涡轮发动机燃烧室的点火过程

摘要

本发明涉及一种涡轮发动机的燃烧室(10)的点火过程，所述燃烧室由多个喷嘴(26)馈送燃料，并具有用来对喷入所述燃烧室(10)的燃料进行点火。所述点火过程包括开始阶段(36)，在所述开始阶段(36)，以恒定速率向燃烧室(10)喷射燃料，同时激发点火装置(28)，在所述开始阶段(36)结束时如果燃烧室(10)未点火，所述点火过程包括第二阶段(38)，在所述第二阶段(38)中，燃料喷射速率快速增大20％至30％。

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧室的点火过程，还涉及实施这种点火过程的涡 轮发动机。

背景技术

在涡轮发动机中，高压压缩机以已知方式馈给环形燃烧室空气， 多个喷嘴以已知方式馈给环形燃烧室燃料，喷嘴具有延伸通过环形 燃烧室端壁上的孔的喷头，喷嘴绕燃烧室的轴线均匀分布。诸如火 花塞之类的点火装置装配在穿过位于喷嘴下游的燃烧室环形壁的孔 中并通向燃烧室的内部。

在应用中，在向燃烧室内部喷入燃料之前，起动机开始工作， 驱动高压压缩机的转子，以使高压空气进入燃烧室。从某一给定的 速度开始，即，从高压压缩机的转子的每分钟给定转数(RPM， revolution per minute)开始，以恒定速率将燃料喷入燃烧室，同时激 发点火装置。燃料与进入燃烧室的高压空气混合，并被火花塞产生 的火花点燃。

为了有助于点火，现有技术中将一些比其他喷嘴具有较大流速 的喷嘴安装得在轴向上与火花塞对齐，以在火花塞附近具有较大的 燃料裕度，从而保证燃烧室快速点火。

尽管这种配置确保了在燃烧室中可靠地点燃燃料，但发现这种 配置比所有喷嘴都相同的配置实现起来更为复杂，这是因为较高流 速的喷嘴需要以与其他喷嘴不同的方式来调整它们的开口阀。另外， 为了避免在假定容纳较大流速的喷嘴的位置处安装较低流速的喷 嘴，必须提供键控装置，从而使燃烧室的制造更加复杂。由于在制 造和维护方面的成本同样增加，必须有呈现不同特性的类型的喷嘴。

发明内容

本发明的具体目的是为上述问题提供一种简单有效而又成本低 廉的解决方案，同时避免上述缺陷。

为了实现这个目的，本发明提供了一种涡轮发动机的燃烧室的 点火过程，所述燃烧室由多个喷嘴馈给燃料，并具有用于点燃喷入 燃烧室中的燃料的点火装置，所述点火过程的特征在于：所述点火 过程包括开始阶段，在所述开始阶段中，以恒定速率将燃料喷入燃 烧室，同时激发点火装置，开始阶段结束时如果燃烧室没有点火， 所述点火过程包括第二阶段，在第二阶段中，燃料喷射速率快速增 大20％至30％，在第二阶段之后是燃料速率逐渐增大阶段，在燃料 速率逐渐增大阶段，燃料流速逐渐增大，增量比第二阶段中的增量 小，增速比第二阶段中的增速慢。

在现有技术中，从激发点火装置开始到燃烧室点火，燃料流速 保持恒定，与此不同，本发明的点火过程包括恒定流速的开始阶段， 在未点火的情况下，开始阶段之后是燃料流速快速增大阶段，在该 阶段中，燃料流速快速增大20％至30％，以非常显著地快速增大燃 烧室中的燃料裕度(燃料裕度对应于喷入燃烧室的速率与空气馈给 燃烧室的速率)。

在未点火状态持续的情况下，逐渐增大燃料速率使得可以继续 增大燃烧室中的燃料裕度。第二次增大的量比第一次增大的量要小， 增速比第一次的增速慢，以保证燃烧室点火时不会形成大火焰，这 种大火焰会对位于燃烧室下游的涡轮机产生影响。

由于与将流速保持在恒定值相比，点火容限增大，裕度的增大 使得燃烧室更容易点火。

根据本发明的另一个特征，在大约1s至2s的短时间内执行燃 料流速的快速增大，以非常快地增大燃烧室中的空气/燃料混合物的 裕度，快速促进在燃烧室中点火。

有利地，燃料流速的逐渐增大持续大约10s至15s。

该逐渐增大过程结束时，喷嘴喷射的燃料流速比开始阶段的恒 定流速大50％至80％。

根据本发明的另一个方面，当上述逐渐增大过程中，燃料流速 增大到最大值，燃料流速稳定在最大值，直至点火过程结束，该最 大值位于开始阶段的燃料流速的1.5倍至1.8倍范围内。

根据本发明的另一个方面，在上文详细说明的两个阶段中，发 动机转速逐渐增大。

有利地，本发明的点火过程用多个同样的喷嘴实施，在上文详 细说明的两个过程中以同样的方式对这些喷嘴馈送燃料。

附图说明

阅读下文通过非限定性示例并参照附图所给出的说明，本发明 的其他优点和特征变得更加明显，其中：

图1是已知类型的涡轮发动机燃烧室的轴向剖面的示意性半剖 视图；

图2中示出了三条曲线，其中两条曲线表示采用了现有技术的 点火过程和本发明的点火过程中作为时间函数的燃料流速的变化， 第三条曲线示出了作为时间函数的起动机速度的变化；以及

图3是示出了作为高压转子的旋转速度的函数的燃料裕度的变 化的图。

具体实施方式

最初参照图1，该图示出了诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮 喷气发动机之类的涡轮发动机的环形燃烧室10，燃烧室布置在上游 高压压缩机12和下游高压涡轮机14之间。

燃烧室10安装在外壳体16内，并具有形成回转表面的内壁18 和外壁20，这两个壁在其上游端部连接至环形燃烧室端壁22，端壁 22具有用于通过喷头24的孔，喷头24由燃料供应管26馈给燃料。

外壳体16承载有至少一个点火火花塞28，点火火花塞28啮合 在由外壁20承载的导引装置30中。火花塞28的内端敞开在燃烧室 10中，以点燃喷入其中的燃料。

在应用中，涡轮发动机由电子起动机点燃，电子起动机的输出 口轴通过齿轮组连接到高压压缩机的轴。运行起动机使高压压缩机 的轴旋转，从而使高压空气进入燃烧室，空气分成两个气流，一个 气流进入燃烧室的内部(箭头A)，在燃烧室中与燃料混合，旁路 气流(箭头B)绕燃烧室流动。旁路气流在内壳体32和内壁18之 间流动，还在外壳体16和外壁20之间流动。

激发火花塞28用来点燃喷入燃烧室10中并与离开高压压缩机 12的空气混合的燃料。

图2中示出了三条曲线，第一条曲线C 1绘制出了作为沿横轴绘 制的时间的函数的起动机旋转速度在纵轴上的变化(标尺显示在图 的右侧)，另外两条曲线示出了作为沿横轴绘制的时间的函数的燃 料喷射进入燃烧室的以千克每小时为单位的燃料流速在纵轴上的变 化(标尺显示在图的左侧)，这两个曲线中的曲线C2对应于现有技 术中的点火过程，曲线C3对应于本发明的点火过程。

在现有技术中，当起动机的速度达到大约5000rpm至5500rpm 时，燃料以大约150kg/h的恒定流速34喷入燃烧室，同时在时刻Ta 激发火花塞。

保持这个流速恒定，直至时刻T4，这个时刻对应于点火过程的 结束，在这个时刻，如果点火没有发生，喷嘴26将不再馈给燃料， 例如，T4-Ta时间间隔大约为25s。

为了保证燃烧室的可靠点火，在轴向上与火花塞28对齐的那些 喷嘴以恒定速率输送燃料，该恒定速率大于其他喷嘴输送燃料的流 速。以这种方式，燃料的裕度，即，燃料流速和进入燃烧室的空气 的流速的比值，在火花塞附近局部增大，从而使得更容易点燃燃烧 室。

本发明为采用不同类型的喷嘴相关的问题提供了一种解决方 案，提出了一种可靠的点火过程，该点火过程采用相同的喷嘴，这 些喷嘴在流速和压力方面以相同的方式馈给。

该点火过程(曲线C3)包括开始阶段36，以恒定的速率馈给喷 嘴燃料，同时在时刻Ta和T1之间激发火花塞，这个阶段的持续时 间的量级为5s至8s。

如果在这个开始阶段36中在燃烧室中没有出现点火，同时改变 所有喷嘴的燃料流速，使得燃烧室中的燃料流速在时刻T1和T2之 间快速增大20％至30％，这个阶段38的持续时间的量级大约在1s 至2s。

燃料流速的这种快速增大使得可以非常快速地增大燃烧室中的 裕度，从而使得可以更容易地点燃燃烧室10。

在第二阶段38的结束，在燃烧室10未点火的情况下，在随后 的时刻T2至T3之间的阶段40中，逐渐增大燃料流速，以在燃料逐 渐增大的阶段40的结束时达到比开始阶段36的燃料流速高50％至 80％的燃料流速。燃料流速逐渐增大的阶段40的持续时间大约10s 至15s。在未点火的情况下，在时刻T3和T4之间延续的阶段42上 保持燃料流速恒定，阶段42的持续时间大约8s至10s。

如果在时刻T4没有发生点火，那么，停止燃料喷射和火花塞点 火，在再次开始点火过程之前执行已知的过程。

从而，本发明使得可以实现燃烧室的可靠点火，而无需像现有 技术那样求助于增大燃料流速的喷嘴。所有的喷嘴都是相同的，所 有喷嘴在燃料流速和压力方面的工作条件相同，从而减少成本，有 助于进行组装，还有助于进行维护操作。

图3示出了曲线C4，C4绘制出了作为高压压缩机的转子转速 函数的燃烧室中的空气/燃料混合物的裕度的变化，在图中，转子转 速被表示为最大转速的百分比。曲线C4对应于燃烧室的点火限制。 从而，在位于曲线C4下方的区域44中，裕度太低，不能使燃烧室 点火。

图2中的点火阶段开始的时刻Ta对应于位于高压压缩机的转子 最大转速30％至50％范围内的转速。时刻Ta由图3的图中的点46 表示。在未点火的情况下，通过增大开始阶段之后的裕度，本发明 的点火过程使得可以将点火点转移至点48，点48位于对应于现有技 术中保持裕度恒定的点50之上。以这种方式，与点火极限相关的点 48的容限48大于点50的容限54。