[发明专利]具有可变几何形状的自适应燃气涡轮燃烧室

说明书

具有可变几何形状的自适应燃气涡轮燃烧室包括至少一个具有可变开口的系统，用于根据空气温度，具体是来自压缩机的空气的温度，自动调节燃烧室(101)内的燃烧配置。该调节通过热敏构件执行，该热敏构件控制通向燃烧室的通道的、用于参与燃烧室内燃料燃烧或参与所述燃烧室内稀释有效气体的空气的至少一个横截面积。

技术领域

本发明涉及一种具有可变几何形状的自适应燃气涡轮燃烧室以及包括这种燃烧室的涡轮机。

背景技术

众所周知，涡轮机的燃烧室内的燃料的燃烧具有一氧化碳、燃烧残留物和氮氧化物的排放特性，这些特性根据涡轮机的功率设定而变化。首先，当功率设定降低时，一氧化碳和燃烧残余物排放急剧增加，以及当功率设定增大时，氮氧化物排放增加。当涡轮机是飞机涡轮喷气发动机时，起飞然后巡航时使用高功率设定，而在着陆和滑行时使用低功率设定，这也对应于涡轮喷气发动机的空中重燃条件。为了无视功率设定而减少这些排放，可考虑使用可变几何形状的燃气涡轮燃烧室。这种具有可变几何形状的燃烧室具有将上游引导进入燃烧室的至少一个第一燃烧空气入口和将下游引导进入同一燃烧室的至少一个第二燃烧空气入口。因而，当功率设定增加时，向室中引入的燃烧空气在上游增加，同时在下游减少，从而产生燃料贫乏的燃烧。相反，当功率设定减小时，向室中引入的燃烧空气在上游被减少，同时在下游被增加，从而产生富含燃料的燃烧。例如，文献FR 2 779 807提出基于涡轮机中的气压，使用一个或多个阀或其他关闭装置来自动控制燃烧空气进入燃烧室的可变速率。然而，在文献FR 2 779 807中描述的可变几何形状的实现很复杂，在尺寸和质量方面不利，并且难以与涡轮机中存在的温度、压力、振动和空气流速条件兼容。

另外，文献FR 2 452 599提出自动调节燃烧室旁路空气流速，以冷却涡轮的部件，具体地，冷却其固定叶片和运动叶片。响应于诸如来自涡轮机的压缩机的空气的压力或温度的参数来进行自动调节。例如，阀由双金属条带承载，以便改变打开的横截面积，以使来自压缩机的空气通过。因而，使得调节根据来自压缩机的冷却空气的温度而变化。然而，文献FR 2 452 599中描述的概念和设备不对应于具有可变几何形状的燃烧室，以便根据功率设定优化燃烧。

发明内容

基于这种情况，本发明的一个目的是改进涡轮燃烧室中燃烧配置的自动调节，从而为涡轮机的不同的功率设定优化一氧化碳和氮氧化物的排放特性以及涡轮机的能量效率。

一个辅助目的是获得这样一种自动调整，该自动调整在燃烧室附近存在的热和振动条件下简单、坚固且便宜。

为此，本发明的第一方面提供了一种燃气涡轮燃烧室，其包括：

-燃烧室；

-空气供应系统，具体用于供应离开压缩机的空气，该空气供应系统布置成向燃烧室供应至少一个温度可变的空气流；以及

-至少一个具有可变开口的系统，其本身包括：

进气通道，其布置成允许来自空气供应系统的空气流进入燃烧室，

可移动的闭合构件，其在移动时改变进气通道的开口横截面积，以及

热敏构件，其形状根据该热敏构件的温度而变化，并且布置在空气供应系统与进气通道之间的空气流中，并且连接至闭合构件，以使得热敏构件的变形使闭合构件移动。

根据本发明，进气通道相对于燃烧室布置，使得通过该进气通道进入该室的空气是参与燃料燃烧的空气，或者是在燃烧室内参与有效气体稀释的空气。以这种方式，涡轮燃烧室具有可变的几何形状，但又具有自适应性，因而涡轮燃烧室可根据其运行功率设定自动调节燃烧室内部的燃烧配置。

具体地，以这种方式，可获得用于低运行功率设定的第一燃烧配置与用于高运行功率设定的另一燃烧配置之间的交替，其中，第一燃烧配置具有位于燃烧室底部的富燃料火焰区，随后是稀释区，在另一燃烧配置中，燃烧贫油且没有稀释区。