燃料喷嘴热防护件的制作方法_3

文档序号:8460548阅读:来源:国知局

[0049]冷却空气266为流入导向混合器102中的导向空气流23的一部分。冷却空气266具有穿过室260和冷却槽道240的相对高速空气扩散,以有效地冷却热防护件板开孔,该热防护件板开孔在本文中由热防护件开孔218和热防护件板212表示。冷却有效性通过增大表面面积和高速空气来实现。分别延伸穿过环形挡板凸缘222的内和外冲击孔234,236的径向内和外排233,235有助于使出口空气速度扩散到流动通路中,且冷却环形防护件凸缘212的径向外环形凸缘末梢238的热防护件外缘。
[0050]示例性后热防护件204在上文中已描述为各种部分或元件的组件。然而,后热防护件的全部或一部分可为整体的一件式单体结构或元件,且可使用快速制造工艺来制造,如,直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)。例如,图14和15分别示出了热防护件404和504,它们为整体的一件式或单体的,且它们可使用快速制造工艺来构造。这些热防护件404和504中的各个在构造上大体上类似于上述后热防护件204。
[0051]如图14中可见,单件的后热防护件404包括环形内防护件406,环形内防护件406包括前圆柱形区段409,前圆柱形区段409后侧面跟着后圆锥形区段411,其中环形防护件凸缘412在圆锥形区段411的后端处。外挡板408包括圆锥形挡板壁420,圆锥形挡板壁420具有在圆柱形挡板壁420的后端处的环形挡板凸缘422。环形冷却空气室460限定在外挡板408与内防护件406之间。形成在圆锥形挡板壁420中的冷却空气端口 432与冷却室460连通。台442使内防护件406与外挡板408互连。冷却槽道440的环形阵列延伸穿过台442。冷却槽道440与冷却空气室460和挡板凸缘422与防护件凸缘412之间的轴向间隙连通。
[0052]如图14中可见,单件的后热防护件504包括环形内防护件506,环形内防护件506包括前圆柱形区段509,前圆柱形区段509后侧面跟着后圆锥形区段511,其中环形防护件凸缘512在圆锥形区段511的后端处。外挡板508包括圆锥形挡板壁520,圆锥形挡板壁520具有在圆锥形挡板壁520的后端处的环形挡板凸缘522。台542使内防护件506与外挡板508互连。冷却槽道540的环形阵列延伸穿过台542。冷却槽道540与挡板凸缘522前方的开放区域和挡板凸缘522与防护件凸缘512之间的轴向间隙连通。
[0053]图10例示包括上述燃料喷嘴本体12的备选喷嘴末梢11’,其中后热防护件304附接或连结到燃料喷嘴本体12的后端。后热防护件304为上述后热防护件204的备选物。除两个后热防护件204和304之间的差异之外,上述喷嘴末梢11’和喷嘴末梢11在构造上相同。
[0054]参看图10、11、12和13,后热防护件304包括环形防护件壁,该环形防护件壁包括前圆柱形区段309,前圆柱形区段309后侧面跟着后圆锥形区段311。环形挡板凸缘322从后圆锥形区段311的中部沿径向向外延伸,且环形防护件凸缘312从后圆锥形区段311的后端沿径向向外延伸。轴向间隙存在于挡板凸缘322与防护件凸缘312之间,且凹入内倒圆317限定在挡板凸缘322、后圆锥形区段311和防护件凸缘312的连结处。
[0055]环形径向外沿326在挡板凸缘322的径向外范围处沿轴向向前延伸,且包括平面前表面370,平面前表面370构造成用于冶金连结到燃料喷嘴外壳71,如在下文中更详细地描述的。
[0056]沉孔313部分地延伸穿过圆柱形区段309的前端。在所示实例中,沉孔313的径向内表面形成为凸出的弯曲圆角或平台315。
[0057]凸出倒圆329形成在防护件凸缘312的前侧面330和径向外侧面338的相交处。已知类型的热障涂层372的层可连结到防护件凸缘312的后侧面328,以对喷嘴末梢11的燃料喷嘴本体12提供附加的热保护。
[0058]挡板凸缘322包括多个冷却孔,冷却孔构造成用于实现均匀的金属温度分布且因此实现防护件凸缘312的全部范围上的最小的诱发应力场,以便使该构件的可靠性和寿命最大化。在所示的特定实例中,从最内径向位置到最外径向位置,挡板凸缘322包括冷却孔的四个环形阵列或环形排。
[0059]第一排孔333定位且定向成在内倒圆317附近的防护件凸缘312的区域中提供冷却空气。该排孔333相对于中心轴线120成锐角向内定向(S卩,出口与入口相比处于较低半径下),以便在限定在内倒圆317与防护件凸缘312的前侧面330之间的切线处将冲击流引导到防护件凸缘312的表面上。
[0060]第二和第三排孔334,335分别位于第一排孔333的径向外侧。它们定位且定向成将冷却流在90°下引导到防护件凸缘312的前侧面330上,以在防护件凸缘312的大部分上提供冷却覆盖。它们平行于中心轴线120延伸。
[0061]第四排孔336定位在挡板凸缘322的极端外径附近,邻近径向外沿326。该排孔336定向成相对于中心轴线120向外成锐角(即,出口与入口相比处于较高半径下),以便缓和穿过板之间的间隙流出的冲击冷却流,以便减小其对局部混合器流场的冲击;且以形成沿倒圆329和面338在防护件凸缘312的外缘上的膜冷却空气循环,且促进该冷却空气流在防护件凸缘312的后侧面上在其外径附近的再循环,而非允许相对热的燃烧产物从燃烧区向上游再循环到该位置中。
[0062]后热防护件304如下地安装。后热防护件304的圆柱形区段309可利用径向外表面172与圆柱形区段309之间的滑动配合来安装到圆锥形壁区段210的后端214。具体而言,径向外表面172配合到圆柱形区段309中的沉孔313中,其中平台315接触径向外表面172。
[0063]在滑动配合完成之后,环形挡板凸缘322的径向外沿326可焊接或以其他方式冶金连结到图10中所示的焊缝172处例示的燃料喷嘴外壳71的外壳后端216。典型的焊接过程(例如,TIG焊接或自动MIG焊接,其为熔焊的类型)涉及在围绕焊缝176周围的通路中移动的焊炬、电极或其他热源。
[0064]焊接过程在围绕两个匹配构件周围的焊接区中沿周向施加不均匀的热。这对于焊接过程而言是正常的。在焊接完成时,与不均匀加热(沿垂直于接头平面的方向)相关的收缩可导致后热防护件304相对于圆锥形壁区段210沿侧向旋转或扭曲。滑动接头内的轴向粘合可取决于重叠长度和匹配特征之间的相对径向公差而发生。凸出平台315的形状使粘合发生的可能性最小化,从而减小了最终匹配接头的端部间隙中的失准或不一致的可能性。
[0065]应注意的是,本文所述的任何后热防护件的全部或一部分可构造为与上述燃料喷嘴结构的全部或一部分组合的整体、一件式或单体结构的一部分,且可利用快速制造工艺来制造,如,直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)。例如,图16示出了以此方式制作的后热防护件604。该后热防护件604在构造上类似于图14中所示的后热防护件404 ;然而,如图所示,其内防护件606 (对应于内防护件406)沿轴向向前延伸,且其前区段609与圆锥形壁区段210’无缝地整体结合,圆锥形壁区段210’对应于图10中所示的环形导向壳体108的圆锥形壁区段210。此外,后热防护件604的径向外沿626沿轴向向前延伸,且与圆锥形壁区段216’无缝地整体结合,圆锥形壁区段216’对应于图10中所示的外壳71的后端216。
[0066]图17示出了以此方式制作的后热防护件704的另一个实例。该后热防护件704在构造上类似于图12中所示的后热防护件304 ;然而,如图所示,其前区段709 (对应于前区段309)与圆锥形壁区段210’ ’无缝地整体结合,圆锥形壁区段210’ ’对应于图10中所示的环形导向壳体108的圆锥形壁区段210。此外,后热防护件704的径向外沿726沿轴向向前延伸,且与圆锥形壁区段216’’无缝地整体结合,圆锥形壁区段216’’对应于图10中所示的外壳71的后端216。
[0067]在现场使用之后,上述后热防护件中的任一者可利用替换热防护件移除和替换。替换方法将取决于后热防护件的原始构造而变化。
[0068]在后热防护件最初制造为单独的构件且附接到燃料喷嘴本体的情况下,如同分别在图3和12中所示的后热防护件204和304的情况一样,替换将通过切断焊缝176开始,例如,通过切割或磨削,从而使后热防护件能够与燃料喷嘴本体12自由分开。如果需要,则燃料喷嘴本体12的后端216可通过磨削、化学清洁等来准备,以使其准备用于新的焊接接头或其他冶金连结。替换后热防护件204或304或404或504然后将利用后热防护件204或304或404或504与环形导向壳体108的圆锥形壁区段210之间的滑动配合来组装到燃料喷嘴本体12,且冶金连结在如上文所述的径向外沿226或326或426或526处。
[0069]在后热防护件最初制造为具有燃料喷嘴本体的所有或部分的整体、一件式或单体结构的一部分的情况下,使用图16中所示的后热防护件604作为实例,替换将通过穿过前区段609和径向外沿626切断后热防护件开始,例如,通过切割或磨削,从而使后热防护件能够与燃料喷嘴本体12自由分开。后热防护件可沿粗略对应于图12中所示的接头的切割平面切断。如果需要,则燃料喷嘴本体12的后端216’和圆锥形壁区段210’可
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