热联接的燃料歧管的制作方法
【专利摘要】一种燃料歧管装置(26)包括通过多个歧管管道(32)而互相连接的燃料喷嘴(24)的环形阵列，其中各个歧管管道(32)包括一体地形成于其中的至少两个燃料通道(84、86、88)，燃料通道(84、86、88)配置成用于在其间传导传热。
【专利说明】
热联接的燃料歧管
技术领域
[0001]本发明大体上涉及流体歧管，且更具体地涉及燃气涡轮发动机中的燃料歧管。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机包括涡轮机械核心，涡轮机械核心按照顺序流动的关系具有高压压缩机、燃烧器以及高压涡轮。核心能以已知的方式操作来生成主气流。取决于发动机的配置，核心可以与风扇和低压涡轮系统结合，以生成推进推力，或与工作涡轮结合，以提取机械能并使驱动轴或推进器转动。
[0003]在常规的燃气涡轮发动机中，将燃料通过燃料喷嘴的阵列而引入至燃烧器，燃料喷嘴联接至包围燃烧器的环形外部歧管，且安装到燃烧器壳。在运行中，将加压后的燃料馈送至歧管。然后，歧管将加压后的燃料通过个别的输送线而分配给单独的燃料喷嘴。这样的歧管一般由各种管道和配件制造，并且利用支架及其他安装金属器件来紧固到燃烧器。
[0004]飞机发动机燃料歧管处于恶劣环境下，并且定位成相对地接近于燃烧器壳。随着发动机变暖，燃烧器壳生长，但歧管中的燃料的温度保持相对冷。与各种构件的不同的材料生长率相联接的该温度差创建对歧管的热负荷。在常规的歧管中，安装点之间的管路的长度(即，喷嘴间的距离)是固定的，对可用来提供灵活性的管路的长度进行限制。
[0005]还已知提供“分级”燃料输送系统，该系统包括在不同的发动机运行条件的期间使用的两个或更多个燃料回路(例如，先导式回路和主回路)。在常规的燃料歧管中，各回路或级要求分开的管路和连接件，增加重量、复杂性以及零件数。此外，在燃料不流动于特定的回路中的时段的期间，歧管及其他管路内的燃料通道容易遭受残留的燃料的不理想的积碳(“焦化”)。
[0006]因此，依然需要适应热生长并为避免焦化的分级燃料流作准备的燃料歧管。
【发明内容】
[0007]通过本发明而解决这一需要，本发明提供具有热联接的两个或更多个回路的流体歧管装置。
[0008]根据本发明的一个方面，燃料歧管装置包括:通过多个歧管管道而互相连接的燃料喷嘴的环形阵列，其中各歧管管道包括一体地形成于其中的至少两个燃料通道，燃料通道配置成用于在其间传导传热。
[0009]根据本发明的另一方面，各歧管管道是使用添加制造过程来形成的单块式构件。
[0010]根据本发明的另一方面，各歧管管道包括:先导式主燃料通道;先导式次燃料通道；以及主燃料通道。
[0011 ]根据本发明的另一方面，各燃料喷嘴包括:与先导式主燃料通道流体连通而连接的先导式主燃料回路和先导式主燃料喷嘴;与先导式次燃料通道流体连通而连接的先导式次燃料回路和先导式次燃料喷嘴；以及与主燃料通道流体连通而连接的主燃料回路和主燃料环。
[0012]根据本发明的另一方面，装置进一步包括:燃料系统，其可操作成以变化的流速供给液态燃料流;先导式主燃料导管，其联接于燃料系统与先导式主燃料通道之间；先导式次燃料导管，其联接于燃料系统与先导式次燃料通道之间；以及主燃料导管，其联接于燃料系统与主燃料通道之间。
[0013]根据本发明的另一方面，主燃料通道在歧管管道的横截面形状内中心地定位;先导式主燃料通道为弓形，且与主燃料通道同中心地安置；以及先导式次燃料通道为弓形，且与主燃料通道同中心地安置。
[0014]根据本发明的另一方面，各歧管管道包括管道段，管道段具有安置于其第一端部和第二端部的端部凸缘。
[0015]根据本发明的另一方面，各燃料喷嘴与包括联接凸缘的阀壳体联接;并且，各联接凸缘与歧管管道中的两个相邻的歧管管道的端部凸缘连接。
[0016]根据本发明的另一方面，各阀壳体包括:联接凸缘;安装凸缘，其安置成与联接凸缘垂直；以及至少一个凸起部，安置在联接凸缘与安装凸缘之间。
[0017]根据本发明的另一方面，至少一个凸起部包括安置在其中的分流器阀。
[0018]根据本发明的另一方面，阀壳体是使用添加制造过程来形成的单块式构件。
[0019]根据本发明的另一方面，各歧管管道连接燃料喷嘴的交替的燃料喷嘴。
[0020]根据本发明的另一方面，歧管配置为歧管管道的第一环和第二环;第一环将第一组的燃料喷嘴互相连接;第二环将第二组的燃料喷嘴互相连接；以及其中第一组的燃料喷嘴与第二组的燃料喷嘴交替。
[0021]根据本发明的另一方面，第一环的歧管管道与第二环的歧管管道交错。
[0022]根据本发明的另一方面，旋转机械包括:压缩机、燃烧器和涡轮，它们按照顺序流动连通的关系布置，并且可操作成生成核心流；以及燃料歧管，包括:与燃烧器连通的燃料喷嘴的环形阵列，燃料喷嘴通过多个歧管管道而互相连接，其中各歧管管道包括一体地形成于其中的至少两个燃料通道，燃料通道配置成用于在其间传导传热。
[0023]根据本发明的另一方面，旋转机械进一步包括第二涡轮，第二涡轮布置成从核心流提取能量并驱动风扇。
[0024]根据本发明的另一方面，组装燃料歧管的方法包括:将燃料喷嘴的环形阵列定位成与燃烧器连通;和使用多个歧管管道来将燃料喷嘴互相连接，其中各歧管管道包括一体地形成于其中的至少两个燃料通道，燃料通道配置成用于在其间传导传热。
[0025]根据本发明的另一方面，各歧管管道包括先导式主燃料通道、先导式次燃料通道以及主燃料通道;并且，各燃料喷嘴包括:与先导式主燃料喷嘴连通的先导式主燃料回路；与先导式次燃料喷嘴连通的先导式次燃料回路；以及与主燃料环连通的主燃料回路;该方法进一步包括将燃料喷嘴的燃料回路与歧管管道的相应的燃料通道流体连通。
[0026]根据本发明的另一方面，各燃料喷嘴与包括联接凸缘的阀壳体联接，该方法进一步包括将各联接凸缘连接至歧管管道的两个相邻的歧管管道的端部凸缘。
[0027]根据本发明的另一方面，各歧管管道是使用添加制造过程来形成的单块式构件。
【附图说明】
[0028]可以通过参考结合附图的下文中的描述而最清楚地理解本发明，在附图中: 图1是并入按照本发明的方面而构造的流体歧管的燃气涡轮发动机的示意半截面图； 图2是歧管的一部分的示意后视立视图；
图3是燃料喷嘴和阀壳体的侧视图；
图4是根据本发明的方面而构造的歧管的一个歧管管道的透视图；以及图5是示出歧管的阀壳体的平面图。
[0029] 零件列表
10燃气涡轮发动机 12风扇
14增压器 16低压涡轮 18高压压缩机 20燃烧器 22尚压祸轮 24燃料喷嘴 26燃料歧管 28阀壳体 30燃烧器外壳 32歧管管道 34安装凸缘 36螺栓孔 40凸起部 42杆 44喷嘴尖
48先导式燃料喷射器 50先导式主喷嘴 52先导式次喷嘴 54主燃料环 56主燃料孔口 58先导式主燃料回路 60先导式主燃料口 62先导式次燃料回路 64先导式次燃料口 66先导式次分流器阀 68主燃料回路 70主燃料口 72主分流器阀 74管道段 76第一端部 78第二端部 80端部凸缘 82螺栓孔 84主燃料通道 86先导式次燃料通道 88先导式主燃料通道 87支柱 90螺栓 92环 94环
96燃料系统 98先导式主控制阀 100先导式主燃料导管 102先导式次燃料控制阀 104先导式次导管 106主燃料控制阀 108主燃料导管 110输送管道。
【具体实施方式】
[0030]参考附图，其中在所有的各种视图中，同一参考标号表示相同的元件，图1描绘示范性的燃气涡轮发动机10，燃气涡轮发动机10按照顺序流动连通的关系具有风扇12、任选的低压压缩机或“增压器” 14和低压涡轮(“LPT” ) 16以及高压压缩机(“HPC” ) 18、燃烧器20和高压涡轮(“HPT”)22，其中，风扇12、任选的低压压缩机或“增压器”14和低压涡轮(“LPT”)16统称为“低压系统”，并且，高压压缩机(“HPC”)18、燃烧器20和高压涡轮(“HPT” ) 22按照顺序流动连通的关系布置，且统称为“气体发生器”、“核心”或“高压系统”。HPT 22通过诸如轴的机械连接件而驱动HPC 18，并且LPT 16通过诸如轴的机械连接件而驱动风扇12和增压器14 (如果存在)。高压系统能以已知的方式操作来生成主流或核心流。低压系统能以已知的方式操作来从核心流提取能量并生成风扇流或旁通流。虽然所图示的发动机10是高旁通涡轮风扇发动机，但本文中所描述的原理同样地可应用于涡轮螺桨发动机、涡轮喷气发动机和涡轮轴发动机以及用于其他车辆或用于固定式应用中的涡轮发动机。
[0031]燃烧器20包括燃料喷嘴24的径向阵列，燃料喷嘴24联接至包围燃烧器20的燃料歧管26。通常，如在图2中所看到的，燃料歧管26包括多个阀壳体28，每个阀壳体28联接至燃料喷嘴24中的一个，并且可以与相对应的燃料喷嘴24成一体。阀壳体28以环形阵列安装到燃烧器外壳30。通过多个歧管管道32而将阀壳体28互相连接(并因而将燃料喷嘴24互相连接)。
[0032]在所图示的示例(见图3和图5)中，各个阀壳体28包括:安装凸缘34，其具有在其中形成有螺栓孔36的图案，以用于将安装凸缘34紧固到燃烧器外壳30;联接凸缘38，其定向垂直于安装凸缘34;以及一个或更多个凸起部40，其将安装凸缘34和联接凸缘38联结。
[0033]各燃料喷嘴24(参见图3)包括杆(stem)42，杆42从安装凸缘34径向地向内延伸，并且在其向内的端部终止于喷嘴尖44。喷嘴尖44包括先导式燃料喷射器48，先导式燃料喷射器48具有先导式主喷嘴50和先导式次喷嘴52。喷嘴尖44还包括环形主燃料环54，环形主燃料环54具有围绕其外周的主燃料孔口 56的阵列。
[0034]阀壳体28和燃料喷嘴24可以将两个或更多个燃料回路并入其中。在图3中，各个回路由单条虚线示意地表示，理解到，各线可以表示一个或更多个分离的管或管道，或与阀壳体28和/或燃料喷嘴24—体地形成的一个或更多个内部燃料通道。
[0035]先导式主燃料回路58从形成于联接凸缘38中的先导式主燃料口 60穿过杆42而延伸至先导式主喷嘴50。
[0036]先导式次燃料回路62从形成于联接凸缘38中的先导式次燃料口64延伸至安置于凸起部40中的一个中的先导式次分流器阀66，穿过杆42而延伸至先导式次喷嘴52。先导式次分流器阀66可操作成许可流动至燃料喷嘴24，但阻止沿反方向流动，并且可以是例如压力操作阀。
[0037]主燃料回路68从形成于联接凸缘38中的主燃料口70延伸至安置于凸起部40中的一个中的主分流器阀72，穿过杆42而延伸至主燃料环54。主分流器阀72可操作成许可流动至燃料喷嘴24，但阻止沿反方向流动，并且，可以是例如压力操作阀。
[0038]图4描绘歧管管道32中的一个。歧管管道32包括管道段74，管道段74具有第一端部76和第二端部78，端部凸缘80安置于各端部。各端部凸缘80包括形成于其中的螺栓孔82的图案，螺栓孔82与联接凸缘38中的螺栓孔匹配。管道段74可以具有形成于其中的一个或更多个弯曲部来适合于具体应用。
[0039]歧管管道32包含多个内部通道。各通道从第一端部76行进至第二端部78。在所图示的示例中，歧管管道32包括具有圆形的横截面形状的定位于中心的主燃料通道84。弓形先导式次燃料通道86与主燃料通道84同中心地安置。弓形先导式主燃料通道88同样地与主燃料通道84同中心地安置。先导式燃料通道86、88的横截面面积尺寸确定为与流过先导式燃料通道86、88的相对燃料流速成比例。在所图示的示例中，先导式次燃料通道86延伸越过大约3/4圆，而先导式主燃料通道88延伸越过少于大约1/4圆。在所图示的示例中，先导式次燃料通道86的横截面形状并入有小的径向地延伸的支柱87，支柱87提供机械支撑。支柱87能够采取单个连续肋条或沿着歧管管道32的长度的短销或肋条的阵列的形式。横截面图案可以斜方地延伸穿过歧管管道32，或其可以沿着螺旋形路径或螺旋线路径延伸。
[0040]在该配置中，先导式燃料通道86、88与主燃料通道84热联接。更具体地，先导式燃料通道86、88与主燃料通道84以容易地许可从主燃料通道84至先导式燃料通道86、88的传导传热的单个壁厚度分离。这将对减少或防止燃料未流动于主燃料通道84中时的条件的期间的主燃料通道84中的燃料的焦化有效。
[0041]如在图2中所看到的，阀壳体28围绕燃烧器外壳30以环形形式布置(在图2中，仅示出完整的圆的一部分)。阀壳体28通过多个歧管管道32而互相连接。
[0042]如在图5中所示出的，例如使用诸如所图示的螺栓90的紧固件来将各联接凸缘38夹在两个相邻的歧管管道32的端部凸缘80之间。歧管管道32中的每个燃料通道与联接凸缘38中的相对应的端口紧密配合。因而，针对歧管管道32中的通道84、86和88而限定连接的连续的流体流路。
[0043]在所图示的示例(参见图2)中，燃料歧管26包括两个环92和94。在各环92、94内，各歧管管道32将由介于中间的阀壳体28隔开的两个阀壳体28连接。换句话说，通过用于各环92、94的歧管管道32而将阀壳体28的交替的阀壳体28连接(并因而将燃料喷嘴24的交替的燃料喷嘴24连接)。该配置使歧管管道32的长度独立于两个相邻的阀壳体28之间的距离。还有可能的是各歧管管道32能够跨越更大的距离，例如将每第三或第四阀壳体28连接。在图2中，阀壳体28的标记为“A”的一半属于第一环92，阀壳体28的标记为“B”的另一半属于第二环94。第一环92和第二环94彼此交错或缠绕，歧管管道32成形为促进该配置。
[0044]燃料歧管26与已知的类型的燃料系统96连接，燃料系统96可操作成根据操作需要而以变化的流速供给液态燃料流。燃料系统96将燃料供给至联接至先导式主燃料导管100的先导式主控制阀98，先导式主燃料导管100继而将燃料供给至先导式主燃料通道88，并且最后供给至先导式主回路58。燃料系统96还将燃料供给至联接至先导式次导管104的先导式次燃料控制阀102，先导式次导管104继而将燃料供给至先导式次燃料通道88，并且最后供给至先导式次燃料回路62。燃料系统96还将燃料供给至联接至主燃料导管108的主燃料控制阀106，主燃料导管108继而将燃料供给至主燃料通道84，并且最后供给至主燃料回路
68 ο
[0045]各环92、94包括一个或更多个输送管道110。各输送管道110可联接至歧管管道32中的一个，并且充当燃料从燃料系统96流入燃料歧管26中的连接点。
[0046]与常规的做法一致，燃料歧管26及其组成构件可以由合适的金属合金(诸如铁或镍基合金)制成。
[0047]燃料歧管26的全部或部分或其单独的构件可以是单个整体式、单件式或单块式构件的一部分，并且可以使用包含叠层构造或添加制造(与就常规的加工过程而言的材料去除截然相反)的制造过程来制造。这样的过程可以被称为“快速制造过程”和/或“添加制造过程”，其中术语“添加制造过程”是在本文中通常指这样的过程的术语。添加制造过程包括但不限于:直接金属激光烧结(DMLS)、直接金属激光熔融(DMLM)、激光净成形制造(LNSM)、电子束烧结、选择性激光烧结(SLA)、诸如通过喷墨打印机和激光打印机的3D打印、立体平版印刷(SLS)、电子束熔融(EBM)、激光工程化净成形(LENS)以及直接金属沉积(DMD)。
[0048]本文中所描述的燃料歧管26具有优于常规的设计的几个优点。燃料歧管26将提供如下的能力:增加燃料分级量，以减小比燃料消耗率(“SFC”)和排放量，而同时将燃料回路热联接，以改进焦化边缘并改进外包装。还缩短组装及维护时间。
[0049]燃料歧管26将减少燃料歧管中的生热，并且，是具有显著的重量减轻的更简单得多的燃料输送系统。对每隔一个的喷嘴输送燃料的过程允许先进的管道长度来消除热应力。最后，在各燃料喷嘴处使用同中心的接口使维护简化，并且允许分流器阀嵌入更小的包装中。
[0050]前文描述了用于燃气涡轮发动机燃料喷嘴的燃料歧管。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要以及附图)中所公开的所有的特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有的步骤可以按除了至少一些这样的特征和/或步骤互相排斥的组合之外的任何组合来组入口 ο
[0051]本说明书(包括任何所附的可能的新颖点、摘要以及附图)中所公开的各特征可以被用于相同的、等效的或类似的目的的备选的特征所取代，除非另有明确规定。因而，除非另有明确规定，否则所公开的各特征只是通用的一系列的等效的或类似的特征的一个示例。
[0052]本发明不局限于前文的(多个)实施例的细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要以及附图)中所公开的特征的任何新特征或任何新组合，或扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新步骤或任何新组合。
【主权项】
1.一种燃料歧管装置，包括:通过多个歧管管道(32)而互相连接的燃料喷嘴(24)的环形阵列，其中各个歧管管道(32)包括一体地形成于其中的至少两个燃料通道(84、86、88)，所述燃料通道(84、86、88)配置成用于在其间传导传热。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，各个歧管管道(32)是使用添加制造过程来形成的单块式构件。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，各个歧管管道(32)包括: 先导式主燃料通道(88); 先导式次燃料通道(86);以及 主燃料通道(84)。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，各个燃料喷嘴(24)包括: 与所述先导式主燃料通道(88)流体连通而连接的先导式主燃料回路(58)和先导式主燃料喷嘴(58); 与所述先导式次燃料通道(86)流体连通而连接的先导式次燃料回路(62)和先导式次燃料喷嘴(52);以及 与所述主燃料通道(84)流体连通而连接的主燃料回路(68)和主燃料环(54)。5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括: 燃料系统(96)，其可操作成以变化的流速供给液态燃料流； 先导式主燃料导管(100)，其联接在所述燃料系统(96)与所述先导式主燃料通道(88)之间； 先导式次燃料导管(104)，其联接在所述燃料系统(96)与所述先导式次燃料通道(86)之间；以及 主燃料导管(108)，其联接在所述燃料系统(96)与所述主燃料通道(84)之间。6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于: 所述主燃料通道(84)在所述歧管管道(32)的横截面形状内中心地定位； 所述先导式主燃料通道(88)为弓形，且与所述主燃料通道(84)同中心地安置；以及 所述先导式次燃料通道(86)为弓形，且与所述主燃料通道(84)同中心地安置。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于: 各个歧管管道(32)包括管道段，其具有安置于其第一和第二端部的端部凸缘(80);各个燃料喷嘴(24)联接至包括联接凸缘(38)的阀壳体(28);以及各个联接凸缘(38)连接至所述歧管管道(32)中的两个相邻的歧管管道的所述端部凸缘(80) ο8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，各个阀壳体(28)包括: 所述联接凸缘(38); 安装凸缘(34)，其安置成垂直于所述联接凸缘(38);以及 至少一个凸起部(40)，其安置在所述联接凸缘(38)与所述安装凸缘(34)之间，所述至少一个凸起部(40)包括安置在其中的分流器阀(66、72)。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述阀壳体(28)是使用添加制造过程来形成的单块式构件。10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，各个歧管管道(32)连接所述燃料喷嘴(24)的交替的所述燃料喷嘴(24)。
【文档编号】F23R3/28GK106051824SQ201610229652
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月14日 公开号201610229652.1, CN 106051824 A, CN 106051824A, CN 201610229652, CN-A-106051824, CN106051824 A, CN106051824A, CN201610229652, CN201610229652.1
【发明人】J.M.沃尔夫
【申请人】通用电气公司