多管式流体传输导管的制作方法

文档序号:5631475阅读:331来源:国知局
专利名称:多管式流体传输导管的制作方法
技术领域
本发明一般地涉及一种流体传输装置,更特别地涉及一种被构造为用于有效热绝缘和接收结构应力的流体传输导管。
背景技术
一般地,流体传输装置,例如管状导管,经受机械应力,例如由于外力引起的热膨胀。在管状导管结构中,在管状导管的端部由热膨胀引起的沿管轴线的拉力在导管结构中产生拉应力,同时推力产生压应力。一般地,过量的这样的应力导致导管的结构故障。此外, 在某些应用中,流动通过导管的流体和周围环境之间的热传输可能是有问题的。例如,当蒸汽流动通过导管时使蒸汽管绝缘以降低蒸汽的热量损失已经成为一个挑战。流体传输导管也被用在用于传统的燃气轮机系统的燃料喷嘴中。一般地,用于控制燃料向燃气轮机的燃烧室流动的燃料系统包括一个或多个布置在燃烧室中的燃料喷嘴、 用于对来自燃料供给装置的燃料加压的燃料泵、用于控制燃料向燃料喷嘴的流动的燃料测量单元、和一个或多个将燃料测量单元流体地连接至燃料喷嘴的燃料歧管。在发动机启动过程中,燃料通过燃料泵从燃料供给装置被抽吸至燃料测量单元,当获得足够的启动压力时,燃料测量单元的加压阀打开,并且燃料通过燃料歧管被供给至燃料喷嘴。在燃料喷嘴中,燃料通过燃料传输导管传输,并被喷射到燃烧室中。由于燃气轮机中的严苛的操作条件,需要发动机的燃料喷嘴满足多个设计挑战。 由燃料喷嘴的外部周围的热压缩机排放空气的严苛的外部压力和温度引起的一个这样的挑战是接收(吸收)燃料喷嘴的主体中由于热引起的大的变形。不幸的是,包括单个管的燃料喷嘴的传统的燃料传输导管可能在这样的严苛的操作条件下经受高热应力,这导致结构故障。另一个挑战是使燃料对严苛的外部温度的进行热防护。在涡轮发动机操作过程中,期望在比周围的热压缩机空气低很多的温度下输送燃料。如果太多的热量被传输至燃料,那么燃料可能开始烧焦,由此毁坏或降低燃料的质量和输送。因此,传统的燃料喷嘴设计利用多个绝缘方案降低可能从高温压缩机空气传输至通过燃料喷嘴的燃料的热量。例如,燃料传输导管和燃料喷嘴支架之间的间隙充满空气-燃料-焦炭混合物,其具有比燃料喷嘴支架的组成金属低的热传导率,由此,使燃料对燃料喷嘴支架外部的环境进行防护。但是,燃气轮机的发展是这样的,以至于压缩机排放空气的温度和压力大大的上升,因此,燃料的热防护甚至变成多于一个设计挑战。对于许多应用,发现充满空气-燃料-焦炭混合物的传统的单个绝缘燃料间隙不能对燃料提供发动机制造商所需要的足够的热保护。考虑到这些挑战,在本领域需要改进的流体传输装置。本发明涉及对流体传输导管领域现状的这样的改进,其可以更好地接收外部应力和使流体对外部环境绝缘。

发明内容
考虑到上述情况,本发明的实施方式提供一种克服本领域中存在的一个或多个挑战的新的和改进的流体传输导管。更特别地,本发明的实施方式提供一种包括多个嵌套的同心管的新的和改进的流体传输导管,其具有更好的热绝缘特性,并可以比传统的单管流体传输装置更好地接收结构应力。在一个方面,本发明的一个实施方式提供一种包括多个围绕一根轴线嵌套的同心管的流体传输导管。每个同心管具有上游端和下端,其中,每个同心管与邻近的管在上游或下游端连接,流体通道在其中形成。在另一个方面,本发明的一个实施方式提供了一种包括燃料喷嘴支架和燃料传输导管的燃料喷嘴,该支架具有喷嘴杆结构和喷嘴头结构。燃料传输导管包括多个围绕一根轴线嵌套的同心管,其中,每个同心管具有上游端和下游端。每个同心管在上游或下游端中的一个与邻近的管连接,流体通道在其中形成。燃料传输导管布置在燃料喷嘴支架中,并被连接至燃料喷嘴支架的内表面。在另一个方面,本发明的一个实施方式提供了一种包括第一管、第二管、和连接第一管和第二管的流体传输导管的管接头组件。流体传输导管包括多个围绕一根轴线嵌套的同心管,其中,每个同心管具有上游端和下游端。每个同心管在上游或下游端中的一个与邻近的管连接,流体通道在其中形成。在另一个方面,本发明的一个实施方式提供了一种减小在流体传输导管上产生的轴向应力的方法,包括形成流体传输导管和将流体传输导管连接至流体传输系统。流体传输导管被形成为包括多个围绕一根轴线嵌套的同心管,其中,每个同心管具有上游端和下游端。每个同心管在上游或下游端中的一个与邻近的管连接,流体通道在其中形成。流体传输导管被形成为在流体传输导管的相对端进一步包括第一连接器和第二连接器,其中, 第一连接器和第二连接器被连接至流体传输系统的结构支架。在另一个方面,本发明的一个实施方式提供了一种改进流体传输系统的热绝缘的方法,包括形成具有多个同心管的流体传输导管、将流体传输导管布置在流体传输中、 在多个同心管和流体传输系统的内表面之间形成真空腔,其中,真空腔提供流体传输导管中的流体和流体传输系统外部的环境之间的热绝缘。流体传输导管被形成为包括多个围绕一根轴线嵌套的同心管,其中,每个同心管具有上游端和下游端。每个同心管在上游或下游端中的一个与邻近的管连接,流体通道在其中形成。流体传输导管被形成为在流体传输导管的相对端进一步包括第一连接器和第二连接器,其中,第一连接器和第二连接器被连接至流体传输系统的结构支架。当结合附图时,本发明的其它方面、目的和优点通过下面的详细描述将变得更加清楚。


被结合到说明书中并形成说明书的一部分的附图示出本发明的几个方面,并和具体实施方式
共同起解释本发明的原理的作用。在附图中图1是按照本发明的一个实施方式的包括两个燃料传输导管的燃料喷嘴的剖视图,每个导管包括三个同心管;图2是在膨胀之前的图1的燃料传输导管的剖视详图;图3是在膨胀之后的图2的燃料传输导管的剖视详7
图4是按照本发明的一个不同的实施方式的包括三个同心管的流体传输导管的示意性剖视图;图5是按照本发明的一个实施方式的装配图1的燃料喷嘴的过程的说明;图6是按照本发明的一个实施方式的包括两个燃料传输导管的燃料喷嘴的剖视图,每个导管包括两个同心管;图7是按照本发明的另一个实施方式的包括两个燃料传输导管的弯曲的燃料喷嘴的剖视图;图8是按照本发明的另一个实施方式的包括三个燃料传输导管的燃料喷嘴的剖视图,每个燃料传输导管包括三个同心管;图9是按照本发明的一个实施方式的包括五个燃料传输导管和一个空气流动导管的燃料喷嘴的剖视图;图10是按照本发明的一个不同的实施方式的包括燃料传输导管的测量阀燃料喷嘴的剖视图,该喷嘴包括三个同心管;图11是图4的流体传输导管的变化形式的剖视图,其中,中管和内管在中间被分割以形成两个中管和两个内管;图12是图4的流体传输导管的不同变化的剖视图,其中,中管和外管在中间被分割以形成两个中管和两个外管;图13是按照本发明的一个实施方式的包括流体传输导管的管接头组件的剖视图,该导管具有三个同心管;图14是按照本发明的一个不同的实施方式的包括流体传输导管的管接头组件的剖视图,该导管具有五个同心管;图15是被连接在蒸汽管中的图4的流体传输导管的剖视图;图16是按照本发明的一个实施方式的包括五个被连接在蒸汽管中的同心管的流体传输导管的剖视图;图17是按照本发明的一个实施方式的包括四个被连接在蒸汽管中的同心管的流体传输导管的剖视图;以及图18是按照本发明的一个实施方式的包括五个燃料传输导管的燃料喷嘴的剖视图,其中,五个燃料传输导管中的一个还起空气流动导管的作用。虽然本发明将结合某些优选的实施方式进行描述,但是未试图将其限制于这些实施方式。相反,试图覆盖包括在由所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有的替换、修改和等价物。
具体实施例方式图1示出包括按照本发明的一个实施方式的燃料传输导管22的燃料喷嘴10的剖视图。燃料喷嘴10可以在燃气轮机系统中实施,以将燃料喷射到燃烧室中,其中,燃料与空气混合,并在高温下燃烧,同时保持接近静压。涡轮中需要的气体温度根据发动机速度变化,所以燃烧室必须能够在宽的操作条件范围内稳定的和有效的燃烧,所述操作条件可以保持延长的时间。离开主要的燃烧区域的空气的温度可以为大约1800°c和2000°C。燃料喷嘴10包括改进的燃料传输导管22,其可以更好地接收热引起的结构应力,和更好地使燃料对燃气轮机系统的严苛的温度进行防护。虽然该实施方式中的燃料传输导管22被用在燃气轮机的燃料喷嘴10中,但是燃料传输导管22也可以在其它的流体传输系统中执行以传输流体。在该应用中,术语流体一般指的是一种没有块状结构以在自由空间中支撑明确的形式或形状的物理物质类型。因此,流体仅可以采用容器、输送管、管或导管包含、输送、传输或传送。流体通过压力、扩散、 密度集中、重力和其它的有势力,例如电和磁场移动。流体的实例包括但未被限制于液体、 气体、蒸汽、泥浆、液化固体及其混合物。如图1中所示,燃料喷嘴10包括燃料入口 12、喷射器杆14、喷射器头16和燃料出口 18。喷射器杆14包括支撑结构20和燃料传输导管22。类似地,喷射器头16包括支撑结构M和燃料传输导管26。在燃料喷嘴10中,燃料通过燃料入口 12进入,通过由燃料传输导管22限定的轴向流动路径观流动通过喷射器杆14。然后,燃料通过由燃料传输导管 26限定的径向流动路径30径向流动,并通过燃料出口 18退出燃料喷嘴10。燃料传输导管22包括多个围绕轴线44同心地嵌套的同心管32、34、36。类似地, 燃料传输导管26包括多个围绕轴线46布置的同心管38、40、42。在该实施方式中,燃料传输导管22和沈中的每一个包括三层同心管,但是,其它的实施方式可以包括两个同心管, 或多于三个同心管。如图1中所示,三个同心管32、34、36在其端部以顺序的方式连接,形成燃料传输导管22。类似地,三个同心管38、40、42在其端部以顺序的方式连接,以形成燃料传输导管 26。燃料传输导管22和燃料传输导管沈在连接器M处连接,其中,燃料传输导管22的内管32通过适当的方法,例如钎焊被连接至燃料传输导管沈的内管38。燃料传输导管22的外管36被布置在邻近喷嘴杆支撑结构20的位置,并在入口侧连接器56处被连接至支撑结构20的入口侧48。中管34被同心地布置在内管32和外管36之间。中管34的一端在邻近入口侧连接器56的接头58处与内管32连接。中管34的另一端在邻近连接器M的接头60处与外管36连接。接头58和60是浮动接头,未被连接至支撑结构20或燃料传输导管沈。类似地,燃料传输导管沈的外管42在出口侧连接器57处被连接至喷射器头支撑结构M的出口侧50。此外,外管42和中管40在接头62处连接,而中管40和内管38在接头 64处连接。接头62和64也是浮动接头。图2-3以剖视详图示出燃料传输导管22。包括管32、34、36的燃料传输导管22在图2中未被展开。燃料传输导管22的位移66被限定在入口侧连接器56处的管36的端部和连接器M处的管32的端部之间。图3示出图2的经受热膨胀的燃料传输导管22。在高温操作条件下,由适当的金属材料形成的支撑结构20(图1)可以经历热膨胀,其中,支撑结构20的热膨胀可以通过入口侧连接器56在燃料传输导管22上起拉力的作用。例如,在一个实施方式中,图2中示出的位移66的长度可以是10英寸。在该实施方式中,管32、34、36中的每一个的剖面面积大致相等,其中,管32、34、36的刚度也大致相等,以沿每个管32、34、36相等地分配载荷。在这样的实施方式中,燃料传输导管22被构造为外管36具有最小的管壁厚,内管32具有最大的管壁厚,以便为管32、34、36提供大致相等的管剖面面积。当操作温度升高时,支撑结构20可以轴向膨胀70(图1)。当支撑结构 20轴向膨胀时,被连接至支撑结构20的入口侧连接器56沿图2的轴线44轴向拉动管36, 由此使图2的位移66增大到图3中的位移68。为了简化讨论,假设位移68为13英寸。
在该实施方式中,支撑结构20的这样的热膨胀可以接收传到燃料传输导管22大大减小的结构应力。也就是说,当燃料传输导管22由于支撑结构20的轴向热膨胀70(图 1)而经受拉力时,由三个同心管32、34、36形成的燃料传输导管22以伸缩的方式延伸,其中,管32和36膨胀,并与压缩的管34相反地滑动,如图3中所示。当燃料传输导管22的位移增大3英寸时,外管36和内管32中的每一个伸长1英寸,而中管34压缩1英寸。当与传统的单管燃料传输导管相比时,应力向多个管中的这样的扩展可以大大地改进传输导管22可以接收的最大结构应力(在相同的实例中,单管将经受3英寸的伸长)。虽然在该实施方式中应力的接收以热膨胀为背景进行了解释,但是燃料传输导管 22也以类似的方式接收压应力。当燃料传输导管22经受压应力时,其中,燃料传输导管22 的每一端被轴向推向中心,那么内管32和外管36将压缩,中管34将膨胀,以在三个管32、 34,36中扩展压应力。因此,按照本发明的实施方式的包括多个以同心串的方式装配的管的流体传输导管大大地改进了其轴向柔度,并通过导管组件中的同心管的数量的因素减小了轴向结构应力。导管组件的柔度 单管导管的柔度X导管组件中的同心管的数量(1)例如如上面讨论的那样,被施加至包括三个同心管的流体传输导管的端部并使流体传输导管的位移改变X的轴向载荷通过三个管的每一个接收,其中,三个管中的每一个膨胀或压缩X/3,以与位移的总改变X—致。类似地,在包括五个同心管的流体传输导管中, 应力的结果是位移的改变X通过每个管接收,其中,五个管中的每一个膨胀或收缩X/5,以与位移的总改变X—致。因此,在包括多个管的流体传输导管中通过在其连接器处的固定量的轴向位移产生的应力与包括单个管的传统的流体导管相比降低导管组件中的应力 单管导管的应力/导管组件中的同心管的数量(2)在流体传输导管中产生的应力可以进一步通过用于流体传输导管的材料的选择而被最小化。例如,当流体传输导管在系统中实施时,其中,流动通过流体传输导管的流体的温度与周围环境的温度明显不同,例如在涡轮发动机燃料喷嘴应用中,流体传输导管的多个管中的每一个之间的温度差可能由于流体传输导管内或外的热传输而产生。在这样的实施方式中,用于每个管获得流体传输导管中的热膨胀系数的最佳组合的材料的选择可以使燃料传输导管中产生的应力最小化。在其中流动通过包括三个管的流体传输导管的流体具有比周围环境低的温度的实施方式中,例如流动通过涡轮发动机的燃料喷嘴的燃料,外管和内管可以由具有较高的热膨胀系数的材料形成,而中管可以由具有较低的热膨胀系数的材料形成。另一方面,如果流动通过三管流体传输导管的流体具有比周围环境高的温度, 例如蒸汽管中的热蒸汽,那么流体传输导管的内管和外管优选地由具有较低的热膨胀系数的材料形成,而中管由具有较高的热膨胀系数的材料形成。图4是按照本发明的一个不同的实施方式的流体传输导管80的示意性的剖视图。 流体传输导管80与燃料传输导管22类似,并包括内管82、中管84、外管86和连接器88和 90。在该实施方式中,流体传输导管80的连接器88、90可以被连接至流体传输系统的支撑结构,例如图15中的蒸汽管,并在每一端经受外力92、94。当流体传输导管80被暴露至拉伸载荷时,其中,连接器88和90被拉开,流体传输导管80通过使内管82和外管86膨胀且使中管84压缩而延伸,由此,使拉伸载荷扩展到三个管82、84、86。类似地,当流体传输导管80被暴露至压缩载荷时,内管82和外管86压缩,而中管84膨胀,以使压缩载荷在三个管82、84、86上扩展。图15示出应用图4的流体传输导管80的蒸汽管96。在该实施方式中,流体传输导管80起热绝缘的作用,以降低通过蒸汽管96的壁从蒸汽到周围环境的热损失。流体传输导管80的连接器88、90采用适当的方法,例如焊接、钎焊、粘合剂粘合等被连接至蒸汽管 96的内表面。优选地,流体传输导管80和蒸汽管96通过真空钎焊连接,以形成在蒸汽管96 的内表面和外管86之间形成真空腔98,其中,真空腔98延伸通过中管84和内管82之间的空间。当与传统的绝缘相比,耗尽热传导物质或分子的真空腔98提供更好的热绝缘。流体传输导管的多个管82、84、86还起复合辐射防护的作用,由此进一步降低蒸汽的热损失。在操作过程中,流体传输导管80变得比直接接触热蒸汽的蒸汽管96更热。但是, 内管82和外管86的热膨胀被抑制,因此这些管在连接器88、90处被连接至蒸汽管96的内表面。也就是说,比蒸汽管96更热的流体传输导管80的管82、84、86倾向于使其长度相对于更冷的蒸汽管96膨胀,但是管82和86被固定至蒸汽管96的内表面的连接器88、90抑制。因此,轴向压应力在内管82和外管86中产生,但是,在一端与外管86、在另一端与内管 82连接的中管84通过在内管82和外管88中产生的应力拉动,由此经受轴向拉应力。结果,流体传输导管80的热膨胀通过全部3个管82、84、86接收。图16示出应用按照本发明的一个不同的实施方式的包括五个同心管83、85、87、 89,91的流体传输导管81的蒸汽管96。在这样的实施方式中,蒸汽管操作将压应力施加给最外面的管83,和图15的流体传输导管80的外管86 —样。流体传输导管81的后面的管交替地经受拉和压应力,使最里面的管91经受压应力。管的同心层中的这样的交替的应力模式(例如,压缩-拉伸-压缩-拉伸,等)对于流体传输管的任意数量的管是可行的。图17示出按照本发明的另一个实施方式的包括四个嵌套的同心管342、344、346、 388的流体传输导管340的蒸汽管96。在该实施方式中,第一连接器350在第一管342的上游端3M形成,第二连接器352在第四管348的上游端356形成。如图所示,第一连接器 350和第二连接器352位于彼此的近端,其中,第一连接器350被连接至蒸汽管96的内表面,第二连接器352被连接至第一连接器350。第一管342的下游端356与第二管344的下游端356连接,形成第一浮动接头358。第二管344的上游端3M与第三管346的上游端 354连接,形成第二浮动接头360。类似地,第三管346的下游端3M和第四管348的下游端356被连接,形成第三浮动接头362。在操作过程中,流体传输导管340由于流动通过流体传输导管340的热蒸汽而变得比管96热。由于最里面的管348与热蒸汽直接接触,因此它在操作过程中通常变得最热, 当邻近的管346、344和342位于更远离热蒸汽和最里面的管348时,逐渐变冷。因此,在管 342,344,346,348中由于其温度差会产生热应力。四个管;342、;344、;346、;348中最热的最里面的管348的热增长通过最冷的最外面的管342抑制,因此,经受轴向压应力。相反地,最冷的管342经受轴向拉应力。因此,同心管中的应力模式从最里面到最外面的管,交替地压缩和拉紧。图5示出按照本发明的一个实施方式的装配图1的燃料喷嘴10的过程。按照该实施方式,两个燃料传输导管22和沈,每个包括三层同心管,被形成和装配在一起。如前面讨论的那样,燃料传输导管22的内管32的一端在入口侧连接器56附近的接头58处与中管34连接。内管32的另一端形成连接器M。类似地,燃料传输导管沈的内管38的一端与燃料喷嘴出口 18附近的中管40连接。在内管38的另一端,形成孔76。在燃料传输导管 22与燃料传输导管沈装配的过程中,燃料传输导管沈从下游端被水平地插入喷嘴头结构对。燃料传输导管22从上游端与燃料传输导管沈垂直地插入支架14。传输导管22的连接器M被插入燃料传输导管26的孔76,其中,连接器M和孔76的内表面通过例如钎焊或焊接的适当方法持久地连接。在喷嘴支撑结构20、24中,通过例如焊接或钎焊的适当方法,燃料传输导管22的外管36的入口侧连接器56被持久地连接至杆支撑结构48的入口侧的内表面,燃料传输导管沈的外管42的出口侧连接器57被持久地连接至喷嘴头支撑结构50的出口侧的内表面。 优选地,入口侧连接器56和出口侧连接器57通过真空钎焊方法被连接至支撑结构20、24。 当燃料传输导管22 J6在真空钎焊炉中被真空钎焊至支撑结构20、26时,形成气密真空腔 74。如图所示,喷嘴杆支撑结构20和外管36之间的空间、中管34和内管32之间的空间、 喷嘴头结构24和外管42之间的空间、和中管40和内管38之间的空间相互连接以形成一个连续的真空腔对。也就是说,腔74在钎焊过程完成之后保持在真空状态下。按照本发明的实施方式的包括多个同心管的流体传输导管与传统的流体传输管相比具有几个优点。首先,它通过多个同心管具有较强的能力承受大的热引起的变形和其它的压缩和膨胀力。第二,它具有较强的绝缘特性,以减少流体和周围环境之间的热传输
Mo本发明的流体传输导管的改进的热绝缘特性部分地通过真空腔提供。真空具有最小的容量到没有容量通过热传导输送能量。因此,通过真空腔提供的真空绝缘与传统的绝缘,例如空气-燃料-焦炭混合物相比可以更好地使流体与外部环境绝缘。此外,多个真空管还起流体的辐射防护的作用。因此,在非常热的环境下,例如燃气轮机发动机中实施包括多个同心管的燃料传输导管可以是有利的。在这样的应用中,流体传输导管的多个伸缩管扩展施加在流体传输导管上的来自多个管中的高温的周围环境的热应力,以减少在流体传输导管中产生的总的结构应力。例如如上面讨论的那样,经受高温的周围环境的包括三层同心管的流体传输导管将在外管和内管中经历拉应力,在中管中经历压应力,其中,在流体传输导管中产生的结构应力在三个管中的每一个中被分割和产生。在流体传输导管的管中产生的这样交替的应力模式(拉伸-压缩-拉伸...)在包括两个同心管或多于三个同心管的流体传输导管中也是可行的。此外,由多个同心管形成的流体传输导管通过使通过真空腔的热传输最小化和防护通过多个管的辐射而起使流体,例如流动通过燃料喷嘴的燃料传输导管的燃料与严苛的周围环境绝缘的作用。图6示出按照本发明的一个不同的实施方式的包括两个燃料传输导管102、112的燃料喷嘴100。如图所示,燃料喷嘴100与图5的燃料喷嘴10类似地装配。与图5的实施方式一样,形成用于喷嘴杆104的燃料传输导管102。燃料传输导管102包括内管106和外管108,其中,管106、108在接头110处连接。接头110是浮动接头,未被连接至支撑结构126。类似地,形成用于喷嘴尖端114的燃料传输导管112,包括内管116和外管118。在被放置在喷嘴支撑结构126和127中之后,燃料传输导管102通过将内管106的连接器IM定位在形成在燃料传输导管112 —侧的孔122中而与燃料传输导管112装配在一起,其中,两个燃料传输导管101、112通过钎焊方法或任意其它适当的方法连接。在支撑结构1沈、127 中,外管108的连接器1 和外管118的连接器130通过适当的方法,例如钎焊被连接至喷嘴支撑结构126、127。当燃料传输导管102、112例如在真空钎焊炉中通过真空钎焊方法被牢固地连接至支撑结构126、127时,气密真空腔132在管106、108、116、118之间形成。如上面讨论的那样,燃料传输导管102、112的管106、108、116、118和真空腔132使燃料与严苛的周围环境绝缘(隔离)。图7示出按照本发明的一个实施方式的包括两个燃料传输导管142和144的燃料喷嘴140。燃料喷嘴140与图1和5的燃料喷嘴10类似,在于燃料传输导管142、144中的每一个包括两层同心管。但是,该实施方式中的燃料传输导管142被弯曲以安装喷嘴支撑结构146,其中,喷嘴支撑结构146的杆部分具有如图所示的弯曲的形状。与燃料喷嘴10 — 样,燃料传输导管142和燃料传输导管144通过适当的方法,例如钎焊或焊接在连接器156 处被连接。燃料传输导管142包括内管158、中管160和外管162。类似地,燃料传输导管144 包括内管164、中管166和外管168。外管162包括连接器148,其在喷嘴入口侧巧4被连接至喷嘴支撑结构146的内表面。燃料传输导管144在连接器149和连接器151处被连接至喷嘴支撑结构。优选地,连接器148、149、151通过真空钎焊被连接至喷嘴支撑结构146, 但是也可以使用其它的适当的方法。当通过真空钎焊实现连接时,形成真空腔150。真空腔150由喷嘴支撑结构146的内表面和外管162之间的空间、中管160和内管158之间的空间、支撑结构146的内表面和外管168之间的空间、和中管166和内管164之间的空间限定,其中,上述空间相互连接,以形成一个连续的真空腔150。图8示出包括三个燃料传输导管172、174、176的双燃料导管喷嘴170。双燃料导管喷嘴170与图1和5的燃料喷嘴10类似地构造,在于每个燃料传输导管包括三层同心管。 但是,双燃料导管喷嘴170包括附加的燃料传输导管。在该实施方式中,两种不同类型的燃料或两股燃料通过燃料喷嘴170输送。引导燃料通过引导燃料入口 180进入燃料喷嘴170, 并通过包括三个以与前面描述的实施方式类似的方法构造的伸缩同心管的燃料传输导管 172轴向流动。然后,引导燃料通过燃料传输管188径向流动,并通过引导燃料出口 184退出。类似地,主燃料通过主燃料入口 182进入燃料喷嘴170,并通过包括三个伸缩同心管的燃料传输导管174轴向流动。然后,主燃料通过包括三个伸缩同心管的燃料传输导管176 径向流动,并通过主燃料出口 186退出。与前面的实施方式一样,燃料传输导管172和174 优选地通过真空钎焊被连接至喷嘴支撑结构,以形成真空腔190,以使引导燃料和主燃料与周围环境绝缘。如图所示,燃料传输管188是传统的单流体管,附加的热绝缘可以不是必需的,因为引导燃料通过真空腔190和燃料传输导管176的管绝缘。但是,在其它的实施方式中,包括多个管的燃料传输导管可以代替传统的燃料传输管188使用,以提供附加的热绝缘。图9示出按照本发明的一个实施方式的包括五个燃料传输导管202、206、208、210 和211的燃料喷嘴200。在该实施方式中,五个燃料传输导管中的四个202、206、208和210
13包括三个与前面描述的实施方式的燃料传输导管,例如图1的燃料传输导管22类似地构造的嵌套的同心管。第五个燃料导管211由单管构造。此外,燃料喷嘴200包括空气流动导管204,其也采用三个与燃料传输导管202、206、208、210类似的同心嵌套管构造。如图所示,燃料传输导管202和208位于燃料喷嘴杆结构230中,其中,燃料传输导管202和208彼此平行地布置。燃料传输导管206、210、211和空气流动导管204位于燃料喷嘴头结构232 中。燃料传输导管206、211和210,和空气流动导管204围绕轴线234同心地布置,其中,燃料传输导管210和211是最外面的导管,燃料传输导管206是最里面的导管,空气流动导管 204位于其之间。燃料传输导管202和燃料传输导管206被连接在一起,形成通过其的第一燃料流动路径。燃料传输导管208和燃料传输导管210和211被连接在一起,形成通过其的第二燃料流动路径。同样地,燃料喷嘴200可以输送两股燃料通过第一燃料路径的第一股燃料, 和通过第二燃料路径的第二股燃料。如图所示,空气路径205被限定在空气流动导管204 和燃料喷嘴内头结构233之间,一股热空气在其中流动通过。如所构造的那样,空气流动导管204还起热防护的作用,以保护第二股燃料不受路径205中的热的空气流动的影响。燃料传输导管202在连接器212处被连接至喷嘴杆支撑结构230。在该实施方式中,燃料传输导管202的内管236比中管238和外管240长。因此,被构造为安装内管236 的盖管M2同心地布置在延伸出中管238和外管240的内管236的一部分上。盖管242在连接器214处被连接至燃料喷嘴杆结构230,在连接器216处被连接至燃料喷嘴内头结构 233。燃料传输导管208在连接器218处被连接至燃料喷嘴杆结构230。燃料传输导管206 在连接器2 处被连接至燃料喷嘴结构234。空气流动导管204在连接器220处被连接至燃料喷嘴杆结构230,在连接器2 处被连接至燃料导管211。燃料传输导管210在连接器 227处被连接至燃料喷嘴头结构232,在连接器222处被连接至燃料导管208和211。与前面的实施方式一样,该实施方式的连接通过真空钎焊形成,以形成真空腔,以使燃料与周围环境绝缘。图18示出按照本发明的一个不同的实施方式的包括四个燃料传输导管402、406、 408,410和多功能导管404的燃料喷嘴400。燃料喷嘴400与燃料喷嘴200类似地构造,除了被定位在燃料喷嘴头结构432中的燃料传输导管406、410中的每一个和多功能导管404 被构造为具有两个同心的嵌套管。此外,位于燃料传输导管210和空气流动导管208之间的燃料传输导管211在该实施方式中被省略。同样地,多功能导管404被构造为燃料流动路径的一部分和空气流动路径的一部分。因为具有燃料喷嘴200,燃料传输导管402和燃料传输导管406被连接在一起,在其中形成第一燃料流动路径。类似地,燃料传输导管408和燃料传输导管404和410被连接在一起,形成通过其的第二燃料流动路径。同样地,燃料喷嘴402也被构造为通过第一和第二燃料流动路径输送两股燃料。空气路径405被限定在燃料传输导管404和燃料喷嘴内头结构433之间,一股热空气在其中流动通过。如图所示,燃料传输导管404的内管412在接头418处通过适当的方法,例如钎焊被连接至燃料喷嘴杆结构432。燃料传输导管404的外管414在接头4 处被连接至燃料传输导管410的内管424。同样地,真空腔422在燃料传输导管404的内管412 和外管414之间,和燃料传输导管410的内管4M和外管4 之间形成。如所构造的那样,燃料传输导管404起燃料传输导管的作用,其中,被连接至燃料传输导管410的内管4M的外管414形成第二燃料流动路径的一部分,内管412和喷嘴头结构一起限定空气流动路径。 燃料传输导管404的内管412还起热防护的作用,以保护流动通过第二燃料路径的燃料流受到空气流动路径405中的热空气的影响。图10示出按照本发明的一个实施方式的包括由三个伸缩同心管形成的燃料传输导管252的测量阀燃料喷嘴250。测量阀燃料喷嘴250包括测量阀沈0、燃料喷嘴支撑结构 262、燃料传输导管252、和燃料喷嘴头管沈4。在该实施方式中,燃料通过燃料入口 266进入测量阀喷嘴250,并流动通过测量阀沈0,其中,燃料流动的量被控制。然后,燃料流动通过燃料传输导管252和燃料喷嘴头管沈4,并通过燃料出口 268退出。燃料传输导管252包括内管254、中管256和外管258。燃料传输导管252的下游端在连接器270处被连接至燃料喷嘴头管沈4。燃料传输导管252的上游端在内管邪4的连接器274处被连接至阀衬272。阀衬272在连接器274处被连接至燃料喷嘴支撑结构沈2, 燃料喷嘴头管264在连接器276处被连接至燃料喷嘴支撑结构沈2。这与前面的实施方式一样,连接器274和276和燃料喷嘴支撑结构262通过适当的方法连接,优选地通过真空钎焊,以形成真空腔278。真空腔278由燃料喷嘴支撑结构262和阀衬272之间的空间、燃料喷嘴支撑结构262和外管258之间的空间、中管256和内管2M之间的空间、和燃料喷嘴支撑结构262和燃料喷嘴头管264之间的空间限定,其中,上述空间相互连接。如前面讨论的那样,燃料传输导管252的三个同心管以伸缩的方式延伸或缩短,因为当经受温度改变时, 在管中产生交替的拉应力和压应力。燃料传输导管252的这样的膨胀或压缩可以更好地接收热膨胀。此外,包括三个同心管的燃料传输导管252通过真空腔278提供改进的热绝缘, 和通过布置在燃料和周围环境之间的多个管实现的辐射防护。参照图11和12,包括多个同心管的流体传输导管的变化形式被示出。图11示出包括两个内管观2、观4、两个中管观6、观8、和外管290的流体传输导管观0。流体传输导管 280与图4的流体传输导管80类似,但是内管82和中管84在中间被分割,以形成两个内管 282,284和两个中管观6、观8。此外,流体传输导管观0的连接器四2、294在内管观2、观4 上形成,但是流体传输导管80的连接器88、90在内管82和外管86的相对端形成。类似地,图12示出按照本发明的一个实施方式的图4的流体传输导管80的另一个变化形式。该实施方式的流体传输导管300包括内管302、两个中管304、306和两个外管 308、310。此外,流体传输导管300的连接器312和314在外管308,310上形成。图13示出按照本发明的一个实施方式的包括具有三个同心管的流体传输导管 322的管接头组件320。在该实施方式中,流体传输导管322被用作硬的部件之间的柔性接头/减震器,以接收流体传输系统中热引起的膨胀和收缩。如图所示,被连接至固定装置 (未示出)的管3M和3 通过流体传输导管322连接。同样地,管324、3沈上的任何热引起的膨胀和收缩通过流体传输导管322接收,其中,传输导管322以上面描述的伸缩方式延伸或压缩。图14描述包括流体传输导管322的管接头组件330,其包括五个按照本发明的一个不同的实施方式的同心管。术语“上游端”、“下游端”、“入口”和“出口 ”被用于表示和区分例如本申请中的连接器和管端的特征的位置。它们不必需与设备中的流体流动方向对齐。包括在此提到的公开文献、专利申请和专利的所有引用文件在此通过对该文件的引用而被结合,正如每一个文件都通过引用而被分别地和特别地表示被引用并且其整体都已在本文中阐述那样。在描述本发明的上下文中(特别是在以下权利要求书的上下文中),术语“一”和 “一个”和“所述”以及类似的表示的使用应该被理解为涵盖单个和多个,除非在此作出了其它表示或者与环境明显矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”以及“含有”将被理解为开放性表示的术语(即意思是“包括但不限于”),除非另有说明。除非在此另有说明,否则数值范围在此的列举仅仅用作单个地引述落入该范围中的每个单独的值的简述方法,并且每个单独的值都结合在申请文件中,正如其在此被单独地列举那样。在此描述的所有方法都可以以任何适当的顺序进行,除非在此另有说明或者相反地与上下文明显矛盾。在此任何一个或所有示例、或者示例性的语言(比如像“例如”)的使用仅仅用于更好地说明本发明而不形成对本发明的范围的限制,除非在权利要求书中另行说明。在本申请文件中不应将任何语言理解为表示对实践本发明来说必要的任何不在权利要求中要求保护的原件。在此描述了本发明的优选实施方式,包括对本发明人来说用于执行本发明的最佳的方式。在阅读了前述描述的基础上,对于本领域普通技术人员来说,这些优选实施方式的变化形式可以是显而易见的。本发明人预期有经验的技术人员视情况而运用这样的变化形式,并且本发明人预期本发明以不同于在此所特别地描述的方式被实践。因此,如适用的法律所允许的那样,本发明包括在本申请文件所附权利要求书中描述的主题的所有变化形式和等同形式。此外,以上所述元件以其所有可能的变化形式的任何结合都被本发明所包括, 除非在此另有说明或者相反于上下文明显矛盾。
权利要求
1.一种流体传输导管,其包括多个围绕一根轴线嵌套的同心管;所述多个同心管中的每一个具有上游端和下游端;以及所述多个同心管中的每一个在上游端和下游端中的一个处与邻近的管连接,流体通道在其中形成。
2.如权利要求1所述的流体传输导管,其特征在于,所述流体传输导管还包括在所述多个同心管中的一个的一端形成的第一连接器和在另一个同心管的一端形成的第二连接器,其中,所述多个同心管被构造为将被施加在所述第一连接器和所述第二连接器上的外部载荷分配至所述同心管中的每一个,其中,所述同心管中的每一个以交替的方式经受拉应力和压应力。
3.如权利要求2所述的流体传输导管,其特征在于,入口连接器和出口连接器被连接至流体传输系统的支撑结构,其中,入口连接器和出口连接器以气密的方式被连接至支撑结构,以在支撑结构和多个管之间形成真空腔;所述真空腔使流体通道中的流体与周围环境热绝缘。
4.如权利要求2所述的流体传输导管,其特征在于,所述多个同心管包括内管、中管和外管,其中,内管的上游端在第一接头处与中管的上游端连接,中管的下游端在第二接头处与外管的下游端连接,其中,所述第一接头和所述第二接头是浮动接头;入口连接器在外管的上游端形成,出口连接器在内管的下游端形成。
5.如权利要求4所述的流体传输导管,其特征在于,所述入口连接器和所述出口连接器通过外部载荷彼此分开;所述多个同心管被构造为将来自外部载荷的应力分配至内管、 中管和外管。
6.如权利要求5所述的流体传输导管,其特征在于,外管膨胀、中管压缩并且内管膨胀,以使得所述多个同心管延伸,其中,外管和内管以伸缩的方式滑动,而中管压缩,其中, 来自被施加在入口连接器和出口连接器上的外部载荷的应力被分割和分配至外管、中管和内管。
7.如权利要求4所述的流体传输导管,其特征在于,所述入口连接器和所述出口连接器通过外部载荷推向彼此;所述多个同心管被构造为将来自外部载荷的应力分配至内管、 中管和外管。
8.如权利要求7所述的流体传输导管,其特征在于,外管压缩、中管膨胀并且内管压缩,以使得所述多个同心管压缩,其中,外管和内管以伸缩的方式滑动,而中管膨胀,其中, 来自被施加在入口连接器和出口连接器上的外部载荷的应力被分割和分配至外管、中管和内管。
9.如权利要求2所述的流体传输导管,其特征在于,所述多个同心管包括内管和外管; 第一连接器在内管的一端形成,第二连接器在外管的一端形成,其中,第一连接器和第二连接器在内管和外管的相同侧彼此邻近地形成;其中,内管和外管的另一端彼此连接,形成浮动接头;其中,内管、外管和浮动接头被构造为分配来自通过第一连接器和/或第二连接器施加的外部载荷的应力。
10.如权利要求2所述的流体传输导管,其特征在于,所述多个同心管包括四个同心管,所述四个同心管包括第一管、第二管、第三管和第四管;其中,第一连接器在第一管的上游端形成,第二连接器在第四管的上游端形成;其中,第一管的下游端在第一接头处与第二管的下游端连接,第二管的上游端和第三管的上游端在第二接头处连接,第三管的下游端和第四管的下游端在第三接头处连接;其中,第一接头、第二接头和第三接头是浮动接头; 其中,第一连接器被连接至支撑结构,第二连接器被连接至第一连接器。
11.如权利要求1所述的流体传输导管,其特征在于,所述多个同心管包括五个同心管,其中,所述多个同心管被构造为通过将轴向拉应力分割和分配至所述五个同心管而接收在流体传输导管中产生的轴向拉应力,其中,轴向拉应力在最外面的管、中心的管和最里面的管中产生,因此使这些管膨胀,轴向压应力在布置在最外面的管和中心的管之间、以及布置在最里面的管和中心的管之间的管中产生,因此压缩这些管;经受轴向拉应力的管以伸缩的方式滑动,而经受轴向压应力的管压缩,由此使多个同心管延伸,其中,五个管中的每一个交替地膨胀和压缩。
12.如权利要求1所述的流体传输导管,其特征在于,所述流体传输导管包括五个同心管,其中,流体传输导管被构造为通过将轴向压应力分割和分配至五个同心管而接收在流体传输导管中产生的轴向压应力,其中,轴向压应力在最外面的管、中心的管和最里面的管中产生,因此使这些管压缩,轴向拉应力在布置在最外面的管和中心的管之间、以及布置在最里面的管和中心的管之间的管中产生,因此使这些管膨胀,经受轴向拉应力的管以伸缩的方式滑动,而经受轴向压应力的管压缩,由此使多个同心管压缩,其中,五个管中的每一个交替地压缩和膨胀。
13.如权利要求1所述的流体传输导管,其特征在于,多个同心管中的至少一个由具有与其它的管不同的热膨胀系数的材料形成。
14.如权利要求1所述的流体传输导管,其特征在于,所述多个同心管中的每一个具有大致相同的剖面面积,以使得对于来自被施加在多个同心管上的外部载荷的应力的相等分配,所述多个同心管中的每一个具有大致相同的刚度,其中,所述多个同心管中的每一个的壁厚从最里面的管到最外面的管减小。
15.一种燃料喷嘴,其包括具有喷嘴杆结构和喷嘴头结构的燃料喷嘴支架;燃料传输导管,其包括多个围绕一根轴线嵌套的同心管;所述多个同心管中的每一个具有上游端和下游端;所述多个同心管中的每一个在上游端或下游端中的一个处与邻近的管连接,流体通道在其中形成;并且其中,燃料传输导管布置在燃料喷嘴支架中,并且被连接至燃料喷嘴支架的内表面。
16.如权利要求15所述的燃料喷嘴,其特征在于,所述燃料传输导管还包括在多个同心管中的一个的一端形成的第一连接器,以及在另一个同心管的一端形成的第二连接器。
17.如权利要求16所述的燃料喷嘴,其特征在于,所述流体传输导管是燃料传输导管, 所述燃料传输导管被布置在所述喷嘴杆结构中,其中,第一连接器被连接至喷嘴杆结构的内表面,第二连接器被连接至布置在喷嘴头结构中的燃料传输管;燃料传输管包括第三连接器,所述第三连接器被连接至喷嘴头结构的内表面;其中,第一连接器、第二连接器和第三连接器通过真空钎焊连接,以在多个同心管和喷嘴杆结构之间、以及燃料传输管和喷嘴头结构之间形成真空腔;所述真空腔使燃料与周围环境热绝缘。
18.如权利要求16所述的燃料喷嘴,其特征在于,所述燃料传输导管被构造为将来自被施加在燃料传输导管上的外部轴向载荷的应力分割和分配至每个同心管,其中,每个同心管以交替的方式膨胀或压缩。
19.如权利要求15所述的燃料喷嘴,其特征在于,所述燃料喷嘴包括多个流体传输导管,其中,多个流体通道被形成为传输多个燃料流。
20.如权利要求19所述的燃料喷嘴,其特征在于,所述多个流体传输导管中的至少一个是空气传输导管,其中,运送空气流的空气传输导管为多个燃料流中的至少一个提供相对于具有升高的温度的外部环境的热防护,或相对于流动通过所述空气传输导管的空气流的热防护。
21.如权利要求19所述的燃料喷嘴,其特征在于,所述多个流体传输导管中的至少一个是多功能导管,其中,多功能导管限定燃料流动路径的一部分和空气流动路径的一部分, 其中,多功能导管为多个燃料流中的至少一个提供相对于外部环境的热防护,或相对于流动通过空气流路径的空气流的热防护。
22.—种管接头组件,其包括第一管;第二管;以及连接第一管和第二管的流体传输导管,所述燃料传输导管包括多个围绕一根轴线嵌套的同心管;所述多个同心管中的每一个具有上游端和下游端;以及所述多个同心管中的每一个在上游端和下游端中的一个处与邻近的管连接,流体通道在其中形成。
23.如权利要求22所述的管接头组件,其特征在于,所述流体传输导管被构造为将在管接头组件中产生的轴向应力分割和分配至每个同心管,其中,每个同心管经受交替的拉应力和压应力。
24.如权利要求23所述的管接头组件,其特征在于,所述流体传输导管包括三个被构造为分割和分配在管接头组件中产生的热膨胀应力的同心管;其中,外管和内管经受拉应力并膨胀,而中管经受压应力并压缩;其中,外管和内管以伸缩的方式滑动,而中管压缩,由此使流体传输导管延伸,以接收在管接头组件中产生的热膨胀应力。
25.如权利要求23所述的管接头组件,其特征在于,流体传输导管包括三个被构造为分割和分配在管接头组件中产生的热压缩应力的同心管,其中,外管和内管经受压应力并压缩;而中管经受拉应力并膨胀;由此使流体传输导管压缩,以接收在管接头组件中产生的热压缩应力。
26.如权利要求23所述的管接头组件,其特征在于,流体传输导管包括五个被构造为分割和分配热引起的轴向应力的同心管,其中,每个同心管经受交替的拉应力和压应力。
27.一种减小在流体传输导管上产生的轴向应力的方法,其包括形成燃料传输导管,其包括多个围绕一根轴线嵌套的同心管;所述多个同心管中的每一个具有上游端和下游端;以及所述多个同心管中的每一个在上游端和下游端中的一个处与邻近的管连接,流体通道在其中形成;在多个同心管中的一个的上游端形成的第一连接器和在多个同心管中的一个的下游端形成的第二连接器;以及将流体传输导管连接至流体传输系统,其中,第一连接器和第二连接器被连接至流体传输系统的结构支架。
28.如权利要求27所述的方法,其特征在于,流体传输导管被构造为分割和分配在流体传输导管中产生的轴向应力,其中,每个同心管经受交替的拉应力和压应力,由此交替地膨胀和压缩。
29.—种改进流体传输系统的热绝缘的方法,其包括形成燃料传输导管,其包括多个围绕一根轴线嵌套的同心管;所述多个同心管中的每一个具有上游端和下游端;以及所述多个同心管中的每一个在上游端和下游端中的一个处与邻近的管连接,流体通道在其中形成;在多个同心管中的一个的上游端形成的第一连接器和在多个同心管中的一个的下游端形成的第二连接器;将流体传输导管布置在流体传输系统中,其中,第一连接器和第二连接器被连接至流体传输系统的结构;以及在多个同心管和流体传输系统的内表面之间形成真空腔,其中,真空腔提供流体传输导管中的流体和流体传输系统外部的环境之间的热绝缘。
30.如权利要求四所述的方法,其特征在于,当第一连接器和第二连接器采用真空钎焊或焊接过程被连接时,形成真空腔。
全文摘要
提供了一种流体传输系统,其具有改进的应力接收特性和热绝缘特性。该流体传输系统包括流体传输导管和真空腔,所述流体传输导管包括多个同心管,所述同心管被构造为将流体传输导管中产生的轴向应力分割和分配至每个管,所述真空腔位于该流体传输导管和流体传输系统的结构支架之间,以使流体与周围环境绝缘。
文档编号F16L9/19GK102257304SQ200980150887
公开日2011年11月23日 申请日期2009年9月29日 优先权日2008年10月16日
发明者F·P·李, R·J·沃辛顿 申请人:伍德沃德公司
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