燃料噴嘴熱防護件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃氣渦輪發動機燃料噴嘴，并且更具體而言，涉及燃料噴嘴末梢的后端處的后熱防護件。
【背景技術】
[0002]已經開發出航空器燃氣渦輪發動機分級燃燒系統，以限制非期望的燃燒產物成分(如氮氧化物(NOx)、未燃烴(HC)和一氧化碳(CO))的產生，特別是在機場附近，在此它們將促使城市光化煙霧問題。燃氣渦輪發動機還設計成有燃料效率，且具有低操作成本。影響燃燒器設計的其他因素是燃氣渦輪發動機使用者對有效的低成本操作的需求，這轉化成降低燃料消耗而同時保持或甚至提高發動機輸出的需要。因此，航空器燃氣渦輪發動機燃燒系統的重要設計標準包括提供高燃燒溫度，以便在多種發動機操作狀態下提供高熱效率，以及使非期望的燃燒狀態最小化，非期望的燃燒狀態促進顆粒的排放、非期望氣體的排放、和燃燒產物的排放，燃燒產物是光化煙霧形成物的前體。
[0003]噴射燃料和燃燒空氣的有效互混有助于使非期望燃燒產物成分的產生最少化。在此方面，這些年已提出許多旋流器、混合器設計和文氏管設計，以改善燃料和空氣的混合。以此方式，焚燒在整個混合物上均勻地發生，且降低了由不完全燃燒引起的HC和CO的水平。文氏管促進燃料噴嘴中的燃料和空氣的良好混合，這在減少非期望燃燒排放方面是有用的。文氏管已設計為具有燃料噴嘴的后端處的后熱防護件，以保護文氏管和燃料噴嘴末梢的其余部分免受熱，以降低來自熱暴露的非期望效果。熱防護件還設計成用于在燃料噴嘴末梢中的其他圓錐形壁區段(如，環形導向殼體，其支承燃料噴嘴末梢中的導向噴嘴)的端部處使用。環形導向殼體的圓錐形區段的后端處的此熱防護件的實例在授予Mancini等人的 2012 年 5 月 8 日授權的題為“Mixer Assembly For Gas Turbine Engine Combustor”的美國專利N0.8，171，735號中公開，其轉讓給了該專利的受讓人，且通過引用而并入本文中。
[0004]因此，期望具有更有效的熱防護件來保護用于在燃料噴嘴中混合燃料和空氣的文氏管，以保護燃料噴嘴末梢免受熱，以用于減小來自熱暴露的非期望效果。期望的是具有一體式熱防護件的文氏管，該熱防護件具有促進熱交換和結構的冷卻的特征。非常期望提供后熱防護件的更好冷卻，以便減小高熱負載對熱防護件壽命的影響。還期望提供用于替換和焊接在新的熱防護件中的更好設計。

【發明內容】

[0005]此需求通過本發明而解決，本發明提供了一種空氣冷卻的熱防護件，其設置在包括由環形外殼包繞的環形導向殼體的類型的燃料噴嘴的后端處。在一個構造中，熱防護件可包括具有沉孔的環形防護件凸緣，其通過滑動配合附接到導向殼體的后端，由環形擋板凸緣包繞，環形擋板凸緣可通過冶金連結(如硬焊或焊接)來附接到外殼的后端。
[0006]根據本發明的一個方面，一種用于燃料噴嘴末梢的后熱防護件包括:環形防護件壁，其具有前圓柱形區段和后圓錐形區段，前圓柱形區段具有形成于其中的沉孔；環形防護件凸緣，其從圓錐形區段的后端沿徑向向外延伸；環形擋板凸緣，其包繞圓錐形區段，且設置成使得軸向間隙限定在防護件凸緣與擋板凸緣之間，擋板凸緣包括從其沿軸向向前延伸的徑向外沿；和多個沖擊冷卻孔，其穿過擋板凸緣且定向成以便朝相鄰的防護件壁引導空氣流。
[0007]根據本發明的另一個方面，沉孔的表面限定凸出的彎曲平臺。
[0008]根據本發明的另一個方面，防護件凸緣包括由環形外側面(outer face)界定的相反的間隔開的前側面和后側面，且其中，凸出倒圓形成在前側面和外側面的相交處。
[0009]根據本發明的另一個方面，一排冷卻孔設置在徑向外沿與擋板凸緣之間的連結處，冷卻孔定向成將冷卻空氣朝防護件凸緣的徑向外緣引導。
[0010]根據本發明的另一個方面，擋板凸緣中的至少一排冷卻孔定向成垂直于防護件凸緣的前側面來引導冷卻空氣。
[0011]根據本發明的另一個方面，內防護件設置在外擋板內；內防護件限定防護件壁和防護件凸緣；且外擋板包括:圓錐形擋板壁，其包繞內防護件的后圓錐形區段；和擋板凸緣，其從擋板壁的后端延伸。
[0012]根據本發明的另一個方面，內防護件和外擋板為冶金連結到彼此的兩個單獨的構件。
[0013]根據本發明的另一個方面，內防護件包括突出臺，該突出臺接觸外擋板，突出臺具有形成在其中的槽道的徑向陣列。
[0014]根據本發明的另一個方面，外擋板包括接觸內防護件的加厚前端，突出臺和加厚前端協作地限定內防護件與外擋板之間的冷卻空氣室，冷卻空氣室通過突出臺中的槽道與防護件凸緣與擋板凸緣之間的軸向間隙連通。
[0015]根據本發明的另一個方面，外擋板的圓錐形擋板壁包括與冷卻空氣室連通的多個冷卻空氣端口。
[0016]根據本發明的另一個方面，多個止擋件從內防護件的冷卻側沿徑向向外延伸，且接合外擋板的加厚前端，以便相對于內防護件沿軸向定位外擋板。
[0017]根據本發明的另一個方面，內防護件和外擋板在它們之間協作地限定冷卻空氣室，冷卻空氣室與防護件凸緣與擋板凸緣之間的軸向間隙流體地連通。
[0018]根據本發明的另一個方面，外擋板的圓錐形擋板壁包括與冷卻空氣室連通的多個冷卻空氣端口。
[0019]根據本發明的另一個方面，設置在冷卻空氣室內的臺將內防護件和外擋板互連。
[0020]根據本發明的另一個方面，冷卻槽道的環形陣列延伸穿過臺。
[0021]根據本發明的另一個方面，凹入內倒圓限定在擋板凸緣、后圓錐形區段和防護件凸緣的連結處。
[0022]根據本發明的另一個方面，擋板凸緣中的至少一排冷卻孔定向成朝凹入內倒圓引導冷卻空氣。
[0023]根據本發明的另一個方面，一種用于燃氣渦輪發動機的燃料噴嘴裝置包括:環形導向殼體，該導向殼體包括圓錐形壁區段；環形主燃料噴射器，其包繞導向殼體；環形燃料噴嘴外殼；和熱防護件，其包括:環形防護件壁；環形防護件凸緣，其從防護件壁的后端沿徑向向外延伸；環形擋板凸緣，其包繞防護件壁，且設置成使得軸向間隙限定在防護件凸緣與擋板凸緣之間，擋板凸緣包括從其沿軸向向前延伸的徑向外沿；和多個沖擊冷卻孔，其穿過擋板凸緣且定向成以便朝防護件壁引導空氣流。
[0024]根據本發明的另一個方面，環形防護件壁包括前圓柱形區段和后圓錐形區段，導向殼體的圓錐形壁區段通過滑動配合而附接到在熱防護件的圓柱形區段中形成的沉孔；且環形燃料噴嘴外殼的后端通過冶金連結來連結到擋板凸緣的徑向外沿。
[0025]根據本發明的另一個方面，一種裝置還包括導向燃料噴射器。
[0026]根據本發明的另一個方面，一種在現場使用之后修理燃料噴嘴裝置的方法包括:使熱防護件與導向殼體和燃料噴嘴外殼分離；通過滑動配合將導向殼體的圓錐形壁區段組裝到在替換熱防護件的圓柱形區段中形成的沉孔；和將環形燃料噴嘴殼體的后端冶金連結到替換熱防護件的擋板凸緣的徑向外沿。
[0027]根據本發明的另一個方面，一種在現場使用之后修理燃料噴嘴裝置的方法包括:使熱防護件與導向殼體和燃料噴嘴外殼分離；和將替換熱防護件冶金連結到導向殼體和燃料噴嘴外殼。
[0028]根據本發明的另一個方面，一種在現場使用之后修理燃料噴嘴裝置的方法包括:使熱防護件與導向殼體和燃料噴嘴外殼分離；加工導向殼體的圓錐形壁區段的后端以包括圓柱形外表面；通過滑動配合將加工的圓柱形外表面組裝到在替換熱防護件的圓柱形區段中形成的沉孔；和將環形燃料噴嘴的后端冶金連結到替換熱防護件的擋板凸緣的徑向外沿。
[0029]根據本發明的另一個方面，一種組裝用于燃氣渦輪發動機的燃料噴嘴的方法，包括:提供燃料噴嘴本體，其具有:中心導向燃料噴射器；環形導向殼體，其包繞中心導向燃料噴射器，導向殼體包括圓錐形壁區段；環形主燃料噴射器，其包繞導向殼體；環形燃料噴嘴外殼；和通過以下將熱防護件組裝到燃料噴嘴本體:利用滑動配合來使導向殼體的圓錐形壁區段接合到熱防護件的圓柱形部分的沉孔；和將環形燃料噴嘴外殼的后端冶金連結到熱防護件的擋板凸緣的徑向外沿。
[0030]根據本發明的另一個方面，冶金連結通過熔焊形成。
[0031]根據本發明的另一個方面，裝置的至少一部分為利用快速制造工藝制造的整體結構。
【附圖說明】
[0032]本發明可通過參照結合附圖作出的以下描述來更好地理解，在附圖中:
圖1為具有帶后熱防護件的噴嘴末梢的燃氣渦輪發動機燃料噴射器的從后向前看的透視圖；
圖2為圖1中所示的噴嘴末梢和后熱防護件的截面視圖；
圖3為圖2中所示的后熱防護件的放大截面視圖；
圖4為圖2中所示的后熱防護件的內防護件的從前向后看的透視圖；
圖5為圖2中所示的后熱防護件的前端上的外擋板的從前向后看的透視圖；
圖6為圖3中所示的后熱防護件的剖開透視圖；
圖7為圖6中所示的后熱防護件的側視圖； 圖8為圖3中所示的后熱防護件的從后向前看的立面視圖；
圖9為圖3中所示的后熱防護件的一部分的放大截面視圖；
圖10為具有備選后熱防護件的燃料噴嘴末梢的截面視圖；
圖11為圖10中所示的后熱防護件的一部分的剖開透視圖；
圖12為圖10中