BR102016013255A2

BR102016013255A2 - bocal de combustível

Info

Publication number: BR102016013255A2
Application number: BR102016013255A
Authority: BR
Inventors: Alfred Albert Mancini; Michael Anthony Benjamin; Rameshkumar Muthuvel Chandrasekaran
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2016-12-27
Also published as: US10184665B2; CA2931213A1; EP3104080A1; CN106247404A; CN106247404B; US20160363320A1; JP2017003257A

Abstract

trata-se de um bocal de combustível (10) para um motor de turbina a gás, que pode incluir um injetor de combustível piloto (18) que tem uma parede interna de corpo central piloto (40) axialmente alongada e uma parede externa de corpo central piloto (41), com a parede interna de corpo central piloto (40) axialmente alongada se estendendo a partir de uma extremidade a montante para uma passagem de combustível anular (25), definindo a extremidade a jusante do injetor de combustível piloto (18). a passagem de combustível cruza com a parede interna de corpo central piloto (40) em um orifício de medição de combustível piloto (21). o bocal de combustível (10) também inclui uma superfície de filme de combustível piloto a jusante a partir da passagem de combustível anular (25) e um divisor anular (28) que circunda o injetor de combustível piloto (18). o divisor anular (28) compreende, em sequência axial: uma seção a montante, um gargalo de divisor (56) que tem um diâmetro que é maior que um diâmetro a jusante definido pela superfície de filme de combustível piloto, e uma superfície divergente a jusante (58) que tem um ângulo divergente médio de cerca de 24° a cerca de 40° em relação a um eixo geométrico central (26).

Description

"BOCAL DE COMBUSTÍVEL" Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se, em geral, a bocais de combustível de motor de turbina a gás. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um bocal de combustível para motor de turbina a gás com combustor TAPS (pré-turbilhonado anular duplo) para aplicação em aeronaves de aviação comercial geral.

Antecedentes da Invenção [002] Os motores de turbina a gás de aeronave incluem um combustor no qual o combustível é queimado para inserir calor ao ciclo do motor. Os combustores típicos incorporam um ou mais injetores de combustível, cuja função é introduzir combustível líquido em uma corrente de fluxo de ar para que possa atomizar e queimar.

[003] Os combustores em estágio foram desenvolvidos para operar com baixa poluição, alta eficácia, baixo custo, saída de motor elevada e boa operabilidade do motor. Em um combustor em estágio, os bocais do combustível do combustor são operáveis para seletivamente injetar combustível através de dois ou mais estágios distintos, sendo que cada estágio é definido por percursos de escoamento de combustível individuais dentro do bocal de combustível. Por exemplo, o bocal de combustível pode incluir um estágio piloto que opere continuamente e um estágio principal que opere apenas em níveis de potência de motor mais elevados. Um exemplo desse bocal de combustível é um bocal de combustível Turbilhonador de Pré-Mistura Anular Duplo (TAPS). A taxa de fluxo de combustível também pode ser variável dentro de cada um dos estágios.

[004] Os bocais de combustível TAPS exigem dois estágios de injeção/mistura dentro do injetor para baixas emissões. O Número de Fluxo de Ponta máximo de estágio piloto, e assim, a capacidade de fluxo, é limitado pelo desempenho da atomização em condições de fluxo baixas (por exemplo, de partida e em inatividade). Como tal, existe uma necessidade de capacidade de fluxo elevada no estágio piloto, particularmente, com respeito aos bocais de combustível do estilo TAPS.

Breve Descrição da Invenção [005] Aspectos e vantagens da invenção serão estabelecidos, em parte, na descrição a seguir, ou podem ser óbvios a partir da descrição ou podem ser aprendidos através da prática da invenção.

[006] Um bocal de combustível é geralmente fornecido para um motor de turbina a gás. Em uma realização, o bocal de combustível inclui um injetor de combustível piloto que tem uma parede interna de corpo central piloto axialmente alongada e uma parede externa de corpo central piloto, com a parede interna de corpo central piloto axialmente alongada se estendendo de uma extremidade a montante para uma passagem anular de combustível, definindo a extremidade a jusante do injetor de combustível piloto. A passagem de combustível cruza com a parede interna de corpo central piloto em um orifício de medição de combustível piloto. O bocal de combustível também inclui uma superfície de filme de combustível piloto a jusante da passagem de combustível anular e um divisor anular que circunda o injetor de combustível piloto. O divisor anular compreende, em sequência axial: uma seção a montante genericamente cilíndrica, um gargalo de divisor a jusante da superfície de filme de combustível piloto, e que tem um diâmetro que é maior que o diâmetro a jusante definido pela superfície de filme de combustível piloto, e uma superfície divergente a jusante que tem um ângulo divergente médio de cerca de 24° a cerca de 40° em relação a um eixo geométrico central.

[007] Esses e outros recursos, aspectos e vantagens da presente invenção serão mais bem compreendidos com referência à descrição a seguir e às reivindicações anexas. Os desenhos anexos, os quais são incorporados e constituem uma parte desse relatório descritivo, ilustram as realizações da invenção e, junto com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

Breve Descrição das Figuras [008] Uma divulgação completa e possível da presente invenção, incluindo o melhor modo da mesma, direcionada a um versado na técnica, é estabelecida no relatório descritivo, que faz referência às figuras anexas, em que: A Figura 1 é uma vista esquemática em corte transversal de um bocal de combustível do motor de turbina a gás construído de acordo com um aspecto da presente invenção; A Figura 2 é uma vista em corte transversal esquemática explodida do bocal de combustível do motor de turbina a gás da Figura 1; e A Figura 3 é uma vista em corte transversal esquemática transversal explodida da porção piloto do bocal de combustível do motor de combustível da Figura 1.

Descrição Detalhada da Invenção [009] Agora será feita referência em detalhes às presentes realizações da invenção, dos quais um ou mais exemplos são ilustrados nos desenhos anexos. A descrição detalhada usa designações alfanuméricas para se referir aos recursos nos desenhos. Designações iguais ou similares nos desenhos e na descrição foram usadas para se referir a partes iguais ou similares da invenção. Conforme usado neste documento, os termos “primeiro”, “segundo” e “terceiro” podem ser usados indistintamente para distinguir um componente do outro, e não se destinam a significar localização ou importância dos componentes individuais. Os termos “a montante” e “a jusante” referem-se à direção relativa com respeito ao fluxo do fluido em um caminho do fluido. Por exemplo, “a montante” refere-se à direção da qual o fluido flui, e “a jusante” refere-se à direção para a qual o fluido flui.

[010] A Figura 1 mostra um bocal de combustível exemplificativo 10 de um tipo configurado para injetar combustível de hidrocarboneto líquido em uma corrente de fluxo de ar de um combustor do motor de turbina a gás (não mostrado). O bocal de combustível 10 é de um tipo "em estágio" que significa que é operável para injetar seletivamente o combustível através de dois ou mais estágios distintos, sendo que cada estágio é definido por caminhos de fluxo de combustível individuais dentro do bocal de combustível 10. A taxa de fluxo de combustível também pode ser variável dentro de cada um dos estágios.

[011 j O bocal de combustível 10 é conectado a um sistema de combustível 12 de um tipo conhecido, operável para fornecer um fluxo de combustível líquido em taxas de fluxo variáveis de acordo com a necessidade operacional. O sistema de combustível fornece combustível a uma válvula de controle piloto 14 que é acoplada a um conduíte de combustível piloto 16, que, por sua vez, fornece combustível a uma linha de suprimento piloto 19 interna dentro do bocal de combustível 10. O sistema de combustível 12 também supre combustível a uma válvula principal 20 que é acoplada a um conduíte de combustível principal 22, que, por sua vez, supre um anel injetor principal 24 do bocal de combustível 10.

[012] Para fins de descrição, será feita referência a um eixo geométrico central 26 do bocal de combustível 10 que é, em geral, paralelo a um eixo geométrico central do motor (não mostrado) em que o bocal de combustível 10 seria usado. Os componentes principais do bocal de combustível ilustrado 10 estão dispostos se estendendo paralelo a e ao redor do eixo geométrico central 26, de modo geral, como uma série de anéis concêntricos. Começando do eixo geométrico central 26 e prosseguindo radialmente para fora, os componentes principais são: o injetor de combustível piloto 18, um divisor 28, um difusor 30, um corpo interno 32, um suporte de anel principal 34, o anel de injeção principal 24 e um corpo externo 36. Cada uma dessas estruturas será descrita em detalhes.

[013] O injetor de combustível piloto 18 está disposto em uma extremidade a montante do bocal de combustível 10, alinhado com o eixo geométrico central 26. Conforme mostrado, o injetor de combustível piloto 18 inclui uma parede interna de corpo central piloto 40 axialmente alongada, que forma um tubo oco, e uma parede externa de corpo central piloto 41. Uma passagem de combustível anular 25 que define a extremidade a jusante do tubo oco do injetor de combustível piloto 18, com a passagem de combustível 25 cruzando com a parede do corpo central 40 em um orifício de medição de combustível piloto 21. Uma superfície de filme de combustível piloto 23 está a jusante a partir da passagem de combustível anular 25, de modo que sua extremidade a montante é definida pelo orifício de medição de combustível piloto 21. A superfície de filme de combustível piloto 23 termina em sua extremidade a jusante no circuito de ar interno 52.

[014] A parede de corpo central 40 tem uma orientação divergente-convergente a jusante do orifício de medição de combustível piloto 21 para definir um gargalo 43 entre o turbilhonador central 51 e o orifício de medição de combustível piloto 21. Em uma realização, o gargalo 43 tem um diâmetro de gargalo de cerca de 0,75 a cerca de 1,25 vez uma distância do gargalo ao pré-formador de filme medida ao longo do eixo geométrico central 26 do gargalo 43 à extremidade a jusante da superfície de filme de combustível piloto 23. Por exemplo, o gargalo 43 pode ter um diâmetro de gargalo de cerca de 0,9 a cerca de 1,1 vez a distância do gargalo ao pré-formador de filme.

[015] O gargalo 43 tem um diâmetro interno que é menor que o diâmetro de qualquer outra área dentro do injetor de combustível piloto 18 definida pela parede de corpo central 40. Em uma realização, a parede de corpo central 40 define um ângulo divergente médio de cerca de 3o a cerca de 7o em relação ao eixo geométrico central 26 na porção a jusante entre o gargalo 43 e o orifício de medição de combustível piloto 21, tal como cerca de 4o a cerca de 6o. Em uma realização, a parede de corpo central 40 define um ângulo convergente de cerca de 1o a cerca de 15° em relação ao eixo geométrico central 26 na porção a montante entre o turbilhonador central 51 e o gargalo 43, tal como cerca de 5o a cerca de 10°.

[016j A razão do comprimento para diâmetro da superfície de filme de combustível piloto 23 é, em realizações particulares, cerca de 0,3 a cerca de 0,75, medida pela divisão da distância da superfície de filme de combustível piloto 23 do orifício de medição de combustível piloto 21 ao circuito de ar interno 52 pelo menor diâmetro definido pela superfície de filme de combustível piloto 23. Em uma realização, a superfície de filme de combustível piloto 23 tem um diâmetro constante do orifício de medição de combustível piloto 21 ao circuito de ar interno 52. O diâmetro constante da superfície de filme de combustível piloto 23 é, em uma realização particular, maior que o diâmetro a jusante da parede interna de corpo central piloto axialmente alongada.

[017j Um circuito de ar central 50 é definido pelo turbilhonador central 51 que tem palhetas de turbilhonamento centrais 48 formadas e orientadas para induzir turbilhonamento no fluxo de ar através do turbilhonador central 51 e no injetor de combustível piloto 18. Em uma realização, as palhetas de turbilhonamento centrais 51 definem uma borda de fuga que tem um ângulo com relação ao eixo geométrico central 26 que é cerca de 40° a cerca de 50°.

[018] Um cartucho de combustível piloto 17 é posicionado entre a parede interna de corpo central piloto 40 e a parede externa de fuso piloto central 41 e fornece um caminho de turbilhonamento para a linha de suprimento piloto 19. Conforme discutido abaixo, o circuito de combustível piloto é designado para ser termicamente acoplado com o circuito de combustível principal ao ser canalizado através de uma passagem posicionada no anel radialmente fora do circuito principal e mais perto do corpo central principal. À medida que o piloto combustível flui em torno do anel, a passagem é designada para dividir e reunir o fluxo ao redor de cada posto de injeção principal. À medida que o fluxo piloto continua sua jornada além do anel principal e para o corpo central piloto, o combustível piloto entra no cartucho de combustível piloto 17 e assume duas voltas helicoidais em torno na linha central antes de encontrar os orifícios pilotos de medição de combustível 21, que são estruturas anulares com fluxo helicoidal e orifícios de medição.

[019] O injetor de combustível piloto 18 define uma zona de chama piloto estável relativamente pequena, que é alimentada pelo injetor de combustível piloto 18 por sopro de ar e estabelecida com ar fornecido pelo circuito de ar central 50 e pelo circuito de ar interno 52. Essa zona de queima piloto é localizada centralmente dentro do campo de fluxo do combustor anular em um sentido radial e é fornecido ar pelo circuito de ar central 50 e pelo circuito de ar interno 52.

[020] Conforme mostrado mais particularmente nas Figuras 2 e 3, o injetor de combustível piloto 18 define uma porta de entrada de ar de purga 38 que se estende uma cavidade de ar de purga interna 39, que é definida entre a parede interna de corpo central piloto 40 e o cartucho de combustível piloto 17. O injetor de combustível piloto 18 também define uma porta de entrada de ar de purga externa 44 que se estende a partir de uma cavidade de ar de purga externa 45, que é definida entre o cartucho de combustível piloto 17 e a parede externa de corpo central piloto 41. As portas de entrada de ar de purga interna e externa 38, 44 são dimensionadas e colocadas em série com dimensões de lacuna de saída controladas para gerenciar a admissão de gás quente e aquecimento convectivo interno ao manter as velocidades internas em um mínimo enquanto ainda fornece um pequeno fluxo positivo através das lacunas de purga de saída em todos os momentos para manter a margem contra o refluxo do combustível nas cavidades 39, 45, respectivamente. Manter o fluxo de purga no mínimo também mantém aquecimento convectivo local nos locais de injeção em um mínimo.

[021] As cavidades de ar de purga interna e externa 39, 45 são posicionadas em qualquer lado do cartucho de combustível piloto 17 de modo a ajudar a equalizar os potenciais de pressão dentro de qualquer um e, portanto, minimizar o fluxo de ar interno entre si através do tubo de cruzamento de corpo central. Essa equalização reduz aquecimento convectivo dos tubos pilotos que passam entre os corpos centrais dentro dessa passagem, e garante um aquecimento mínimo causado pelo impacto de ar na superfície das passagens que portam combustível localizadas do cruzamento.

[022] Conforme mostrado na Figura 3, a cavidade de ar de purga interna 39 tem uma região de expansão 100 onde a distância entre a parede interna de corpo central piloto 40 e o cartucho de combustível piloto 17 é crescente. Além disso, a cavidade de ar de purga interna 39 tem uma região de contração 102 onde a distância entre a parede interna de corpo central piloto 40 e o cartucho de combustível piloto 17 é decrescente. Uma área de anel expandida 104 é definida entre a região de expansão 100 e a região de contração 102. A porta de entrada de ar de purga interna 38 se estende da região de contração 102 em sua menor distância (isto é, oposta da área de anel de expansão 104).

[023] Similarmente, a cavidade de ar de purga externa 45 tem uma região de expansão 200 onde a distância entre a parede externa de corpo central piloto 41 e o cartucho de combustível piloto 17 é crescente. Além disso, a cavidade de ar de purga externa 45 tem uma região de contração 202 onde a distância entre a parede externa de corpo central piloto 41 e o cartucho de combustível piloto 17 é decrescente. Uma área de anel expandida 204 é definida entre a região de expansão 200 e a região de contração 202. A porta de entrada de ar externa 45 se estende a partir da região de contração 202 em sua menor distância (isto é, oposta da área de anel expandida 204).

[024] Novamente com referência à Figura 1, o divisor anular 28 circunda o injetor de combustível piloto 18. O mesmo inclui, em sequência axial: uma seção a montante genericamente cilíndrica 54, um gargalo de divisor 56 de diâmetro mínimo e uma superfície divergente a jusante 58. Conforme mostrado, o gargalo de divisor 56 está a jusante da superfície de filme de combustível piloto 23 e tem um diâmetro que é maior que o diâmetro a jusante definido pela superfície de filme de combustível piloto 23. A seção divergente a jusante 58 tem um ângulo divergente médio de cerca de 24° a cerca de 40° em relação a um eixo geométrico central 26. Em uma realização, a seção divergente a jusante 58 tem um ângulo divergente substancialmente constante (por exemplo, em um ângulo divergente de cerca de 24° a cerca de 40° em relação a um eixo geométrico central 26).

[025] Dentro do circuito de ar interno 52, um turbilhonador de ar interno 60 compreende uma matriz radial de palhetas de turbilhonamento internas 61 que se estendem entre o corpo central piloto 40 e a seção a montante 54 do divisor 28. As palhetas de turbilhonamento internas 61 são formadas e orientadas para induzir uma turbilhonamento dentro do fluxo de ar que passa pelo turbilhonador de ar interno 60. Em uma realização, as palhetas de turbilhonamento internas 61 definem um borda de fuga com um ângulo de cerca de 10° a cerca de 35° em relação ao eixo geométrico central. Em uma realização particular, o circuito de ar interno 52 definido a partir do turbilhonador de ar interno 60 à sua interseção com a superfície de filme de combustível piloto 23 tem um espaçamento de passagem substancialmente constante anular entre a parede externa de corpo central piloto 41 e a seção a montante 54 do divisor anular 28. Sem desejar ater-se a nenhuma teoria particular, acredita-se que esse espaçamento substancialmente constante permita que o ar de velocidade mais alta fique na superfície interna, de modo a fornecer boa atomização do combustível que sai da superfície de formação de filme do combustível 23.

[026] O difusor anular 30 circunda o divisor 28. O mesmo inclui, em sequência axial: uma seção a montante genericamente cilíndrica 62, um gargalo 64 de diâmetro mínimo e um seção divergente a jusante 66. Em uma realização, a seção divergente a jusante 66 tem um ângulo divergente médio de cerca de 28° a cerca de 44° em relação ao eixo geométrico central. A seção divergente a jusante 66, em uma realização particular, pode ter um ângulo divergente substancialmente constante que é cerca de 28° a cerca de 44° em relação ao eixo geométrico central.

[027] O circuito de ar externo 69 inclui uma matriz radial de palhetas de turbilhonamento externas 68 que definem um turbilhonador de ar externo 67 se estende entre o divisor 28 e o difusor 30. As palhetas de turbilhonamento externas 68, divisor 28 e palhetas de turbilhonamento internas 60 suportam fisicamente o injetor de combustível piloto 18. As palhetas de turbilhonamento externas 68 são formadas e orientadas para induzir uma turbilhonamento no fluxo de ar que passa pelo turbilhonador de ar externo 67. Em uma realização, as palhetas de turbilhonamento externas definem uma borda de fuga com um ângulo de cerca de 40° a cerca de 60° em relação ao eixo geométrico central, tal como cerca de 40° a cerca de 55°.

[028] O calibre do difusor 30 define um caminho de fluxo para um fluxo de ar piloto através do bocal de combustível 10. Um protetor térmico 70 na forma de uma placa anular, que se estende radialmente, pode estar disposta em uma extremidade traseira da seção divergente 66. Um revestimento térmico de barreira (TBC) (não mostrado) de um tipo conhecido pode ser aplicado na superfície do protetor térmico 70 e/ou da seção divergente 66.

[029] Para manter o combustível fora da parede difusor 31 e ajudar a manter a estabilidade piloto enquanto as duas zonas de queima operam, de certa forma, independentemente, uma zona de segurança é adicionada ao longo da parede difusor 31 através do circuito de ar externo 69 formado a partir das palhetas de turbilhonamento externas 68. O circuito de ar externo 69 é uma passagem anular que se encontra radialmente dentro da parede difusor 31 e diretamente adjacente ao divisor 28, o que separa o circuito de ar interno 52 e o circuito de ar externo 69 e permite parâmetros de projeto completamente independentes para qualquer circuito (isto é, ângulos de viragem de palhetas, foco de saída, divisão por impulso e área eficazes). Em uma realização, o circuito de ar externo 69 é definido a partir do turbilhonador de ar externo 67 a uma extremidade a jusante do divisor anular 28, com um espaçamento de passagem substancialmente constante entre o difusor anular 30 e o divisor anular 28.

[030] O corpo interno anular 32 circunda o difusor 30 e serve como um protetor térmico radiante, bem como outras funções descritas abaixo. O suporte de anel principal anular 34 circunda o corpo interno 32. O suporte de anel principal 34 serve como uma conexão mecânica entre o anel de injeção principal 24 e a estrutura de montagem estacionária, tal como uma haste do bocal de combustível 72.

[031] O anel de injeção principal 24 é anular na forma, e circunda o difusor 30. O mesmo pode estar conectado ao suporte de anel principal 34 por um ou mais braços de suporte principais (não mostrados). O anel de injeção principal 24 inclui uma galeria de combustível principal 76 que se estende em uma direção circunferencial, que é acoplada e suprida com combustível pelo conduíte de combustível principal 22. Uma matriz radial de orifícios de combustível principal 78 formada no anel de injeção principal 24 se comunica com a galeria de combustível principal 76. Durante a operação do motor, o combustível é descarregado através dos orifícios do combustível principal 78. Em execução, através do anel de injeção principal 24 intimamente adjacente à galeria de combustível principal 76, estão uma ou mais galerias de combustível piloto 80. Durante a operação do motor, o combustível constantemente circula através das galerias de combustível piloto 80 para resfriar o anel de injeção principal 24 e prevenir o coqueamento da galeria de combustível principal 76 e dos orifícios do combustível principal 78.

[032] O corpo externo anular 36 circunda o anel de injeção principal 24, o difusor 30 e o injetor de combustível piloto 18, e define a extensão externa do bocal de combustível 10. Uma extremidade dianteira 82 do corpo externo 36 é unida à haste 72. Uma extremidade traseira do corpo externo 36 pode incluir um defletor anular, que se estende radialmente 84 incorporando furos de refrigeração 86 direcionados no protetor térmico 70. Se estendendo entre as extremidades dianteira e traseira está uma superfície exterior genericamente cilíndrica 88, que, em operação, é exposta a um fluxo de ar do misturador. O corpo externo 36 define um caminho de fluxo secundário 90 em cooperação com o difusor 30 e o corpo interno 32. O ar que passa por esse caminho de fluxo secundário 90 é descarregado através dos furos de refrigeração 86.

[033] O corpo externo 36 inclui uma matriz anular de recessos, referidos como poços de pulverização 92. Cada um dos poços de pulverização 92 é definido pela abertura 94 no corpo externo 36 em cooperação com o anel de injeção principal 24. Cada um dos orifícios do combustível principal 78 é alinhado com um dos poços de pulverização 92.

[034] O corpo externo 36 e o corpo interno 32 cooperam para definir um espaço ou vazio terciário anular 96 protegido do fluxo de ar externo, envolvente. O anel de injeção principal 24 está contido nesse vazio. Dentro do bocal de combustível 10, um caminho de fluxo é fornecido para a corrente de ar de ponta para comunicar e suprir o vazio 96 com um fluxo mínimo necessário para manter uma margem de pressão pequena acima da pressão externa em localizações próximas dos poços de pulverização 92. No exemplo ilustrado, esse fluxo é fornecido por ranhuras de suprimento pequenas (não mostradas) e furos de suprimento (não mostrados) dispostos no difusor 30 e no corpo interno 32, respectivamente.

[035] O bocal de combustível 10 e seus componentes constituintes podem ser construídos de uma ou mais ligas metálicas. Exemplos não limitantes de ligas adequadas incluem ligas de níquel e à base de cobalto. Todo ou parte do bocal de combustível 10, ou porções do mesmo, pode ser parte de um componente unitário simples, de uma peça ou monolítico, e pode ser fabricado com o uso um processo de fabricação que envolve construção camada por camada ou fabricação aditiva (em oposição à remoção do material, como com processos de usinagem convencionais). Esses 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, neste documento, para se referir, em geral, a esses processos. Os processos de fabricação aditiva incluem, entre outros: Fusão a Laser de Metal Direto (DMLM), Fabricação em Forma Líquida a Laser (LNSM), sinterização por feixe de elétrons, Sinterização Seletiva a Laser (SLS), impressão 3D, como por jatos de tinta e jatos a laser, Esterolitografia (SLS), Fusão por Feixe de Elétrons (EBM), Formação Líquida Projetada a Laser (LENS) e Deposição Direta de Metal (DMD).

[036] O supracitado descreveu uma estrutura de injeção principal para um bocal de combustível de motor de turbina a gás. Todos os recursos divulgados neste relatório descritivo (incluindo quaisquer reivindicações, o resumo e os desenhos anexos), e/ou todas as etapas de qualquer método ou processo assim divulgado, podem ser combinados em qualquer combinação, exceto combinações onde pelo menos alguns desses recursos e/ou etapas são mutuamente exclusivos.

[037] Essa descrição escrita usa exemplos para divulgar a invenção, incluindo o melhor modo, e também possibilita que qualquer versado na técnica pratique a invenção, incluindo produzir e usar quaisquer dispositivos e sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram aos versados na técnica. Esses outros exemplos são destinados a estar dentro do escopo das reivindicações se eles incluírem elementos estruturais que não se difiram da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais das linguagens literais das reivindicações.

Lista de Partes 10 Bocal de combustível 12 Sistema de combustível 14 Válvula de controle piloto 16 Conduíte de combustível piloto 17 Cartucho de combustível piloto 18 Injetor de combustível piloto 19 Linha de suprimento piloto 20 Válvula principal 21 Orifício de medição de combustível piloto 22 Conduíte de combustível principal 23 Superfície de filmagem de combustível piloto 24 Anel de injeção principal 25 Passagem de combustível anular 26 Eixo central 28 Divisor 30 Venturi 31 Parede venturi 32 Corpo interno 34 Suporte de anel principal 36 Corpo externo 38 Porta de entrada de ar de purga interna 39 Cavidade de ar de purga interna 40 Parede de fuso central piloto interna 41 Parede de fuso central piloto externa 42 Orifício de descarga 43 Estreitamento 44 Porta de entrada de ar de purga externa 45 Cavidade de ar de purga externa 48 Palhetas de turbulência central 50 Circuito de ar central 51 Turbilhonador central 52 Circuito de ar interno 54 Seção a montante 56 Estreitamento 58 Seção divergente 60 Turbilhonador de ar interno 61 Palhetas do turbilhonador interno 62 Seção a montante 64 Estreitamento 66 Seção divergente 67 Turbilhonador de ar externo 68 Palhetas de turbulência externa 69 Circuito de ar externo 70 Protetor térmico 72 Haste de bocal de combustível 76 Galeria de combustível principal 78 Orifícios de combustível principal 80 Galerias de combustível piloto 82 Extermidade dianteira 84 Defletor 86 Furos 88 Superfície exterior 90 Caminho de fluxo 92 Poços de pulverização 94 Abertura 96 Vazio 100 Região de expansão 102 Região de contração 104 Área de anel expandida 200 Região de expansão 202 Região de contração 204 Área de anel expandida Reivindicações

Claims

1. BOCAL DE COMBUSTÍVEL (10), caracterizado pelo fato de que compreende: um injetor de combustível piloto (18) que compreende uma parede interna de corpo central piloto (40) axialmente alongada e uma parede externa de corpo central piloto (41), em que a parede interna de corpo central piloto (40) axialmente alongada se estende a partir de uma extremidade montante para uma passagem de combustível anular (25), definindo a extremidade a jusante do injetor de combustível piloto (18), em que a passagem de combustível anular (25) cruza com a parede interna de corpo central piloto (40) em um orifício de medição de combustível piloto (21); uma superfície de filme de combustível piloto a jusante a partir da passagem de combustível anular (25); um divisor anular (28) que circunda o injetor de combustível piloto (18), em que o divisor anular (28) compreende, em sequência axial: uma seção a montante genericamente cilíndrica (54), um gargalo de divisor (56) a jusante da superfície de filme de combustível piloto, e que tem um diâmetro que é maior que um diâmetro a jusante definido pela superfície de filme de combustível piloto, e uma superfície divergente a jusante (58) que tem um ângulo divergente médio de cerca de 24° a cerca de 40° em relação a um eixo geométrico central (26).

2. BOCAL DE COMBUSTÍVEL (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície divergente a jusante (58) do divisor anular (28) tem um ângulo divergente substancialmente constante que é cerca de 24° a cerca de 40° em relação ao eixo geométrico central (26).

3. BOCAL DE COMBUSTÍVEL (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda: um turbilhonador interno (60) que compreende uma matriz radial de palhetas de turbilhonamento internas (61) que se estendem entre a parede externa de corpo central piloto (41) e a seção a montante (54) do divisor anular (28), em que as palhetas de turbilhonamento internas (61) definem uma borda de fuga com um ângulo de cerca de 10° a cerca de 35° em relação ao eixo geométrico central (26).

4. BOCAL DE COMBUSTÍVEL (10), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o circuito de ar interno (52) é definido a partir do turbilhonador de ar interno (60) a uma interseção com a superfície de filme de combustível piloto (23) com um espaçamento de passagem substancialmente constante entre a parede externa de corpo central piloto (41) e a seção a montante (54) do divisor anular (28).

5. BOCAL DE COMBUSTÍVEL (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda: um difusor anular (30) que circunda o injetor de combustível piloto (18) e o divisor (28), em que o difusor anular (30) tem uma saída posicionada axialmente a jusante do injetor de combustível primário e do divisor anular (28).

6. BOCAL DE COMBUSTÍVEL (10), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o difusor anular (30) compreende, em sequência axial, uma seção a montante genericamente cilíndrica (62), um gargalo de difusor (64) de diâmetro mínimo e uma seção divergente a jusante (66), e em que a seção divergente a jusante do difusor anular (30) tem um ângulo divergente médio de cerca de 28° a cerca de 44° em relação ao eixo geométrico central (26).

7. BOCAL DE COMBUSTÍVEL (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda: um turbilhonador de ar externo (69) que compreende uma matriz radial de palhetas de turbilhonamento externas (68) que se estende entre o divisor anular (28) e o difusor anular (30).

8. BOCAL DE COMBUSTÍVEL (10), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as palhetas de turbilhonamento externas (68), o divisor anular (28) e as palhetas de turbilhonamento internas (61) sustentam fisicamente o injetor de combustível piloto (18).

9. BOCAL DE COMBUSTÍVEL (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parede interna de corpo central piloto (40) axialmente alongada tem uma orientação divergente-convergente com relação a um eixo geométrico central (26) para definir um tubo oco que tem um diâmetro a montante, um gargalo (43) e um diâmetro a jusante, e em que o gargalo (43) tem um diâmetro interno que é menor que tanto o diâmetro a montante quanto o diâmetro a jusante.

10. BOCAL DE COMBUSTÍVEL (10), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o injetor de combustível piloto (18) compreende, ainda, um circuito de ar central (50) posicionado na extremidade a montante do tubo oco, em que o circuito de ar central (50) tem palhetas de turbilhonamento centrais (51), em que as palhetas de turbilhonamento centrais (51) definem uma borda de fuga que tem um ângulo com relação ao eixo geométrico central (26) que é cerca de 40° a cerca de 50°.