熱聯接的燃料歧管的制作方法
【專利摘要】一種燃料歧管裝置(26)包括通過多個歧管管道(32)而互相連接的燃料噴嘴(24)的環形陣列，其中各個歧管管道(32)包括一體地形成于其中的至少兩個燃料通道(84、86、88)，燃料通道(84、86、88)配置成用于在其間傳導傳熱。
【專利說明】
熱聯接的燃料歧管
技術領域
[0001]本發明大體上涉及流體歧管，且更具體地涉及燃氣渦輪發動機中的燃料歧管。
【背景技術】
[0002]燃氣渦輪發動機包括渦輪機械核心，渦輪機械核心按照順序流動的關系具有高壓壓縮機、燃燒器以及高壓渦輪。核心能以已知的方式操作來生成主氣流。取決于發動機的配置，核心可以與風扇和低壓渦輪系統結合，以生成推進推力，或與工作渦輪結合，以提取機械能并使驅動軸或推進器轉動。
[0003]在常規的燃氣渦輪發動機中，將燃料通過燃料噴嘴的陣列而引入至燃燒器，燃料噴嘴聯接至包圍燃燒器的環形外部歧管，且安裝到燃燒器殼。在運行中，將加壓后的燃料饋送至歧管。然后，歧管將加壓后的燃料通過個別的輸送線而分配給單獨的燃料噴嘴。這樣的歧管一般由各種管道和配件制造，并且利用支架及其他安裝金屬器件來緊固到燃燒器。
[0004]飛機發動機燃料歧管處于惡劣環境下，并且定位成相對地接近于燃燒器殼。隨著發動機變暖，燃燒器殼生長，但歧管中的燃料的溫度保持相對冷。與各種構件的不同的材料生長率相聯接的該溫度差創建對歧管的熱負荷。在常規的歧管中，安裝點之間的管路的長度(即，噴嘴間的距離)是固定的，對可用來提供靈活性的管路的長度進行限制。
[0005]還已知提供“分級”燃料輸送系統，該系統包括在不同的發動機運行條件的期間使用的兩個或更多個燃料回路(例如，先導式回路和主回路)。在常規的燃料歧管中，各回路或級要求分開的管路和連接件，增加重量、復雜性以及零件數。此外，在燃料不流動于特定的回路中的時段的期間，歧管及其他管路內的燃料通道容易遭受殘留的燃料的不理想的積碳(“焦化”)。
[0006]因此，依然需要適應熱生長并為避免焦化的分級燃料流作準備的燃料歧管。

【發明內容】

[0007]通過本發明而解決這一需要，本發明提供具有熱聯接的兩個或更多個回路的流體歧管裝置。
[0008]根據本發明的一個方面，燃料歧管裝置包括:通過多個歧管管道而互相連接的燃料噴嘴的環形陣列，其中各歧管管道包括一體地形成于其中的至少兩個燃料通道，燃料通道配置成用于在其間傳導傳熱。
[0009]根據本發明的另一方面，各歧管管道是使用添加制造過程來形成的單塊式構件。
[0010]根據本發明的另一方面，各歧管管道包括:先導式主燃料通道;先導式次燃料通道；以及主燃料通道。
[0011 ]根據本發明的另一方面，各燃料噴嘴包括:與先導式主燃料通道流體連通而連接的先導式主燃料回路和先導式主燃料噴嘴;與先導式次燃料通道流體連通而連接的先導式次燃料回路和先導式次燃料噴嘴；以及與主燃料通道流體連通而連接的主燃料回路和主燃料環。
[0012]根據本發明的另一方面，裝置進一步包括:燃料系統，其可操作成以變化的流速供給液態燃料流;先導式主燃料導管，其聯接于燃料系統與先導式主燃料通道之間；先導式次燃料導管，其聯接于燃料系統與先導式次燃料通道之間；以及主燃料導管，其聯接于燃料系統與主燃料通道之間。
[0013]根據本發明的另一方面，主燃料通道在歧管管道的橫截面形狀內中心地定位;先導式主燃料通道為弓形，且與主燃料通道同中心地安置；以及先導式次燃料通道為弓形，且與主燃料通道同中心地安置。
[0014]根據本發明的另一方面，各歧管管道包括管道段，管道段具有安置于其第一端部和第二端部的端部凸緣。
[0015]根據本發明的另一方面，各燃料噴嘴與包括聯接凸緣的閥殼體聯接;并且，各聯接凸緣與歧管管道中的兩個相鄰的歧管管道的端部凸緣連接。
[0016]根據本發明的另一方面，各閥殼體包括:聯接凸緣;安裝凸緣，其安置成與聯接凸緣垂直；以及至少一個凸起部，安置在聯接凸緣與安裝凸緣之間。
[0017]根據本發明的另一方面，至少一個凸起部包括安置在其中的分流器閥。
[0018]根據本發明的另一方面，閥殼體是使用添加制造過程來形成的單塊式構件。
[0019]根據本發明的另一方面，各歧管管道連接燃料噴嘴的交替的燃料噴嘴。
[0020]根據本發明的另一方面，歧管配置為歧管管道的第一環和第二環;第一環將第一組的燃料噴嘴互相連接;第二環將第二組的燃料噴嘴互相連接；以及其中第一組的燃料噴嘴與第二組的燃料噴嘴交替。
[0021]根據本發明的另一方面，第一環的歧管管道與第二環的歧管管道交錯。
[0022]根據本發明的另一方面，旋轉機械包括:壓縮機、燃燒器和渦輪，它們按照順序流動連通的關系布置，并且可操作成生成核心流；以及燃料歧管，包括:與燃燒器連通的燃料噴嘴的環形陣列，燃料噴嘴通過多個歧管管道而互相連接，其中各歧管管道包括一體地形成于其中的至少兩個燃料通道，燃料通道配置成用于在其間傳導傳熱。
[0023]根據本發明的另一方面，旋轉機械進一步包括第二渦輪，第二渦輪布置成從核心流提取能量并驅動風扇。
[0024]根據本發明的另一方面，組裝燃料歧管的方法包括:將燃料噴嘴的環形陣列定位成與燃燒器連通;和使用多個歧管管道來將燃料噴嘴互相連接，其中各歧管管道包括一體地形成于其中的至少兩個燃料通道，燃料通道配置成用于在其間傳導傳熱。
[0025]根據本發明的另一方面，各歧管管道包括先導式主燃料通道、先導式次燃料通道以及主燃料通道;并且，各燃料噴嘴包括:與先導式主燃料噴嘴連通的先導式主燃料回路；與先導式次燃料噴嘴連通的先導式次燃料回路；以及與主燃料環連通的主燃料回路;該方法進一步包括將燃料噴嘴的燃料回路與歧管管道的相應的燃料通道流體連通。
[0026]根據本發明的另一方面，各燃料噴嘴與包括聯接凸緣的閥殼體聯接，該方法進一步包括將各聯接凸緣連接至歧管管道的兩個相鄰的歧管管道的端部凸緣。
[0027]根據本發明的另一方面，各歧管管道是使用添加制造過程來形成的單塊式構件。
【附圖說明】
[0028]可以通過參考結合附圖的下文中的描述而最清楚地理解本發明，在附圖中: 圖1是并入按照本發明的方面而構造的流體歧管的燃氣渦輪發動機的示意半截面圖； 圖2是歧管的一部分的示意后視立視圖；
圖3是燃料噴嘴和閥殼體的側視圖；
圖4是根據本發明的方面而構造的歧管的一個歧管管道的透視圖；以及圖5是示出歧管的閥殼體的平面圖。
[0029] 零件列表
10燃氣渦輪發動機 12風扇
14增壓器 16低壓渦輪 18高壓壓縮機 20燃燒器 22尚壓禍輪 24燃料噴嘴 26燃料歧管 28閥殼體 30燃燒器外殼 32歧管管道 34安裝凸緣 36螺栓孔 40凸起部 42桿 44噴嘴尖
48先導式燃料噴射器 50先導式主噴嘴 52先導式次噴嘴 54主燃料環 56主燃料孔口 58先導式主燃料回路 60先導式主燃料口 62先導式次燃料回路 64先導式次燃料口 66先導式次分流器閥 68主燃料回路 70主燃料口 72主分流器閥 74管道段 76第一端部 78第二端部 80端部凸緣 82螺栓孔 84主燃料通道 86先導式次燃料通道 88先導式主燃料通道 87支柱 90螺栓 92環 94環
96燃料系統 98先導式主控制閥 100先導式主燃料導管 102先導式次燃料控制閥 104先導式次導管 106主燃料控制閥 108主燃料導管 110輸送管道。
【具體實施方式】
[0030]參考附圖，其中在所有的各種視圖中，同一參考標號表示相同的元件，圖1描繪示范性的燃氣渦輪發動機10，燃氣渦輪發動機10按照順序流動連通的關系具有風扇12、任選的低壓壓縮機或“增壓器” 14和低壓渦輪(“LPT” ) 16以及高壓壓縮機(“HPC” ) 18、燃燒器20和高壓渦輪(“HPT”)22，其中，風扇12、任選的低壓壓縮機或“增壓器”14和低壓渦輪(“LPT”)16統稱為“低壓系統”，并且，高壓壓縮機(“HPC”)18、燃燒器20和高壓渦輪(“HPT” ) 22按照順序流動連通的關系布置，且統稱為“氣體發生器”、“核心”或“高壓系統”。HPT 22通過諸如軸的機械連接件而驅動HPC 18，并且LPT 16通過諸如軸的機械連接件而驅動風扇12和增壓器14 (如果存在)。高壓系統能以已知的方式操作來生成主流或核心流。低壓系統能以已知的方式操作來從核心流提取能量并生成風扇流或旁通流。雖然所圖示的發動機10是高旁通渦輪風扇發動機，但本文中所描述的原理同樣地可應用于渦輪螺槳發動機、渦輪噴氣發動機和渦輪軸發動機以及用于其他車輛或用于固定式應用中的渦輪發動機。
[0031]燃燒器20包括燃料噴嘴24的徑向陣列，燃料噴嘴24聯接至包圍燃燒器20的燃料歧管26。通常，如在圖2中所看到的，燃料歧管26包括多個閥殼體28，每個閥殼體28聯接至燃料噴嘴24中的一個，并且可以與相對應的燃料噴嘴24成一體。閥殼體28以環形陣列安裝到燃燒器外殼30。通過多個歧管管道32而將閥殼體28互相連接(并因而將燃料噴嘴24互相連接)。
[0032]在所圖示的示例(見圖3和圖5)中，各個閥殼體28包括:安裝凸緣34，其具有在其中形成有螺栓孔36的圖案，以用于將安裝凸緣34緊固到燃燒器外殼30;聯接凸緣38，其定向垂直于安裝凸緣34;以及一個或更多個凸起部40，其將安裝凸緣34和聯接凸緣38聯結。
[0033]各燃料噴嘴24(參見圖3)包括桿(stem)42，桿42從安裝凸緣34徑向地向內延伸，并且在其向內的端部終止于噴嘴尖44。噴嘴尖44包括先導式燃料噴射器48，先導式燃料噴射器48具有先導式主噴嘴50和先導式次噴嘴52。噴嘴尖44還包括環形主燃料環54，環形主燃料環54具有圍繞其外周的主燃料孔口 56的陣列。
[0034]閥殼體28和燃料噴嘴24可以將兩個或更多個燃料回路并入其中。在圖3中，各個回路由單條虛線示意地表示，理解到，各線可以表示一個或更多個分離的管或管道，或與閥殼體28和/或燃料噴嘴24—體地形成的一個或更多個內部燃料通道。
[0035]先導式主燃料回路58從形成于聯接凸緣38中的先導式主燃料口 60穿過桿42而延伸至先導式主噴嘴50。
[0036]先導式次燃料回路62從形成于聯接凸緣38中的先導式次燃料口64延伸至安置于凸起部40中的一個中的先導式次分流器閥66，穿過桿42而延伸至先導式次噴嘴52。先導式次分流器閥66可操作成許可流動至燃料噴嘴24，但阻止沿反方向流動，并且可以是例如壓力操作閥。
[0037]主燃料回路68從形成于聯接凸緣38中的主燃料口70延伸至安置于凸起部40中的一個中的主分流器閥72，穿過桿42而延伸至主燃料環54。主分流器閥72可操作成許可流動至燃料噴嘴24，但阻止沿反方向流動，并且，可以是例如壓力操作閥。
[0038]圖4描繪歧管管道32中的一個。歧管管道32包括管道段74，管道段74具有第一端部76和第二端部78，端部凸緣80安置于各端部。各端部凸緣80包括形成于其中的螺栓孔82的圖案，螺栓孔82與聯接凸緣38中的螺栓孔匹配。管道段74可以具有形成于其中的一個或更多個彎曲部來適合于具體應用。
[0039]歧管管道32包含多個內部通道。各通道從第一端部76行進至第二端部78。在所圖示的示例中，歧管管道32包括具有圓形的橫截面形狀的定位于中心的主燃料通道84。弓形先導式次燃料通道86與主燃料通道84同中心地安置。弓形先導式主燃料通道88同樣地與主燃料通道84同中心地安置。先導式燃料通道86、88的橫截面面積尺寸確定為與流過先導式燃料通道86、88的相對燃料流速成比例。在所圖示的示例中，先導式次燃料通道86延伸越過大約3/4圓，而先導式主燃料通道88延伸越過少于大約1/4圓。在所圖示的示例中，先導式次燃料通道86的橫截面形狀并入有小的徑向地延伸的支柱87，支柱87提供機械支撐。支柱87能夠采取單個連續肋條或沿著歧管管道32的長度的短銷或肋條的陣列的形式。橫截面圖案可以斜方地延伸穿過歧管管道32，或其可以沿著螺旋形路徑或螺旋線路徑延伸。
[0040]在該配置中，先導式燃料通道86、88與主燃料通道84熱聯接。更具體地，先導式燃料通道86、88與主燃料通道84以容易地許可從主燃料通道84至先導式燃料通道86、88的傳導傳熱的單個壁厚度分離。這將對減少或防止燃料未流動于主燃料通道84中時的條件的期間的主燃料通道84中的燃料的焦化有效。
[0041]如在圖2中所看到的，閥殼體28圍繞燃燒器外殼30以環形形式布置(在圖2中，僅示出完整的圓的一部分)。閥殼體28通過多個歧管管道32而互相連接。
[0042]如在圖5中所示出的，例如使用諸如所圖示的螺栓90的緊固件來將各聯接凸緣38夾在兩個相鄰的歧管管道32的端部凸緣80之間。歧管管道32中的每個燃料通道與聯接凸緣38中的相對應的端口緊密配合。因而，針對歧管管道32中的通道84、86和88而限定連接的連續的流體流路。
[0043]在所圖示的示例(參見圖2)中，燃料歧管26包括兩個環92和94。在各環92、94內，各歧管管道32將由介于中間的閥殼體28隔開的兩個閥殼體28連接。換句話說，通過用于各環92、94的歧管管道32而將閥殼體28的交替的閥殼體28連接(并因而將燃料噴嘴24的交替的燃料噴嘴24連接)。該配置使歧管管道32的長度獨立于兩個相鄰的閥殼體28之間的距離。還有可能的是各歧管管道32能夠跨越更大的距離，例如將每第三或第四閥殼體28連接。在圖2中，閥殼體28的標記為“A”的一半屬于第一環92，閥殼體28的標記為“B”的另一半屬于第二環94。第一環92和第二環94彼此交錯或纏繞，歧管管道32成形為促進該配置。
[0044]燃料歧管26與已知的類型的燃料系統96連接，燃料系統96可操作成根據操作需要而以變化的流速供給液態燃料流。燃料系統96將燃料供給至聯接至先導式主燃料導管100的先導式主控制閥98，先導式主燃料導管100繼而將燃料供給至先導式主燃料通道88，并且最后供給至先導式主回路58。燃料系統96還將燃料供給至聯接至先導式次導管104的先導式次燃料控制閥102，先導式次導管104繼而將燃料供給至先導式次燃料通道88，并且最后供給至先導式次燃料回路62。燃料系統96還將燃料供給至聯接至主燃料導管108的主燃料控制閥106，主燃料導管108繼而將燃料供給至主燃料通道84，并且最后供給至主燃料回路
68 ο
[0045]各環92、94包括一個或更多個輸送管道110。各輸送管道110可聯接至歧管管道32中的一個，并且充當燃料從燃料系統96流入燃料歧管26中的連接點。
[0046]與常規的做法一致，燃料歧管26及其組成構件可以由合適的金屬合金(諸如鐵或鎳基合金)制成。
[0047]燃料歧管26的全部或部分或其單獨的構件可以是單個整體式、單件式或單塊式構件的一部分，并且可以使用包含疊層構造或添加制造(與就常規的加工過程而言的材料去除截然相反)的制造過程來制造。這樣的過程可以被稱為“快速制造過程”和/或“添加制造過程”，其中術語“添加制造過程”是在本文中通常指這樣的過程的術語。添加制造過程包括但不限于:直接金屬激光燒結(DMLS)、直接金屬激光熔融(DMLM)、激光凈成形制造(LNSM)、電子束燒結、選擇性激光燒結(SLA)、諸如通過噴墨打印機和激光打印機的3D打印、立體平版印刷(SLS)、電子束熔融(EBM)、激光工程化凈成形(LENS)以及直接金屬沉積(DMD)。
[0048]本文中所描述的燃料歧管26具有優于常規的設計的幾個優點。燃料歧管26將提供如下的能力:增加燃料分級量，以減小比燃料消耗率(“SFC”)和排放量，而同時將燃料回路熱聯接，以改進焦化邊緣并改進外包裝。還縮短組裝及維護時間。
[0049]燃料歧管26將減少燃料歧管中的生熱，并且，是具有顯著的重量減輕的更簡單得多的燃料輸送系統。對每隔一個的噴嘴輸送燃料的過程允許先進的管道長度來消除熱應力。最后，在各燃料噴嘴處使用同中心的接口使維護簡化，并且允許分流器閥嵌入更小的包裝中。
[0050]前文描述了用于燃氣渦輪發動機燃料噴嘴的燃料歧管。本說明書(包括任何所附權利要求、摘要以及附圖)中所公開的所有的特征和/或如此公開的任何方法或過程的所有的步驟可以按除了至少一些這樣的特征和/或步驟互相排斥的組合之外的任何組合來組入口 ο
[0051]本說明書(包括任何所附的可能的新穎點、摘要以及附圖)中所公開的各特征可以被用于相同的、等效的或類似的目的的備選的特征所取代，除非另有明確規定。因而，除非另有明確規定，否則所公開的各特征只是通用的一系列的等效的或類似的特征的一個示例。
[0052]本發明不局限于前文的(多個)實施例的細節。本發明擴展到本說明書(包括任何所附權利要求、摘要以及附圖)中所公開的特征的任何新特征或任何新組合，或擴展到如此公開的任何方法或過程的步驟的任何新步驟或任何新組合。
【主權項】
1.一種燃料歧管裝置，包括:通過多個歧管管道(32)而互相連接的燃料噴嘴(24)的環形陣列，其中各個歧管管道(32)包括一體地形成于其中的至少兩個燃料通道(84、86、88)，所述燃料通道(84、86、88)配置成用于在其間傳導傳熱。2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，各個歧管管道(32)是使用添加制造過程來形成的單塊式構件。3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，各個歧管管道(32)包括: 先導式主燃料通道(88); 先導式次燃料通道(86);以及 主燃料通道(84)。4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，各個燃料噴嘴(24)包括: 與所述先導式主燃料通道(88)流體連通而連接的先導式主燃料回路(58)和先導式主燃料噴嘴(58); 與所述先導式次燃料通道(86)流體連通而連接的先導式次燃料回路(62)和先導式次燃料噴嘴(52);以及 與所述主燃料通道(84)流體連通而連接的主燃料回路(68)和主燃料環(54)。5.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，還包括: 燃料系統(96)，其可操作成以變化的流速供給液態燃料流； 先導式主燃料導管(100)，其聯接在所述燃料系統(96)與所述先導式主燃料通道(88)之間； 先導式次燃料導管(104)，其聯接在所述燃料系統(96)與所述先導式次燃料通道(86)之間；以及 主燃料導管(108)，其聯接在所述燃料系統(96)與所述主燃料通道(84)之間。6.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于: 所述主燃料通道(84)在所述歧管管道(32)的橫截面形狀內中心地定位； 所述先導式主燃料通道(88)為弓形，且與所述主燃料通道(84)同中心地安置；以及 所述先導式次燃料通道(86)為弓形，且與所述主燃料通道(84)同中心地安置。7.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于: 各個歧管管道(32)包括管道段，其具有安置于其第一和第二端部的端部凸緣(80);各個燃料噴嘴(24)聯接至包括聯接凸緣(38)的閥殼體(28);以及各個聯接凸緣(38)連接至所述歧管管道(32)中的兩個相鄰的歧管管道的所述端部凸緣(80) ο8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，各個閥殼體(28)包括: 所述聯接凸緣(38); 安裝凸緣(34)，其安置成垂直于所述聯接凸緣(38);以及 至少一個凸起部(40)，其安置在所述聯接凸緣(38)與所述安裝凸緣(34)之間，所述至少一個凸起部(40)包括安置在其中的分流器閥(66、72)。9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述閥殼體(28)是使用添加制造過程來形成的單塊式構件。10.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，各個歧管管道(32)連接所述燃料噴嘴(24)的交替的所述燃料噴嘴(24)。
【文檔編號】F23R3/28GK106051824SQ201610229652
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月14日 公開號201610229652.1, CN 106051824 A, CN 106051824A, CN 201610229652, CN-A-106051824, CN106051824 A, CN106051824A, CN201610229652, CN201610229652.1
【發明人】J.M.沃爾夫
【申請人】通用電氣公司