专利名称：具有连接一次和二次旋流器的扁平挡圈的燃气涡轮发动机气化器的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃气涡轮发动机燃烧室用的气化器，尤其，涉及具有一次和二次空气旋流器并被设计成安装在燃烧器拱顶中的气化器。
背景技术：
燃气涡轮发动机燃烧室包括用于使燃料与压缩空气混合而形成空气/燃料混合物以便在燃烧室的燃烧区中燃烧的气化器。一种传统的燃气涡轮发动机气化器包括围绕燃烧区并在其上游端部与燃烧室拱顶结合的沿径向间隔安置的燃烧室内外衬套。该燃烧室拱顶通常用金属板制成，是其中包括多个沿圆周间隔安置的气化器的燃烧器拱顶装置的一部分，每个气化器包括一个提供燃料的燃料喷射器和一个提供旋流空气以便与燃料混合的空气旋流器，用以产生排入两个衬套之间的燃烧区中的燃料/空气混合物。
该混合物燃烧而产生燃烧气体，后者沿下游或向后流动而通过燃烧室到达适当地结合在燃烧室后端的涡轮机喷嘴。该涡轮机喷嘴的紧下游为高压涡轮机，后者从这些燃烧气体提取能量而为设置在燃烧器上游的压缩机提供动力，该压缩机向发动机提供压缩空气。
每个气化器分别包括有一纵向气化器轴线的前后空气旋流器，也分别称为一次和二次旋流器。该后旋流器包括一个限定气化器的主文杜里管的隔板。该后旋流器包括多个沿圆周间隔安置的后旋流叶片和一个环状出口锥管，所有部件均一起形成一个整体铸造件。该前旋流器包括一个用于可滑动地支承一燃料喷射器的环圈。该前旋流器包括多个沿圆周间隔安置的前旋流叶片和一个附着于其上的扁平的环状径向法兰。
该前旋流器的径向法兰用一个附着于该隔板上的挡圈对着后旋流器的隔板的面对的前表面而可滑动地保持。该挡圈的中间有一宽孔，使其能在前旋流叶片上滑动并啮合比该孔更宽的扁平的环状径向法兰的外边缘。一个沿该挡圈圆周的脊从该挡圈的后表面向后伸出。一个机加工到该脊中的小切口接受一个从该前旋流器的径向法兰的圆周沿径向向外伸出的狭窄的防转片。
该挡圈的脊中钎焊、焊接或用其它方法结合或固定在该隔板的面对的前表面上。这将前旋流器固定在后旋流器上而允许在燃料喷射器和燃烧室拱顶之间有不同的热增长，同时防止前后旋流器之间的相对转动。这有助于调置、控制和保持所希望的“特性系数”(PatternFactors)。
该挡圈用一挡圈铸造件制成，而其包括脊和切口特点的最终形状被机加工在该挡圈铸造件中。该一次旋流器通常有一狭窄的防转片，后者啮合该切口，以防止一次和二次旋流器之间的相对转动。该狭窄的片经受来自发动机循环的侵蚀，因此易于失效。该一次和二次旋流器及挡圈是脆弱易损的而在制造期间在装配和维修时由于搬运及发动机工作负荷易于损伤。该一次和二次旋流器和挡圈板在其昂贵的配合表面上要进行大面积的机加工。因此，希望提供一种并不脆弱而在制造时不因搬运和在发动机运转时不因振动的发动机工作负荷而受损的气化器及其部件。
一种燃气涡轮发动机燃烧室的气化器包括前后空气旋流器。该后旋流器有一个界定一主文杜里管和多个沿圆周间隔安置的后旋流叶片的隔板。该前旋流器有多个沿圆周间隔安置的从前旋流器的扁平的环状径向法兰向前伸出的前旋流叶片。该后旋流器包括一个从该隔板的前表面向前伸出并沿径向限制该前表面上的环状凹部的环状壁。该前旋流器的径向法兰可滑动地保持在该环状凹部内，并通过一个附接在该隔板的环状壁上的扁平挡圈而与该隔板相对。该扁平的挡圈可以用冲压生产。
该气化器的一个示范实施例包括一个通过该环状壁中的相应切口沿径向伸出的在前旋流器的径向法兰上的防转片。该防转片的较特殊的实施例为矩形，并具有前旋流器的法兰直径的至少33％或该前旋流器的法兰直径的至少20％或处在前旋流器法兰直径的20％～33％的范围内。但是，该防转片的较特殊的实施例具有至少0.2英寸的宽度。
附图简述在联系附图的下列描述中说明了本发明的上述方面和其它特点，附图中
图1是中心线截面图，例示燃气涡轮发动机燃烧室截面和相邻的构造，包括一个带有燃烧室的拱顶装置中的扁平挡圈的气化器的示范发明详述图1中示出燃气涡轮发动机燃烧室10中燃烧室拱顶装置20的示范实施例。燃烧室10包括一对围绕纵向的发动机中心线16同轴设置的薄膜式冷却的径向内外环状衬套12和14，其周围围绕着燃气涡轮发动机和燃烧室10，衬套12和14沿后方向或下游方向8伸出。外衬套12和内衬套14彼此隔开，其间限定一燃烧区18。
在其上游端部，燃烧室10包括拱顶装置20，装置20有一在其上游端部带环状拱顶板22的环状燃烧室拱顶21并围绕中心线16而同轴地设置，设装置20通常固定地连接在衬套12和14的上游端部。环状拱顶板22是环状燃烧室拱顶21的向前的基本上锥形的部分。燃烧室拱顶装置20包括多个在图2中补充示出的沿圆周间隔安置的气化器24。
图2中示出围绕发动机中心线16而穿过拱顶装置20中圆孔108设置的气化器24的放大截面图。每个气化器24分别包括有一纵向气化器轴线28的前后空气旋流器25、26。该前后空气旋流器25、26也分别称为一次和二次旋流器。后空气旋流器26包括一个环状出口锥管116。后旋流器26包括一个限定主文杜里管59的隔板58、多个沿圆周间隔安置的后涡流叶片60和一个环状出口锥管116，所有部件一起形成于一个整体铸件中。
前旋流器25在中心支承环圈66，用以可滑动地支承其中的燃料喷射器30(见图1)。前涡流器25有多个从附接于其上的扁平的环状径向法兰70向前或向上游伸出的沿圆周间隔安置的前旋流叶片62。燃料喷射器30和后旋流器26相对于气化器轴线28共轴地设置。前后旋流器25和26由一个扁平的挡圈72彼此相对地保持。此处例示的扁平挡圈72的示范实施例是一个扁平的冲压部件而非过去使用的完全机加工的部件。通过冲压来生产扁平的挡圈72相对于过去使用的铸造或机加工的挡圈可以节省费用。
图3中更详细地例示的是扁平挡圈72和前后旋流器25、26。扁平挡圈72中的挡圈孔74其宽度足以安装在一次旋流器25上，但没有附接在前涡流叶片62上的径向法兰70宽。径向法兰70安置在环状凹部76内的隔板58的前表面68上。从隔板58的前表面68向前伸出的环状壁78沿径向限制环状凹部76。径向法兰70可以滑动地保持在环状凹部76中并通过附接在隔板58的环状壁78上的扁平挡圈72而与隔板58相对。径向法兰70有一通过环状壁78中的相应的宽切口88而沿径向伸出的宽的防转片86，以防止前后旋流器25和26之间的转动。扁平挡圈72沿轴向和径向将径向法兰70保持在环状凹部76内并将前后旋流器25和26保持在一起。
宽的防转片86的片宽度W的优选范围为前旋流器25的法兰直径D1的约20％～33％。更宽的防转片86也允许在制造过程中使用更经济的全套研磨操作。片宽度W超过前旋流器法兰直径D1的33％的宽的防转片86具有制造优点，但使用寿命很可能并不比片宽度为前旋流器法兰直径D1的20％的防转片显著提高。也建议片宽度W不小于0.2英寸。过去设计中的窄的片处在7％～17％的范围内。
回来参照图1和图2，燃烧室10在其下游端部处包括一个环状出口32并通常连接在一传统的涡转机喷嘴34上，后者包括多个沿圆周间隔安置的喷嘴叶片。在操作中，燃料42通常通过喷射器30流出并从其排放到前后空气旋流器25、26中，在该处燃料与通常从一压缩机(未示出)提供给燃烧室10的压缩空气44中一部分混合。旋流器25和26对于混合燃料42和空气44以产生燃料/空气混合物46是有效的，混合物46排放到燃烧区18中，在该处通常用通过外衬套12设置的传统的点火器(未示出)点火。产生的燃烧气体50从燃烧区18流入燃烧室出口32而到涡轮机喷嘴34，然后到涡轮机的各级，后者从其提取能量，用作压缩机和设置在燃烧室10的上游的发动机各风扇级的动力。
本发明已经以例示方式作了描述。可以理解，已使用的术语是为了描述而非限制。虽然本文描述的被认为是本发明的优选和示范实施例，但该技术的专业人员能从本文的说明清楚本发明的其它修改。因此，希望在所附权利要求书中，确保所有这些修改均落在本发明的范围和实际精神内。
部件清单8下游方向10 燃烧室12 外环状衬套14 内环状衬套16 中心线18 燃烧区20 拱顶装置21 燃烧室拱顶22 拱顶板24 气化器25 前空气旋流器26 后空气旋流器28 气化器轴线30 燃料喷射器32 燃烧室出口34 涡轮机喷嘴42 燃料44 压缩空气46 混合物50 气体58 隔板59 主文杜里管60 后旋流叶片62 前旋流叶片66 环圈68 前表面70 径向法兰72 挡圈74 挡圈孔76 环状凹部
78环状壁86防转片88切口108 圆孔116 出口锥管D1前旋流器法兰直径W 宽度
权利要求
1.一种燃气涡轮发动机燃烧室的气化器(24)，包括使纵向气化器轴线(28)通过其间的前、后空气旋流器(25、26)；该后旋流器(26)包括一个界定一主文杜里管(59)和多个沿圆周间隔的后旋流叶片(60)的隔板(58)；该前旋流器(25)包括从前旋流器(25)的扁平环状径向法兰(70)向前伸出的多个沿圆周间隔的前旋流叶片(62)；一个从隔板(58)的前表面(68)向前伸出的环状壁(78)，该壁(78)径向界限前表面(68)上的环状凹部(76)；以及该径向法兰(70)可以滑动地保持在环状凹部(76)内，并通过附接于隔板(58)的环状壁(78)的扁平挡圈(72)而与隔板(58)顶靠。
2.一种如权利要求1中所述的气化器(24)，其特征在于还包括用冲压工艺生产的扁平挡圈(72)。
3.一种如权利要求1中所述的气化器(24)，其特征在于还包括径环状壁(78)中的相应切口(88)而沿径向伸出的在径向法兰(70)上的防转片(86)。
4.一种如权利要求3中所述的气化器(24)，其特征在于还包括该防转片(86)，该片为矩形而其宽度(W)为前旋流器(25)的法兰直径(D1)的至少33％。
5.一种如权利要求3中所述的气化器(24)，其特征在于还包括该防转片(86)，该片为矩形而其宽度(W)为前旋流器(25)的法兰直径(D1)的至少20％。
6.一种如权利要求3中所述的气化器(24)，其特征在于还包括该防转片(86)，该片为矩形而其宽度(W)为前旋流器(25)的法兰直径(D1)的20％～33％。
7.一种如权利要求3中所述的气化器(24)，其特征在于还包括该防转片(86)，该片为矩形而其宽度(W)大于前旋流器(25)的法兰直径(D1)的至少33％或0.2英寸。
8.一种如权利要求3中所述的气化器(24)，其特征在于还包括该防转片(86)，该片为矩形而其宽度(W)大于前旋流器(25)的法兰直径(D1)的至少20％或0.2英寸。
9.一种如权利要求3中所述的气化器(24)，其特征在于还包括该防转片(86)，该片为矩形而其宽度(W)大于前旋流器(25)的法兰直径(D1)的20％～33％范围或0.2英寸。
10.一种如权利要求3中所述的气化器(24)，其特征在于还包括用冲压工艺生产的扁平挡圈(72)。
全文摘要
一种燃气涡轮发动机的燃烧室气化器(24)，包括前后空气旋流器(25，26)。该后旋流器(26)有一界定一个主文杜里管(59)和多人沿圆周间隔安置的后旋流叶片(60)的隔板(58)。该前旋流器(25)有从其扁平环状径向法兰(70)向前伸出的多个沿圆周间隔安置的前旋流叶片(62)、一个从隔板(58)的前表面(68)向前伸出和沿径向限制前表面(68)上的环状凹部(76)的环状壁(78)，以及可滑动地保持在环状凹部(76)内并通过附着在隔板(58)的环状壁(78)上的扁平挡圈(72)而与隔板(58)相对的径向法兰(70)。扁平挡圈(72)可通过冲压生产。前旋流器(25)的径向法兰(70)上的防转片(86)沿径向通过环状壁(78)中的相应切口(88)而伸出。
文档编号F23D14/64GK1789817SQ20051013176
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月16日 优先权日2004年12月17日
发明者S·J·霍维尔, J·凯尤洛, R·G·卡里塔 申请人:通用电气公司