具有可移除部件的燃料喷嘴组件的制作方法

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地，涉及燃气涡轮发动机的燃烧器的燃料喷嘴组件。

背景技术：

图1图示了用于燃气涡轮发动机的常规的燃料喷嘴组件110。该燃料喷嘴组件110包括焊接或钎焊在一起的多种部件，比如焊接至旋流器116的油喷头(oil tip)136，其中，油喷头136具有预定的角度取向用以优化油的雾化和燃烧性能。另外，旋流器116焊接至火焰筒单元(rocket unit)114，其中，旋流器116具有预定的角度取向用以优化空气动力学性能。然而，在需要维修或更换油喷头136或旋流器116的情况下，必须拆除上述被焊接的连接件中的一者或更多者，需要将整个燃料喷嘴组件110完全分解和重新组装，并且涉及大量的成本和周转时间。

附图说明

参照附图在以下描述中对本发明进行阐述，在附图中：

图1为在燃气涡轮发动机中使用的常规的燃料喷嘴组件的侧视截面图；

图2为燃气涡轮发动机的燃料喷嘴组件的侧视立体图；

图3A至图3B为图2的燃料喷嘴组件的火焰筒单元-旋流器接合部的侧视截面图；

图3C为沿图3B的线3C-3C截取的火焰筒单元-旋流器接合部的端视截面图；

图4为在燃气涡轮发动机中使用的燃料喷嘴组件的燃料喷嘴-火焰筒单元接合部的侧视截面图；

图5为图3A至图3B的燃料喷嘴组件的旋流器-油喷头接合部的侧视截面图；以及

图6为图5的旋流器-油喷头接合部的分解视图。

具体实施方式

基于常规的燃料喷嘴组件110的以上所讨论的局限性，发明人认识到如果油喷头和旋流器能够更容易地从燃料喷嘴组件移除，则不需要分解和重新组装整个燃料喷嘴组件便可以维修或更换油喷头或旋流器。因此，发明人认识到可移除的油喷头和可移除的旋流器将显著地减少维修或更换的成本和周转时间。基于这些认识，发明人提出了针对油喷头和旋流器中的每一者的结构特征，以将油喷头和旋流器以可移除的方式紧固在燃料喷嘴组件中。另外，为了保持油喷头和旋流器处于其相应的预定的角度取向，发明人提出了相应的分度功能部件(clocking feature)，以确保油喷头和旋流器当以可移除的方式紧固在燃料喷嘴组件中时以它们各自预定的角度取向来定向。应当理解的是，公开的实施方式的各方面不限于包括旋流器元件(旋流器)的导流元件，因为根据给定的应用的需要也可以使用非旋流器元件。例如，某些实施方式可以包括包含与旋流器组合(或替代旋流器的)的非旋流器元件的导流元件。因此，不作限制，本发明的各方面，比如诸如可以包括分度功能部件的上述结构特征，可以与包括旋流器元件、非旋流器元件、或一个或更多个旋流器元件与一个或更多个非旋流器元件的组合的导流元件一起使用。

图2图示了用于燃气涡轮发动机12的燃料喷嘴组件10。燃气涡轮发动机12能够通过供气或供油来操作，因此燃料喷嘴组件10包括当发动机以供气模式操作时使用的一对气体级入口13、15和当发动机以供油模式操作时使用的一对油级入口17、19。然而，本发明的实施方式不限于双燃料喷嘴，并且本发明的实施方式可适于例如单燃料燃气涡轮发动机，比如燃气涡轮发动机或燃油涡轮发动机。柔性软管26用于穿过盖板21将油级入口17、19连接至多个分级火焰筒单元14。在示例性实施方式中，柔性软管26可以由例如不锈钢316L材料制成。多个导流元件、比如旋流器16以在下文更详细地论述的方式可移除地连接至火焰筒单元14，用以从火焰筒单元14接收燃料并且用以将空气和燃料的旋流混合物输送至燃烧室(未示出)。如以上指出的，导流元件可以是与旋流器组合(或替代旋流器)的非旋流器元件。在图2的具体实施方式中，八个分级火焰筒单元14和八个分级旋流器16设置成两级，并且因此四件柔性软管26将每个油级入口17、19连接至每级的四个火焰筒单元14。然而，该具体的分级布置是示例性的并且本发明的实施方式不限于燃料喷嘴组件中的火焰筒单元或级数的任何具体的数目。

图3A至图3C图示了燃料喷嘴组件10的火焰筒单元14的前端部20与旋流器16的后端部18之间的接合部。如图3B中所示，火焰筒单元14与旋流器16之间的接合部包括旋流器16的后端部18的平坦部58，该平坦部58与火焰筒单元14的前端部20的平坦部59的内表面接合。图3C图示了该接合部的端视截面图，其中，旋流器16的外周部56的平坦部58与火焰筒单元14的外周部57的平坦部59径向地定向。因此，平坦部58、59用作具有机械约束的分度功能部件，用以使旋流器16相对于火焰筒单元14以预定的角度取向54(图2)来定向。在示例性实施方式中，平坦部58、59在预定的角度取向54的角度公差内对旋流器16进行定向，例如，比如+/-1度的角度公差内。如图3C中所图示的，火焰筒单元14的前端部20的平坦部59的直径比旋流器16的后端部18的平坦部58的直径大径向间隙61。在示例性实施方式中，径向间隙61小于阈值间隙，使得平坦部58、59作为机械约束来保持旋流器16的径向取向处于预定的角度取向54(图2)。旋流器16的后端部18的外周部56上的平坦部58与旋流器16的外表面的外周部上的平坦部63(图2)径向地对准。如图2中所图示的，旋流器16的预定的角度取向54使旋流器16的外表面上的平坦部63与相邻旋流器16的外表面上的平坦部60对准，使得多个旋流器16对准并且配装在燃料喷嘴组件10的径向平面内。另外，如图2中所图示，旋流器16的预定的角度取向54使旋流器16的叶片23定向成处于预定的径向位置，用以增强空气动力学性能。尽管图3C描绘了通过使旋流器16的平坦部58与火焰筒单元14的平坦部59对准来使旋流器16以预定的角度取向54对准，但本发明的实施方式可以利用具有机械约束的任何类型的分度功能部件，用以使旋流器16以预定的角度取向54定向。

在使旋流器16以预定的角度取向54对准之后，旋流器16以可移除的方式紧固至火焰筒单元14。如图3A至图3B中所示，旋流器16的后端部18包括外径向唇缘部66，平坦部58从该外径向唇缘部66向后延伸距离71至稍端72。火焰筒单元14的前端部20包括内径向唇缘部70，平坦部59从该内径向唇缘部70向前延伸距离73至稍端68。如图3B中所图示的，距离71大于距离73。例如，密封件64、比如C型密封件被定位于火焰筒单元14的前端部20的稍端68与旋流器16的后端部18的外径向唇缘部66之间。火焰筒单元14与旋流器16之间的气体通道通过C型密封件64进行密封。另外，在燃料喷嘴组件10操作期间在火焰筒单元14与旋流器16的接合部处的振动由于小的径向间隙61而在距离73上被吸收，即旋流器16独立于火焰筒单元14而不振动。当旋流器16的后端部18的稍端72与火焰筒单元14的前端部20的内径向唇缘部70相接触时，密封件64被压缩预定的量。在示例性实施方式中，在旋流器16和火焰筒单元14的铸造或机加工期间，距离71、73可以经受严格的控制公差，使得在稍端72与内径向唇缘部70相接触时密封件64被压缩预定的量。为了使旋流器16的后端部18的稍端72沿向后方向移动并与内径向唇缘部70相接触，设置有与火焰筒单元14的前端部20螺纹接合的螺母44。如图3B中所图示，螺母44的内径向唇缘部74接触外径向唇缘部66的前侧，使得在螺母44与火焰筒单元14的前端部20螺纹接合时，旋流器16的后端部18的稍端72移动至与内径向唇缘部70相接触。还如图3B中所示，螺母44包括内螺纹46，内螺纹46与火焰筒单元14的前端部20上的外螺纹48螺纹接合。另外，如图3A中所示，螺母44包括沿着外表面的平坦部45，使得螺母44可以通过例如扳手或类似的拧紧工具被拧紧。螺母44接合火焰筒单元14的前端部20，直到使旋流器16的后端部18的稍端72与火焰筒单元14的前端部20的内径向唇缘部70相接触，这指示密封件64被压缩预定的量。另外，如图3B中所图示的，为防止在燃气涡轮发动机12操作期间螺母44与火焰筒单元14脱开接合，可以在螺母44的后稍端与火焰筒单元14之间施加定位点焊部47。

图3A至图3B图示了在以油燃料模式操作时用于使油输送通过燃料喷嘴组件10的油管32和油喷头36。然而，当燃料喷嘴组件10为单燃料的并且以仅供气模式操作时，则不存在油管32和油喷头36，因为没有油被输送通过燃料喷嘴组件10。当燃料喷嘴组件10以仅供气模式操作，并且燃料喷嘴组件10的旋流器16需要维修或更换时，旋流器16通过以下步骤从燃料喷嘴组件10移除。首先移除定位点焊部47。接着，通过将螺母44的内螺纹46与火焰筒单元14的前端部20上的外螺纹48脱开接合，使螺母44与火焰筒单元14的前端部20脱开接合。接着，可以将旋流器16从火焰筒单元14的前端部20移除并且进行维修或用替代旋流器来更换旋流器16。

当燃料喷嘴组件10在以仅供油模式或以双燃料模式操作时，燃料喷嘴组件10内存在油管32和油喷头36。在将旋流器16从双燃料模式或仅供油模式的燃料喷嘴组件10移除之前，首先执行将油管32从燃料喷嘴组件10脱开接合，并且现在将对此进行讨论。图4描绘了油管32的后端部22，该油管32的后端部22被焊接至油管延伸部33。在油管延伸部33的后端部与压合接头28的内径向唇缘部29的前表面之间定位有密封件34。延伸螺钉30接合压合接头28的内径向唇缘部29的后表面并且接合油管延伸部33内的内螺纹，用以使油管延伸部33向后移动并且压缩位于油管延伸部33的后端部与压合接头28的内径向唇缘部29之间的密封件34，以形成密封的接合部。在示例性实施方式中，油管延伸部33的后端部可以包括用以接纳密封件34的腔。在示例性实施方式中，延伸螺钉30可以具有六角的内驱动特征，延伸螺钉30具有穿过中央的孔洞以例如使得油能够通过。在另一示例性实施方式中，密封件34可以为例如平垫圈。在密封件34被压缩在油管延伸部33与压合接头28之间之后，柔性软管26(图2)的连接件27与压合接头28接合，以经由压合式配装来连接柔性软管26。

当燃料喷嘴组件10以仅供油模式或双燃料模式操作时，可能需要维修或更换旋流器16。首先，通过以下步骤将油管32与燃料喷嘴组件10脱开接合。通过将柔性软管的连接件27上的内螺纹31与压合接头28上的外螺纹39脱开接合来使柔性软管的连接件27与压合接头28脱开接合。该步骤提供了至延伸螺钉30的入口，然后使延伸螺钉30与油管延伸部33脱开接合。现在，油管32和油管延伸部33与燃料喷嘴组件10脱开接合，并且可以将油管32和油管延伸部33与需要维修或更换的旋流器16一起移除。在维修或更换旋流器16后，通过将延伸螺钉30接合在油管延伸部33内直到密封件34被压缩，并且随后将柔性软管的连接件27与压合接头28接合，可以将油管32和油管延伸部33重新连接至燃料喷嘴组件10。

图5图示了在燃料喷嘴组件10中以可移除的方式紧固至旋流器16的油喷头36。除旋流器16之外，如果需要维修或更换油喷头36，油喷头36也能够从燃料喷嘴组件10移除。无论旋流器16是否需要维修或更换，油喷头36都可以被移除以维修或更换。油喷头36通过使用以下步骤以可移除的方式紧固至旋流器16。如图6中所示，首先，将油喷头36穿过螺母88中的中央开口89，直到位于螺母88的前端部93处的多个指状部94与位于油喷头36的后端部83处的环形倾斜部96接合。指状部94被轴向槽95分开，使得指状部94能够被径向地调节成扩大并接合环状倾斜部96。在油喷头36被紧固在螺母88中之后，使用具有机械约束的分度功能部件使油喷头36相对于旋流器16以预定的角度取向42定向，从而使油喷头36径向地定向。油喷头36被径向地对准使得油喷头36的径向突出部82被接纳在多个凸角部78中的一个凸角部78中，从而产生油喷头36的预定的角度取向42，其中，多个凸角部78在旋流器16的前端部18上以角间距79间隔开。在图5至图6的示例性的实施方式中，12个凸角部78以30度的角间距79分开，使得油喷头36例如可以以30度的增量定向。然而，本发明的实施方式不限至凸角部和角间距的任何具体数目。在另一示例性实施方式中，凸角部78例如在每个角间距79的角公差的范围内被间隔开，比如角公差在+/-1度的范围内。如图5中所示，油喷头36限定具有径向孔洞41的开口43，以在操作燃料喷嘴组件10期间导引油以便雾化。如本领域技术人员所理解的，径向孔洞41可以在开口43中不对称地布置，从而以预定的角度取向进行油的理想的雾化。在径向突出部82被接纳在位于旋流器16的前端部84上的合适的凸角部78中之后，油喷头82以预定的角度取向42成角度地被固定。然后，螺母88与旋流器16的前端部81接合，使得螺母88的内螺纹90与旋流器16的前端部81上的外螺纹92接合。随着螺母88与旋流器16的前端部81接合，油喷头36的表面86(图6)移动并且与位于前端部81的环状表面85与油喷头36之间的密封件84相接触。随着表面86继续移动，密封件84沿着环形表面85被轴向地压缩。当表面86与前端部81的台阶部87相接触时，密封件84被压缩预定的量，台阶部87定位在环形表面85的外侧并且位于环形表面85的前部。台阶部87在环形表面85上方的高度控制密封件84被压缩的预定的量。当密封件84被压缩预定的量时，油管32的前稍端(图5)与油喷头36的开口43的入口对准。油管32的前稍端以与本领域技术人员所理解的方式类似的方式被密封至旋流器16的内表面。螺母88的后端部97可以沿着旋流器16的外表面被卷压在槽99中以将螺母88和油喷头36紧固至旋流器16的前端部81。后端部97的卷压可以通过本领域技术人员已知的卷边工具执行。

在油喷头36需要重新对准、维修或更换的情况下，可以采用以下步骤。首先，沿着旋流器16从槽99使螺母88的后端部97变直(de-crimped)。然后，螺母88与旋流器16的前端部81脱开接合，这使得油喷头36的表面86从环状表面85向前移动并且使密封件84解除压缩。在螺母88的螺纹脱开接合期间，径向突出部82移动离开选择的凸角部78。如果油喷头36需要重新对准，则在螺母88与前端部81的螺纹脱开接合时，通过将径向突出部82与合适的凸角部78对准并且随后将螺母88沿着旋流器16的前端部81重新螺纹连接，可以使油喷头36相对于旋流器16重新对准。如果油喷头36需要维修或更换，油喷头36可以从螺母88移除并且维修或用替代油喷头更换。接着，修好的或已更换的油喷头可以通过使用上述步骤被紧固至螺母88和旋流器16。

尽管本文已经示出并描述了多种实施方式，但是应当理解的是提供这些实施方式仅出于示例的目的。在不背离本文发明的情况下可以进行多种变型、改变和替换。因此，本发明仅应由所附权利要求的主旨和范围限定。