CN1252119A - 把冷压力通风系统接到热燃烧室的连接管 - Google Patents

Abstract

一种用来把压力通风系统连接到燃烧室的喷管,其包括:一第一端口,该第一端口具有纵向轴线并适合于插入冷的压力通风系统开口或其它元件内:一第二端口,该第二端口具有纵向轴线并适合于插入热的燃烧室开口或其它元件内。为了适应由这两个元件之间的不同热膨胀所引起的弯曲力、轴向力和扭力,因此喷管的这些端口的结构构成便于在每个相应的开口内具有很大的自由度,同时保持开口一端口密封良好。在图解的实施例中,第一端口外表面的形状允许第一端口在平行于第一端口的纵向轴线上自由滑动,也允许第一端口绕第一端口的纵向轴线和第一端口的外表面横向轴线这两者旋转。安装在喷管的外表面上的摇臂适合于与安装在燃烧室外表面上的枢轴结合,或适合于与燃烧室的外表面本身结合。摇臂结合允许第二端口绕第二端口的横向轴线旋转,同时约束喷管的轴向运动,因此防止了第二端口从燃烧室开口中脱出。

Description

把冷压力通风系统连接 到热燃烧室的连接管

本发明的领域

本发明涉及涡轮机的元件，尤其涉及把工作流体从一个元件传送到另一个元件的装置。

本发明的背景

在各种各样的发动机中，经常需要把气体或者其它流体从一个元件传送到另一个元件中的输送管。例如，在气体涡轮机中，从压缩器中流出的空气集结在压力通风系统中并与燃料混合。然后，这种空气-燃料混合物流过文氏管或者其它的输送管，从而进入燃烧室，在此这些混合物点火燃烧从而形成热的气体。由于加热后绝大多数的工程材料会膨胀，因此热气体的产生会引起燃烧室的扩张。没有暴露给热燃烧气体的压力通风系统不能承受热增加到燃烧室所能承受的程度。

在诸如已授权给Mowill的美国专利No.5572862(简称“’862专利”)所公开的气体涡轮机模型中，理想的喷管一室的形状是这样的：喷管以基本上是相切的方式进入到燃烧室内。此外，为了有效地起到输送管的作用，因此喷管基本上固定在压力通风系统端和燃烧室端这两端上。在这种布置中，燃烧室的热增加基本上比压力通风系统的大，因此喷管很可能承受较大的轴向应力和弯曲应力及相应的变形。想要防止由作用在燃烧室中的压力所引起的喷管变形损坏燃烧室的衬层，那么在喷管与燃烧室和喷管与压力通风系统之间的接触面理论上需要提供间隙。但是，这种间隙必然地引起空气泄漏，因此降低了发动机的效率。因此，需要一种把一个元件连接到另一元件上的输送管，而该输送管设计得可适应于在这两个元件之间的热增加的较大差异，同时保持接触面之间的密封良好。

本发明的概述

根据本发明的原理，喷管或类似的输送管包括：适合于插入压力通风系统开口或其它元件内的第一端口和适合插入热燃烧室开口或其它元件内的第二端口。为了适应由这两个元件之间的不同热膨胀所引起的弯曲力、轴向力和扭力，因此喷管的各开口的结构形状构成为在每个相应的端口内具有很大的自由度，但同时保持开口一端口的密封良好。

在本发明的一个实施例中，第一端口的进入平面可以是或不是垂直布置的，该第一端口包括固定元件，如一个抬高的并环绕该端口的整个圆周，而且适合于配装在结合在压力通风系统的开口内的从而形成下文所表示的球形滑动连接的圆柱形体衬套的外表面。第一端口外表面的形状允许第一端口在平行于第一端口的纵向轴线上进行自由滑动，也允许第一端口绕着第一端口的纵向轴线和第一端口外表面的横向轴线进行旋转。第二喷管开口的出口平面可以是或不是垂直布置，第二喷管开口适合于绕着横向轴线可旋转地与燃烧室开口结合，从而形成下文所表示的偏心球形连接。安装在喷管外表面上的是固定元件，如摇臂，该摇臂适合于与另一个固定元件，如安装在燃烧室外表面上的枢轴结合或者与燃烧室外表面本身结合。摇臂结合允许第二端口绕着第二端口的横向轴线进行旋转，并同时约束喷管的轴向运动，因此防止了第二端口从燃烧室开口脱出。换句话说，第二端口包括带有固定元件如凸形部分和凹形部分的外表面，而这些凸形部分和凹形部分适合于旋转地与相应的固定元件如燃烧室开口表面所具有的凹形部分和凸形部分结合。第二端口外表面的形状允许第二端口绕第二端口的横向轴线旋转，同时约束喷管的轴向运动，因此防止了第二端口从燃烧室开口脱出。

重要的是应注意到本发明原理的应用不局限于’862专利所公开的发动机模型。任何存在一个元件相对于另一个元件存在膨胀差的燃烧型发动机都可采用本发明。

附图的简要说明

结合附图来阅读下面的详细说明可以更好地理解本发明，附图中的相同标号用来表示相同的元件，在附图中：

图1是现有技术中的、把压力通风系统连接到环形燃烧室上的喷管的侧视图；

图2是包括有本发明特征的喷管的侧视图；

图3是包括有本发明特征的、喷管和压力通风系统之间的接触面的横剖面图；

图4是包括有本发明特征的、喷管和环形燃烧室之间的接触面的横剖面图；及

图5是喷管和环形燃烧室之间的接触面的另一个实施例的横剖视图。

详细说明

各附图用来图解各结构的总体样式但没有按比例制图。在说明书和权利要求书中，左、右、前和后及类似术语是出于描述目的用的。但是，应当明白这里所描述的本发明的实施例除所示出的外也可以其它的方向工作，并且所使用这些术语仅仅是出于描述相对位置的目的，并且在合适的情况下是可互换的。

总的来说，图1表示许多燃烧型发动机应用中常用到的流体喷射系统，尤其是如’862专利所设想采用的环形燃烧室系统。在提供这种环形燃烧室系统的燃汽轮机上，离开压缩器的空气集结在压力通风系统或者其它的上游元件10内并与燃料混合。然后，混合好的空气-燃料混合物流过喷管20并进入到燃烧室30，在此混合物被点燃从而形成热的气体。喷管20的每端被固定并基本上沿相切方式进入燃烧室30内。如在’862专利中所进行的更充分论述的一样，这种切线进入的目的是在燃烧室30内产生空气-燃料混合气的径向涡流，从而提高混合气在燃烧室内的最大滞留时间，因此产生最大量的混合气燃烧，从而降低了排放。在燃烧室30内产生的热气体引起燃烧室30扩大。不能暴露在热的点燃气体下的压力通风系统10不能承受热量增加到燃烧室30所能承受的程度。相对于压力通风系统10而言，燃烧室30的相关增大运动给喷管20施加明显的轴向应力和弯曲应力及变形，这些又转过来损坏压力通风系统10和/或燃烧室30。

图2表示具有本发明的一个实施例的特征的中空喷管40。喷管40具有外表面51和内表面(未示出)。喷管40包括第一端口60和第二端口70，每个开口由各自的圆周限制出，而圆周在喷管40的每端上从外表面51上形成并形成外表面51的一部分。进入平面垂直布置的第一端口60包括纵向轴线52和环绕第一端口60的整个圆周并抬高的外表面90。第二端口70包括纵向轴线50和具有表面部分100A和100B的外表面100。根据特定的实施例，表面100的外形可以是直纹或者弯曲的。第二端口70的出口平面71适合于与燃烧室的环形表面相一致。摇臂接头80形成于外表面51。摇臂接头80的功能在下文中将作进一步的详细描述。

图3图解了喷管40和压力通风系统10之间的连接，其中所示出的第一端口60插入压力通风系统的开口110内从而形成了这里所表示的球形滑动连接。外表面90适合于可滑动地与圆柱形体壳120的内表面119结合，而该内表面119插入压力通风系统的开口110内。为了适应传递到喷管40上的轴向力、弯曲力及扭力，外表面90是这样与圆柱形体壳120结合的，以致端口60在平行于纵向的端口轴线52的方向上可以自由滑动、端口60绕垂直于端口轴线52的任何轴线(该轴线通过由表面90所限制出的直径122中心)可旋转且绕纵向端口轴线52可旋转。

图4图解了喷管40和燃烧室30之间的连接，其中所示出的第二端口70与燃烧室开口71进行流体连通。与喷管外表面51形成一体的第二端口的外表面100A、100B与燃烧室开口表面130A、130B可旋转地结合在一起，而该燃烧室开口表面130A、130B是由燃烧室的外表面131上形成并形成燃烧室的外表面131的一部分。表面部分100A、100B与燃烧室开口表面部分130A、130B的结合使喷管40绕着与第二端口70不同心的轴线200可自由地旋转。最接近轴线200的表面部分100A是凹入的，从而与相应的凸形表面部分130A结合。在轴线200的远侧处的表面部分100B凸出来从而结合相应的凹形表面部分130B。借助于形成具有弯曲外形的表面部分100A、100B和130A、130B，通过首先与上表面部分130A、100A结合并使喷管40绕着轴线200向下旋转直到表面部分100B、130B结合为止，从而把喷管40只结合到燃烧室30上。一旦结合上了，象受到表面部分100A、100B、130A、130B约束的一样，喷管40就不得不绕着轴线200旋转，但是不会从开口71中脱出。这种形式的连接在下文中表示为偏心球面连接。

图5表示喷管40和燃烧室30之间的另一种偏心球面连接，其中所示的第二端口70与燃烧室开口71进行流体连通。第二端口直纹外表面100与喷管外部表面51成一整体并可滑动地与燃烧室开口直纹表面130结合，该燃烧室开口直纹表面130具有表面部分130A和130B，并且该直纹表面130从燃烧室的外表面131上形成并形成燃烧室的外表面131的一部分。表面100和130在轴向上没有完全约束住喷管40。相应地，沿着外表面51所形成的至少一个摇臂接头80就可以偏压地与燃烧室的外表面131本身结合，或者如所示出的实施例一样，该接头80与形成于燃烧室的外表面131上的旋转接头140结合。最好，摇臂接头80和旋转接头140的结合表面是弯曲形的，但也可以是正方形、矩形或者其它几何形状。为了适应作用到喷管40上的弯曲力的作用，摇臂接头80通过旋转接头140进行这样结合，以致可以防止端口70从开口表面130上脱出。摇臂接头80与旋转接头40的结合也可以使端口70绕轴线旋转，该轴线垂直于由燃烧室30施加到喷管40上的径向力矢量所限制出的轴线。在某种程度上讲，它们与直纹表面100、300所提供的约束无关。在本发明的任何实施例中，若需要，可用辅助密封装置来减少第二端口70和燃烧室开口71的接触面处的泄漏。

尽管根据图解的实施例描述了本发明，但是在没有脱离本发明的精神实质或范围内对图解的实施例进行各种改变和改进对本领域的普通技术人员来讲是显而易见的。本发明的范围不以任何方式局限于所示出的和所描述的图解实施例中，而是只能通过所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种用来把具有压力通风系统开口的压力通风系统连接到具有燃烧室开口的室上的流体喷射装置，该装置包括：

输送管，该输送管具有：外表面、由所述外表面形成的圆周所限制出的第一端口和由所述外表面形成的圆周所限制出的第二端口，其中第一端口适合于插入压力通风系统开口并与压力通风系统开口进行流体连通，而第二端口适合于与燃烧室开口进行工作连接并与燃烧室开口流体连通；

所述第一端口具有适合与压力通风系统开口结合的局部球形表面；及

所述第二端口的结构构成便于与该室的外表面结合，从而可绕所述输送管的横向偏心轴线旋转。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一端口包括球形滑动连接，该球形滑动连接的结构构成便于在所述第一端口的压力通风系统开口内平行于所述输送管的纵向轴线方向进行自由滑动、可以沿垂直于压力通风系统开口的任何平面在所述第一端口的压力通风系统开口内进行旋转并可绕所述纵向轴线在所述第一端口的压力通风系统开口内进行旋转。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第二端口还包括摇臂接头，所述的摇臂接头的结构构成便于与燃烧室的外表面进行偏心结合。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第二端口包括最接近所述横向偏心轴线的凹形表面和远离所述横向偏心轴线的凸形表面。

5.把压力通风系统连接到一燃烧室上的流体喷射装置，该装置包括：

基本中空的圆柱形管，该管具有限制出第一端口的外表面，所述第一端口适合于插入压力通风系统并与压力通风系统进行流体连通，所述的外表面还限制出第二端口，该第二端口适合于与燃烧室进行工作连接并进行流体连通；

所述第一端口，该第一端口具有纵向轴线并包括一个抬高的、环绕着所述第一端口外表面的外表面，该外表面适合于插入压力通风系统开口，所述的外表面的结构构成便于在所述第一端口的压力通风系统开口内平行于所述纵向轴线进行自由滑动，所述外表面的结构构成便于沿垂直于压力通风系统开口的任何平面在所述第一端口的压力通风系统开口内进行旋转，所述外表面的结构构成便于绕所述纵向轴线在所述第一端口的压力通风系统开口内进行旋转；及

摇臂接头，该摇臂接头沿着最接近所述第二端口的所述外表面布置，所述摇臂接头与燃烧室的外表面结合，从而防止所述第二端口从燃烧室的开口中脱出。

6.一种用来接受和燃烧形成于压力通风系统的流体混合物的装置，该装置包括：

一燃烧室，该燃烧室具有一个外表面，至少一个开口形成于所述外表面上，至少一个第一固定元件形成于所述外表面上；

至少一个输送管，该输送管具有一外表面，一第一端口由形成于所述外表面上的圆周限制出，该第一端口适合于插入压力通风系统并与压力通风系统进行流体连通，一第二端口由形成于所述外表面上的圆周限制出并与所述燃烧室开口进行流体连通；

所述第一端口具有一纵向轴线并包括一第二固定元件，该第二固定元件适合于插入压力通风系统开口内并在该压力通风系统开口内具有很大的自由度；及

一第三固定元件，该第三固定元件形成于所述输送管的外表面，所述第三固定元件可绕枢轴旋转地与所述第一固定元件连接，因此防止了所述第二端口从所述燃烧室开口中脱出。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述第一固定元件包括旋转接头。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述第一固定元件包括燃一烧室开口外表面。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述第二固定元件的结构构成便于在所述第一端口的压力通风系统开口内沿着平行于所述纵向轴线方向自由滑动；

所述第二固定元件的结构构成便于沿着垂直于压力通风系统开口的任何平面在所述第一端口的压力通风系统开口内进行旋转；及

所述第二固定元件的结构构成便于绕所述纵向轴线在所述第一端口的压力通风系统开口内进行旋转。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述第二固定元件还包括所述第一端口的外表面，所述第一端口外表面是抬高的并环绕整个所述第一端口的圆周。

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