燃料喷嘴热防护件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气涡轮发动机燃料喷嘴，并且更具体而言，涉及燃料喷嘴末梢的后端处的后热防护件。
【背景技术】
[0002]已经开发出航空器燃气涡轮发动机分级燃烧系统，以限制非期望的燃烧产物成分(如氮氧化物(NOx)、未燃烃(HC)和一氧化碳(CO))的产生，特别是在机场附近，在此它们将促使城市光化烟雾问题。燃气涡轮发动机还设计成有燃料效率，且具有低操作成本。影响燃烧器设计的其他因素是燃气涡轮发动机使用者对有效的低成本操作的需求，这转化成降低燃料消耗而同时保持或甚至提高发动机输出的需要。因此，航空器燃气涡轮发动机燃烧系统的重要设计标准包括提供高燃烧温度，以便在多种发动机操作状态下提供高热效率，以及使非期望的燃烧状态最小化，非期望的燃烧状态促进颗粒的排放、非期望气体的排放、和燃烧产物的排放，燃烧产物是光化烟雾形成物的前体。
[0003]喷射燃料和燃烧空气的有效互混有助于使非期望燃烧产物成分的产生最少化。在此方面，这些年已提出许多旋流器、混合器设计和文氏管设计，以改善燃料和空气的混合。以此方式，焚烧在整个混合物上均匀地发生，且降低了由不完全燃烧引起的HC和CO的水平。文氏管促进燃料喷嘴中的燃料和空气的良好混合，这在减少非期望燃烧排放方面是有用的。文氏管已设计为具有燃料喷嘴的后端处的后热防护件，以保护文氏管和燃料喷嘴末梢的其余部分免受热，以降低来自热暴露的非期望效果。热防护件还设计成用于在燃料喷嘴末梢中的其他圆锥形壁区段(如，环形导向壳体，其支承燃料喷嘴末梢中的导向喷嘴)的端部处使用。环形导向壳体的圆锥形区段的后端处的此热防护件的实例在授予Mancini等人的 2012 年 5 月 8 日授权的题为“Mixer Assembly For Gas Turbine Engine Combustor”的美国专利N0.8，171，735号中公开，其转让给了该专利的受让人，且通过引用而并入本文中。
[0004]因此，期望具有更有效的热防护件来保护用于在燃料喷嘴中混合燃料和空气的文氏管，以保护燃料喷嘴末梢免受热，以用于减小来自热暴露的非期望效果。期望的是具有一体式热防护件的文氏管，该热防护件具有促进热交换和结构的冷却的特征。非常期望提供后热防护件的更好冷却，以便减小高热负载对热防护件寿命的影响。还期望提供用于替换和焊接在新的热防护件中的更好设计。
【发明内容】
[0005]此需求通过本发明而解决，本发明提供了一种空气冷却的热防护件，其设置在包括由环形外壳包绕的环形导向壳体的类型的燃料喷嘴的后端处。在一个构造中，热防护件可包括具有沉孔的环形防护件凸缘，其通过滑动配合附接到导向壳体的后端，由环形挡板凸缘包绕，环形挡板凸缘可通过冶金连结(如硬焊或焊接)来附接到外壳的后端。
[0006]根据本发明的一个方面，一种用于燃料喷嘴末梢的后热防护件包括:环形防护件壁，其具有前圆柱形区段和后圆锥形区段，前圆柱形区段具有形成于其中的沉孔；环形防护件凸缘，其从圆锥形区段的后端沿径向向外延伸；环形挡板凸缘，其包绕圆锥形区段，且设置成使得轴向间隙限定在防护件凸缘与挡板凸缘之间，挡板凸缘包括从其沿轴向向前延伸的径向外沿；和多个冲击冷却孔，其穿过挡板凸缘且定向成以便朝相邻的防护件壁引导空气流。
[0007]根据本发明的另一个方面，沉孔的表面限定凸出的弯曲平台。
[0008]根据本发明的另一个方面，防护件凸缘包括由环形外侧面(outer face)界定的相反的间隔开的前侧面和后侧面，且其中，凸出倒圆形成在前侧面和外侧面的相交处。
[0009]根据本发明的另一个方面，一排冷却孔设置在径向外沿与挡板凸缘之间的连结处，冷却孔定向成将冷却空气朝防护件凸缘的径向外缘引导。
[0010]根据本发明的另一个方面，挡板凸缘中的至少一排冷却孔定向成垂直于防护件凸缘的前侧面来引导冷却空气。
[0011]根据本发明的另一个方面，内防护件设置在外挡板内；内防护件限定防护件壁和防护件凸缘；且外挡板包括:圆锥形挡板壁，其包绕内防护件的后圆锥形区段；和挡板凸缘，其从挡板壁的后端延伸。
[0012]根据本发明的另一个方面，内防护件和外挡板为冶金连结到彼此的两个单独的构件。
[0013]根据本发明的另一个方面，内防护件包括突出台，该突出台接触外挡板，突出台具有形成在其中的槽道的径向阵列。
[0014]根据本发明的另一个方面，外挡板包括接触内防护件的加厚前端，突出台和加厚前端协作地限定内防护件与外挡板之间的冷却空气室，冷却空气室通过突出台中的槽道与防护件凸缘与挡板凸缘之间的轴向间隙连通。
[0015]根据本发明的另一个方面，外挡板的圆锥形挡板壁包括与冷却空气室连通的多个冷却空气端口。
[0016]根据本发明的另一个方面，多个止挡件从内防护件的冷却侧沿径向向外延伸，且接合外挡板的加厚前端，以便相对于内防护件沿轴向定位外挡板。
[0017]根据本发明的另一个方面，内防护件和外挡板在它们之间协作地限定冷却空气室，冷却空气室与防护件凸缘与挡板凸缘之间的轴向间隙流体地连通。
[0018]根据本发明的另一个方面，外挡板的圆锥形挡板壁包括与冷却空气室连通的多个冷却空气端口。
[0019]根据本发明的另一个方面，设置在冷却空气室内的台将内防护件和外挡板互连。
[0020]根据本发明的另一个方面，冷却槽道的环形阵列延伸穿过台。
[0021]根据本发明的另一个方面，凹入内倒圆限定在挡板凸缘、后圆锥形区段和防护件凸缘的连结处。
[0022]根据本发明的另一个方面，挡板凸缘中的至少一排冷却孔定向成朝凹入内倒圆引导冷却空气。
[0023]根据本发明的另一个方面，一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴装置包括:环形导向壳体，该导向壳体包括圆锥形壁区段；环形主燃料喷射器，其包绕导向壳体；环形燃料喷嘴外壳；和热防护件，其包括:环形防护件壁；环形防护件凸缘，其从防护件壁的后端沿径向向外延伸；环形挡板凸缘，其包绕防护件壁，且设置成使得轴向间隙限定在防护件凸缘与挡板凸缘之间，挡板凸缘包括从其沿轴向向前延伸的径向外沿；和多个冲击冷却孔，其穿过挡板凸缘且定向成以便朝防护件壁引导空气流。
[0024]根据本发明的另一个方面，环形防护件壁包括前圆柱形区段和后圆锥形区段，导向壳体的圆锥形壁区段通过滑动配合而附接到在热防护件的圆柱形区段中形成的沉孔；且环形燃料喷嘴外壳的后端通过冶金连结来连结到挡板凸缘的径向外沿。
[0025]根据本发明的另一个方面，一种装置还包括导向燃料喷射器。
[0026]根据本发明的另一个方面，一种在现场使用之后修理燃料喷嘴装置的方法包括:使热防护件与导向壳体和燃料喷嘴外壳分离；通过滑动配合将导向壳体的圆锥形壁区段组装到在替换热防护件的圆柱形区段中形成的沉孔；和将环形燃料喷嘴壳体的后端冶金连结到替换热防护件的挡板凸缘的径向外沿。
[0027]根据本发明的另一个方面，一种在现场使用之后修理燃料喷嘴装置的方法包括:使热防护件与导向壳体和燃料喷嘴外壳分离；和将替换热防护件冶金连结到导向壳体和燃料喷嘴外壳。
[0028]根据本发明的另一个方面，一种在现场使用之后修理燃料喷嘴装置的方法包括:使热防护件与导向壳体和燃料喷嘴外壳分离；加工导向壳体的圆锥形壁区段的后端以包括圆柱形外表面；通过滑动配合将加工的圆柱形外表面组装到在替换热防护件的圆柱形区段中形成的沉孔；和将环形燃料喷嘴的后端冶金连结到替换热防护件的挡板凸缘的径向外沿。
[0029]根据本发明的另一个方面，一种组装用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴的方法，包括:提供燃料喷嘴本体，其具有:中心导向燃料喷射器；环形导向壳体，其包绕中心导向燃料喷射器，导向壳体包括圆锥形壁区段；环形主燃料喷射器，其包绕导向壳体；环形燃料喷嘴外壳；和通过以下将热防护件组装到燃料喷嘴本体:利用滑动配合来使导向壳体的圆锥形壁区段接合到热防护件的圆柱形部分的沉孔；和将环形燃料喷嘴外壳的后端冶金连结到热防护件的挡板凸缘的径向外沿。
[0030]根据本发明的另一个方面，冶金连结通过熔焊形成。
[0031]根据本发明的另一个方面，装置的至少一部分为利用快速制造工艺制造的整体结构。
【附图说明】
[0032]本发明可通过参照结合附图作出的以下描述来更好地理解，在附图中:
图1为具有带后热防护件的喷嘴末梢的燃气涡轮发动机燃料喷射器的从后向前看的透视图；
图2为图1中所示的喷嘴末梢和后热防护件的截面视图；
图3为图2中所示的后热防护件的放大截面视图；
图4为图2中所示的后热防护件的内防护件的从前向后看的透视图；
图5为图2中所示的后热防护件的前端上的外挡板的从前向后看的透视图；
图6为图3中所示的后热防护件的剖开透视图；
图7为图6中所示的后热防护件的侧视图； 图8为图3中所示的后热防护件的从后向前看的立面视图；
图9为图3中所示的后热防护件的一部分的放大截面视图；
图10为具有备选后热防护件的燃料喷嘴末梢的截面视图；
图11为图10中所示的后热防护件的一部分的剖开透视图；
图12为图10中