CN106068372B - 带内部隔热罩的燃气涡轮发动机燃料喷射器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于燃气蜗轮发动机(100)的燃烧器(300)的燃料喷射器(310)。燃料喷射器(310)包括气体外管(351)、气体内管(340)、液体管(370)以及隔热罩(390)。气体外管(351)和气体内管(340)形成气体燃料环(335)。气体内管(340)和液体管(370)形成液体燃料环(336)。液体管(370)形成空气腔。隔热罩(390)在液体管(370)内延伸从而在隔热罩(390)和液体管(370)之间形成隔热间隙(339)。
Description
技术领域
本发明总体涉及燃气涡轮发动机，更具体地涉及带内部隔热罩的燃料喷射器。
背景技术
燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧器，以及涡轮节段。燃气涡轮发动机使用的液体燃料当被加热到某些温度以上时，可热分解或焦化。压缩机排出的空气可能就高于这些温度，并可能增加燃料喷射器中液体燃料通道的湿壁，这可能导致热分解或液体燃料的焦化。
授予M.Tuttle的美国专利申请7658074号公开了一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴，燃料喷嘴包括发动机安装端和将空气/燃料混合物排到燃烧器中的排放端。该燃料喷嘴包括中心体和隔热罩。隔热罩固定在位于中间安装位置的中心体上，该中间安装位置居中地位于隔热罩的第一和第二端之间，以使隔热罩保持与径向相邻部件的热隔离，以减少热应力的不利影响。
本发明是为了克服由发明人发现的或现有技术已知的一个或多个问题。
发明内容
在一个实施例中，公开了一种用于燃气涡轮发动机燃烧器的燃料喷射器的筒组件。筒组件包括气体外管、气体内管、液体管及隔热罩。气体外管配置为从廊道部分延伸。气体外管包括位于气体外管端部的喷射器盖。喷射器盖包含包括喷射开口。
气体内管穿过气体外管延伸到喷射器盖，形成气体燃料环。气体内管包括邻近喷射开口的液体燃料喷射开口。液体管在气体内管中延伸，在其之间形成液体燃料环。液体管包括邻近液体燃料喷射开口的空气开口。
隔热罩包括钟形口部分、罩圆柱形部分及支撑凸缘。钟形口部分远离空气开口。钟形口部分包括漏斗形状。罩圆柱形部分从邻近液体管远离空气开口的端部处朝向空气开口、在液体管内延伸，在隔热罩和液体管之间形成隔热间隙。支撑凸缘从罩圆柱形部分的远离钟形口部分的端部、在罩圆柱形部分和液体内圆柱形部分之间延伸。
附图说明
图1是一种示例性燃气涡轮发动机的示意图。
图2是用于图1燃烧器的燃料喷射器的透视图。
图3是图2燃料喷射器的一部分的截面图。
图4是图3隔热罩的一个替代实施例的剖面图。
具体实施方式
本文公开的***和方法包括具有隔热罩的燃料喷射器。在实施例中，隔热罩包括延伸穿过液体管的第一部分的罩部分，在其之间形成空气间隙。隔热罩和空气间隙可以降低液体管的径向内壁的湿壁温度，这可以减少或防止液体燃料焦化。
图1是示例性燃气涡轮发动机100的示意图。为了清楚和便于说明，一些表面已省去或夸大(本图和其它附图中)。此外，本公开可以参考向前方向和向后方向。总体来说，所有对“向前”和“向后”的参考都与主要空气(即燃烧过程中使用的空气)的流动方向相关联，除非另有规定。例如，向前是相对于主要空气流的“上游”，而向后是相对于主气流的“下游”。
此外，本公开可总体参考燃气涡轮发动机的旋转中心轴线95，中心轴线95可大体通过其轴120(由多个轴承组件150支撑)的纵向轴线限定。中心轴线95可以与各种其它发动机同心部件共用或共享。除非另有规定，所有对于径向、轴向和周向方向及测量的参考是指中心轴线95，而诸如“内”和“外”等术语一般表示距离中心轴线95更小或更大的径向距离，其中径向线96可以在从中心轴线95向外垂直和辐射的任何方向上。
燃气涡轮发动机100包括入口110、轴120、压缩机200、燃烧器300、涡轮400、排气口500，和功率输出联接件600。燃气涡轮发动机100可具有单轴或双轴配置。
压缩机200包括压缩机转子组件210、压缩机固定叶轮(定子)250，以及入口导向叶轮255。压缩机转子组件210机械地联接至轴120。如图所示，压缩机转子组件210是轴流式转子组件。压缩机转子组件210包括一个或多个压缩机盘组件220。每个压缩机盘组件220包括压缩机转子盘，压缩机转子盘周向组装有压缩机转子叶片。定子250轴向地跟随压缩机盘组件220的每个。每个压缩机盘组件220与压缩机盘组件220之后的相邻定子250配对，并被认为是压缩机级。压缩机200包括多个压缩机级。入口导向叶轮255轴向地先于压缩机级。
燃烧器300包括一个或多个燃烧器305、一个或多个燃料喷射器310，以及从燃烧器305径向向外定位的燃烧器壳体301。每个燃料喷射器310包括邻近于燃烧器305的筒组件330、邻近于燃烧器壳体301的凸缘312、从凸缘312突出的装配凸台315，以及杆320，该杆沿与装配凸台315相反的方向从凸缘开始、在装配凸台315和筒组件330之间延伸。
涡轮400包括涡轮转子组件410和涡轮喷嘴450。涡轮转子组件410机械地联接至轴120。如图所示，涡轮转子组件410是轴流式转子组件。涡轮转子组件410包括一个或多个涡轮盘组件420。每个涡轮盘组件420包括涡轮盘，涡轮盘周向组装有涡轮叶片430。涡轮喷嘴450轴向的先于涡轮盘组件420的每个。各涡轮盘组件420与先于涡轮盘组件420的相邻的涡轮喷嘴450配对，并被认为是涡轮级。涡轮400包括多个涡轮级。
排气口500包括排气扩散器510和排气收集器520。功率输出联接件600可位于轴120的端部。
图2是用于图1中燃烧器300的燃料喷射器310的透视图。参见图2，装配凸台315、凸缘312和杆320可以是一体件。装配凸台315可以包括从凸缘312延伸的圆柱形或棱柱形。多个配件可以联接到装配凸台315。液体燃料、气体燃料和空气供应管线可以联接到配件，以将液体燃料、气体燃料和空气供应至燃料喷射器310。在图2所示的实施例中，液体燃料配件316联接到装配凸台315的侧面，而气体燃料配件317联接到装配凸台315的顶表面。在示出的实施例中，配件318和319还联接到装配凸台315的侧面。配件318和319可用于液体或气体引燃燃料供应，或者可用于供应空气。
凸缘312可包括圆形或多边形形状。在图2所示的实施例中，凸缘312包括矩形形状。凸缘312包括多个安装孔313。安装孔313可用于将燃料喷射器310附于燃烧器壳体301。
图3是图2燃料喷射器310的一部分的截面图。参见图2和3，燃料喷射器310可包括廊道部分325。廊道部分325可包括中空圆柱形状，并且可以位于杆320的与凸缘312相对并远离的端部处。廊道部分325可以是一体件，并且可以与装配凸台315、凸缘312和杆320加工或模制在一起。
杆320可以包括杆隔热罩324。杆隔热罩324可包括中空圆柱形状，并可在杆处包括隔热罩支撑凸缘329，隔热罩支撑凸缘329在杆隔热罩324的邻近于凸缘312和廊道部分325的每个端部处从中空圆柱形径向向内延伸。杆隔热罩支撑凸缘329可以充当平衡件或间隔件，形成杆隔热间隙328，即杆320和杆隔热罩324之间的环形空间。
燃料喷射器310包括从装配凸台315延伸到廊道部分325的多个通道。每个通路可以从装配凸台315的顶部加工或钻孔到廊道部分325。配件，例如气体燃料配件317或盖323，可以放置在或***在每个通道的位于装配凸台315处的端部处。如图3所示，燃料喷射器310包括液体燃料通道321和气体燃料通道322。液体燃料通道321流体地联接到液体燃料配件316，并且气体燃料通道322流体地联接到气体燃料配件317。其它通道，如图2所示的带有盖的那些通道可以流体地联接到配件318和319。这些通道可以向筒组件330供应液体和气体引燃燃料或空气。
参照图3，筒组件330和廊道部分325可以共享共用轴线331。对于与筒组件330和廊道部分325相关的径向、轴向和周向方向和测量的参考是指轴线331，并且术语、例如“内”和“外”大体指示相距轴线331较小或较大的径向距离。廊道部分325可以围绕轴线331转动。
筒组件330可以包括旋流器组件350、气体内管340、液体管370、入口旋流器380和隔热罩390。旋流器组件350可以是单个一体件或者可以是多个冶金地结合在一起的多个部件，例如通过铜焊或焊接结合。旋流器组件350可以包括气体外管351和出口旋流器360。气体外管351可以从廊道部分325延伸。气体外管351和廊道部分325可以冶金地结合，例如通过铜焊或焊接结合。气体外管351可以包括锥形区域352、圆柱形区域353和喷射器盖355。锥形区域352可以从廊道部分325轴向延伸。
锥形区域352可以从邻近唇部354的端部到圆柱形区域353附近，以直径由大到小逐渐变细。锥形区域352可以包括漏斗形或空心圆台形。锥形区域352的较小直径可以与圆柱形区域353的直径相匹配。锥形区域352可以包括唇部354。唇部354可以从漏斗的具有较大直径的端部延伸，并且其尺寸可以设计为装配到廊道部分325的端部中和与其相匹配。
圆柱形区域353沿与廊道部分325和唇部354相反的方向从锥形区域352轴向地延伸。圆柱形区域353可以包括恒定的直径并且可以是中空直圆筒体的形状。喷射器盖355可以定位于气体外管351的端部，例如定位于圆柱形区域353的相对于并远离于锥形区域352的端部，并且可以远离廊道部分325定位。喷射器盖355可以从圆柱形区域353远离锥形区域352的端部径向地延伸。喷射器盖355可以包括喷射开口357和气体燃料喷射孔356。喷射器开口可以是与轴线331共轴的圆形形状。气体燃料喷射孔356可以相对于喷射器盖355周向地隔开，喷射器盖从喷射开口357径向地向外定位。
出口旋流器360可以包括出口护罩361和护罩旋流器叶片362。出口护罩361可以包括护罩圆柱形部分364和护罩盖365。护罩圆柱形部分364从圆柱形区域353径向向外定位于邻近喷射器盖355的端部。护罩圆柱形部分364可以包括中空圆柱体形状。护罩盖365定位于护罩圆柱形部分364的端部处，并且邻近喷射器盖355。护罩盖365可以包括护罩喷射开口367和护罩喷射孔366。护罩喷射开口367还可以是与轴线331共轴的圆形形状，并且可以包括比喷射开口357的直径更大的直径。护罩喷射孔366可以相对于护罩盖365周向地隔开，并从护罩喷射开口367径向地向外定位。
护罩旋流器叶片362可以在护罩圆柱形部分364和圆柱形区域353之间延伸。护罩旋流器叶片362可以将护罩圆柱形部分364和圆柱形区域353连接在一起，并且可以支撑出口旋流器360。护罩旋流器叶片362可以形成角度并配置成周向地偏转通过护罩圆柱形部分364和圆柱形区域353之间的压缩机排出空气。
出口旋流器360还可以包括第二护罩368和第二旋流器叶片369。第二护罩368可以从护罩圆柱形部分364径向向外定位于邻近远离或相对于护罩盖365的端部。第二护罩368可以包括中空圆柱体形状。第二旋流器叶片369在第二护罩368和护罩圆柱形部分364之间延伸。第二旋流器叶片369也形成角度并配置成周向地偏转压缩机排出空气。
气体内管340包括中间廊道部分341、过渡部分342和气体内圆柱形部分343。中间廊道部分341、过渡部分342和气体内圆柱形部分343均可以与轴线331同轴。中间廊道部分341可以定位于廊道部分325内，并且可以从廊道部分325径向向内定位。中间廊道部分341可以包括中空圆柱体形状。中间廊道部分341还可以包括第一突起347、第二突起348和液体燃料入口344。第一突起347可以从该中空圆柱体形状延伸并与杆320交界。第二突起348可以从中空圆柱体形状径向延伸并可定位于或邻近于过渡部分342处。第二突起348可以与廊道部分325接触并可将气体内管340保持就位。第二突起348还可以与廊道突起326接触，以将中间廊道部分341定位在廊道部分325内。
液体燃料入口344与液体燃料通道321对准并流体连通。液体燃料入口344可以延伸通过中空圆柱体形状的中间廊道部分341和第一突起347。第一突起347可以与杆320交界并且可以在液体燃料入口344和液体燃料通道321的连通点处与杆320形成密封。
过渡部分342从中间廊道部分341延伸，并且在中间廊道部分341和气体内圆柱形部分343之间位于廊道部分325内。过渡部分342可以沿轴向方向延伸，并且可以从廊道部分325径向向内定位。过渡部分342配置成使气体内管340的直径从中间廊道部分341和气体内圆柱形部分343开始减少。过渡部分342可以包括漏斗的形状，例如空心圆台(中空的截头圆锥体形状)，其位于中间廊道部分341处具有较大直径，而位于气体内圆柱形部分343处具有较小直径。过渡部分342和廊道部分325可以配置成形成气体廊道327，其与气体燃料通道322相邻并流体连通。
气体内圆柱形部分343从过渡部分342的具有较小直径的端部延伸，该端部远离中间廊道部分341从过渡部分342延伸的位置。气体内圆柱形部分343可以沿轴向方向延伸。气体内圆柱形部分343包括中空圆柱体形状，并且穿过气体外管351延伸到喷射器盖355，从而在其间形成气体燃料环335。气体内圆柱形部分343可以从气体外管351径向向内定位。气体内圆柱形部分343可以包括液体燃料锥形部分346。液体燃料锥形部分346可以配置成减少气体内圆柱形部分343靠近或邻近液体燃料喷射开口345的内径。该液体燃料喷射开口345可以从喷射开口357径向向内定位于喷射开口357附近，并且在气体内圆柱形部分343的端部处远离过渡部分342。
液体管370可以定位于气体内管340内，并且可以从气体内管340径向向内定位。液体管370包括内廊道部分371、内过渡部分372和液体内圆柱形部分373。内廊道部分371、内过渡部分372和液体内圆柱形部分373均可以与轴线331同轴。内廊道部分371可以定位于中间廊道部分341内，并且可以从中间廊道部分341径向向内定位。内廊道部分371和中间廊道部分341可以在其之间形成液体廊道337。该液体廊道337与液体燃料入口344和液体燃料通道321流体连通。内廊道部分371可以包括端部377和内廊道圆柱形部分378。端部377可以是具有二维形状的旋转实体，以限定从其旋转轴线隔开并且围绕其旋转轴旋转从而形成沉孔376的旋转实体。该旋转实体可以是与圆台组合的圆柱体，该圆台具有贯穿其中的孔。端部377可以位于液体管370的端部，从液体管370的端部径向向内定位，并且可以与中间廊道部分341远离过渡部分342的端部接触并交界，从而形成密封。端部377可以配置成将液体燃料从径向方向改向为轴向方向。内廊道圆柱形部分378可以从具有中空圆柱体形状的端部377轴向延伸。内廊道圆柱形部分378的内半径可以小于端部377的内半径。内廊道圆柱形部分378的近端可以形成旋流器沉孔376的径向表面。旋流器沉孔376可以是内廊道部分371中的沉孔，该内廊道部分配置成与入口旋流器交界。
内过渡部分372可以呈截头圆锥形，其具有穿过其中的孔。内过渡部分372可以从内廊道部分371延伸，并可以轴向地位于内廊道部分371和液体内圆柱形部分373之间。内过渡部分372的外径从内廊道部分371至液体内圆柱形部分373减小。
液体内圆柱形部分373从内过渡部分372延伸，并可以沿轴向方向延伸。液体内圆柱形部分373可以在气体内圆柱形部分343内延伸，从而在其之间形成液体燃料环336，并可以从气体内圆柱形部分343径向向内定位。该液体燃料环336可以与液体廊道337流体连通。液体内圆柱形部分373包括空气开口379。空气开口379远离内过渡部分372定位并邻近于液体燃料喷射开口345。
内廊道部分371、内过渡部分372和液体内圆柱形部分373形成延伸穿过液体管370的空气腔338。空气腔338可以与轴线331同轴。
液体管370还可以包括液体燃料旋流器叶片374和容纳部分375。液体燃料旋流器叶片374可以从液体内圆柱形部分373径向向外延伸，并可轴向地与液体燃料锥形部分346对准和接触。容纳部分375可以是从液体内圆柱形部分373径向向内延伸的突起。容纳部分375可以包括中空圆柱形状，其内径小于液体内圆柱形部分373的内径。在一个实施例中，容纳部分375位于距离空气开口379的液体管370长度的三分之一内。在另一个实施例中，容纳部分375距离空气开口379位于液体管370长度的四分之一内。在又一个实施例中，容纳部分375位于液体管370长度的大约四分之一处。在又一个实施例中，容纳部分375在液体管370端部处邻近于空气开口379。容纳部分375可以是液体管370剩余部分的一体件，例如集成到液体内圆柱形部分373，并可以加工成液体内圆柱形部分373的一部分。
入口旋流器380可以包括入口盖381、基部382和入口旋流器叶片383。入口盖381可以包括盘形状，并可与轴线331同轴。基部382还可与轴线331同轴。基部382可以包括盘部分386、旋流器杆385和钟形部分384。盘部分386与入口盖381隔开。盘部分386可以部分地***到廊道部分325的远离旋流器组件350的端部中，同时盘部分386的一部分***廊道部分325的中空圆柱形状的端部。盘部分386可以包括环形盘形状。旋流器杆385可以包括与轴线331同轴的中空圆柱形状。旋流器杆385与盘部分386间隔开，并可配置成部分地***旋流器沉孔376。
钟形部分384可以从盘部分386延伸至旋流器杆385。钟形部分384可以从盘部分386的环形形状的内径延伸，并可以从盘部分386的环形盘形状曲线或过渡为旋流器杆385的中空圆柱形状。钟形部分384的形状可以包括漏斗形状，例如双曲线漏斗、钟形或伪球面的一段或圆台部。
入口旋流器叶片383在入口盖381和盘部分386之间延伸。入口旋流器叶片383可以形成角度并配置成将压缩机排出的空气旋转和引导入空气腔338。入口旋流器380可以包括杆孔387。杆孔387可以径向延伸穿过旋流器杆385，并可以位于或紧邻钟形部分384。入口旋流器380可以包括一个或多个杆孔387。在所示的实施例中，入口旋流器380包括四个杆孔387。
隔热罩390包括钟形口部分391、罩圆柱形部分392和支撑凸缘393。钟形口部分391、罩圆柱形部分392和支撑凸缘393可以与轴线331同轴。钟形口部分391可以包括漏斗的形状，例如双曲线漏斗、钟形或伪球面的一段或圆台部。钟形口部分391被配置成***并装配到钟形部分384内。
罩圆柱形部分392可以从邻近液体管370的远离空气开口379的端部朝向空气开口379延伸，进入液体内圆柱形部分373内，并可以从液体内圆柱形部分373轴向向内定位，从而在其之间形成隔热间隙339。隔热间隙339可以是隔热罩390和液体管370之间的环形空间。在一个实施例中，隔热罩390延伸入液体管370内直到液体管370的四分之三长度处。在另一个实施例中，隔热罩390延伸入液体管370直到液体管370的二分之一至四分之三长度处。在又一个实施例中，隔热罩390延伸入液体管370直到液体管370的三分之二长度处。在又另一个实施例中，隔热罩390延伸入液体管370直到液体管370的至少二分之一长度处。在任何一个包括容纳部分375的实施例中，容纳部分375定位成比罩圆柱形部分392的远离钟形口部分391的端部更靠近空气开口379，并且隔热罩390可以延伸到容纳部分375。在图3所示的实施例中，罩圆柱形部分392从钟形口部分391延伸。罩圆柱形部分392可以沿轴向方向延伸。
隔热罩390包括至少一个支撑凸缘393。每个支撑凸缘393在罩圆柱形部分392和液体内圆柱形部分373之间延伸。每个支撑凸缘393可以是具有中空圆柱形状的凸缘。图3所示的实施例包括一个支撑凸缘393，支撑凸缘393从罩圆柱形部分392的远离钟形口部分391的端部径向向外延伸，并在罩圆柱形部分392和液体内圆柱形部分373之间延伸。在其它实施例中，多个支撑凸缘393可以从罩圆柱形部分392径向向外延伸，并且可沿罩圆柱形部分392均匀地间隔开。一个或多个支撑凸缘393可以径向定位在罩圆柱形部分392和液体内圆柱形部分373之间，并且轴向定位在钟形口部分391和支撑凸缘393之间，该支撑凸缘从罩圆柱形部分392径向向外延伸。支撑凸缘393的间距可配置成满足隔热罩390和液体管370的热膨胀。
容纳部分375可以与罩圆柱形部分392和/或支撑凸缘393径向对准。容纳部分375可以配置成防止罩圆柱形部分392或支撑凸缘393的折断部件离开燃料喷射器310并进入燃烧器305。
图4是图3隔热罩390的替代实施例的剖面图。参照图4，隔热罩390可以包括加厚部分395。在图4所示的实施例中，加厚部分395从钟形口部分391延伸。加厚部分395沿轴向方向延伸。加厚部分395可以包括比罩圆柱形部分392的厚度在径向上较厚的中空圆筒。加厚部分395的外表面可以逐渐变小成罩圆柱形部分392。在这个实施例中，罩圆柱形部分392从加厚部分395延伸。
钟形口部分391可以包括有助于在液体管370和入口旋流器380中对准和安装隔热罩390的对准特征件396。隔热罩390还可以包括隔热孔398。
每个燃料喷射器310的各种部件和子部件，例如廊道部分325、旋流器组件350、气体内管340、液体管370、入口旋流器380和隔热罩390，可以通过压配合或过盈配合进行连接，或可以进行冶金结合。冶金结合可以包括焊接或钎焊。
一个或多个上述部件(或它们的子部件)可以由不锈钢或被称为超级合金的耐用高温材料制成。超级合金或高性能合金是那些高温下展示出优异机械强度和抗蠕变性，具有好的表面稳定性和耐腐蚀性和抗氧化性的合金。超级合金可以包括诸如以下材料：哈氏合金、合金x、铬镍铁合金、镍基高温合金、雷内合金、海恩斯合金、合金188、合金230、耐热铬镍铁合金、MP 98T、TMS合金和CMSX单晶合金。
工业实用性
燃气涡轮发动机可适用于任何数量的工业应用，例如石油天然气工业的各个方面(包括石油和天然气的传输、采集、存储、回收和吊装)、发电工业、热电联产、航天工业和其它运输工业。
参照图1，气体(通常是空气10)作为“工作流体”进入该入口110，并通过该压缩机200进行压缩。该压缩机200中，该工作流体在环形流动路径115内被一系列压缩机盘组件220压缩。特别是，对该空气10进行分级压缩，这些分级与每个压缩机盘组件220相关联。例如，“第四级空气”可以与下游或“后方向”的第四个压缩机盘组件220相关联，从入口110流入排气口500。同样地，每个涡轮盘组件420也可以与分级相关联。
一旦压缩空气10离开压缩机200，便进入燃烧器300，在燃烧器300中，压缩空气扩散且添加燃料。空气10和燃料经由燃料喷射器310喷射进燃烧器305中且燃烧。通过一系列涡轮机盘组件420的每一级经由涡轮400从燃烧反应中吸取能量。然后排气90可在排气扩散器510中扩散、收集且重新引导。排气90经由排气收集器520离开***且可进一步进行处理(例如，以降低有害排放，和/或回收来自排气90的热量)。
燃气涡轮发动机100可配置成基于多种类型燃料进行操作。参照图2和图3，燃料喷射器310可为双燃料喷射器，允许基于气体燃料或液体燃料进行操作。当基于气体燃料操作时，气体燃料经由气体燃料配件317供应至气体燃料通道322。气体燃料引导进入气体廊道327，其中气体燃料相对于轴线331轴向地引导进入并通过气体燃料环335。气体燃料通过气体燃料喷射孔356离开气体燃料环335。随着气体燃料离开气体燃料喷射孔356，气体燃料与压缩机排放空气相混合，通过气体腔室338和出口旋流器360然后在燃烧器305中燃烧。
当基于液体燃料操作时，液体燃料经由液体燃料配件316供应至液体燃料通道321。液体燃料引导通过液体燃料入口344且进入液体廊道337，其中液体燃料相对于轴线331轴向地引导进入且通过液体燃料环336。液体燃料在离开液体燃料环336之前，可通过液体燃料旋流器叶片374周向地旋流或改向。在液体燃料操作过程中，空气可引导通过气体燃料通道322、气体廊道327以及气体燃料环335，随着空气离开气体燃料环335，其可与液体燃料相混合。引导通过气体燃料通道322、气体廊道327以及气体燃料环335的空气可能比压缩机排放空气稍冷。
在气体燃料操作和液体燃料操作二者过程中，压缩机排放空气引导进入入口旋流器380且通过空气腔室338。旋流的压缩机排放空气离开空气腔室338且在燃烧之前与液体燃料或气体燃料相混合。
液体燃料当经受高温时可热分解。压缩机排放空气的温度可高于热分解(通常称为液体燃料焦化温度)。旋流压缩机排放空气可以以相对高的速度行进通过空气腔室338，且可使得液体管370中的温度尤其是液体管370的液体湿壁温度上升至热分解温度之上，这可导致液体燃料的热分解或焦化，以及液体燃料环336中碳/焦炭沉淀的堆积。这种堆积可能阻塞液体燃料环336，导致操作问题以及燃气涡轮发动机100的停机。
在液体管370内延伸的隔热罩390形成液体管370和隔热罩390之间的隔热间隙339。隔热间隙339可隔绝且可减少从旋流压缩机排放空气传递至液体湿壁的热量。所传递热量的减少可使得液体湿壁的温度降低至低于热分解温度的温度，且可防止或减少液体燃料焦化。
在液体管370内延伸短于液体管370全长的隔热罩390可提供所需的热量传递的减少，同时限制隔热罩390所需的材料量。
随着时间的流逝，隔热罩390可能退化。这种退化可能导致一部分隔热罩松脱。这种故障可能会损坏下游部件，诸如燃烧器305。容纳部分375从液体内圆柱形部分373径向向内突出，且与可能会脱离的隔热罩390的部分(诸如罩圆柱形部分392和支撑凸缘393)径向对准。容纳部分375和罩圆柱形部分392及支撑凸缘393的径向对准可阻挡隔热罩390的任何松脱块越过容纳部分375，且可防止对下游部件造成损坏。
前面的具体实施方式本质上仅仅是示例性的，并非意图限制本发明或本发明的应用和用途。所述实施例并不仅限于与特定类型的燃气涡轮发动机结合使用。因此，尽管为了便于解释，本发明描绘且描述了特定的燃料喷射器，应当理解的是，根据本发明的燃料喷射器可以各种其它配置实施，可与各种其它类型的燃气涡轮发动机一起使用，且可用于其它类型的机器。另外，并非意图受到前述背景或具体实施方式所体现的任何原理的限制。还可以理解的是，说明可包括夸大的尺寸以更好地说明所示出的参考项，且不认为是限制的，除非明确这样指出。
Claims (10)
1.一种用于燃气涡轮发动机(100)的燃烧器(300)的燃料喷射器(310)的筒组件(330)，所述筒组件(330)包括：
气体外管(351)，其配置成从廊道部分(325)延伸，所述气体外管(351)在所述气体外管(351)的端部处包括喷射器盖(355)，所述喷射器盖(355)包括喷射开口(357)；
气体内管(340)，其延伸通过所述气体外管(351)至所述喷射器盖(355)，形成气体燃料环(335)，所述气体内管(340)包括靠近所述喷射开口(357)的液体燃料喷射开口(345)；
液体管(370)，其在所述气体内管(340)内延伸在其间形成液体燃料环(336)，所述液体管(370)包括邻近所述液体燃料喷射开口(345)的空气开口(379)；及
隔热罩(390)，其包括
钟形口部分(391)，其远离所述空气开口(379)，所述钟形口部分(391)包括漏斗形状，
罩圆柱形部分(392)，其从靠近所述液体管(370)的与所述空气开口(379)相对的端部朝向所述空气开口(379)且在所述液体管(370)内延伸从而在所述隔热罩(390)和所述液体管(370)之间形成隔热间隙(339)，以及
支撑凸缘(393)，其从所述罩圆柱形部分(392)的与所述钟形口部分(391)相对的端部、在所述罩圆柱形部分(392)和所述液体管(370)之间延伸。
2.根据权利要求1所述的筒组件(330)，其中所述罩圆柱形部分(392)从所述钟形口部分(391)延伸。
3.根据权利要求1所述的筒组件(330)，其中所述隔热罩(390)进一步包括从所述钟形口部分(391)延伸的加厚部分(395)，所述加厚部分(395)包括比所述罩圆柱形部分(392)更厚的中空圆柱形状，且所述罩圆柱形部分(392)从所述加厚部分(395)延伸。
4.根据权利要求1所述的筒组件(330)，其中所述罩圆柱形部分(392)在所述液体管(370)内延伸多达所述液体管(370)长度的四分之三。
5.根据权利要求4所述的筒组件(330)，其中所述罩圆柱形部分(392)在所述液体管(370)内延伸至少所述液体管(370)长度的一半。
6.根据权利要求1所述的筒组件(330)，其中所述液体管(370)进一步包括
液体内圆柱形部分(373)，其在具有中空圆柱形状的所述气体内管(340)内延伸，及
容纳部分(375)，其从所述液体内圆柱形部分(373)向内突出，所述容纳部分(375)比所述罩圆柱形部分(392)的远离所述钟形口部分(391)的所述端部轴向上更靠近于所述空气开口(379)。
7.根据权利要求6所述的筒组件(330)，其中所述容纳部分(375)距离所述空气开口(379)位于所述液体管(370)长度的三分之一内。
8.根据权利要求6所述的筒组件(330)，其中所述容纳部分(375)为所述液体内圆柱形部分(373)的一体件。
9.一种包括权利要求1所述的筒组件(330)的用于燃气涡轮发动机(100)的燃烧器(300)的双燃料喷射器(310)，所述双燃料喷射器(310)进一步包括：
包括安装孔的凸缘(312)；
从所述凸缘(312)突出的装配凸台(315)；
杆(320)，其在与所述装配凸台(315)相反的方向上从所述凸缘(312)延伸；
其中所述廊道部分(325)位于所述杆(320)的远离所述凸缘(312)的端部处，所述廊道部分(325)包括第一中空圆柱形状；
液体燃料通道(321)，其通过所述杆(320)从所述装配凸台(315)延伸至所述廊道部分(325)；
气体燃料通道(322)，其通过所述杆(320)从所述装配凸台(315)延伸至所述廊道部分(325)；及
入口旋流器(380)，所述入口旋流器(380)包括
基部，其包括
盘部分(386)，其部分***到所述廊道部分(325)，所述盘部分(386)包括环形盘形状，
旋流器杆(385)，其部分***到沉孔且与所述盘部分(386)间隔开，所述旋流器杆(385)包括第二中空圆柱形状，及
钟形部分(384)，其从所述盘部分(386)延伸至所述旋流器杆(385)，其中所述钟形口部分(391)位于所述钟形部分(384)内，
入口盖(381)，其中包括与所述盘部分(386)间隔开的盘形状，及
入口旋流器叶片(383)，其在所述入口盖(381)和所述盘部分(386)之间延伸。
10.一种燃气涡轮发动机(100)，其包括如权利要求9所述的双燃料喷射器(310)。
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Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9957897B2 (en) * | 2015-03-19 | 2018-05-01 | United Technologies Corporation | Gimbal tube systems for tangential onboard injectors |
| US10132500B2 (en) * | 2015-10-16 | 2018-11-20 | Delavan Inc. | Airblast injectors |
| US10830446B2 (en) * | 2017-12-15 | 2020-11-10 | Delavan Inc. | Fuel injector assemblies |
| US11453484B2 (en) | 2018-12-17 | 2022-09-27 | Goodrich Corporation | Heat shield retainer and method |
| US11060460B1 (en) | 2019-04-01 | 2021-07-13 | Marine Turbine Technologies, LLC | Fuel distribution system for gas turbine engine |
| US11525403B2 (en) * | 2021-05-05 | 2022-12-13 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Fuel nozzle with integrated metering and flashback system |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4311277A (en) * | 1979-06-20 | 1982-01-19 | Lucas Industries Limited | Fuel injector |
| US4600151A (en) * | 1982-11-23 | 1986-07-15 | Ex-Cell-O Corporation | Fuel injector assembly with water or auxiliary fuel capability |
| US5761907A (en) | 1995-12-11 | 1998-06-09 | Parker-Hannifin Corporation | Thermal gradient dispersing heatshield assembly |
| EP0886744B1 (en) | 1996-03-13 | 2001-05-23 | Parker Hannifin Corporation | Internally heatshielded nozzle |
| US6688534B2 (en) * | 2001-03-07 | 2004-02-10 | Delavan Inc | Air assist fuel nozzle |
| US6622488B2 (en) * | 2001-03-21 | 2003-09-23 | Parker-Hannifin Corporation | Pure airblast nozzle |
| FR2859272B1 (fr) * | 2003-09-02 | 2005-10-14 | Snecma Moteurs | Systeme d'injection air/carburant, dans une chambre de combustion de turbomachine, ayant des moyens de generation de plasmas froids |
| US7779636B2 (en) | 2005-05-04 | 2010-08-24 | Delavan Inc | Lean direct injection atomizer for gas turbine engines |
| US20070074518A1 (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-05 | Solar Turbines Incorporated | Turbine engine having acoustically tuned fuel nozzle |
| US8240151B2 (en) * | 2006-01-20 | 2012-08-14 | Parker-Hannifin Corporation | Fuel injector nozzles for gas turbine engines |
| US7658074B2 (en) | 2006-08-31 | 2010-02-09 | United Technologies Corporation | Mid-mount centerbody heat shield for turbine engine fuel nozzle |
| US7874164B2 (en) | 2006-11-03 | 2011-01-25 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Fuel nozzle flange with reduced heat transfer |
| US8015815B2 (en) * | 2007-04-18 | 2011-09-13 | Parker-Hannifin Corporation | Fuel injector nozzles, with labyrinth grooves, for gas turbine engines |
| US8196845B2 (en) * | 2007-09-17 | 2012-06-12 | Delavan Inc | Flexure seal for fuel injection nozzle |
| US7926744B2 (en) * | 2008-02-21 | 2011-04-19 | Delavan Inc | Radially outward flowing air-blast fuel injector for gas turbine engine |
| US7926282B2 (en) * | 2008-03-04 | 2011-04-19 | Delavan Inc | Pure air blast fuel injector |
| US8096135B2 (en) * | 2008-05-06 | 2012-01-17 | Dela Van Inc | Pure air blast fuel injector |
| US8015816B2 (en) | 2008-06-16 | 2011-09-13 | Delavan Inc | Apparatus for discouraging fuel from entering the heat shield air cavity of a fuel injector |
| US8484978B2 (en) * | 2009-11-12 | 2013-07-16 | General Electric Company | Fuel nozzle assembly that exhibits a frequency different from a natural operating frequency of a gas turbine engine and method of assembling the same |
| US20110173983A1 (en) | 2010-01-15 | 2011-07-21 | General Electric Company | Premix fuel nozzle internal flow path enhancement |
| US8555648B2 (en) | 2010-02-12 | 2013-10-15 | General Electric Company | Fuel injector nozzle |
| US9151227B2 (en) * | 2010-11-10 | 2015-10-06 | Solar Turbines Incorporated | End-fed liquid fuel gallery for a gas turbine fuel injector |
| US9400104B2 (en) * | 2012-09-28 | 2016-07-26 | United Technologies Corporation | Flow modifier for combustor fuel nozzle tip |
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