專利名稱：增壓器噴油管的制作方法
技術領域：
本發明是根據美國海軍授予的合同N00019-02-C-3003在美國政府支持下進行的。美國政府對本發明享有特定權利。
本發明涉及渦輪發動機，特別涉及渦輪發動機增壓器(augmentor)。
背景技術：
在工業上后燃室或推力增壓器室是公知的。存在多種結構。在典型的結構中，來自渦輪的廢氣在增壓器中心體上通過。附加燃料緊貼中心體引入并進行燃燒以提供附加推力。在某些結構中，增壓器中心體與渦輪中心體集成。在另一些結構中，增壓器中心體通過環繞二者之間的環形空間的管道與渦輪中心體分離。美國專利5,685,140和5,385,015顯示了示范性的集成式增壓器。
中心體可以包含用來作為燃燒源的燃燒室。為了引入附加燃料，在基本徑向延伸的葉片內定位多個噴油管。導向器緊貼尾錐體的上游端。作為備選或附加方案，對于燃燒室可以在這些葉片的相關葉片內定位多個點火器，以便點燃附加燃料。葉片的后緣可以作為用于在中心體周圍的流路上分配火焰的火焰穩定器元件。
與之獨立地，電石墨碳(electro-graphitic carbon)已經發展為用于各種用途。美國早期公開20050084190A1公開了由電石墨碳制成的可變葉片內徑(ID)襯圈。

發明內容
因而，本發明的一方面涉及一種渦輪發動機增壓器。中心體定位在從上游到下游的氣體流路中并具有下游尾部整流器。多個葉片定位在中心體外側的流路內。增壓器加燃料系統包括多個具有經相關葉片延伸的導管的噴油管。多個燃料噴射器嘴沿各導管分布。定位各噴嘴以便從相關葉片的一側排放相關燃料流。多個磨損元件分別相對這些噴嘴的相關一個安裝以用于相對其一定范圍的運動，并可移動地與相關葉片協作，以便調節操作偏差(例如，不同的熱膨脹或負載變形)和/或噴油管和葉片的公差。
在各種實施方式中，增壓器可以為非遠程或遠程的。增壓器加燃料系統可以包括位于中心體內對噴油管進行給料的歧管。各葉片可以包括主體和組裝到該主體的后緣箱結構。磨損元件可以分別包括電石墨碳主體。磨損元件可以分別包括比相關噴嘴的相鄰材料和相關葉片主體的相鄰材料軟的材料。噴嘴可以包括沿每個增壓器葉片的各葉片的相對側面的成對噴嘴。磨損元件可以不破壞相關噴嘴地從該噴嘴移除。磨損元件可以通過與磨損元件和噴嘴相互配合的夾持器固定到噴嘴上。各磨損元件可以在內端和外端之間移動。在內端，相關夾持器與相關噴油管的軸套接觸。在外端，相關夾持器與相關噴嘴頭的下側接觸。軸套和噴嘴可以彼此釬焊(brazed)或焊接。夾持器可以是彎曲的金屬線。磨損元件可以相對外端進行彈簧偏置。
本發明的另一方面涉及電石墨碳磨損擋塊。本發明的另一方面涉及通過夾持器夾件固定到相關噴嘴上的可移除磨損擋塊。該夾件可以包括接收到磨損擋塊的第一和第二洞內的第一和第二支腿。第一和第二洞可以相交于噴嘴接收孔。可以在發動機的制造或再制造中或者從缺乏這種磨損元件的基線(例如，磨損元件為金屬并集成到噴油管的剩余部分的基線結構)再設計發動機結構中實現本發明的各方面。
在下文的附圖和描述中闡述了本發明的一個或多個實施例的細節。從該描述和附圖以及從權利要求中，本發明的其它特征、目的和優點顯而易見。


圖1是飛機動力裝置的示意性縱向截面示意圖；圖2是圖1的動力裝置的增壓器的后視圖；圖3是圖2的增壓器的噴油管陣列以及加燃料歧管的側視圖；圖4是圖3的噴油管陣列和歧管的前視圖；圖5是圖3和圖4的陣列的噴油管的部分分解示意圖；圖6是圖5的噴油管的磨損擋塊的內側端示意圖；圖7是圖2的增壓器的葉片的部分截面示意圖。
在各附圖中相同的附圖標記表示相同的元件。
具體實施例方式
圖1顯示了一種燃氣渦輪發動機10，其從上游到下游并從前到后包括風扇11、壓縮機12、燃燒器14、渦輪16以及增壓器18。進入風扇11的空氣在中心氣流20和支路氣流22之間進行分流。中心氣流20沿最初通過壓縮機12并隨后通過燃燒器14和渦輪16的路徑傳輸。最后，中心氣流20通過增壓器18，在此選擇性添加附加燃料19、將其與氣流20混合并燃燒以便向氣流20增加更多的能量，并因而從發動機噴嘴24射出更大的推力。因而，中心氣流20可以描述為沿基本平行于發動機10的經過壓縮機12、燃燒器14、渦輪16以及增壓器18的軸線26的路徑傳輸。支路空氣22同樣沿平行于發動機10的軸線26的路徑傳輸，通過沿發動機10外圍的環狀套管28，以便在噴嘴24或靠近噴嘴24處與氣流20合并。
增壓器包括基本繞軸線26對稱并形成為發動機中樞的一部分的中心體30。示范性中心體具有主要部分32和其下游的尾錐體34。周向排布的葉片36具有前端37和末端38，并且在中心體30和渦輪排氣缸(TEC)40之間基本徑向延伸。各葉片可以是前主體部分42和后緣箱44的組裝件。該葉片具有周向相對的第一和第二側面46和48(圖2)。后緣箱44可以容納用以引入附加燃料19的噴油管(在下文中討論)。中心體可容納用以燃燒燃料的燃燒室50，以便轉而開始燃燒燃料19。燃燒室50和噴油管可以由經或沿一個或多個葉片延伸到中心體的一個或多個供應導管(未示出)供油。如迄今為止所描述的，該發動機結構可以是本教導所適用的多種現有發動機結構中的一種。然而，該教導同樣適用于不同的發動機結構。
圖3和圖4顯示了增壓器加燃料系統60的部分，該系統包括用于向噴油管64的陣列饋送燃料的歧管62。歧管62可以定位在中心體30內。圖5進一步顯示了示范性噴油管64的細節。示范性噴油管是具有第一和第二導管66和68的雙導管噴油管。導管66和68通過具有分別接收該導管的一對孔的擋塊69彼此固定。導管具有安裝在噴油管擋塊70的出口的近端部分(例如，通過釬焊或焊接)。擋塊70具有承載用于與歧管62連接的入口的內側端。示范性擋塊70包括繞擋塊70周向延伸的內側槽和外側槽74和76。內側槽74接收用于與中心體結構接合的封口(未圖示)。外側槽76接收相關葉片的第一和第二的側半部。各噴油管帶有多個噴嘴80和磨損擋塊82。各噴嘴具有用于排放燃料的相關噴流的孔81。各磨損擋塊具有接收相關噴嘴的中心孔83。而現有技術的系統將磨損擋塊、噴嘴和噴油管作為單一或集成結構(例如，通過焊接或釬焊)提供，示范性磨損擋塊82以其它方式形成。在示范性實施例中，各噴嘴80與相關導管66或68的相關軸套84集成(例如通過釬焊或焊接)。然而，磨損擋塊82由相對葉片和噴嘴的相鄰材料優先磨損的材料形成。通過夾持器88安裝磨損擋塊82，以便沿噴嘴軸線86往復運動。彈簧90(例如，壓縮在擋塊82和相關導管之間)可以將擋塊82向外偏置。除了對配合細節的優先磨損，用作磨損元件的電石墨材料可以在磨損界面沉積一薄層石墨。這種沉積物進一步用于減小磨損率。此外，電石墨碳相對用在其它應用的聚合物和其它非金屬的犧牲磨損材料具有有利的溫度穩定性。
各示范性擋塊82具有外側面100、內側面102、第一和第二橫向面104和106以及第一和第二縱向面108和109(例如，相對噴油管長度的近端或遠端)。
圖6顯示了該擋塊、夾持器以及彈簧組件(為了顯示目的移除了噴嘴)的內側面。擋塊內側面102具有用于接收彈簧90的凹入區域110，并且彈簧90以壓縮方式支撐于該凹入區域。在軸線86的相對側面上并與其垂直延伸，該擋塊具有一對接收夾持器88的相關支腿116和118的直洞或通道112和114。夾持器的頭或交叉元件120連接支腿116和118。支腿116的遠端部分122在側面108從洞112的出口突出并彎曲，以便保持夾持器防止拔出或夾持器88的丟失。在示范性實施例中，通道完全延伸通過中心孔83(例如，與延伸到孔內并終止相反)。如下文所討論的，支腿116和118處于孔83內的部分相對于相關噴嘴來夾持該擋塊。
圖7顯示了沿相關噴嘴的側平部130和132鎖定在軸套84的邊緣134和噴嘴頭140下側136之間的夾持器88的支腿116和118。在示范性實施例中，噴嘴是在導管對66、68的各側面上但不精確共軸排列的成對噴嘴(即，各對噴嘴的軸線86彼此略微錯位以便軸套84內的相對孔只是部分重疊)。因而，圖7的示意平面間隔在成對的各噴嘴的出口孔81的軸線之間。
圖7進一步顯示了擋塊與葉片第一和第二側半部150和152的協作。各半部包括外表皮154、156以及固定于其上(例如通過焊接或釬焊)的內部結構性波紋158、160。各磨損擋塊82裝配在相關半部150、152的隔室162、164內。各半部可以具有一系列與擋塊孔83和噴嘴孔81對齊的孔166，以便允許相關燃料噴流19的通過。各彈簧90向外偏置相關磨損擋塊82以便磨損擋塊的外側面100與相關槳葉半部150、152的內側面168保持接觸。在正常操作中，該位置一般處于擋塊往復運動范圍以及調節磨損、操作偏差(例如，由于壓力或g-負載產生的不同熱膨脹或不同形變)、振動以及類似動作的運動范圍的中間，以便在噴油管和葉片或后緣箱之間保持有效的氣密性。擋塊的耐磨性和變形性還有助于調節這種不同熱膨脹以及調節堆疊的制造公差。在各擋塊的橫向上，在相關橫向面104和106與相鄰葉片材料(例如，結構性波紋158、160)之間可以存在微小間隙170。
可以使用任何不同組裝技術組裝各噴油管。在示范性噴油管中，第一導管66通過加工工件的縱向堆疊進行組裝，與擋塊69和72組裝并釬焊。第二導管68包括組裝到加工端件上的管，以便對最遠端/最外側的噴射器進行給料(例如通過釬焊)。這種管經擋塊69插入到擋塊72內并釬焊到其上。噴嘴80可以釬焊到它們的相關軸套84內。彈簧90可以放置在噴嘴上方或者在安裝噴嘴之前預先安裝。隨后，安裝擋塊82使得其孔83接收噴嘴80。進一步移動擋塊壓縮相關彈簧90。隨后插入夾持器88并彎折支腿116的端部122(例如通過鉗子或類似工具手動彎折)。
在使用一段時間后，磨損擋塊由于其與噴嘴80和葉片半部150和152的接合而磨損。示范性噴嘴由基于鎳的超合金形成。示范性的葉片波紋158和160由基于鎳的超合金形成。已經確定電石墨碳是一種接合并相對這種噴嘴及結構優先磨損的有利的擋塊材料。在磨損后，噴油管可以重新制造。示范性重造包括分離兩個葉片半部以便暴露擋塊。移除夾持器(例如通過矯直末端122或將其切除并抽出夾持器)。隨后可以移除擋塊。如果需要可以類似地移除彈簧以便用新的彈簧代替該彈簧。隨后可以安裝新彈簧(如果要)，接著安裝新擋塊和新夾持器。隨后在噴嘴上重新組裝葉片半部。
已經描述了本發明的一個或多個實施例，但應該理解在不脫離本發明的精神和范圍的情況下可進行各種修改。本發明的噴油管適用于其它現有發動機的改造和重新設計。在這種情況下，噴油管的各種屬性受到現有發動機結構的影響。盡管針對示范性中心加燃料噴油管、非遠程增壓器情況進行說明，但該原理適用于遠程增壓器以及從外側端加燃料的噴油管。因而，其它實施例在后續權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種渦輪發動機增壓器，包括位于從上游到下游的氣體流路內并具有下游尾錐體的中心體；以及定位在所述中心體的外側氣體流路內并具有第一側面和第二側面的多個葉片；增壓器加燃料系統，包括多個噴油管，各噴油管至少部分位于所述葉片的至少一個相關葉片內，其包括導管；以及與所述噴嘴配合的多個噴嘴，各所述噴嘴定位成從所述相關葉片的一個側面排放相關燃料流；以及多個擋塊，各擋塊相對所述噴嘴的相關一個安裝以用于相對其一定范圍的運動，并可運動地與所述相關葉片協作。
2.根據權利要求1所述的增壓器，其特征在于所述增壓器是非遠程增壓器。
3.根據權利要求1所述的增壓器，其特征在于所述增壓器加燃料系統包括位于所述中心體內對所述多個噴油管進行給料的歧管。
4.根據權利要求1所述的增壓器，其特征在于所述多個葉片均包括主體；以及后緣箱結構。
5.根據權利要求1所述的增壓器，其特征在于所述磨損元件分別包括電石墨碳主體。
6.根據權利要求1所述的增壓器，其特征在于所述磨損元件分別包括比所述相關噴嘴的相鄰材料和所述相關葉片主體的相鄰材料軟的材料。
7.根據權利要求1所述的增壓器，其特征在于所述多個噴嘴包括沿各所述葉片的相對側面的成對噴嘴。
8.根據權利要求1所述的增壓器，其特征在于所述多個噴嘴包括沿各增壓器葉片的相對側面的成對噴嘴。
9.根據權利要求1所述的增壓器，其特征在于各所述多個擋塊可以不破壞相關噴嘴地從所述噴嘴拆除。
10.根據權利要求1所述的增壓器，其特征在于各所述多個擋塊通過與所述擋塊和所述噴嘴相互配合的夾持器固定到所述相關噴嘴上。
11.根據權利要求10所述的增壓器，其特征在于各所述多個擋塊可在所述相關夾持器與所述相關噴油管的軸套接觸的內端和所述相關夾持器與所述相關噴嘴的頭部下側接觸的外端之間移動，所述軸套和所述噴嘴彼此釬焊或焊接。
12.根據權利要求1所述的增壓器，其特征在于各所述多個擋塊通過與所述擋塊和所述噴嘴相互配合的彎曲金屬線夾持器固定到所述相關噴嘴上。
13.根據權利要求1所述的增壓器，其特征在于各所述多個擋塊由彈簧偏置。
14.一種渦輪發動機增壓器，包括位于從上游到下游的氣體流路內并具有下游尾錐體的中心體；以及定位在所述中心體的外側氣體流路內并具有第一側面和第二側面的多個葉片；增壓器加燃料系統，包括多個噴油管，各所述噴油管至少部分位于所述葉片的至少一個相關葉片內，其包括導管；以及與所述噴嘴配合的多個噴嘴，各噴嘴定位成從所述相關葉片的一個側面排放相關燃料流；以及可移動地介入所述噴油管和所述葉片之間以用于調節所述噴油管和所述葉片中的至少一個的操作偏差的裝置。
15.一種渦輪發動機增壓器，包括位于從上游到下游的氣體流路內并具有下游尾錐體的中心體；以及定位在所述中心體的外側氣體流路內并具有第一側面和第二側面的多個葉片；增壓器加燃料系統，包括多個噴油管，各所述噴油管至少部分位于所述葉片的至少一個相關葉片內，所述噴油管包括導管；以及與所述噴嘴配合的多個噴嘴，各噴嘴定位成從所述相關葉片的一個側面排放相關燃料流；以及多個擋塊，各擋塊相對所述噴嘴的相關一個安裝，并可運動地與所述相關葉片協作，并包括電石墨碳。
16.根據權利要求15所述的增壓器，其特征在于各所述多個擋塊可以不破壞相關噴嘴地從所述噴嘴移除。
17.一種渦輪發動機增壓器，包括位于從上游到下游的氣體流路內并具有下游尾錐體的中心體；以及定位在所述中心體的外側氣體流路內并具有第一側面和第二側面的多個葉片；增壓器加燃料系統，包括多個噴油管，各噴油管至少部分位于所述葉片的至少一個相關葉片內，其包括導管；以及與所述噴嘴配合的多個噴嘴，各噴嘴定位成從所述相關葉片的一個側面排放相關燃料流；以及多個擋塊，各所述擋塊相對所述噴嘴的一個相關噴嘴安裝并可不破壞與所述相關葉片可運動地協作的所述噴嘴地從所述相關噴嘴移除，并且包括相對所述相關葉片的相鄰材料優先磨損的材料。
18.根據權利要求17所述地增壓器，其特征在于各所述多個擋塊通過與所述擋塊和所述噴嘴相互配合的夾持器固定在所述相關噴嘴上。
19.一種燃氣渦輪增壓器噴油管組件，包括用于連接到增壓器燃料導管的入口；用于排出燃料噴霧的出口；在所述入口和所述出口之間從上游延伸到下游的通路；以及環繞所述出口的可移除磨損擋塊。
20.根據權利要求19所述的組件，其特征在于存在多個這種出口和這種磨損擋塊。
21.根據權利要求19所述的組件，其特征在于所述磨損擋塊由彎曲金屬線夾持器夾持。
22一種燃氣渦輪發動機增壓器噴嘴磨損擋塊，包括用于接收所述噴嘴的孔；以及與所述孔成橫向并相交以分別用于夾持器夾件的第一和第二支腿的第一和第二洞。
23.根據權利要求22所述的擋塊，其特征在于所述擋塊包括電石墨碳主體。
24.根據權利要求22所述的擋塊，其特征在于所述第一和第二洞延伸通過所述孔。
25.根據權利要求22所述的擋塊，其特征在于所述擋塊具有基本彼此平行并且與所述孔的中心縱軸線不平行的第一和第二橫向磨損面。
26.一種用于制造或重新制造具有噴油管的渦輪發動機增壓器的方法，所述方法包括使用夾持器可移除地將磨損擋塊固定到所述噴油管的燃料噴嘴上。
27.根據權利要求26所述的方法，其特征在于所述可移除固定包括將所述磨損擋塊內的孔放置在所述噴嘴上方，并且將所述夾持器的第一和第二支腿插入到所述磨損擋塊的第一和第二洞內。
28.根據權利要求27所述的方法，其特征在于所述可移除固定包括彎曲所述第一和第二支腿中的至少一個支腿的端部，以便所述端部保持所述夾持器防止拔出。
29.根據權利要求27所述的方法，其特征在于所述方法還包括從葉片拆除所述噴嘴；并且通過以下步驟從所述噴嘴移除磨損的磨損擋塊折斷和彎曲初始夾持器的至少一種；以及將所述磨損的擋塊抽出所述噴嘴。
30.根據權利要求26所述的方法，所述可移除固定允許不破壞地移除所述噴油管的主管。
全文摘要
一種燃氣渦輪發動機加燃料系統包括多個具有延伸通過相關葉片的導管的噴油管。多個燃料噴射器嘴沿各導管。各噴嘴定位成從相關葉片的一側排放相關燃料流。相對噴嘴中的一個定位各多個磨損元件以用于相對其的一定范圍的運動。該磨損元件可移動地與相關葉片協作，以便調節操作偏差和/或噴油管和葉片的公差。
文檔編號F02K3/10GK1892008SQ20061007999
公開日2007年1月10日 申請日期2006年4月29日 優先權日2005年6月30日
發明者M·J·穆爾多恩, T·W·舍爾伍德, M·H·哈里斯, R·T·布魯克斯 申請人:聯合工藝公司