燃料噴嘴熱防護(hù)件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機燃料噴嘴，并且更具體而言，涉及燃料噴嘴末梢的后端處的后熱防護(hù)件。
【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)開發(fā)出航空器燃?xì)鉁u輪發(fā)動機分級燃燒系統(tǒng)，以限制非期望的燃燒產(chǎn)物成分(如氮氧化物(NOx)、未燃烴(HC)和一氧化碳(CO))的產(chǎn)生，特別是在機場附近，在此它們將促使城市光化煙霧問題。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機還設(shè)計成有燃料效率，且具有低操作成本。影響燃燒器設(shè)計的其他因素是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機使用者對有效的低成本操作的需求，這轉(zhuǎn)化成降低燃料消耗而同時保持或甚至提高發(fā)動機輸出的需要。因此，航空器燃?xì)鉁u輪發(fā)動機燃燒系統(tǒng)的重要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)包括提供高燃燒溫度，以便在多種發(fā)動機操作狀態(tài)下提供高熱效率，以及使非期望的燃燒狀態(tài)最小化，非期望的燃燒狀態(tài)促進(jìn)顆粒的排放、非期望氣體的排放、和燃燒產(chǎn)物的排放，燃燒產(chǎn)物是光化煙霧形成物的前體。
[0003]噴射燃料和燃燒空氣的有效互混有助于使非期望燃燒產(chǎn)物成分的產(chǎn)生最少化。在此方面，這些年已提出許多旋流器、混合器設(shè)計和文氏管設(shè)計，以改善燃料和空氣的混合。以此方式，焚燒在整個混合物上均勻地發(fā)生，且降低了由不完全燃燒引起的HC和CO的水平。文氏管促進(jìn)燃料噴嘴中的燃料和空氣的良好混合，這在減少非期望燃燒排放方面是有用的。文氏管已設(shè)計為具有燃料噴嘴的后端處的后熱防護(hù)件，以保護(hù)文氏管和燃料噴嘴末梢的其余部分免受熱，以降低來自熱暴露的非期望效果。熱防護(hù)件還設(shè)計成用于在燃料噴嘴末梢中的其他圓錐形壁區(qū)段(如，環(huán)形導(dǎo)向殼體，其支承燃料噴嘴末梢中的導(dǎo)向噴嘴)的端部處使用。環(huán)形導(dǎo)向殼體的圓錐形區(qū)段的后端處的此熱防護(hù)件的實例在授予Mancini等人的 2012 年 5 月 8 日授權(quán)的題為“Mixer Assembly For Gas Turbine Engine Combustor”的美國專利N0.8，171，735號中公開，其轉(zhuǎn)讓給了該專利的受讓人，且通過引用而并入本文中。
[0004]因此，期望具有更有效的熱防護(hù)件來保護(hù)用于在燃料噴嘴中混合燃料和空氣的文氏管，以保護(hù)燃料噴嘴末梢免受熱，以用于減小來自熱暴露的非期望效果。期望的是具有一體式熱防護(hù)件的文氏管，該熱防護(hù)件具有促進(jìn)熱交換和結(jié)構(gòu)的冷卻的特征。非常期望提供后熱防護(hù)件的更好冷卻，以便減小高熱負(fù)載對熱防護(hù)件壽命的影響。還期望提供用于替換和焊接在新的熱防護(hù)件中的更好設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]此需求通過本發(fā)明而解決，本發(fā)明提供了一種空氣冷卻的熱防護(hù)件，其設(shè)置在包括由環(huán)形外殼包繞的環(huán)形導(dǎo)向殼體的類型的燃料噴嘴的后端處。在一個構(gòu)造中，熱防護(hù)件可包括具有沉孔的環(huán)形防護(hù)件凸緣，其通過滑動配合附接到導(dǎo)向殼體的后端，由環(huán)形擋板凸緣包繞，環(huán)形擋板凸緣可通過冶金連結(jié)(如硬焊或焊接)來附接到外殼的后端。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用于燃料噴嘴末梢的后熱防護(hù)件包括:環(huán)形防護(hù)件壁，其具有前圓柱形區(qū)段和后圓錐形區(qū)段，前圓柱形區(qū)段具有形成于其中的沉孔；環(huán)形防護(hù)件凸緣，其從圓錐形區(qū)段的后端沿徑向向外延伸；環(huán)形擋板凸緣，其包繞圓錐形區(qū)段，且設(shè)置成使得軸向間隙限定在防護(hù)件凸緣與擋板凸緣之間，擋板凸緣包括從其沿軸向向前延伸的徑向外沿；和多個沖擊冷卻孔，其穿過擋板凸緣且定向成以便朝相鄰的防護(hù)件壁引導(dǎo)空氣流。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，沉孔的表面限定凸出的彎曲平臺。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，防護(hù)件凸緣包括由環(huán)形外側(cè)面(outer face)界定的相反的間隔開的前側(cè)面和后側(cè)面，且其中，凸出倒圓形成在前側(cè)面和外側(cè)面的相交處。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一排冷卻孔設(shè)置在徑向外沿與擋板凸緣之間的連結(jié)處，冷卻孔定向成將冷卻空氣朝防護(hù)件凸緣的徑向外緣引導(dǎo)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，擋板凸緣中的至少一排冷卻孔定向成垂直于防護(hù)件凸緣的前側(cè)面來引導(dǎo)冷卻空氣。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，內(nèi)防護(hù)件設(shè)置在外擋板內(nèi)；內(nèi)防護(hù)件限定防護(hù)件壁和防護(hù)件凸緣；且外擋板包括:圓錐形擋板壁，其包繞內(nèi)防護(hù)件的后圓錐形區(qū)段；和擋板凸緣，其從擋板壁的后端延伸。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，內(nèi)防護(hù)件和外擋板為冶金連結(jié)到彼此的兩個單獨的構(gòu)件。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，內(nèi)防護(hù)件包括突出臺，該突出臺接觸外擋板，突出臺具有形成在其中的槽道的徑向陣列。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，外擋板包括接觸內(nèi)防護(hù)件的加厚前端，突出臺和加厚前端協(xié)作地限定內(nèi)防護(hù)件與外擋板之間的冷卻空氣室，冷卻空氣室通過突出臺中的槽道與防護(hù)件凸緣與擋板凸緣之間的軸向間隙連通。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，外擋板的圓錐形擋板壁包括與冷卻空氣室連通的多個冷卻空氣端口。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，多個止擋件從內(nèi)防護(hù)件的冷卻側(cè)沿徑向向外延伸，且接合外擋板的加厚前端，以便相對于內(nèi)防護(hù)件沿軸向定位外擋板。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，內(nèi)防護(hù)件和外擋板在它們之間協(xié)作地限定冷卻空氣室，冷卻空氣室與防護(hù)件凸緣與擋板凸緣之間的軸向間隙流體地連通。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，外擋板的圓錐形擋板壁包括與冷卻空氣室連通的多個冷卻空氣端口。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，設(shè)置在冷卻空氣室內(nèi)的臺將內(nèi)防護(hù)件和外擋板互連。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，冷卻槽道的環(huán)形陣列延伸穿過臺。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，凹入內(nèi)倒圓限定在擋板凸緣、后圓錐形區(qū)段和防護(hù)件凸緣的連結(jié)處。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，擋板凸緣中的至少一排冷卻孔定向成朝凹入內(nèi)倒圓引導(dǎo)冷卻空氣。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的燃料噴嘴裝置包括:環(huán)形導(dǎo)向殼體，該導(dǎo)向殼體包括圓錐形壁區(qū)段；環(huán)形主燃料噴射器，其包繞導(dǎo)向殼體；環(huán)形燃料噴嘴外殼；和熱防護(hù)件，其包括:環(huán)形防護(hù)件壁；環(huán)形防護(hù)件凸緣，其從防護(hù)件壁的后端沿徑向向外延伸；環(huán)形擋板凸緣，其包繞防護(hù)件壁，且設(shè)置成使得軸向間隙限定在防護(hù)件凸緣與擋板凸緣之間，擋板凸緣包括從其沿軸向向前延伸的徑向外沿；和多個沖擊冷卻孔，其穿過擋板凸緣且定向成以便朝防護(hù)件壁引導(dǎo)空氣流。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，環(huán)形防護(hù)件壁包括前圓柱形區(qū)段和后圓錐形區(qū)段，導(dǎo)向殼體的圓錐形壁區(qū)段通過滑動配合而附接到在熱防護(hù)件的圓柱形區(qū)段中形成的沉孔；且環(huán)形燃料噴嘴外殼的后端通過冶金連結(jié)來連結(jié)到擋板凸緣的徑向外沿。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種裝置還包括導(dǎo)向燃料噴射器。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種在現(xiàn)場使用之后修理燃料噴嘴裝置的方法包括:使熱防護(hù)件與導(dǎo)向殼體和燃料噴嘴外殼分離；通過滑動配合將導(dǎo)向殼體的圓錐形壁區(qū)段組裝到在替換熱防護(hù)件的圓柱形區(qū)段中形成的沉孔；和將環(huán)形燃料噴嘴殼體的后端冶金連結(jié)到替換熱防護(hù)件的擋板凸緣的徑向外沿。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種在現(xiàn)場使用之后修理燃料噴嘴裝置的方法包括:使熱防護(hù)件與導(dǎo)向殼體和燃料噴嘴外殼分離；和將替換熱防護(hù)件冶金連結(jié)到導(dǎo)向殼體和燃料噴嘴外殼。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種在現(xiàn)場使用之后修理燃料噴嘴裝置的方法包括:使熱防護(hù)件與導(dǎo)向殼體和燃料噴嘴外殼分離；加工導(dǎo)向殼體的圓錐形壁區(qū)段的后端以包括圓柱形外表面；通過滑動配合將加工的圓柱形外表面組裝到在替換熱防護(hù)件的圓柱形區(qū)段中形成的沉孔；和將環(huán)形燃料噴嘴的后端冶金連結(jié)到替換熱防護(hù)件的擋板凸緣的徑向外沿。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種組裝用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的燃料噴嘴的方法，包括:提供燃料噴嘴本體，其具有:中心導(dǎo)向燃料噴射器；環(huán)形導(dǎo)向殼體，其包繞中心導(dǎo)向燃料噴射器，導(dǎo)向殼體包括圓錐形壁區(qū)段；環(huán)形主燃料噴射器，其包繞導(dǎo)向殼體；環(huán)形燃料噴嘴外殼；和通過以下將熱防護(hù)件組裝到燃料噴嘴本體:利用滑動配合來使導(dǎo)向殼體的圓錐形壁區(qū)段接合到熱防護(hù)件的圓柱形部分的沉孔；和將環(huán)形燃料噴嘴外殼的后端冶金連結(jié)到熱防護(hù)件的擋板凸緣的徑向外沿。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，冶金連結(jié)通過熔焊形成。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，裝置的至少一部分為利用快速制造工藝制造的整體結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0032]本發(fā)明可通過參照結(jié)合附圖作出的以下描述來更好地理解，在附圖中:
圖1為具有帶后熱防護(hù)件的噴嘴末梢的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機燃料噴射器的從后向前看的透視圖；
圖2為圖1中所示的噴嘴末梢和后熱防護(hù)件的截面視圖；
圖3為圖2中所示的后熱防護(hù)件的放大截面視圖；
圖4為圖2中所示的后熱防護(hù)件的內(nèi)防護(hù)件的從前向后看的透視圖；
圖5為圖2中所示的后熱防護(hù)件的前端上的外擋板的從前向后看的透視圖；
圖6為圖3中所示的后熱防護(hù)件的剖開透視圖；
圖7為圖6中所示的后熱防護(hù)件的側(cè)視圖； 圖8為圖3中所示的后熱防護(hù)件的從后向前看的立面視圖；
圖9為圖3中所示的后熱防護(hù)件的一部分的放大截面視圖；
圖10為具有備選后熱防護(hù)件的燃料噴嘴末梢的截面視圖；
圖11為圖10中所示的后熱防護(hù)件的一部分的剖開透視圖；
圖12為圖10中