专利名称：增压器喷油管的制作方法
技术领域：
本发明是根据美国海军授予的合同N00019-02-C-3003在美国政府支持下进行的。美国政府对本发明享有特定权利。
本发明涉及涡轮发动机，特别涉及涡轮发动机增压器(augmentor)。
背景技术：
在工业上后燃室或推力增压器室是公知的。存在多种结构。在典型的结构中，来自涡轮的废气在增压器中心体上通过。附加燃料紧贴中心体引入并进行燃烧以提供附加推力。在某些结构中，增压器中心体与涡轮中心体集成。在另一些结构中，增压器中心体通过环绕二者之间的环形空间的管道与涡轮中心体分离。美国专利5,685,140和5,385,015显示了示范性的集成式增压器。
中心体可以包含用来作为燃烧源的燃烧室。为了引入附加燃料，在基本径向延伸的叶片内定位多个喷油管。导向器紧贴尾锥体的上游端。作为备选或附加方案，对于燃烧室可以在这些叶片的相关叶片内定位多个点火器，以便点燃附加燃料。叶片的后缘可以作为用于在中心体周围的流路上分配火焰的火焰稳定器元件。
与之独立地，电石墨碳(electro-graphitic carbon)已经发展为用于各种用途。美国早期公开20050084190A1公开了由电石墨碳制成的可变叶片内径(ID)衬圈。
发明内容
因而，本发明的一方面涉及一种涡轮发动机增压器。中心体定位在从上游到下游的气体流路中并具有下游尾部整流器。多个叶片定位在中心体外侧的流路内。增压器加燃料系统包括多个具有经相关叶片延伸的导管的喷油管。多个燃料喷射器嘴沿各导管分布。定位各喷嘴以便从相关叶片的一侧排放相关燃料流。多个磨损元件分别相对这些喷嘴的相关一个安装以用于相对其一定范围的运动，并可移动地与相关叶片协作，以便调节操作偏差(例如，不同的热膨胀或负载变形)和/或喷油管和叶片的公差。
在各种实施方式中，增压器可以为非远程或远程的。增压器加燃料系统可以包括位于中心体内对喷油管进行给料的歧管。各叶片可以包括主体和组装到该主体的后缘箱结构。磨损元件可以分别包括电石墨碳主体。磨损元件可以分别包括比相关喷嘴的相邻材料和相关叶片主体的相邻材料软的材料。喷嘴可以包括沿每个增压器叶片的各叶片的相对侧面的成对喷嘴。磨损元件可以不破坏相关喷嘴地从该喷嘴移除。磨损元件可以通过与磨损元件和喷嘴相互配合的夹持器固定到喷嘴上。各磨损元件可以在内端和外端之间移动。在内端，相关夹持器与相关喷油管的轴套接触。在外端，相关夹持器与相关喷嘴头的下侧接触。轴套和喷嘴可以彼此钎焊(brazed)或焊接。夹持器可以是弯曲的金属线。磨损元件可以相对外端进行弹簧偏置。
本发明的另一方面涉及电石墨碳磨损挡块。本发明的另一方面涉及通过夹持器夹件固定到相关喷嘴上的可移除磨损挡块。该夹件可以包括接收到磨损挡块的第一和第二洞内的第一和第二支腿。第一和第二洞可以相交于喷嘴接收孔。可以在发动机的制造或再制造中或者从缺乏这种磨损元件的基线(例如，磨损元件为金属并集成到喷油管的剩余部分的基线结构)再设计发动机结构中实现本发明的各方面。
在下文的附图和描述中阐述了本发明的一个或多个实施例的细节。从该描述和附图以及从权利要求中，本发明的其它特征、目的和优点显而易见。
图1是飞机动力装置的示意性纵向截面示意图；图2是图1的动力装置的增压器的后视图；图3是图2的增压器的喷油管阵列以及加燃料歧管的侧视图；图4是图3的喷油管阵列和歧管的前视图；图5是图3和图4的阵列的喷油管的部分分解示意图；图6是图5的喷油管的磨损挡块的内侧端示意图；图7是图2的增压器的叶片的部分截面示意图。
在各附图中相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施例方式
图1显示了一种燃气涡轮发动机10，其从上游到下游并从前到后包括风扇11、压缩机12、燃烧器14、涡轮16以及增压器18。进入风扇11的空气在中心气流20和支路气流22之间进行分流。中心气流20沿最初通过压缩机12并随后通过燃烧器14和涡轮16的路径传输。最后，中心气流20通过增压器18，在此选择性添加附加燃料19、将其与气流20混合并燃烧以便向气流20增加更多的能量，并因而从发动机喷嘴24射出更大的推力。因而，中心气流20可以描述为沿基本平行于发动机10的经过压缩机12、燃烧器14、涡轮16以及增压器18的轴线26的路径传输。支路空气22同样沿平行于发动机10的轴线26的路径传输，通过沿发动机10外围的环状套管28，以便在喷嘴24或靠近喷嘴24处与气流20合并。
增压器包括基本绕轴线26对称并形成为发动机中枢的一部分的中心体30。示范性中心体具有主要部分32和其下游的尾锥体34。周向排布的叶片36具有前端37和末端38，并且在中心体30和涡轮排气缸(TEC)40之间基本径向延伸。各叶片可以是前主体部分42和后缘箱44的组装件。该叶片具有周向相对的第一和第二侧面46和48(图2)。后缘箱44可以容纳用以引入附加燃料19的喷油管(在下文中讨论)。中心体可容纳用以燃烧燃料的燃烧室50，以便转而开始燃烧燃料19。燃烧室50和喷油管可以由经或沿一个或多个叶片延伸到中心体的一个或多个供应导管(未示出)供油。如迄今为止所描述的，该发动机结构可以是本教导所适用的多种现有发动机结构中的一种。然而，该教导同样适用于不同的发动机结构。
图3和图4显示了增压器加燃料系统60的部分，该系统包括用于向喷油管64的阵列馈送燃料的歧管62。歧管62可以定位在中心体30内。图5进一步显示了示范性喷油管64的细节。示范性喷油管是具有第一和第二导管66和68的双导管喷油管。导管66和68通过具有分别接收该导管的一对孔的挡块69彼此固定。导管具有安装在喷油管挡块70的出口的近端部分(例如，通过钎焊或焊接)。挡块70具有承载用于与歧管62连接的入口的内侧端。示范性挡块70包括绕挡块70周向延伸的内侧槽和外侧槽74和76。内侧槽74接收用于与中心体结构接合的封口(未图示)。外侧槽76接收相关叶片的第一和第二的侧半部。各喷油管带有多个喷嘴80和磨损挡块82。各喷嘴具有用于排放燃料的相关喷流的孔81。各磨损挡块具有接收相关喷嘴的中心孔83。而现有技术的系统将磨损挡块、喷嘴和喷油管作为单一或集成结构(例如，通过焊接或钎焊)提供，示范性磨损挡块82以其它方式形成。在示范性实施例中，各喷嘴80与相关导管66或68的相关轴套84集成(例如通过钎焊或焊接)。然而，磨损挡块82由相对叶片和喷嘴的相邻材料优先磨损的材料形成。通过夹持器88安装磨损挡块82，以便沿喷嘴轴线86往复运动。弹簧90(例如，压缩在挡块82和相关导管之间)可以将挡块82向外偏置。除了对配合细节的优先磨损，用作磨损元件的电石墨材料可以在磨损界面沉积一薄层石墨。这种沉积物进一步用于减小磨损率。此外，电石墨碳相对用在其它应用的聚合物和其它非金属的牺牲磨损材料具有有利的温度稳定性。
各示范性挡块82具有外侧面100、内侧面102、第一和第二横向面104和106以及第一和第二纵向面108和109(例如，相对喷油管长度的近端或远端)。
图6显示了该挡块、夹持器以及弹簧组件(为了显示目的移除了喷嘴)的内侧面。挡块内侧面102具有用于接收弹簧90的凹入区域110，并且弹簧90以压缩方式支撑于该凹入区域。在轴线86的相对侧面上并与其垂直延伸，该挡块具有一对接收夹持器88的相关支腿116和118的直洞或通道112和114。夹持器的头或交叉元件120连接支腿116和118。支腿116的远端部分122在侧面108从洞112的出口突出并弯曲，以便保持夹持器防止拔出或夹持器88的丢失。在示范性实施例中，通道完全延伸通过中心孔83(例如，与延伸到孔内并终止相反)。如下文所讨论的，支腿116和118处于孔83内的部分相对于相关喷嘴来夹持该挡块。
图7显示了沿相关喷嘴的侧平部130和132锁定在轴套84的边缘134和喷嘴头140下侧136之间的夹持器88的支腿116和118。在示范性实施例中，喷嘴是在导管对66、68的各侧面上但不精确共轴排列的成对喷嘴(即，各对喷嘴的轴线86彼此略微错位以便轴套84内的相对孔只是部分重叠)。因而，图7的示意平面间隔在成对的各喷嘴的出口孔81的轴线之间。
图7进一步显示了挡块与叶片第一和第二侧半部150和152的协作。各半部包括外表皮154、156以及固定于其上(例如通过焊接或钎焊)的内部结构性波纹158、160。各磨损挡块82装配在相关半部150、152的隔室162、164内。各半部可以具有一系列与挡块孔83和喷嘴孔81对齐的孔166，以便允许相关燃料喷流19的通过。各弹簧90向外偏置相关磨损挡块82以便磨损挡块的外侧面100与相关桨叶半部150、152的内侧面168保持接触。在正常操作中，该位置一般处于挡块往复运动范围以及调节磨损、操作偏差(例如，由于压力或g-负载产生的不同热膨胀或不同形变)、振动以及类似动作的运动范围的中间，以便在喷油管和叶片或后缘箱之间保持有效的气密性。挡块的耐磨性和变形性还有助于调节这种不同热膨胀以及调节堆叠的制造公差。在各挡块的横向上，在相关横向面104和106与相邻叶片材料(例如，结构性波纹158、160)之间可以存在微小间隙170。
可以使用任何不同组装技术组装各喷油管。在示范性喷油管中，第一导管66通过加工工件的纵向堆叠进行组装，与挡块69和72组装并钎焊。第二导管68包括组装到加工端件上的管，以便对最远端/最外侧的喷射器进行给料(例如通过钎焊)。这种管经挡块69插入到挡块72内并钎焊到其上。喷嘴80可以钎焊到它们的相关轴套84内。弹簧90可以放置在喷嘴上方或者在安装喷嘴之前预先安装。随后，安装挡块82使得其孔83接收喷嘴80。进一步移动挡块压缩相关弹簧90。随后插入夹持器88并弯折支腿116的端部122(例如通过钳子或类似工具手动弯折)。
在使用一段时间后，磨损挡块由于其与喷嘴80和叶片半部150和152的接合而磨损。示范性喷嘴由基于镍的超合金形成。示范性的叶片波纹158和160由基于镍的超合金形成。已经确定电石墨碳是一种接合并相对这种喷嘴及结构优先磨损的有利的挡块材料。在磨损后，喷油管可以重新制造。示范性重造包括分离两个叶片半部以便暴露挡块。移除夹持器(例如通过矫直末端122或将其切除并抽出夹持器)。随后可以移除挡块。如果需要可以类似地移除弹簧以便用新的弹簧代替该弹簧。随后可以安装新弹簧(如果要)，接着安装新挡块和新夹持器。随后在喷嘴上重新组装叶片半部。
已经描述了本发明的一个或多个实施例，但应该理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下可进行各种修改。本发明的喷油管适用于其它现有发动机的改造和重新设计。在这种情况下，喷油管的各种属性受到现有发动机结构的影响。尽管针对示范性中心加燃料喷油管、非远程增压器情况进行说明，但该原理适用于远程增压器以及从外侧端加燃料的喷油管。因而，其它实施例在后续权利要求的范围内。
权利要求
1.一种涡轮发动机增压器，包括位于从上游到下游的气体流路内并具有下游尾锥体的中心体；以及定位在所述中心体的外侧气体流路内并具有第一侧面和第二侧面的多个叶片；增压器加燃料系统，包括多个喷油管，各喷油管至少部分位于所述叶片的至少一个相关叶片内，其包括导管；以及与所述喷嘴配合的多个喷嘴，各所述喷嘴定位成从所述相关叶片的一个侧面排放相关燃料流；以及多个挡块，各挡块相对所述喷嘴的相关一个安装以用于相对其一定范围的运动，并可运动地与所述相关叶片协作。
2.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于所述增压器是非远程增压器。
3.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于所述增压器加燃料系统包括位于所述中心体内对所述多个喷油管进行给料的歧管。
4.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于所述多个叶片均包括主体；以及后缘箱结构。
5.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于所述磨损元件分别包括电石墨碳主体。
6.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于所述磨损元件分别包括比所述相关喷嘴的相邻材料和所述相关叶片主体的相邻材料软的材料。
7.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于所述多个喷嘴包括沿各所述叶片的相对侧面的成对喷嘴。
8.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于所述多个喷嘴包括沿各增压器叶片的相对侧面的成对喷嘴。
9.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于各所述多个挡块可以不破坏相关喷嘴地从所述喷嘴拆除。
10.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于各所述多个挡块通过与所述挡块和所述喷嘴相互配合的夹持器固定到所述相关喷嘴上。
11.根据权利要求10所述的增压器，其特征在于各所述多个挡块可在所述相关夹持器与所述相关喷油管的轴套接触的内端和所述相关夹持器与所述相关喷嘴的头部下侧接触的外端之间移动，所述轴套和所述喷嘴彼此钎焊或焊接。
12.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于各所述多个挡块通过与所述挡块和所述喷嘴相互配合的弯曲金属线夹持器固定到所述相关喷嘴上。
13.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于各所述多个挡块由弹簧偏置。
14.一种涡轮发动机增压器，包括位于从上游到下游的气体流路内并具有下游尾锥体的中心体；以及定位在所述中心体的外侧气体流路内并具有第一侧面和第二侧面的多个叶片；增压器加燃料系统，包括多个喷油管，各所述喷油管至少部分位于所述叶片的至少一个相关叶片内，其包括导管；以及与所述喷嘴配合的多个喷嘴，各喷嘴定位成从所述相关叶片的一个侧面排放相关燃料流；以及可移动地介入所述喷油管和所述叶片之间以用于调节所述喷油管和所述叶片中的至少一个的操作偏差的装置。
15.一种涡轮发动机增压器，包括位于从上游到下游的气体流路内并具有下游尾锥体的中心体；以及定位在所述中心体的外侧气体流路内并具有第一侧面和第二侧面的多个叶片；增压器加燃料系统，包括多个喷油管，各所述喷油管至少部分位于所述叶片的至少一个相关叶片内，所述喷油管包括导管；以及与所述喷嘴配合的多个喷嘴，各喷嘴定位成从所述相关叶片的一个侧面排放相关燃料流；以及多个挡块，各挡块相对所述喷嘴的相关一个安装，并可运动地与所述相关叶片协作，并包括电石墨碳。
16.根据权利要求15所述的增压器，其特征在于各所述多个挡块可以不破坏相关喷嘴地从所述喷嘴移除。
17.一种涡轮发动机增压器，包括位于从上游到下游的气体流路内并具有下游尾锥体的中心体；以及定位在所述中心体的外侧气体流路内并具有第一侧面和第二侧面的多个叶片；增压器加燃料系统，包括多个喷油管，各喷油管至少部分位于所述叶片的至少一个相关叶片内，其包括导管；以及与所述喷嘴配合的多个喷嘴，各喷嘴定位成从所述相关叶片的一个侧面排放相关燃料流；以及多个挡块，各所述挡块相对所述喷嘴的一个相关喷嘴安装并可不破坏与所述相关叶片可运动地协作的所述喷嘴地从所述相关喷嘴移除，并且包括相对所述相关叶片的相邻材料优先磨损的材料。
18.根据权利要求17所述地增压器，其特征在于各所述多个挡块通过与所述挡块和所述喷嘴相互配合的夹持器固定在所述相关喷嘴上。
19.一种燃气涡轮增压器喷油管组件，包括用于连接到增压器燃料导管的入口；用于排出燃料喷雾的出口；在所述入口和所述出口之间从上游延伸到下游的通路；以及环绕所述出口的可移除磨损挡块。
20.根据权利要求19所述的组件，其特征在于存在多个这种出口和这种磨损挡块。
21.根据权利要求19所述的组件，其特征在于所述磨损挡块由弯曲金属线夹持器夹持。
22一种燃气涡轮发动机增压器喷嘴磨损挡块，包括用于接收所述喷嘴的孔；以及与所述孔成横向并相交以分别用于夹持器夹件的第一和第二支腿的第一和第二洞。
23.根据权利要求22所述的挡块，其特征在于所述挡块包括电石墨碳主体。
24.根据权利要求22所述的挡块，其特征在于所述第一和第二洞延伸通过所述孔。
25.根据权利要求22所述的挡块，其特征在于所述挡块具有基本彼此平行并且与所述孔的中心纵轴线不平行的第一和第二横向磨损面。
26.一种用于制造或重新制造具有喷油管的涡轮发动机增压器的方法，所述方法包括使用夹持器可移除地将磨损挡块固定到所述喷油管的燃料喷嘴上。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于所述可移除固定包括将所述磨损挡块内的孔放置在所述喷嘴上方，并且将所述夹持器的第一和第二支腿插入到所述磨损挡块的第一和第二洞内。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于所述可移除固定包括弯曲所述第一和第二支腿中的至少一个支腿的端部，以便所述端部保持所述夹持器防止拔出。
29.根据权利要求27所述的方法，其特征在于所述方法还包括从叶片拆除所述喷嘴；并且通过以下步骤从所述喷嘴移除磨损的磨损挡块折断和弯曲初始夹持器的至少一种；以及将所述磨损的挡块抽出所述喷嘴。
30.根据权利要求26所述的方法，所述可移除固定允许不破坏地移除所述喷油管的主管。
全文摘要
一种燃气涡轮发动机加燃料系统包括多个具有延伸通过相关叶片的导管的喷油管。多个燃料喷射器嘴沿各导管。各喷嘴定位成从相关叶片的一侧排放相关燃料流。相对喷嘴中的一个定位各多个磨损元件以用于相对其的一定范围的运动。该磨损元件可移动地与相关叶片协作，以便调节操作偏差和/或喷油管和叶片的公差。
文档编号F02K3/10GK1892008SQ20061007999
公开日2007年1月10日 申请日期2006年4月29日 优先权日2005年6月30日
发明者M·J·穆尔多恩, T·W·舍尔伍德, M·H·哈里斯, R·T·布鲁克斯 申请人:联合工艺公司