BR102016005274A2

BR102016005274A2 - aparelho de bocal de combustível

Info

Publication number: BR102016005274A2
Application number: BR102016005274A
Authority: BR
Inventors: Duane Douglas Thomsen; Nayan Vinodbhai Patel
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2016-10-11
Also published as: EP3067624A1; US20160265780A1; CN105972643B; CN105972643A; JP2016173225A; CA2921879A1; US10591164B2

Abstract

trata-se de um aparelho de bocal de combustível para um motor de turbina a gás que inclui: um corpo externo anular (32) que se estende paralelo a um eixo geométrico de linha central, com uma superfície externa que tem uma pluralidade de aberturas (114); um anel de injeção principal (24) disposto dentro do corpo externo (32) e que inclui: uma galeria de combustível principal circunferencial (100) e uma pluralidade de orifícios de combustível principais (102), em que cada orifício de combustível principal se comunica com a galeria de combustível principal (100) e é alinhado a uma das aberturas (114); uma bomba venturi (90) disposta dentro do anel de injeção principal (24); um divisor anular (28) disposto dentro da bomba venturi (90) e que inclui paredes externas e internas separadas uma da outra de modo a definir uma cavidade divisora (64) e uma pluralidade de furos de descarga (66) em comunicação com a cavidade divisora (64); um arranjo de palhetas de turbilhonamento (98) que se estende entre a bomba venturi (90) e o divisor (28); um injetor de combustível piloto (18) dentro do divisor (28); e um arranjo de palhetas de turbilhonamento internas (68) que se estende entre o divisor (28) e o injetor de combustível piloto (18).

Description

“APARELHO DE BOCAL DE COMBUSTÍVEL” Antecedentes da Invenção [001] A presente invenção refere-se a bocais de combustível de motor de turbina a gás e, mais particularmente, a bocais de combustível em estágios para motores de turbina a gás.

[002] Motores de turbina a gás de aeronave incluem um combustor em que combustível é queimado para inserir calor no ciclo do motor. Combustores típicos incorporam um ou mais injetores de combustível cuja função é introduzir combustível líquido para dentro de uma corrente de fluxo de ar de modo que o mesmo possa atomizar e queimar.

[003] Combustores em estágio têm sido desenvolvidos para funcionar com baixa poluição, alta eficiência, baixo custo, alta saída de motor e boa operabilidade de motor. Em um combustor em estágios, os bocais do combustor são operáveis para injetar combustível seletivamente através de dois ou mais estágios distintos, em que cada estágio é definido por trajetórias de fluxo de combustível individuais dentro do bocal de combustível. Por exemplo, o bocal de combustível pode incluir um estágio piloto que opera continuamente, e um estágio principal que opera apenas a níveis de alimentação de motor elevados. A vazão de combustível pode ser também variável dentro de cada um dos estágios.

[004] Faz-se necessário para esse tipo de bocal de combustível ter bom resfriamento dos componentes de bocal e minimizar o impacto acústico de operação.

Breve Descrição da Invenção [005] Essa necessidade é abordada pela presente invenção, que fornece um bocal de combustível que tem um divisor com uma cavidade interna oca, e que inclui, opcionalmente, palhetas de turbilhonamento helicoidais ou parcialmente helicoidais, e, adicional e opcionalmente, inclui uma bomba venturi com um ângulo composto.

[006] De acordo com um aspecto da invenção, o aparelho de bocal de combustível para um motor de turbina a gás inclui: um corpo externo anular, em que o corpo externo se estende paralelo a um eixo geométrico de linha central e tem uma superfície externa que estende entre extremidades anteriores e posteriores, em que uma pluralidade de aberturas passa através da superfície externa; um anel de injeção principal anular disposto dentro do corpo externo, em que o anel de injeção principal inclui: uma galeria de combustível principal que se estende em uma direção circunferencial; e uma pluralidade de orifícios de combustível principais, em que cada orifício de combustível principal se comunica com a galeria de combustível principal e se alinha a uma das aberturas do corpo externo; uma bomba venturi anular disposta dentro do anel de injeção principal; um divisor anular disposto dentro da bomba venturi, em que o divisor inclui paredes externas e internas que são unidas em conjunto nas extremidades anteriores e posteriores do divisor e que são separadas umas das outras entre as extremidades anteriores e posteriores de modo a definir uma cavidade divisora e uma pluralidade de furos de descarga que se comunica com a cavidade divisora; um arranjo de palhetas de turbilhonamento que se estende entre a bomba venturi e o divisor; um injetor de combustível piloto disposto dentro do divisor; e um arranjo de palhetas de turbilhonamento internas que se estende entre o divisor e o injetor de combustível piloto.

[007] De acordo com outro aspecto da invenção, a bomba venturi inclui, em sequência axial, uma seção a montante geralmente cilíndrica, uma garganta de diâmetro mínimo e uma seção divergente a jusante, em que a seção divergente tem um ângulo composto.

[008] De acordo com outro aspecto da invenção, a seção divergente tem uma porção a montante que tem um primeiro ângulo de divergência e uma porção a jusante que tem um segundo ângulo de divergência diferente do primeiro ângulo de divergência.

[009] De acordo com outro aspecto da invenção, o segundo ângulo de divergência é menor do que o primeiro ângulo de divergência.

[010] De acordo com outro aspecto da invenção, as palhetas de turbilhonamento internas são configuradas de modo a bloquear uma linha de visão axial a partir de uma localização a montante das palhetas de turbilhonamento internas para uma localização a jusante das palhetas de turbilhonamento internas.

[011] De acordo com outro aspecto da invenção, as palhetas de turbilhonamento internas são pelo menos parcialmente helicoidais.

[012] De acordo com outro aspecto da invenção, as palhetas de turbilhonamento externas são configuradas de modo a bloquear uma linha de visão axial a partir de uma localização a montante das palhetas de turbilhonamento externas para uma localização a jusante das palhetas de turbilhonamento externas.

[013] De acordo com outro aspecto da invenção, as palhetas de turbilhonamento são pelo menos parcialmente helicoidais.

[014] De acordo com outro aspecto da invenção, a bomba venturi inclui: um alojamento piloto que define a porção a montante; e uma blindagem térmica posterior que define a porção a jusante.

[015] De acordo com outro aspecto da invenção, a blindagem térmica posterior inclui: uma parede de blindagem anular, e uma superfície interna cônica; um flange de blindagem anular que se estende radialmente para fora a partir de uma extremidade posterior da parede de blindagem; um flange de chicana anular que circunda a parede de blindagem e é disposto de modo que um intervalo axial seja definido entre o flange de blindagem e o flange de chicana, em que o flange de chicana inclui uma aba radialmente externa que se estende axialmente para frente a partir do mesmo; e uma pluralidade de furos de resfriamento por impacto que passa através do flange de chicana e são orientados de modo a encaminhar o fluxo de ar em direção ao flange de blindagem.

[016] De acordo com outro aspecto da invenção, a parede de blindagem tem um furo rebaixado formado na mesma.

[017] De acordo com outro aspecto da invenção, uma superfície radialmente interna do furo rebaixado define uma área de contato curvada convexa.

[018] De acordo com outro aspecto da invenção, o flange de blindagem inclui faces opostas, separadas anteriormente e posteriormente, delimitadas por uma face externa anular e em que um raio convexo é formado em uma interseção entre a face dianteira e a face externa.

[019] De acordo com outro aspecto da invenção, uma fileira de furos de resfriamento é disposta em uma junção entre a aba radialmente externa e o flange de chicana, em que os furos de resfriamento são orientados a conduzir ar refrigerante em direção a uma borda radialmente externa do flange de blindagem.

[020] De acordo com outro aspecto da invenção, pelo menos uma fileira de furos de resfriamento no flange de chicana é orientada de modo a conduzir ar de resfriamento perpendicular a uma face dianteira do flange de blindagem.

[021] De acordo com outro aspecto da invenção, a blindagem térmica posterior inclui uma blindagem interna disposta dentro de uma chicana; em que a blindagem interna define a parede de blindagem e o flange de blindagem; e em que a chicana inclui: o flange de chicana; uma aba radialmente interna anular que se estende axialmente para frente em uma extensão interna radial do flange de chicana e que faz contato com a blindagem interna; e a aba externa que se estende axialmente para frente em uma extensão radialmente externa do flange de chicana.

[022] De acordo com outro aspecto da invenção, a blindagem interna e a chicana são ligadas metalurgicamente uma a outra.

[023] De acordo com outro aspecto da invenção, a blindagem interna inclui um arranjo de áreas de contato que faz contato com a chicana, em que as áreas de contato têm um arranjo de fendas radiais formado no mesmo.

[024] De acordo com outro aspecto da invenção, a chicana inclui uma pluralidade de furos de alimentação que se comunica com as fendas.

[025] De acordo com outro aspecto da invenção, as fendas são curvadas de modo a descarregar ar com um componente de velocidade tangencial.

[026] De acordo com outro aspecto da invenção, as fendas têm uma área de fluxo que aumenta a partir de extremidades a montante das fendas para extremidades a jusante das fendas.

[027] De acordo com outro aspecto da invenção, os furos de descarga são alinhados em um ângulo agudo em relação ao eixo geométrico de linha central.

[028] De acordo com outro aspecto da invenção, o aparelho inclui adicionalmente: um sistema de combustível que opera de modo a abastecer um fluxo de combustível líquido a vazões variantes; um conduto de combustível piloto acoplado entre o sistema de combustível e o injetor de combustível piloto; e um conduto de combustível principal acoplado entre o sistema de combustível e o anel de injeção principal.

Breve Descrição das Figuras [029] A invenção pode ser mais bem entendida pela referência à descrição a seguir, feita em conjunto com as figuras de desenho anexas, nas quais: A Figura 1 é uma vista transversal em corte esquemático de um bocal de combustível de motor de turbina a gás construído de acordo com um aspecto da presente invenção; A Figura 2 é uma vista tomada ao longo das linhas 2-2 da Figura 1; A Figura 3 é uma vista lateral parcialmente em corte das palhetas de turbilhonamento internas do bocal da Figura. 1; 4 é uma vista ampliada de uma porção da Figura. 1; A Figura 5 é uma vista em perspectiva de uma porção de uma blindagem térmica vista na Figura. 1; e A Figura 6 é uma vista em perspectiva de outra porção da blindagem térmica da Figura. 1.

Descrição Detalhada da Invenção [030] Com referência aos desenhos em que as referências numéricas idênticas denotam os mesmos elementos através das várias vistas, as Figuras 1 e 4 ilustram um bocal de combustível exemplificativo 10 de um tipo configurado para injetar combustível à base de hidrocarboneto líquido para dentro de uma corrente de fluxo de ar de um motor de turbina a gás combustor (não mostrado). O bocal de combustível 10 é de um tipo "de estágio" o que significa que esse funciona de modo a injetar combustível, seletivamente, através de dois ou mais estágios discretos, em que cada estágio é definido por trajetórias de fluxo de combustível individuais dentro do bocal de combustível 10. A vazão de combustível pode ser também variável dentro de cada um dos estágios.

[031] O bocal de combustível 10 é conectado a um sistema de combustível 12 de um tipo conhecido, que funciona de modo a abastecer um fluxo de combustível líquido em vazões variantes de acordo com a demanda de funcionamento. O sistema de combustível abastece combustível a uma válvula de controle piloto 14 que é acoplada a um conduto de combustível piloto 16, que por sua vez abastece combustível a um injetor de combustível piloto 18 do bocal de combustível 10. O sistema de combustível 12 também abastece combustível a uma válvula de controle principal 20 que é acoplada a um conduto de combustível principal 22, que por sua vez abastece um anel de injeção principal 24 do bocal de combustível 10.

[032] Para fins descritivos, será feita referência a um eixo geométrico de linha central 26 do bocal de combustível 10 que é, em geral, paralelo a um eixo geométrico de linha central do motor (não mostrado) em que o bocal de combustível 10 seria usado. Iniciando a partir do eixo geométrico de linha central 26 e procedendo radialmente para fora, a maioria dos componentes do bocal de combustível 10 ilustrado é: o injetor de combustível piloto 18, um divisor 28, um alojamento piloto 30, o anel de injeção principal 24, um corpo externo 32 e uma blindagem térmica posterior 34. Cada uma dessas estruturas será descrita em detalhe.

[033] O injetor de combustível piloto 18 é disposto em uma extremidade a montante do bocal de combustível 10, alinhado ao eixo geométrico de linha central 26 e circundado por uma carenagem 36.

[034] O injetor de combustível piloto 18 ilustrado inclui um corpo central piloto 38, geralmente, cilíndrico e axialmente alongado. Uma extremidade a montante do corpo central piloto 38 é conectada à carenagem 36. A extremidade a jusante do corpo central piloto 38 inclui um orifício de descarga divergente e convergente 40 com uma saída cônica.

[035] Um batoque de medição 42 é disposto dentro do corpo central piloto 38. O batoque de medição 42 se comunica com o conduto de combustível piloto 16. O batoque de medição 42 inclui furos de transferência 44 que fluem combustível para um espaço anular de alimentação 46 que circunda o batoque de medição 42, e também inclui um arranjo de furos de medição angulados 48 dispostos de modo a receber combustível a partir de um espaço anular de alimentação 46 e distribuí-lo para dentro da câmara de giro justamente a montante do orifício de descarga 40 em um padrão de turbilhonamento junto a um componente de velocidade tangencial.

[036] Outros tipos de injetores piloto podem ser usados junto ao bocal de combustível 10. Por exemplo, injetores piloto que têm dois circuitos de fluxo de combustível separados, referidos como projetos de "orifício duplo”, são contemplados na técnica.

[037] O divisor anular 28 circunda o injetor de combustível piloto 18. Esse inclui, em sequência axial: uma seção a montante geralmente cilíndrica 50, uma garganta 52 de diâmetro mínimo e uma seção divergente a jusante 54. O divisor 28 inclui paredes internas e externas 56 e 58, respectivamente. Essas são unidas em conjunto nas extremidades anteriores e posteriores 60 e 62 do divisor 28, e são separadas uma da outra entre as extremidades anteriores e posteriores 60, 62 de modo a definir uma cavidade divisora 64. Uma pluralidade de furos de descarga 66 é disposta no divisor 28 adjacente à extremidade posterior 62, e que se comunica com a cavidade divisora 64 e a extremidade posterior 62. Os furos de descarga 66 podem ser alinhados axialmente ou podem ser alinhados em um ângulo agudo no eixo geométrico de linha central 26. No exemplo ilustrado, os furos de descarga 66 são alinhados em um ângulo agudo em relação ao eixo geométrico de linha central 26 a fim de transmitir um componente tangencial (isto é, turbilhonamento) no ar descarregado a partir do mesmo. Um abastecedor a montante, que fornece tanto pressão estática quanto total (não mostrado), abastece a cavidade divisora 64 com ar.

[038] Fornecendo-se ao divisor 28 um fluxo de purga, fornece-se um mecanismo para que o calor seja transferido na direção oposta ao divisor 28. A disposição da cavidade divisora 64 e dos furos de descarga 66 é eficaz para purgar a cavidade divisora 64 e evitar recirculação de ar no mesmo sem afetar o fluxo de ar através do injetor de combustível piloto 18. O volume e forma aumentados da cavidade divisora 64 a montante dos furos de descarga 66 também fornece meios de capturar poeira arrastada no fluxo de ar.

[039] Um turbilhonador de ar interno compreende um arranjo de palhetas de turbilhonamento internas radial 68 que se estende entre o corpo central piloto 38 e a seção a montante 50 do divisor 28. As palhetas de turbilhonamento internas 68 são modeladas e orientadas de modo a induzir uma turbilhonamento no fluxo de ar que passa através do turbilhonador de ar interno, em que "turbilhonamento" se refere a um fluxo que tem componentes de velocidade tanto tangenciais quanto axiais.

[040] As palhetas de turbilhonamento internas 68 podem ser configuradas de modo que essas bloqueiem a linha de visão axial a partir de uma localização "U" a montante das palhetas de turbilhonamento internas 68 para uma localização a jusante "D" das palhetas de turbilhonamento internas 68. Demonstrado de outra maneira, qualquer linha reta arbitrária situada entre o corpo central piloto 38 e o divisor 28 e orientada paralela ao eixo geométrico de linha central 26, terá de passar através da estrutura de uma das palhetas de turbilhonamento internas 68. Conforme visto nas Figuras 2, e 3, as palhetas de turbilhonamento internas 68 podem ter uma forma helicoidal ou parcialmente helicoidal.

[041] A forma helicoidal das palhetas de turbilhonamento internas 68 reduz o arrasto, enquanto mantém ou aumenta a turbilhonamento em comparação às palhetas não helicoidais. A forma das palhetas de turbilhonamento internas também aumenta a impedância a fim de aperfeiçoar a acústica e evitar que padrões dinâmicos de gás de combustor se movam a montante.

[042] O alojamento piloto anular 30 circunda o divisor 28 e define uma trajetória de fluxo para um fluxo de ar piloto, projetado em geral "P", através do bocal de combustível 10.

[043] A blindagem térmica posterior 34 é acoplada à extremidade posterior do alojamento piloto 30 e ao corpo externo 32. A blindagem térmica posterior 34 inclui uma blindagem interna 70 conectada a uma chicana 72, por exemplo, por uma ligação metalúrgica tal como brasagem.

[044] A blindagem interna 70 (consulte Figura. 4) inclui uma parede de blindagem anular 200 que inclui uma superfície interna cônica 202. Um flange de blindagem anular 204 se estende radialmente para fora a partir de uma extremidade posterior da parede de blindagem 200 e inclui uma face dianteira 206, uma face radialmente externa 208 e uma face posterior 210.

[045] Um furo rebaixado 212 se estende por parte do trajeto de uma extremidade frontal da parede de blindagem 200. Em um exemplo ilustrado, a superfície radialmente interna do furo rebaixado 212 é formada como um filete ou área de contato curvada convexa 214.

[046] Um raio convexo 216 é formado na interseção entre a face dianteira 206 e a face radialmente externa 208 do flange de blindagem 204. Uma camada de revestimento de barreira térmica 218 de um tipo conhecido pode ser ligada à face posterior 210 do flange de blindagem 204 a fim de fornecer proteção térmica adicional para o bocal de combustível 10.

[047] Conforme melhor visto na Figura 5, o flange de blindagem 204 inclui um arranjo ou fileira de áreas de contato 220 que se estende axialmente para frente a partir do mesmo. As áreas de contato 220 são em formato de "L" em vista em elevação lateral. Uma pluralidade de fendas 222 é definida entre as áreas de contato 220. As fendas 222 se estendem, em geral, em uma direção radial. Como ilustrado, as fendas 222 podem se curvar na direção oposta a uma direção puramente radial de modo a descarregar ar com um componente de velocidade tangencial e podem ser configuradas como passagens difusoras, com uma área de fluxo que aumenta a partir de suas extremidades internas ou a montante para suas extremidades externas ou a jusante.

[048] A chicana 72 inclui um flange de chicana 224 anular que se estende, em geral, radialmente. Uma aba interna radial anular 226 se estende axialmente para frente na extensão interna radial do flange de chicana 224 e inclui uma superfície interna plana 228 configurada para uma ligação metalúrgica com a blindagem interna 70. Uma aba radialmente interna anular 230 se estende axialmente para frente na extensão radialmente externa do flange de chicana 224 e inclui uma superfície dianteira plana 232 configurada para uma ligação metalúrgica com o corpo externo do bocal de combustível 32, como descrito em mais detalhes abaixo.

[049] A aba interna 226 e o flange de chicana 224 se adaptam e selam em relação às faces 234 das áreas de contato 220, fechando, de maneira eficaz, o perímetro das fendas 222. Uma pluralidade de furos de alimentação 236 se estende através da chicana 72 na interseção do flange de chicana 224 e da aba interna 226. Cada furo abastecedor 236 se comunica com uma das fendas 222.

[050] Conforme visto nas Figuras 4 e 6, o flange de chicana 224 inclui uma pluralidade de furos de resfriamento configurada com o objetivo de atingir e equilibrar a distribuição de temperatura no metal e, por isso, minimizar o campo de estresse induzido sobre toda extensão do flange de blindagem 204, de modo a maximizar a confiabilidade e vida desse componente. Para cada aplicação específica, o número e posição dos furos de resfriamento pode variar. No exemplo particular ilustrado, o flange de chicana 224 inclui dois arranjos anulares ou fileiras anulares de furos de resfriamento, a partir de uma posição radial mais interior para uma posição radial mais periférica.

[051] A primeira fileira de furos 238 é posicionada e orientada de modo a conduzir fluxo refrigerante a 90 graus na face dianteira 206 do flange de blindagem 204 a fim de fornecer cobertura refrigerante sobre a maior parte dada flange de blindagem 204. Os mesmos se estendem paralelos ao eixo geométrico de linha central 26.

[052] A segunda fileira de furos 240 é posicionada próxima ao diâmetro exterior extremo do flange de chicana 224, adjacente à aba externa radial 230. Essa fileira de furos 240 é orientada para fora (isto é, a saída a um raio maior do que a entrada) em um ângulo agudo para o eixo geométrico de linha central 26, de modo a dissipar a incidência de fluxo refrigerante existente através do intervalo entre placas a fim de reduzir seu impacto no campo misturador de fluxo local e a fim de estabelecer a circulação do ar de resfriamento de filme sobre a borda externa do flange de blindagem 204 ao longo do raio 216 e da face dianteira 206 e a fim de encorajar a recirculação desse fluxo refrigerante de ar na face posterior 210 do flange de blindagem 204 próxima a seu diâmetro externo em vez de permitir que produtos de combustão relativamente quentes recirculem a montante a partir da zona de combustão para essa localização.

[053] A blindagem térmica posterior 34 pode ser instalada da seguinte forma. O furo rebaixado 212 da blindagem térmica posterior 34 pode ser montado na extremidade posterior do alojamento piloto 30 usando-se um encaixe deslizante, com a área de contato 214 entrando em contato com uma superfície radialmente externa 242 do alojamento piloto 30.

[054] Após o encaixe deslizante estar completo, a aba externa radial 230 do flange de chicana anular 224 pode ser soldada ou, de outro modo, ligada metalurgicamente à extremidade posterior 108 do corpo externo 32 ilustrado na junção de solda 244. Um processo de soldagem típico (por exemplo, soldagem TIG ou soldagem MIG automatizada, os quais são tipos de soldagem de fusão) envolve um maçarico, um eletrodo, ou outra fonte de calor que se move em uma trajetória em torno da circunferência da junção de solda 244.

[055] O processo de solda aplica calor irregular circunferencialmente na zona de solda em torno de dois componentes correspondentes. O que é normal para o processo de solda. A retração associada ao aquecimento irregular (em uma direção perpendicular ao plano de junção) pode fazer com que a blindagem térmica posterior 34 gire lateralmente ou distorça o alojamento piloto 30 à medida que a solda é concluída. Uma ligação axial dentro da junção deslizante pode ocorrer dependendo do comprimento da tolerância radial relativa e sobreposta entre as funções correspondentes. A forma da área de contato convexa 214 minimiza as chances de a união ocorrer através do mesmo, reduzindo as chances de desalinhamento ou inconsistência no intervalo de extremidade na junção acoplada final.

[056] Enquanto a blindagem térmica posterior 34 foi mostrada e descrita como de duas peças, é também possível que a blindagem interna 70 e a chicana 72 sejam fabricadas como uma única peça.

[057] Coletivamente, o alojamento piloto 30 e a blindagem térmica posterior 34 definem uma bomba venturi 90 que inclui em sequência axial: uma seção a montante geralmente cilíndrica 92, uma garganta 94 de diâmetro mínimo e uma seção divergente a jusante 96. A seção divergente 96 tem uma porção a montante 96A e uma porção a jusante 96B, com a ruptura entre as duas porções 96A, 96B definida na junção entre o alojamento piloto 30 e a blindagem térmica posterior 34. Um primeiro ângulo de divergência 01 da porção a montante (medido em relação ao eixo geométrico de linha central 26) é selecionado por razões aerodinâmicas. Um segundo ângulo de divergência 02 da porção a jusante 96B é selecionado por outras razões e difere do ângulo de divergência Θ1. Em um exemplo ilustrado o segundo ângulo de divergência Θ2 é menor do que o primeiro ângulo de divergência Θ1, porém a relação pode ser invertida. A bomba venturi 90 em sua totalidade pode, portanto, ser referida como tendo um ângulo composto. Em contraste com bombas venturi de técnicas anteriores, o uso do ângulo composto permite que as características aerodinâmicas da porção dianteira do bocal de combustível 10 e padrões de fluxo de ar desejáveis sejam preservados enquanto se ajusta o segundo ângulo de divergência Θ2, como necessário, na extremidade posterior do bocal de combustível 10.

[058] Alternativamente, o alojamento piloto 30 e a blindagem térmica posterior 34 (e, portanto, a bomba venturi 90) podem ser formados como único componente integral.

[059] Um arranjo radial de palhetas de turbilhonamento 98 define um turbilhonador de ar externo se estende entre o divisor 28 e o alojamento piloto 30. As palhetas de turbilhonamento 98, o divisor 28, e as palhetas de turbilhonamento internas 68 sustentam fisicamente o injetor de combustível piloto 18. As palhetas de turbilhonamento 98 são formadas e orientadas de modo a induzir uma turbilhonamento no fluxo de ar que passa através do turbilhonador de ar externo.

[060] As palhetas de turbilhonamento 98 podem ser configuradas de tal modo que as mesmas bloqueiem a linha de visão axial a partir de uma localização "U" a montante das palhetas de turbilhonamento internas 68 para uma localização a jusante "D" das palhetas de turbilhonamento 98. Conforme determinado de outra maneira, qualquer linha arbitrária situada entre o divisor 28 e o alojamento piloto 30 e orientada paralela ao eixo geométrico de linha central 26 pode ter que passar através da estrutura de uma das palhetas de turbilhonamento externas 98. Conforme visto na Figura 2, as palhetas de turbilhonamento 98 podem ter uma forma helicoidal ou parcialmente helicoidal.

[061] O anel de injeção principal 24, o qual é de forma anular, inclui uma galeria de combustível principal 100 que é acoplada e abastecida com combustível pelo conduto de combustível principal 22. Um arranjo radial de orifícios de combustível principais 102 formado no anel de injeção principal 24 se comunica com a galeria de combustível principal 100. Durante o funcionamento do motor, é descarregado combustível através dos orifícios de combustível principais 102. Uma ou mais galerias de combustível piloto 104 passam rapidamente pelo anel de injeção principal 24 de maneira rente e adjacente à galeria de combustível principal 100. Durante a operação do motor, o combustível circula constantemente através de galerias de combustível piloto 104 a fim de resfriar o anel de injeção principal 24 e impedir o coqueamento da galeria de combustível principal 100 e dos orifícios de combustível principais 102.

[062] O corpo externo anular 32 circunda o anel de injeção principal 24, a bomba venturi 90 e o injetor de combustível piloto 18, e define a extensão externa do bocal de combustível 10. Uma extremidade dianteira 106 do corpo externo 32 é unida a uma haste 35 quando montada, e a extremidade posterior 108 do corpo externo 32 é unida à blindagem térmica posterior 34 como acima descrito. Uma superfície externa geralmente cilíndrica 110 se estende entre as extremidades anteriores e posteriores 106, 108 que, durante seu funcionamento, é exposta a um fluxo de ar misturador, em geral, projetado como "Μ". O corpo externo 32 define uma trajetória de fluxo 112 secundária (em cooperação com a bomba venturi 90 e com um corpo interno anular 117 que é disposto radialmente entre o anel de injeção principal 24 e a bomba venturi 90). A trajetória de fluxo 112 secundária é abastecida com fluxo de ar através de uma ou mais janelas 116, formadas no alojamento piloto 90 a montante das palhetas de turbilhonamento internas 68. O ar que passa através dessa trajetória de fluxo 112 secundária abastece os furos 236, 238, 240 da blindagem térmica posterior 34.

[063] O corpo externo 32 inclui um arranjo de aberturas anular 114. Cada um dentre os orifícios de combustível principais 102 é alinhado a uma das aberturas 114. Dentro do bocal de combustível 10, uma trajetória de fluxo é fornecida para a corrente de ar de ponta a fim de fornecer um fluxo mínimo necessário para manter uma pequena margem de pressão acima da pressão externa em locais próximos às aberturas 114. Em um exemplo ilustrado, esse fluxo é fornecido por pequenos furos de abastecimento 118 no corpo interno 117 que se comunicam com a trajetória de fluxo 112 secundária.

[064] O bocal de combustível 10 e seus componentes constituintes podem ser construídos a partir de uma ou mais ligas metálicas. Exemplos não limitantes de ligas adequadas incluem ligas à base de níquel e de cobalto.

[065] A totalidade, ou parte do bocal de combustível 10, ou porções do mesmo, pode ser parte de um componente unitário único, de uma peça ou monolítico, e pode ser fabricado usando-se um processo de fabricação que compreende uma construção camada-por-camada ou fabricação aditiva (de maneira oposta à remoção de materiais como em processos de usinagem convencionais). Tais processos podem ser referidos como "processos de fabricação rápida" e/ou "processos de fabricação aditiva," com o termo "processo de fabricação aditiva" sendo o termo usado no presente documento para se referir, em geral, a tais processos. Processos de fabricação aditiva incluem, porém não se limitam a: Fusão de Metal a laser Direta (DMLM), Fabricação a Laser em Formato de Rede (LNSM), Sinterização de Feixe de Elétrons, Sinterização a Laser Seletiva (SLS), impressão 3D, tal como por jatos de tinta e jatos a laser, Estereolitografia (SLA), Fusão de Feixe de Elétrons (EBM), Modelagem Projetada a Laser em Formato de Rede (LENS), e Deposição de Metal Direta (DMD).

[066] O bocal de combustível descrito acima tem vários benefícios quando comparado à técnica anterior. O mesmo fornece meios para resfriamento eficaz do divisor e tem características acústicas e aerodinâmicas. A análise tem mostrado que o divisor oco, as palhetas de turbilhonamento de formato helicoidal e o ângulo composto da bomba venturi são particularmente benéficos quando usados em combinação no bocal de combustível.

[067] O antecedente descreveu um bocal de combustível para um bocal de combustível de motor de turbina a gás. Todos as funções reveladas neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações anexas, resumo e figuras) e/ou todas as etapas de qualquer método ou processo aqui revelado, podem ser combinados em qualquer combinação, exceto em combinações em que pelo menos algumas dentre tais funções e/ou etapas sejam mutuamente exclusivas.

[068] Cada função revelada neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e figuras) pode ser substituída por funções alternativas que satisfaçam um mesmo propósito ou um propósito equivalente ou semelhante, a menos que seja expressamente indicado o contrário. Portanto, a menos que seja expressamente indicado o contrário, cada função revelada é apenas um exemplo de uma série genérica de funções equivalentes ou semelhantes.

[069] A invenção não se restringe aos detalhes das realizações supracitadas. A invenção se estende a quaisquer funções inovadoras ou combinações inovadoras de funções reveladas neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos anexos), ou a qualquer etapa inovadora ou qualquer combinação inovadora de etapas de qualquer método ou processo aqui revelado.

Lista de Componentes Reivindicações

Claims

1. APARELHO DE BOCAL DE COMBUSTÍVEL para um motor de turbina a gás caracterizado pelo fato de que compreende: um corpo externo anular (32), em que o corpo externo (32) se estende paralelo a um eixo geométrico de linha central e tem uma superfície externa que se estende entre extremidades anteriores e posteriores, em que uma pluralidade de aberturas (114) passa através da superfície externa; um anel de injeção principal anular (24) disposto dentro do corpo externo (32), em que o anel de injeção principal (24) inclui: uma galeria de combustível principal (100) que se estende em uma direção circunferencial; e uma pluralidade de orifícios de combustível principais (102), em que cada orifício de combustível principal se comunica com a galeria de combustível principal (100) e se alinha a uma das aberturas (114) do corpo externo (32); uma bomba venturi anular (90) disposta dentro do anel de injeção principal (24); um divisor anular (28) disposto dentro da bomba venturi (90), em que o divisor (28) inclui paredes externas e internas que são unidas nas extremidades anteriores e posteriores do divisor (28) e são separadas umas das outras entre as extremidades anteriores e posteriores de modo a definir uma cavidade divisora (64), e uma pluralidade de furos de descarga (66) que se comunica com a cavidade divisora (64); um arranjo de palhetas de turbilhonamento externas (98) que se estende entre a bomba venturi (90) e o divisor (28); um injetor de combustível piloto (18) disposto dentro do divisor (28); e um arranjo de palhetas de turbilhonamento internas (68) que se estende entre o divisor (28) e o injetor de combustível piloto (18).

2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção divergente (96) tem uma porção a montante (96A) que tem um primeiro ângulo de divergência e uma porção a jusante (96B) que tem um segundo ângulo de divergência diferente do primeiro ângulo de divergência.

3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma dentre as palhetas de turbilhonamento internas ou externas é configurada de modo a bloquear uma linha de visão axial a partir de uma localização a montante das palhetas de turbilhonamento para uma localização a jusante das palhetas de turbilhonamento.

4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a bomba venturi (90) compreende: um alojamento piloto (30) que define a porção a montante (96A); e uma blindagem térmica posterior (34) que define a porção a jusante (96B).

5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a blindagem térmica posterior (34) compreende: uma parede de blindagem anular (200) e uma superfície interna cônica; um flange de blindagem anular (204) que se estende radialmente para fora a partir de uma extremidade posterior da parede de blindagem (200); um flange de chicana anular (224) que circunda a parede de blindagem (200) e disposto de modo que um intervalo axial seja definido entre o flange de blindagem (204) e o flange de chicana (224), em que o flange de chicana (224) inclui uma aba radialmente externa (230) que se estende axialmente para frente a partir do mesmo; e uma pluralidade de furos de resfriamento por impacto (236, 238) que passa através do flange de chicana (224) e que são orientados de modo a conduzir o fluxo de ar em direção ao flange de blindagem (204).

6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que: a blindagem térmica posterior (34) compreende uma blindagem interna (70) disposta dentro de uma chicana (72); a blindagem interna (70) define a parede de blindagem (200) e o flange de blindagem (204); e a chicana (72) inclui: o flange de chicana (224); uma aba radialmente interna anular (226) que se estende axialmente para frente em uma extensão interna radial do flange de chicana (224) e que entra em contato com a blindagem interna (70); e a aba externa (230) que se estende axialmente para frente em uma extensão radialmente externa do flange de chicana (224).

7. APARELHO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a blindagem interna (70) inclui um arranjo de áreas de contato (220) que entram em contato com a chicana (72), em que as áreas de contato (220) têm um arranjo de fendas radial (222) formado nas mesmas.

8. APARELHO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a chicana inclui uma pluralidade de furos de alimentação que se comunica com as fendas (222).

9. APARELHO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as fendas (222) são curvadas de modo a descarregarem ar com um componente de velocidade tangencial.

10. APARELHO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as fendas (222) têm uma área de fluxo que diminui a partir de extremidades a montante das fendas (222) para extremidades a jusante das fendas (222).