用于燃气涡轮发动机的带有多管燃料供给通路的喷嘴的制作方法
【专利说明】用于燃气涡轮发动机的带有多管燃料供给通路的喷嘴
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求2013年2月6日提交的，名称为“多管燃料通路”的美国临时专利申请号61/761,377的权益，其公开的全部内容通过引用结合在本文中。
技术领域
[0002]本发明涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地是，涉及一种用于燃气涡轮发动机的在燃烧器中的引导喷嘴(pilot nozzle)。
【背景技术】
[0003]引导喷嘴用在燃气涡轮发动机中点燃燃料/空气混合物。具体地，引导喷嘴在位于所述引导喷嘴下游的燃烧区中点燃液体燃料和/或气体燃料与空气的混合物。包括主燃料喷嘴的附加的燃料喷嘴也提供成燃烧燃料/空气混合物的另外的部分。燃料和空气通常在旋流区(swirling zone)中混合在一起并且在燃烧区中点燃以产生高能的流体流动以产生热的工作气体，其被输送到涡轮部分以提取用于气体涡轮发动机的工作输出。
[0004]在美国和其他国家中严格的排放要求已对燃气涡轮发动机的燃烧器部分进行设计改进提出要求，包括提供超低氮氧化物NOx (ULN)燃烧器结构以具有低NOx排放，以及较低的C0、V0C和微粒排放而运转。这样的ULN设计可包括双燃料ULN引导喷嘴，其在各种工作条件期间促进燃烧过程的控制以最小化排放。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一方面，燃料喷嘴被提供在燃烧器中运行。所述燃料喷嘴包括中心体，所述中心体限定为具有外径的大体圆柱形的形状。喷嘴头(nozzle tip)位于所述中心体的端部。多个燃料管沿所述中心体的所述外径延伸，且每个燃料管具有接合在所述喷嘴头上的出口端部，用于从所述喷嘴头输送燃料进入所述燃烧器的燃烧室中。
[0006]多个燃料管可周向围绕所述中心体彼此等距离间隔开。
[0007]所述燃料管可以配置地螺旋，沿纵向延伸且周向围绕所述中心体。
[0008]三个燃料管可以彼此等距离隔开地设置。
[0009]所述喷嘴头可以是具有外侧和内侧的盘形结构，燃料通道可从内侧延伸到外侧，且每个燃料管可以包括连接到相应的燃料通道的出口端部。
[0010]外套筒可以围绕所述燃料管且形成在所述外套筒和所述中心体之间的环形空间，空气源可供给空气到环形空间，且空气通道可从在所述内侧的所述空气通道的内端部延伸穿过所述喷嘴头到所述外侧，所述空气通道的内端部可通向所述环形空间，用于输送空气到所述喷嘴头的所述外侧。
[0011]支撑构件可在所述空气源和所述喷嘴头之间的纵向位置处从所述外套筒跨越到所述中心体。所述支撑构件接合所述燃料管而以距离所述外套筒和所述中心体的每个的预定间距来定位所述燃料管。所述支撑构件可以是环形圈构件，该环形圈构件包括多个通孔，用于空气从所述空气源通过到所述喷嘴头。
[0012]所述中心体可以是在所述喷嘴头处具有远端的点火器，用于产生火花以点燃邻近所述喷嘴头的燃料/空气混合物。
[0013]所述喷嘴头可以是圆形构件，其限定了喷嘴头直径，且所述燃料管可位于虚圆之内，该虚圆围绕所述燃料管外切且限定了不大于所述喷嘴头直径的直径。
[0014]喷嘴基座可提供具有从燃料供给接收燃料的燃料通风室(fuel plenum)，且与所述喷嘴头相对的每个所述燃料管端部可被连接成流体连通到所述燃料通风室。
[0015]根据本发明的另一方面，引导燃料喷嘴提供用于燃气涡轮发动机的燃烧器。所述喷嘴包括形成中心体的点火器并限定具有外径的大体圆柱形的形状，所述中心体沿所述喷嘴的纵向中心延伸。盘形喷嘴头具有多个周向间隔开的燃料通道和多个周向隔开的空气通道，所述多个周向间隔开的燃料通道从所述喷嘴头的内侧延伸到所述喷嘴头的外侧，所述多个周向隔开的空气通道从所述喷嘴头的内侧延伸到所述喷嘴头的外侧。所述中心体具有延伸穿过所述喷嘴头的中心的远端，用于产生火花以点燃邻近所述喷嘴头的燃料/空气混合物。多个燃料管沿所述中心体的外径延伸，每个所述燃料管具有接合在所述喷嘴头的所述内侧的出口端部，用于从所述喷嘴头输送燃料进入所述燃烧器的燃烧室之内。外套筒围绕所述燃料管且限定了在所述外套筒和所述中心体之间的与所述喷嘴头的所述空气通道流体连通的环形空间。
[0016]所述喷嘴头可以是限定喷嘴头直径的圆形构件，且所述燃料管可以定位在虚圆之内，该虚圆围绕所述燃料管外切且限定了不大于所述喷嘴头直径的直径。
[0017]喷嘴基座可提供具有从燃料供给接收燃料的燃料通风室，且与所述喷嘴头相对的每个所述燃料管端部可被连接成流体连通到所述燃料通风室。
[0018]所述外套筒可包括围绕所述燃料管的环形扩散通道和环形预混合通道，所述环形扩散通道和环形预混合通道从所述喷嘴基座向所述喷嘴头输送相应的气流。
[0019]所述中心体可支撑在所述喷嘴基座上。
[0020]支撑构件在所述喷嘴基座和所述喷嘴头之间的纵向位置处从所述外套筒可跨越到所述中心体，所述支撑构件接合所述燃料管而以距离所述外套筒和所述中心体的每个的预定的间距定位所述燃料管。所述支撑构件可以是环形圈构件，该环形圈构件包括多个通孔，用于空气从邻近所述喷嘴基座的位置通过到所述喷嘴头。
[0021]空气源可经由所述喷嘴基座供给空气到所述环形空间。
[0022]所述燃料管可以螺旋地配置，沿纵向延伸且周向围绕所述中心体。
【附图说明】
[0023]虽然本说明书以具体指出并清楚地要求本发明权利的权利要求书来结束，可信地是，从以下描述结合附图将更好地理解本发明，其中，相同的附图标记表示相同的要素，且在附图中:
图1是根据本发明的各方面的穿过引导喷嘴的局部剖面图；
图2是引导喷嘴的喷嘴头端部的透视图；
图3是沿着图1中线3-3截取的剖视图；
图4是结合图1的引导喷嘴的燃料输送系统的示意图；和图5是具有布置在替代螺旋配置中的燃料管的引导喷嘴的透视图。
【具体实施方式】
[0024]在下面优选实施例的详细描述中，参考了形成其一部分的附图，且其中，通过示出的方式，而不是通过限制的方式，本发明在特定优选实施例中可被实施。但应理解，其它实施例可以被使用且可做出改变而不偏离本发明的精神和范围。
[0025]根据本发明的一方面，引导喷嘴提供用于在燃气涡轮发动机中的燃烧系统，其中，燃料通路被设置以确保密封的流动路径且该燃料通路被简化以容纳形成喷嘴的组件的热运动，特别是，本发明的一方面包括提供多个燃料管以直接输送燃料到形成在喷嘴的端部处的出口。同样，本燃料喷嘴可容纳固定点火器，而仍然提供形成为在相同包装尺寸之内配合的先前的引导喷嘴的燃料和气流。多个燃料管在环形空间中可以结合以用于输送冷却空气，且包围定位在喷嘴中心的点火器，以提供喷嘴部件的包装，该包装可配合在空间包覆物之内，该包覆物和先前引导喷嘴具有相同的尺寸，该引导喷嘴利用中心通道输送燃油到喷嘴的出口端部。
[0026]图1示出了根据本发明的各方面配置的引导喷嘴10。可从下面的描述中进一步理解的是，喷嘴10可以形成ULN燃烧系统的一部分，提供多个燃料流用于促进在一般标记为12的燃烧器的燃烧室中的燃烧。
[0027]如图1和4所示，引导喷嘴10包括喷嘴基座14、在纵向方向上从喷嘴基座14延伸的外套筒16和位于远离喷嘴基座14的外套筒16的端部处的盘形喷嘴头18。根据本发明的一方面，点火器20形成沿喷嘴10的纵向中心22延伸的中心体19。点火器20限定了大体圆柱形的形状(图3)，其具有限定外径的外表面24，并且点火器20具有支撑到喷嘴基座14的近端26并且包括贯穿喷嘴头18中的中心孔30而延伸的远端28。点火器20的远端28可形成为点火器20的减小直径的终端，用于在孔30处产生火花。点火器20诸如经由电压源31 (图4)可被供能以在点火器20和喷嘴10的邻近部分(如喷嘴头18)之间产生火花，用于点燃邻近喷嘴头18的燃烧室12中的燃料/空气混合物。点火器20操作作为固定结构构件以形成径向内支撑结构，用于支撑如下所述的燃料管。
[0028]参照图1、2和4中，多个燃料管32沿着由点火器的外表面24限定的外径延伸，并保持在离点火器20预定的小间隔处，正如下面进一步描述的。每个燃料管32具有与喷嘴基座14接合的入口端部34 (图4)以及接合在喷嘴头18的内侧38上的出口端部36 (图1)。喷嘴头18包括从内侧38延伸到在喷嘴头18的外侧44处的燃料排出口或出口 42的燃料通道40。燃料管32和相关联的燃料通道40周向绕点火器20 (图3)且绕喷嘴头18 (图2)彼此等距离间隔开，并提供用于输送燃油而从喷嘴头18输送燃料进入燃烧器的燃烧室12。
[0029]在优选的实施例中，三个燃料管32和相关联的燃料通道40被提供，然而可以理解的是，本发明可包括不同数目的多个燃料管32和通道40。因此，在本示例性实施例中，燃料管32和燃料通道40可相隔120度地定位。根据本发明的另一个方面，燃料管32与公共的燃料通风室46流体连通且可以从其各自接收经计量的量的燃料，该燃料通风室形成在喷嘴基座14中且绕其延伸。燃料通风室46可以从燃料供给50处接收燃油，且被配置为提供等量的燃料流到多个燃料管32的每个，以便确保相同的燃料流从燃料通道出口 42的每个喷射。
[0030]外套筒16围绕燃料管32且限定了在外套筒16和点火器32之间的环形空间52。环形空间52与多个空气通道54流体连通，该空气通道从喷嘴头18的内侧38延伸到喷嘴头18的外侧44。空气通道54绕喷嘴头18周向隔开且优选地包括邻近于每个燃料通道出口 42的至少一个空气通道54。来自空气通道54的空气可以从空气通道54的内端部53通过到空气通道54的外部端部55以提供膜冷却到喷嘴头18的外表面44，以便减少外表面44过热和结焦的可能性。可以理解的是，比本文所示出更多的空气通道54可以被提供。此夕卜，空气通道54可定位于在喷嘴头18上不同的位置，使得额外提供冷却空气流到用于喷嘴头 18 的隔热罩(heat shield) 56。
[0031]空气源58连接到喷嘴基座14以提供空气到环形空间52。从在喷嘴基座14处的空气源58提供的空气可纵向