用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴的制作方法
【專利摘要】一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴設備包括：環(huán)形外體，其平行于中心線軸線而延伸，其中外表面具有多個開口；主噴射環(huán)，其配置在外體的內側且包括：周向主燃料通道；和多個主燃料孔口，各主燃料孔口與主燃料通道連通且與開口中的一個對準；文氏管，其配置在主噴射環(huán)的內側；環(huán)形分流件，其配置在文氏管的內側，且包括內壁和外壁和多個排放孔，該內壁和外壁與彼此間隔開，從而限定分流件腔，該多個排放孔與分流件腔連通；外旋流導葉的陣列，其在文氏管與分流件之間延伸；引導燃料噴射器，其在分流件的內側；和內旋流導葉的陣列，其在分流件與引導燃料噴射器之間延伸。
【專利說明】
用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及燃氣渦輪發(fā)動機燃料噴嘴，且更具體而言，涉及用于燃氣渦輪發(fā)動機的分級燃料噴嘴。
【背景技術】
[0002]飛行器燃氣渦輪發(fā)動機包括燃燒器，燃料在該燃燒器中焚燒，以將熱輸入發(fā)動機循環(huán)。典型的燃燒器包括一個或更多個燃料噴射器，燃料噴射器的作用是將液體燃料引入空氣流射流中，以便其可霧化且焚燒。
[0003]已開發(fā)分級燃燒器在低污染、高效率、低成本、高發(fā)動機輸出、和良好的發(fā)動機可操作性下操作。在分級燃燒器中，燃燒器的噴嘴能夠操作以通過兩個或更多個分立的級來選擇地噴射燃料，各級由燃料噴嘴內的單獨的燃料流動路徑限定。例如，燃料噴嘴可包括連續(xù)地操作的引導級，和僅在較高的發(fā)動機功率水平下操作的主級。燃料流動速率還可在級中的各個內變化。
[0004]此類燃料噴嘴的需求是具有噴嘴構件的良好冷卻且使操作的聲學沖擊最小化。

【發(fā)明內容】

[0005]該需求通過本發(fā)明來解決，本發(fā)明提供了一種燃料噴嘴，其具有帶中空內部腔的分流件，且可選地包括螺旋或部分螺旋的旋流導葉，且還可選地包括具有復合角度的文氏管。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴設備包括:環(huán)形外體，該外體平行于中心線軸線而延伸，且具有在前端與后端之間延伸的外部表面，其中，多個開口穿過外部表面;環(huán)形主噴射環(huán)，其配置在外體的內側，主噴射環(huán)包括:主燃料通道，其沿周向方向延伸；和多個主燃料孔口，各主燃料孔口與主燃料通道連通且與外體的開口中的一個對準;環(huán)形文氏管，其配置在主噴射環(huán)的內側;環(huán)形分流件，其配置在文氏管的內側，分流件包括內壁和外壁和多個排放孔，該內壁和外壁在分流件的前端和后端處連結在一起，且在前端與后端之間與彼此間隔開以便限定分流件腔，該多個排放孔與分流件腔連通;外旋流導葉的陣列，其在文氏管與分流件之間延伸；引導燃料噴射器，其配置在分流件內；和內旋流導葉的陣列，其在分流件與引導燃料噴射之間延伸。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，文氏管以軸向順序包括大體上圓柱形的上游區(qū)段、最小直徑的喉部、和下游發(fā)散區(qū)段，其中，發(fā)散區(qū)段具有復合角度。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，發(fā)散區(qū)段具有上游部分和下游部分，上游部分具有第一發(fā)散角度，下游部分具有不同于第一發(fā)散角度的第二發(fā)散角度。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，第二發(fā)散角度小于第一發(fā)散角度。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，內旋流導葉構造成以便阻擋從在內旋流導葉的上游的位置到在內旋流導葉的下游的位置的軸向視線。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，內旋流導葉至少部分地為螺旋的。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，外旋流導葉構造成以便阻擋從在外旋流導葉的上游的位置到在外旋流導葉的下游的位置的軸向視線。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，外旋流導葉至少部分地為螺旋的。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，文氏管包括:引導殼體，其限定上游部分;和后熱屏蔽件，其限定下游部分。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，后熱屏蔽件包括:環(huán)形屏蔽壁，和圓錐形內表面;環(huán)形屏蔽凸緣，其從屏蔽壁的后端沿徑向向外延伸；環(huán)形擋板凸緣，其包繞屏蔽壁，且配置成使得軸向間隙限定在屏蔽凸緣與擋板凸緣之間，擋板凸緣包括從其沿軸向向前延伸的徑向外邊沿;和多個沖擊冷卻孔，其穿過擋板凸緣且定向成以便朝屏蔽凸緣引導空氣流。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，屏蔽壁具有形成在其中的沉孔。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，沉孔的徑向內表面限定凸出彎曲的平臺。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，屏蔽凸緣包括由環(huán)形外面界定的相反的間隔開的前面和后面，且其中，凸出半徑形成在前面和外面的相交處。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一排冷卻孔配置在徑向外邊沿與擋板凸緣之間的接合處，冷卻孔定向成朝屏蔽凸緣的徑向外緣引導冷卻空氣。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，擋板凸緣中的至少一排冷卻孔定向成垂直于屏蔽凸緣的前面引導冷卻空氣。
[0021 ]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，后熱屏蔽件包括配置在擋板內的內屏蔽件；內屏蔽件限定屏蔽壁和屏蔽凸緣;且擋板包括:擋板凸緣;環(huán)形徑向內邊沿，其在擋板凸緣的徑向內范圍處沿軸向向前延伸，且接觸內屏蔽件;和外邊沿，其從擋板凸緣的徑向外范圍處沿軸向向前延伸。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，內屏蔽件和擋板冶金地結合到彼此。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，內屏蔽件包括接觸擋板的平臺陣列，平臺具有形成在其中的槽道的徑向陣列。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，擋板包括與槽道連通的多個給送孔。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，槽道彎曲，以便排放具有切向速度分量的空氣。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，槽道具有從槽道的上游端到槽道的下游端增大的流動面積。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，排放孔相對于中心線軸線成銳角地對準。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該設備還包括:燃料系統(tǒng)，其能夠操作成在變化的流動速率下供應液體燃料流；引導燃料導管，其聯(lián)接在燃料系統(tǒng)與引導燃料噴射器之間；和主燃料導管，其聯(lián)接在燃料系統(tǒng)與主噴射環(huán)之間。
[0029]—種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴設備，包括:
環(huán)形外體，所述外體平行于中心線軸線而延伸，且具有在前端與后端之間延伸的外部表面，其中，多個開口穿過所述外部表面；
環(huán)形主噴射環(huán)，其配置在所述外體的內側，所述主噴射環(huán)包括:
主燃料通道，其沿周向方向延伸;和
多個主燃料孔口，各主燃料孔口與所述主燃料通道連通且與所述外體的開口中的一個對準； 環(huán)形文氏管，其配置在所述主噴射環(huán)的內側；
環(huán)形分流件，其配置在所述文氏管的內側，所述分流件包括內壁和外壁和多個排放孔，所述內壁和外壁在所述分流件的前端和后端處連結在一起，且在所述前端與后端之間與彼此間隔開以便限定分流件腔，所述多個排放孔與所述分流件腔連通；
外旋流導葉的陣列，其在所述文氏管與所述分流件之間延伸；
引導燃料噴射器，其配置在所述分流件內；和
內旋流導葉的陣列，其在所述分流件與所述引導燃料噴射器之間延伸。
[0030]優(yōu)選地，所述文氏管以軸向順序包括大體上圓柱形的上游區(qū)段、最小直徑的喉部、和下游發(fā)散區(qū)段，其中，所述發(fā)散區(qū)段具有復合角度。
[0031]優(yōu)選地，所述發(fā)散區(qū)段具有上游部分和下游部分，所述上游部分具有第一發(fā)散角度，所述下游部分具有不同于所述第一發(fā)散角度的第二發(fā)散角度。
[0032]優(yōu)選地，所述第二發(fā)散角度小于所述第一發(fā)散角度。
[0033]優(yōu)選地，所述內旋流導葉構造成以便阻擋從在所述內旋流導葉的上游的位置到在所述內旋流導葉的下游的位置的軸向視線。
[0034]優(yōu)選地，所述內旋流導葉至少部分地為螺旋的。
[0035]優(yōu)選地，所述外旋流導葉構造成以便阻擋從在所述外旋流導葉的上游的位置到在所述外旋流導葉的下游的位置的軸向視線。
[0036]優(yōu)選地，所述外旋流導葉至少部分地為螺旋的。
[0037]優(yōu)選地，所述文氏管包括:
引導殼體，其限定所述上游部分;和后熱屏蔽件，其限定所述下游部分。
[0038]優(yōu)選地，所述后熱屏蔽件包括:
環(huán)形屏蔽壁，和圓錐形內表面；
環(huán)形屏蔽凸緣，其從所述屏蔽壁的后端沿徑向向外延伸；
環(huán)形擋板凸緣，其包繞所述屏蔽壁，且配置成使得軸向間隙限定在所述屏蔽凸緣與所述擋板凸緣之間，所述擋板凸緣包括從其沿軸向向前延伸的徑向外邊沿;和
多個沖擊冷卻孔，其穿過所述擋板凸緣且定向成以便朝所述屏蔽凸緣引導空氣流。
[0039]優(yōu)選地，所述屏蔽壁具有形成在其中的沉孔。
[0040]優(yōu)選地，所述沉孔的徑向內表面限定凸出彎曲的平臺。
[0041]優(yōu)選地，所述屏蔽凸緣包括由環(huán)形外面界定的相反的間隔開的前面和后面，且其中，凸出半徑形成在所述前面與所述外面的相交處。
[0042]優(yōu)選地，一排冷卻孔配置在所述徑向外邊沿與所述擋板凸緣之間的接合處，所述冷卻孔定向成朝所述屏蔽凸緣的徑向外緣引導冷卻空氣。
[0043]優(yōu)選地，所述擋板凸緣中的至少一排冷卻孔定向成垂直于所述屏蔽凸緣的前面引導冷卻空氣。
[0044]優(yōu)選地:
所述后熱屏蔽件包括配置在擋板內的內屏蔽件；
所述內屏蔽件限定所述屏蔽壁和所述屏蔽凸緣;且所述擋板包括: 所述擋板凸緣；
環(huán)形徑向內邊沿，其在所述擋板凸緣的徑向內范圍處沿軸向向前延伸，且接觸所述內屏蔽件;和
所述外邊沿，其在所述擋板凸緣的徑向外范圍處沿軸向向前延伸。
[0045]優(yōu)選地，所述內屏蔽件和所述擋板冶金地結合到彼此。
[0046]優(yōu)選地，所述內屏蔽件包括接觸所述擋板的平臺陣列，所述平臺具有形成在其中的槽道的徑向陣列。
[0047]優(yōu)選地，所述擋板包括與所述槽道連通的多個給送孔。
[0048]優(yōu)選地，所述槽道彎曲，以便排放具有切向速度分量的空氣。
[0049]優(yōu)選地，所述槽道具有從所述槽道的上游端到所述槽道的下游端增大的流動面積。
[0050]優(yōu)選地，還包括:
燃料系統(tǒng)，其能夠操作以在變化的流動速率下供應液體燃料流；
引導燃料導管，其聯(lián)接在所述燃料系統(tǒng)與所述引導燃料噴射器之間;和主燃料導管，其聯(lián)接在所述燃料系統(tǒng)與所述主噴射環(huán)之間。
【附圖說明】
[0051]可通過參照結合附圖作出的以下描述來最佳地理解本發(fā)明，在附圖中:
圖1為根據(jù)本發(fā)明的方面構造的燃氣渦輪發(fā)動機燃料噴嘴的示意截面圖；
圖2為沿圖1的2-2線截取的視圖；
圖3為圖1的噴嘴的內旋流導葉的局部斷面?zhèn)纫晥D；
圖4為圖1的一部分的放大視圖；
圖5為圖1中看到的熱屏蔽件的一部分的透視圖;且圖6為圖1的熱屏蔽件的另一部分的透視圖。
[0052]部件列表
Θ1第一發(fā)散角度 Θ2第二發(fā)散角度 10燃料噴嘴 12燃料系統(tǒng) 14引導控制閥 16引導燃料導管 18引導燃料噴射器 20主控制閥 22主燃料導管 24主噴射環(huán) 26中心線軸線 28分流件 30引導殼體 32外體34后熱屏蔽件36整流罩38引導中心體40排放孔口42計量塞44傳遞孔46給送環(huán)帶48計量孔50上游區(qū)段52喉部54發(fā)散區(qū)段56內壁58外壁60前端62后端64分流件腔66排放孔68內旋流導葉70內屏蔽件72擋板90文氏管92圓柱形上游區(qū)段94喉部96發(fā)散區(qū)段96A上游部分96B下游部分98外旋流導葉100主燃料通道102主燃料孔口104引導燃料通道106前端108后立而110外部表面112副流動路徑116 窗口117環(huán)形內體118供應孔200屏蔽壁202圓錐形內表面 204屏蔽凸緣 206前面 208徑向外面 210后面 212沉孔 214平臺 216凸出半徑 218熱障涂層 220平臺 222槽道 224擋板凸緣 226徑向內邊沿 228內表面 230徑向外邊沿 232前表面 234面 236給送孔 238孔 240孔
242徑向外表面 244焊縫。
【具體實施方式】
[0053]參看附圖，在附圖中，貫穿各種視圖，相同的參考標號表示相同的元件，圖1和4繪出了構造成將液體烴燃料噴射到燃氣渦輪發(fā)動機燃燒器(未示出)的空氣流射流中的類型的示范燃料噴嘴10。燃料噴嘴10為“分級”類型，這意味著其能夠操作以通過兩個或更多個離散的級來選擇性地噴射燃料，各級由燃料噴嘴10內的單獨的燃料流動路徑限定。燃料流動速率還可在級中的各個內是可變的。
[0054]燃料噴嘴10連接到已知類型的燃料系統(tǒng)12，能夠操作以根據(jù)操作需要而在變化的流動速率下供應液體燃料流。燃料系統(tǒng)將燃料供應至引導控制閥14，該引導控制閥14聯(lián)接到引導燃料導管16，引導燃料導管16又將燃料供應至燃料噴嘴10的引導燃料噴射器18。燃料系統(tǒng)12還將燃料供應至主控制閥20，主控制閥20聯(lián)接到主燃料導管22，主燃料導管22又對燃料噴嘴1的主噴射環(huán)24進行供應。
[0055]出于描述的目的，將參照燃料噴嘴10的中心線軸線26，該中心線軸線26大體上平行于其中將使用燃料噴嘴10的發(fā)動機(未示出)的中心線軸線。從中心線軸線26開始且沿徑向向外行進，例示的燃料噴嘴1的主構件為:引導燃料噴射器18、分流件28、弓丨導殼體30、主噴射環(huán)24、外體32、和后熱屏蔽件34。將詳細地描述這些結構中的各個。
[0056]引導燃料噴射器18配置在燃料噴嘴10的上游端處，與中心線軸線26對準且由整流罩36包繞。
[0057]例示的引導燃料噴射器18包括大體上圓柱形的軸向伸長的引導中心體38。引導中心體38的上游端連接到整流罩36。引導中心體38的下游端包括具有圓錐形出口的收斂-發(fā)散排放孔口 40。
[0058]計量塞42配置在引導中心體38內。計量塞42與引導燃料導管16連通。計量塞42包括使燃料流至包繞計量塞42的給送環(huán)帶46的傳遞孔44，且還包括成角度的計量孔48的陣列，計量孔48的陣列布置成從給送環(huán)帶46接收燃料且將其在具有切向速度分量的情況下以旋流模式分配到在排放孔口 40正上游的旋回室中。
[0059]其他類型的引導噴射器可與燃料噴嘴10—起使用。例如，具有兩個分開的燃料流回路的引導噴射器(稱為“雙孔口”設計)在本領域中是已知的。
[0060]環(huán)形分流件28包繞引導燃料噴射器18。其以軸向順序包括:大體上圓柱形的上游區(qū)段50、最小直徑的喉部52，和下游發(fā)散區(qū)段54。分流件28分別包括內壁和外壁56和58。它們在分流件28的前端和后端60、62處連結在一起，且在前端和后端60、62之間與彼此間隔開，以便限定分流件腔64。多個排放孔66在后端62附近配置在分流件28中，且與分流件腔64和后端62連通。排放孔66可沿軸向對準，或可相對于中心線軸線26成銳角地對準。在例示的實例中，排放孔66相對于中心線軸線26成銳角地對準，以便在從其排放的空氣中給予切向分量(即，旋流)。提供靜壓或總壓(未示出)的上游給送源對分流件腔64供應空氣。
[0061]對分流件28提供吹掃流提供了用于使熱從分流件28傳遞走的機構。分流件腔64和排放孔66的布置有效地吹掃分流件腔64，且避免其中的空氣再循環(huán)，而不影響穿過引導燃料噴射器18的空氣流。排放孔66上游的分流件腔64的擴大的容積和形狀還提供用于捕集夾帶在空氣流中的灰塵的器件。
[0062]內空氣旋流器包括內旋流導葉68的徑向陣列，內旋流導葉68在引導中心體38與分流件28的上游區(qū)段50之間延伸。內旋流導葉68定形且定向為將旋流引入行進穿過內空氣旋流器的空氣流中，其中“旋流”是指具有軸向和切向速度分量二者的流。
[0063]內旋流導葉68可構造成使得它們阻擋從內旋流導葉68上游的位置“U”到內旋流導葉68的下游位置“D”的軸向視線。換言之，置于引導中心體38與分流件28之間且定向成平行于中心線軸線26的任何任意直線將不得不行進穿過內旋流導葉68中的一個的結構。如圖2和3中所見，內旋流導葉68可具有螺旋或部分螺旋的形狀。
[0064]內旋流導葉68的螺旋形狀減小阻力(drag)，同時與非螺旋導葉相比維持或增大旋流。內旋流導葉的形狀也增大阻抗，以改善聲學，且防止燃燒器氣體動態(tài)模式向上游移動。
[0065]環(huán)形引導殼體30包繞分流件28，且限定大體上標為“P”的穿過燃料噴嘴10的用于引導空氣流的流動路徑。
[0066]后熱屏蔽件34聯(lián)接到引導殼體30的后端且聯(lián)接到外體32。后熱屏蔽件34包括內屏蔽件70，內屏蔽件70例如通過冶金結合(如硬焊)連接到擋板72。
[0067]內屏蔽件70(見圖4)包括環(huán)形屏蔽壁200，環(huán)形屏蔽壁200包括圓錐形內表面202。環(huán)形屏蔽凸緣204從屏蔽壁200的后端沿徑向向外延伸，且包括前面206、徑向外面208、和后面210。
[0068]沉孔212部分地穿過屏蔽壁200的前端而延伸。在例示的實例中，沉孔212的徑向內表面形成為凸出彎曲的圓角(fillet)或平臺(land)214。
[0069]凸出半徑216形成在屏蔽凸緣204的前面206和徑向外面208的相交處。已知類型的熱障涂層218的層可結合到屏蔽凸緣204的后面210，以對燃料噴嘴10提供附加的熱保護。
[0070]如圖5中最佳可見的，屏蔽凸緣204包括從其沿軸向向前延伸的平臺220的陣列或排。平臺220在側立面視圖中為“L”形。多個槽道222限定在平臺220之間。槽道222沿大體上徑向的方向延伸。如圖所示，槽道222可遠離純徑向方向彎曲，以便排放具有切向速度分量的空氣，且可構造為擴散通路，其具有從它們的內端或上游端到它們的外端或下游端增大的流動面積。
[0071 ] 擋板72包括環(huán)形的大體上沿徑向延伸的擋板凸緣224。環(huán)形徑向內邊沿226在擋板凸緣224的徑向內范圍處沿軸向向前延伸，且包括平面內表面228，平面內表面228構造成用于冶金結合到內屏蔽件70。如下文更詳細地描述的，環(huán)形徑向外邊沿230在擋板凸緣224的徑向外范圍處沿軸向向前延伸，且包括平面前表面232，平面前表面232構造成用于冶金結合到燃料噴嘴外體32。
[0072]內邊沿226和擋板凸緣224符合且密封平臺220的面234，從而有效地封閉槽道222的周邊。多個給送孔236在擋板凸緣224和內邊沿226的相交處延伸穿過擋板72。各給送孔236與槽道222中的一個連通。
[0073]如圖4和6中所見，擋板凸緣224包括多個冷卻孔，該多個冷卻孔構造成具有以下目的:實現(xiàn)屏蔽凸緣204的全部范圍上的均勻的金屬溫度分布且因此實現(xiàn)最小的感生應力場，以便使該構件的可靠性和壽命最大化。對于各特定應用，冷卻孔的數(shù)目和位置將變化。在例示的特定實例中，擋板凸緣224從最內徑向位置到最外徑向位置包括冷卻孔的兩個環(huán)形陣列或環(huán)形排。
[0074]第一排孔238定位且定向成將冷卻流成90度地引導到屏蔽凸緣204的前面206上，以提供屏蔽凸緣204的大部分上的冷卻覆蓋。它們平行于中心線軸線26而延伸。
[0075]第二排孔240在徑向外邊沿230的附近定位在擋板凸緣224的最外直徑附近。該排孔240相對于中心線軸線26成銳角向外定向(即，出口位于比入口高的半徑處)，以便緩和通過板之間的間隙離開的沖擊冷卻流，以便減小其對局部混合器流場的影響；且形成沿半徑216和前面206的在屏蔽凸緣204的外緣上的膜冷卻空氣的循環(huán)，且有助于該冷卻空氣流在屏蔽凸緣204的后面210上在其外徑附近的再循環(huán)，而非允許相對熱的燃燒產(chǎn)物從燃燒區(qū)向上游再循環(huán)到該位置中。
[0076]后熱屏蔽件34可如下地安裝。后熱屏蔽件34的沉孔212可使用滑動配合而安裝到引導殼體30的后端，其中平臺214接觸引導殼體30的徑向外表面242。
[0077]在滑動配合完成之后，環(huán)形擋板凸緣224的徑向外邊沿230可焊接或以其他方式冶金地結合到在焊縫244處例示的外體32的后端108。典型的焊劑過程(例如，TIG焊接或自動MIG焊接，它們?yōu)槿酆割愋?涉及焊炬、電極、或在圍繞焊縫244周圍的路徑中移動的其他熱源。
[0078]焊接過程在圍繞兩個匹配構件的焊接區(qū)中周向地施加不均勻的熱。這對于焊接過程而言是正常的。與非均勻加熱(沿垂直于連結平面的方向)相關的收縮可在焊接完成時導致后熱屏蔽件34沿側向旋轉或使引導殼體30扭曲?；瑒咏宇^內的軸向結合可取決于匹配特征之間的重疊長度和相對徑向公差而發(fā)生。凸出平臺214的形狀使結合發(fā)生的可能性最小化，從而降低最終匹配接頭的端部間隙中的失準或不一致的可能性。
[0079]盡管后熱屏蔽件34已經(jīng)示為且描述為兩件，但還可能的是，內屏蔽件70和擋板72可作為一件來制作。
[0080]引導殼體30和后熱屏蔽件34共同地限定文氏管90，文氏管90以軸向順序包括:大體上圓柱形的上游區(qū)段92、最小直徑的喉部94、和下游發(fā)散區(qū)段96。發(fā)散區(qū)段96具有上游部分96A和下游部分96B，其中兩個部分96A、96B之間的中斷限定在引導殼體30與后熱屏蔽件34之間的接頭處。上游部分的第一發(fā)散角度Θ1(相對于中心線軸線26測量)出于空氣動力原因而選擇。下游部分96B的第二發(fā)散角度Θ2出于其他原因而選擇，且不同于發(fā)散角度Θ1。在例示的實例中，第二發(fā)散角度Θ2小于第一發(fā)散角度Θ1，但該關系可相反。文氏管90因此作為整體可稱為具有復合的角度。與現(xiàn)有技術文氏管不同，復合角度的使用允許在燃料噴嘴10后端處按照要求設置第二發(fā)散角度Θ2時保留燃料噴嘴10的前部分的空氣動力特性和期望的空氣流動模式。
[0081]備選地，引導殼體30和后熱屏蔽件34(且因此文氏管90)可形成為單個一體式構件。
[0082]限定外空氣旋流器的外旋流導葉98的徑向陣列在分流件28與引導殼體30之間延伸。外旋流導葉98、分流件28和內旋流導葉68物理地支承引導燃料噴射器18。外旋流導葉98定形且定向成將旋流引入行進穿過外空氣旋流器的空氣流中。
[0083]外旋流導葉98可構造成使得它們阻擋從內旋流導葉68上游的位置“U”到外旋流導葉98下游的位置“D”的軸向視線。換言之，置于分流件28與引導殼體30之間且定向為平行于中心線軸線26的任何任意線將不得不行進穿過外旋流導葉98中的一個的結構。如圖2中所見，外旋流導葉98可具有螺旋或部分螺旋的形狀。
[0084]為環(huán)形形式的主噴射環(huán)24包括主燃料通道100，主燃料通道100聯(lián)接到主燃料導管22且由主燃料導管22供應燃料。形成在主噴射環(huán)24中的主燃料孔口 102的徑向陣列與主燃料通道100連通。在發(fā)動機操作期間，燃料通過主燃料孔口 102排出。一個或更多個引導燃料通道104緊鄰主燃料通道100延伸穿過主噴射環(huán)24。在發(fā)動機操作期間，燃料不斷地循環(huán)穿過引導燃料通道104，以冷卻主噴射環(huán)24且防止主燃料通道100和主燃料孔口 102的積焦。
[0085]環(huán)形外體32包繞主噴射環(huán)24、文氏管90和引導燃料噴射器18，且限定燃料噴嘴10的外范圍。外體32的前端106在組裝時連結到柄35，且外體32的后端108連結到如上所述的后熱屏蔽件34。大體上圓柱形的外部表面110在前端和后端106、108之間延伸，其在操作中暴露于大體上表示為“M”的混合器空氣流。外體32限定副流動路徑112(與文氏管90且與沿徑向設置在主噴射環(huán)24與文氏管90之間的環(huán)形內體117協(xié)作)。副流動路徑112穿過在內旋流導葉68的上游形成在引導殼體90中的一個或更多個窗口 116而被供應空氣流。行進穿過該副流動路徑112的空氣對后熱屏蔽件34的孔236、238、240進行供應。
[0086]外體32包括開口 114的環(huán)形陣列。主燃料孔口 102中的各個與開口 114中的一個對準。在燃料噴嘴10內提供用于末梢空氣射流的流動路徑，以提供在開口 114附近的位置處維持高于外部壓力的小壓力裕度所需的最小流量。在例示的實例中，該流由與副流動路徑112連通的內體117中的小供應孔118提供。
[0087]燃料噴嘴10及其組成構件可由一種或更多種金屬合金構成。適合的合金的非限制性實例包括鎳基和鈷基合金。
[0088]燃料噴嘴10或其部分的所有或部分可為單個整體一件式或單塊構件的一部分，且可使用涉及逐層構造或添加制造(與如常規(guī)加工過程一樣的材料移除相反)的制造過程來制造。此種過程可稱為“快速制造過程”和/或“添加制造過程”，其中用語“添加制造過程”為在本文中大體上表示此種過程的用語。添加制造過程包括但不限于:直接金屬激光熔化(DMLM)、激光凈形制造(LNSM )、電子束燒結、選擇性激光燒結(SLS )、3D打印如通過噴墨和激光打印、光固化立體造型術(SLA: Sterolithography)。電子束熔化(EBM)、激光工程凈形(LENS)、和直接金屬沉積(DMD)。
[0089]上述燃料噴嘴與現(xiàn)有技術相比具有若干利益。其提供了用于分流件的有效冷卻的手段，且具有良好的空氣動力和聲學特性。分析已顯示，當與燃料噴嘴組合地使用時，中空分流件、螺旋形旋流導葉、和復合角度文氏管是特別有益的。
[0090]前文已描述了用于燃氣渦輪發(fā)動機燃料噴嘴的燃料噴嘴。本說明書(包括任何所附權利要求、摘要和附圖)中公開的所有特征和/或如此公開的任何方法或過程的所有步驟可以以任何組合方式來組合，除了其中此種特征和/或步驟中的至少一些相互排斥的組合之外。
[0091]本說明書(包括任何所附權利要求、摘要和附圖)中公開的各特征可由用于相同、等同或類似目的的備選特征替換，除非明確地另外指出。因此，除非另外明確地指出，則公開的各個特征僅為等同或類似特征的普通系列的一個實例。
[0092]本發(fā)明不限于前述實施例的細節(jié)。本發(fā)明延伸到本說明書(包括任何所附權利要求、摘要和附圖)中公開的任何新穎的特征或任何新穎的特征組合，或延伸至這樣公開的任何方法或過程的任何新穎的步驟或任何新穎的步驟組合。
【主權項】
1.一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴設備，包括: 環(huán)形外體(32)，所述外體(32)平行于中心線軸線而延伸，且具有在前端與后端之間延伸的外部表面，其中，多個開口(114)穿過所述外部表面； 環(huán)形主噴射環(huán)(24)，其配置在所述外體(32)的內側，所述主噴射環(huán)(24)包括: 主燃料通道(10 )，其沿周向方向延伸;和 多個主燃料孔口(102)，各主燃料孔口與所述主燃料通道(100)連通且與所述外體(32)的開口(114)中的一個對準； 環(huán)形文氏管(90)，其配置在所述主噴射環(huán)(24)的內側； 環(huán)形分流件(28)，其配置在所述文氏管(90)的內側，所述分流件(28)包括內壁和外壁和多個排放孔(66)，所述內壁和外壁在所述分流件(28)的前端和后端處連結在一起，且在所述前端與后端之間與彼此間隔開以便限定分流件腔(64)，所述多個排放孔(66)與所述分流件腔(64)連通； 外旋流導葉(98)的陣列，其在所述文氏管(90)與所述分流件(28)之間延伸； 引導燃料噴射器(18)，其配置在所述分流件(28)內；和 內旋流導葉(68)的陣列，其在所述分流件(28)與所述引導燃料噴射器(18)之間延伸。2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，所述發(fā)散區(qū)段(96)具有上游部分(96A)和下游部分(96B)，所述上游部分(96A)具有第一發(fā)散角度，所述下游部分(96B)具有不同于所述第一發(fā)散角度的第二發(fā)散角度。3.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，所述內旋流導葉或外旋流導葉中的至少一者構造成以便阻擋從在旋流導葉的上游的位置到在旋流導葉的下游的位置的軸向視線。4.根據(jù)權利要求2所述的設備，其中，所述文氏管(90)包括: 引導殼體(30)，其限定所述上游部分(96A);和 后熱屏蔽件(34)，其限定所述下游部分(96B)。5.根據(jù)權利要求4所述的設備，其中，所述后熱屏蔽件(34)包括: 環(huán)形屏蔽壁(200)，和圓錐形內表面； 環(huán)形屏蔽凸緣(204)，其從所述屏蔽壁(200)的后端沿徑向向外延伸； 環(huán)形擋板凸緣(224)，其包繞所述屏蔽壁(200)，且配置成使得軸向間隙限定在所述屏蔽凸緣(204)與所述擋板凸緣(224)之間，所述擋板凸緣(224)包括從其沿軸向向前延伸的徑向外邊沿(230);和 多個沖擊冷卻孔(236、238)，其穿過所述擋板凸緣(224)且定向成以便朝所述屏蔽凸緣(204)引導空氣流。6.根據(jù)權利要求5所述的設備，其中: 所述后熱屏蔽件(34)包括配置在擋板內(72)的內屏蔽件(70); 所述內屏蔽件(70)限定所述屏蔽壁(200)和所述屏蔽凸緣(204);且 所述擋板(72)包括: 所述擋板凸緣(224); 環(huán)形徑向內邊沿(226)，其在所述擋板凸緣(224)的徑向內范圍處沿軸向向前延伸，且接觸所述內屏蔽件(70);和 所述外邊沿(230)，其在所述擋板凸緣(224)的徑向外范圍處沿軸向向前延伸。7.根據(jù)權利要求5所述的設備，其中，所述內屏蔽件(70)包括接觸所述擋板(72)的平臺(220)陣列，所述平臺(220)具有形成在其中的槽道(222)的徑向陣列。8.根據(jù)權利要求5所述的設備，其中，所述擋板包括與所述槽道(222)連通的多個給送孔。9.根據(jù)權利要求5所述的設備，其中，所述槽道(222)彎曲，以便排放具有切向速度分量的空氣。10.根據(jù)權利要求5所述的設備，其中，所述槽道(222)具有從所述槽道(222)的上游端到所述槽道(222)的下游端增大的流動面積。
【文檔編號】F23R3/38GK105972643SQ201610138298
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】N.V.帕特爾, D.D.湯森
【申請人】通用電氣公司