡轮机燃烧室的内部温度是非常高的,当今公知的通用措施是用“薄膜冷却”的原理来冷却燃烧室壁面。其中包括在室壁的内表面上喷射一层空气膜以防止与火焰直接作用。

    由这个过程所提出的主要问题是有效地将空气减速到所需速度,以等于燃烧室内燃气速度,从而使内部冷却空气沿着要冷却的内壁面流动,并在其上形成均匀的薄膜。

    申请人在美国专利4,329,848中已经对这个问题提出了一个解决方案,其中设置一个环形突出物,在它的径向部分的壁面上开有几排交错布置的空气入孔,这样空气沿着腔室的壁面顺向流动,通过安置在壁面与内出口舌形板之间的环形缝隙。

    本发明提出了一种易于实施地制造这类冷却膜装置的方法。

    在当代高功率的涡轮机的燃烧室中,燃烧室的尺寸已经得以减小,虽然尺寸的减小对涡轮机的重量/功率的性能比有利,却增加了所述腔室构造上的困难。

    的确,除了考虑到减小尺寸外,构成燃烧室的环形元件还必须制成与较大体积燃烧室的这些元件具有基本相同的几何结构。因此,实施该结构用传统方法是十分困难的。

    在传统的方法中,值得一提的是美国专利4,109,459中的冷却膜装置,它由两部分构成;入口壁和舌形板。舌形板由内部的入口环形元件的出口边构成,但是环形腔的壳体和出口壁是由一个出口环形件围绕在内部入口元件上焊接而成。美国专利4,485,630中公开的仍是由两部分组成的冷却膜装置的构成方法说明。

    法国专利2,440,524也公开了冷却膜装置但其结构并未呈现出任何特殊的难点,象燃烧室的出口壳体直径明显地大于由出口壳体所环绕的入口壳体的直径,以及冷却膜装置的空气入口槽没有进口的突出物,也无比入口槽窄的环形出口缝隙。

    本发明的一个目的是用简单方式提供一个使空气进入和确立冷却膜的环形腔,该环形腔的直径显著大于把空气喷入燃烧室的出口环形缝隙的直径,和在环形元件中制成一个单元冷却膜装置,其不同于上边所述专利中由两部分组成的装置,其意图在于明显地增强该装置结构的刚性,同时简化燃烧室壁面的结构。

    本发明的另一个目的是使制造尺寸十分小的冷却膜装置成为可能,而其保留了大容量装置的特征,这种结构的方法用于现在较小尺寸的装置是不太容易的。

    根据本发明,提供了一种制造大直径航空涡轮发动机燃烧室的短长度冷却膜装置的方法,所说的冷却膜装置包括一个基本上圆柱形入口壁,一个出口壁、一个从入口壁顺流延伸的舌形板,所说的出口壁和舌形板确定了其间的一个环形室和一个下游的环形出口缝隙并使所说的腔室与燃烧室内部连通起来,和限定许多通向所述环形室的空气入孔的手段,所说的方法包括下列步骤:

    a)在车床上制出一个环形坯料,该坯料有一个通常是圆柱形的入口部件及一个通常是圆柱-截锥形的扩张的出口部件,

    b)在所说的出口部件上加工出一个按顺序流方向张开的截锥形通道,从而使上述出口部分具有一内部分,其轴线与坯料轴线相重合,一个径向部分、和一个具有双重曲线的环绕着所说的通道的外部分,所说的内部分和外部分确定了内、外出口翼形板;

    c)至少使所说的内、外出口翼形板之一变形从而在一方面形成冷却膜装置的出口壁;另一方面形成所说的内部舌形板,由此,确定了前述环形室和出口缝隙;

    d)在使舌形板和出口壁隔开的径向部分上钻几排孔。

    另外,根据本发明,还提供一个用于大直径涡轮机环形燃烧室的内、外壳体的冷却膜装置,依据本发明的方法制造的装置包括一个基本圆柱形入口壁,一个出口壁,一个连接着入口壁和出口壁的径向部分、一个从入口壁沿顺流方向伸展的舌形板和由径向部分与出口壁所确定的环形稳流室;所说的径向部分具有确定许多通向稳流室的空气入孔的手段,所说的出口壁与舌形板限定了其间的位于稳定室出口端的环形出口缝隙,所说的腔室是收敛地接近出口缝隙的。

    还有,根据本发明可提一种用于航空涡轮发动机的一种环形燃烧室,其在腔室的至少一个内壁和外壁有至少一个环形冷却膜装置,所说的冷却膜装置是焊接在腔室壁的上游和下游的环形元件之间的。

    本发明的其他特征将从下面的最佳实施例的描述和参照附图明显地看出。

    图1表示了带有本发明方法制造的冷却膜装置的一个环形燃烧室的纵向半切面的示意图:

    图2是图1中Ⅱ部分的放大结构;

    图3a到3e表示了根据本发明方法在环形燃烧室的外壳上制造一个冷却膜装置实施例的各个阶段说明图;

    图4a到4d表示了另一个根据本发明方法在环形烧燃室外壳上制造一个冷却膜装置实施例的不同阶段示意图。

    参照图1,一个环形燃烧室1位于内壳体2和外壳体3之间并限定了来自压缩机的空气流(未示出)。一部分压缩空气通过空气和燃油的联合喷射装置4进入燃烧室,以便空气-燃油混合物在燃烧室中燃烧,而其余的部分压缩空气则环绕着腔室的内壁5和外壁6流动。而这部分空气的一部分通过稀释孔7进入腔室1,而另一部分空气则由位于腔室壁5和壁6上的冷却膜装置8所收集,结构如图2所示。

    冷却膜装置8具有一入口壁9,其往顺流方向延伸而形成一个内舌形板10,一个径向部分11,其上钻有空气入孔12,和一个出口壁13。该舌形板10、径向部分11和出口壁13用这样的方式形成:在它们之间构成一个环形室或凹腔14,是顺流收敛的,以便减慢并稳定由孔12进入的空气,这样使从出口壁13和内舌形板10之间形成环形出口缝隙15喷出的空气膜是稳定的,并基本上以与由喷射装置4喷出的空气流相等的速度前进,从而,腔室的内壁冷却膜不分层,最后,由于在燃烧室内燃烧过的空气-燃油混合物的逆流-顺流运动而破坏了冷却膜。

    根据本发明的第一实施例:去生产这一结构,从一个环形壳体上加工出一块坯料(见图3a),这块坯料有一个管状圆柱形的入口部分,其在加工之后形成装置的入口壁9,还有一个出口部分16,其有一较大的厚度,并且通常是截锥形的并按顺流朝壳体的轴线方向收敛。图3a至3e表示了用于环形或管状燃烧室外壳的冷却膜装置的生产过程。

    加工出口部分16的内表面16a作为入口管状壁9的内表面延伸部分,而外表面16b制成一个双曲线形:起初在它的中间部分收敛;而后,在它的出口部分扩张。

    在图3b所示的下一个阶段中:在车床上用夹具夹住入口部分9而固定坯料,然后借助切削工具18加工出口部分16以形成一个截锥形通道17,该通道开口向顺流方向,并且其内表面16c和16d是彼此平行或扩张的。于是,在部分16的内表面16a和通道17的内表面16c间就确定了一个截锥形的内翼形板10,还在部分16的外表面16b和通道的内表面16d间确定了一个截锥形外翼板13。同时,径向中间部分11也就形成并构成通道17的底端。

    然后,利用不同定向的车刀18通过加工内表面16d而削薄外翼形板13的出口端使其平行或近似平行于外表面16b的出口扩张部分,如图3c所示。

    图3d示出了下一个阶段:在外翼形板13b的中间部位借助于滚花轮19绕自身的转动及在坯料外部的作用,使外翼形板13变形,直至出口部分13a基本平行于内舌板10为止。这样形成的13a部分就构成了冷却膜装置的出口壁。

    图4a至4b示出了另一个实施例。与上述实施例比较,从中看出其区别在于坯料包括一个其内表面16′a是截锥形并且朝该装置轴线向下游收敛的出口部分,而外表面16′b仍然是双重曲线,由最初到最后外部出口翼形板的形状通过机加工而成。

    如果想要在环形室的内壳制一个冷却膜装置(不同于上述的外壳),那么坯料的出口部分16′必须这样定向,即相对坯料的旋转轴是扩张的。然而,在上述二种情况下,相对壳体的对称轴扩张或收敛的α角最好是在30°-50°之间。

    相对应于图3b和3c,图4b和4c表示了形成通道17的加工工序,但此后是内翼形板10借助滚花轮19′在坯料内部的加工,以使翼形板弯曲而形成出口舌形板,并沿其全长平行于已形成的外翼形板13的出口部分13a。

    这样在两个实施例中用类似的方法形成环形室14,其位于由内翼形板形成的舌形板10、坯料的通道17的底部11、外翼形板的截锥形部分13b和与舌形板10同轴的基本圆柱部分13a之间。腔室14是顺流收敛的并开口向由舌形板10和出口壁13a之间形成的环形出口缝隙15(见图2和3e)。这个成形的工序可由滚花轮简单地完成,而不需要对材料的挤压加工并且不需要复杂的设备。的确,一个中心车床是足以实现所有加工工序的。

    根据要制造的冷却膜装置的几何形状、这取决于它在燃烧室中所占据的位置(也就是说在环形腔室的外壁面或内壁面上,在初始区域的圆柱壁面上,或在混合区域的圆锥壁面上,或在顺流稀释区域),加工者将选择哪个出口翼形板需要弯曲、或二者都弯曲。当然,坯料的原始形状视其后的加工步骤而定。

    作为另一个通过滚花轮去加工内舌形板10和出口壁13a以形成坯料出口翼板的成形方法,其成形可以利用在带适当工夹具的拉伸机或拉力机上的塑性变形实现。

    制造冷却膜装置的最后加工工序是用激光或电子速在其中间径向部分11上钻几排孔12。

    然后,通过把入口壁9的端部焊接到燃烧室壁的上游部分6a上,把出口壁13a端部焊接到燃烧室壁的下游部分6b上,从而把冷却膜装置固定在燃烧室壁上。

    这里所述的方法制成下达冷却膜装置是可能的,对于直径接近600mm的内壳来说,冷却膜装置的轴向长度是20mm,或小些;位于稳流腔14的底部的径向宽度为4mm至5mm之间,例如4.6mm;出口缝隙15的径向宽度是1mm至3mm之间,例如2.5mm;腔室14的径向端部分11钻置例如3排交错布置的1529个小孔,每个孔直径为0.5mm。

    因此,根据本发明,利用更简单的、较少成本的设备制造整体结构的并且其尺寸小于目前的冷却膜装置是可能的。

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一种制造涡轮机燃烧室冷却膜装置的方法,其中加工坯料而提供一个基本圆柱形的入口壁和通常是截锥形状的扩张出口部件,在出口部件中加工出一个内部开口通道,从而构成一个内翼形板和一个外翼形板,加工翼形板并使其变形就确定一个稳流腔室,该腔室到环形出口缝隙是按顺流方向收敛的,在稳流腔的径向入口端壁面上钻置许多小空气入孔。 。

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