CN104379879B - 流体管道 - Google Patents

Abstract

提供一种燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括压缩机组件以及燃烧组件，该燃烧组件与压缩机组件流连通。燃烧组件包括多个燃料喷嘴和用于向燃料喷嘴输送燃料的流体管道。流体管道具有多个第一出口端口，该多个第一出口端口沿流体管道彼此间隔开，并且流体管道还具有多个第二出口端口，该多个第二出口端口沿流体管道彼此间隔开。流体管道还具有第一流动路径，该第一流动路径与第一出口端口流连通地沿流体管道延伸，并且流体管道还具有第二流动路径，该第二流动路径与第二出口端口流连通地沿流体管道延伸。第一流动路径的至少一部分由第二流动路径围绕。

Description

流体管道

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年6月15日提交的美国临时专利申请No.61/660,533的权益，该专利申请通过引用整体结合到本说明书中。

背景技术

本发明的领域总体涉及流体管道，并且更具体地，涉及用于燃气涡轮发动机中的燃料的流体管道。

多种已知的燃气涡轮发动机包括燃烧器段，并且燃料通过管道的网络被输送至燃烧器段，以有利于燃烧过程。由于燃料管道位于发动机的燃烧区域附近，因此燃料可能在管道内暴露于升高的温度。

在至少一些已知的燃气涡轮发动机中，燃料到达燃烧器段的流率在一种发动机操作模式(例如，启动操作(take-off operation))下与另一种发动机操作模式(例如，巡航操作)下有所不同。然而，当发动机在其中流率较低的模式下操作时，燃料可能暴露于升高的温度较长的时间量。因此，更好地隔离燃料和与发动机操作相关的升高的温度将是有用的。

发明内容

在一个方面中，提供一种燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括压缩机组件以及燃烧组件，该燃烧组件与压缩机组件流连通(flow communication)。燃烧组件包括多个燃料喷嘴和用于向燃料喷嘴输送燃料的流体管道。流体管道具有多个第一出口端口，该多个第一出口端口沿流体管道彼此间隔开，并且流体管道还具有多个第二出口端口，该多个第二出口端口沿流体管道彼此间隔开。流体管道还具有第一流动路径，该第一流动路径与第一出口端口流连通地沿流体管道延伸，并且流体管道还具有第二流动路径，该第二流动路径与第二出口端口流连通地沿流体管道延伸。第一流动路径的至少一部分由第二流动路径围绕。

在另一个方面中，提供一种用于燃气涡轮发动机的燃烧组件的流体管道。流体管道包括多个第一出口端口，该多个第一出口端口沿流体管道彼此间隔开，并且流体管道还包括多个第二出口端口，该多个第二出口端口沿流体管道彼此间隔开。流体管道还包括第一流动路径，该第一流动路径与第一出口端口流连通地沿流体管道延伸，并且流体管道还包括第二流动路径，该第二流动路径与第二出口端口流连通地沿流体管道延伸。第一流动路径的至少一部分由第二流动路径围绕。

在另一个方面中，提供一种用于制造燃气涡轮发动机的燃烧组件的流体管道的方法。该方法包括提供沿流体管道彼此间隔开的多个第一出口端口。该方法还包括提供沿流体管道彼此间隔开的多个第二出口端口。该方法还包括整体形成沿流体管道延伸的第一流动路径和第二流动路径，使得第一流动路径的至少一部分由第二流动路径围绕。第一流动路径与第一出口端口流连通，并且第二流动路径与第二出口端口流连通。

附图说明

图1是燃气涡轮发动机的示意图；

图2是用于图1中所示的燃气涡轮发动机的燃料输送系统的透视图；

图3是图2中所示的燃料输送系统的燃料回路的透视图；

图4是图3中所示的燃料回路的歧管的透视图；

图5是图4中所示的歧管的侧视图；

图6是沿图5的平面6-6截取的图4中所示的歧管的横截面图；

图7是沿图5的平面7-7截取的图4中所示的歧管的横截面图；以及

图8是图4中所示的歧管的另一个实施例的横截面图。

具体实施方式

以下的具体实施方式通过举例而非限制的方式阐述了流体管道及其制造方法。本说明书明确地使得本领域普通技术人员能够制造和使用流体管道，并且本说明书阐述了若干实施例、改型、变型、备选方式、以及流体管道的使用，其中包括目前被认为的其最佳模式。流体管道在本说明书中被描述成应用于优选的实施例，即燃气涡轮发动机中的燃料输送系统的流体管道。然而，能够构想，流体管道以及制造流体管道的方法可以大体应用在除了燃气涡轮发动机内的燃料流之外的广阔范围的系统以及/或者多个商业、工业、和/或消费者应用中。

图1是示例性燃气涡轮发动机100的示意图。燃气涡轮发动机100包括彼此轴向流连通地布置的风扇系统102、核心系统104、和排气系统106。核心系统104包括压缩机组件108、燃烧组件110、高压涡轮组件112、和低压涡轮组件114。在操作期间，空气被引导至压缩机组件108中，并且空气被压缩且随后被引导至燃烧组件110中。在燃烧组件110内，压缩空气与燃料混合并且点燃以产生燃烧气体，并且燃烧气体随后被引导通过高压涡轮组件112和低压涡轮组件114，以用于通过排气系统106排放到环境中。在其它实施例中，燃气涡轮发动机100可以包括以任何合适的方式构造的任何合适的风扇系统、核心系统、和/或排气系统。

图2是燃烧组件110的燃料输送系统200的透视图。燃料输送系统200包括燃料控制阀202、燃料喷嘴204、和将控制阀202联接成与至少一个喷嘴204流连通的燃料管道的装置206。在其它实施例中，燃料输送系统200可以以任何合适的方式构造。

图3是燃料管道装置206的透视图。燃料管道装置206包括歧管208(即，管道)、多个210歧管进口管道、以及多个212歧管出口管道。在示例性实施例中，多个210歧管进口管道包括引燃燃料进口管道214和主燃料进口管道216，并且多个212歧管出口管道包括多个引燃燃料出口管道218和多个主燃料出口管道220，其中一个引燃燃料出口管道218和一个主燃料出口管道220被构造成用于联接到每一个喷嘴204。通过该方式，引燃燃料通过引燃燃料进口管道214、歧管208、和引燃燃料出口管道218被引导至喷嘴204。类似地，主燃料通过主燃料进口管道216、歧管208、和主燃料出口管道220被引导至喷嘴204。在一些实施例中，管道214、216、218、220由柔性的聚合物材料(例如，橡胶或塑料材料)制成，并且歧管208由刚性的金属材料制成，如本说明书中更详细地描述的。在其它实施例中，燃料管道装置206可以具有任何合适数量的管道和歧管，该任何合适数量的管道和歧管由任何合适的材料制成并且以任何合适的方式布置以用于输送任何合适的燃料流。备选地，本说明书中所描述的管道装置(例如，歧管208)可以适于除了燃气涡轮发动机中的燃料输送之外的用途。

图4至图7是歧管208的透视图、侧视图、和横截面图。在示例性实施例中，歧管208成弓状形状并且包括第一燃料进口端口(例如，被构造成用于联接到引燃燃料进口管道214的引燃燃料进口端口222)、第二燃料进口端口(例如，被构造成用于联接到主燃料进口管道216的主燃料进口端口224)、和多个226燃料出口端口(例如，被构造成用于联接引燃导燃料出口管道218的至少一个引燃燃料出口端口228、和被构造成用于联接到主燃料出口管道220的至少一个主燃料出口端口230)。备选地，歧管208可以具有为了任何合适的目的以任何合适的方式布置的任何合适数量的端口。

在内部，歧管208包括第一流动路径(例如，先导流动路径232)和第二流动路径(例如，主流动路径234)，其中先导流动路径232布置于主流动路径234内(例如，径向地布置于主流动路径234内)。在一个实施例中，先导流动路径232的至少一部分被主流动路径234围绕(即，主流动路径234至少部分地包裹在先导流动路径232周围)。在另一个实施例中，先导流动路径232的至少一部分和主流动路径234的一部分同心(即，先导流动路径232的中心是曲率中心以用于将主流动路径234至少部分地包裹在先导流动路径232的周围)。在一些实施例中，先导流动路径232和主流动路径234一起整体形成并且使用添加式制造过程制成，例如直接金属激光制造(DMLM)过程。在其它实施例中，先导流动路径232和主流动路径234可以使用任何合适的制造方法(多种制造方法)制成(例如，可以彼此分离地形成并且合适地彼此联接)。

如图8中所示，歧管208的一个实施例还可以包括位于主流动路径234外部的隔离室236(例如，隔离室236可以围绕主流动路径234的至少一部分并且/或者可以与主流动路径234的至少一部分同心)。隔离室236被构造成容纳空气和/或任何其它合适的隔离材料(例如，泡沫材料)，以便有利于隔离主流动路径234内的燃料并且因此隔离先导流动路径232内的燃料。在一些实施例中，隔离室236与主流动路径234和先导流动路径232整体形成。在其它实施例中，隔离室236可以与主流动路径234和/或先导流动路径232分离地形成并且合适地联接到主流动路径234和/或先导流动路径232。此外，在一些实施例中，隔离室236可以被制造成具有多个可关闭开口238，由此使得能够(在歧管208已形成之后)将隔离材料注入到隔离室236中并且随后关闭开口238。在其它实施例中，歧管208可以包括有利于降低歧管208的总体重量的多个开口空间240。

在燃气涡轮发动机100操作期间，燃烧组件110可以在其不同的操作模式下利用不同量的燃料(例如，发动机100的多种操作同时利用主燃料和引燃燃料二者，但是主燃料与引燃燃料的使用比例可以根据特定的操作模式发生变化)。例如，在发动机100的启动操作期间，引燃燃料的使用(例如，引燃燃料的流率)可以大于巡航操作期间引燃燃料的使用。因此，在其间引燃燃料的流率减小的操作模式下，先导流动路径232内的燃料可以暴露于升高的温度的时间量更大。就这方面而言，由于在歧管208的示例性实施例中(如上文所述)，先导流动路径232位于主流动路径234内，因此在主流动路径234内流动的燃料有利于从先导流动路径232内的燃料去除热并且将先导流动路径232内的燃料隔离。因此，通过将先导流动路径232构造在主流动路径234内，歧管208有利于当在一些发动机操作期间(例如，当引燃燃料更不流动并且因此暴露于升高的温度更长的时间周期时)以较低的流率使用引燃燃料时减小升高的温度对引燃燃料的不期望的影响。例如，歧管208有利于降低引燃燃料将在发动机操作期间焦化的可能性，在于歧管208的一些实施例可以促进燃料涡旋并且使歧管208内的引燃燃料和主燃料的流动方向反向以增加其间的传热。

本说明书中所描述的方法和系统有利于提供燃料歧管，该燃料歧管有利于歧管内的燃料的隔离改进。本说明书中所描述的方法和系统还有利于将引燃燃料回路定位在主燃料回路内。本说明书中所描述的方法和系统还有利于将主燃料回路定位在环形隔离室内以用于额外的隔离效益。本说明书中所描述的方法和系统还有利于在径向内部燃料流处于降低的速率下的操作条件期间使得燃料的径向外部流将热从燃料的径向内部流传走。本说明书中所描述的方法和系统还有利于减少将热转移到燃料中(将热转移到燃料中导致燃料喷嘴中的燃料的焦化)。本说明书中所描述的方法和系统除了使得能够通过次级调度和增大的油冷却能力来改进燃料消耗率(SFC)之外，还有利于使得燃料歧管在外部发动机环境中占据的体积更小。因此，本说明书中所描述的方法和系统有利于提供较低的重量和较低的成本解决方案，以防止燃料喷嘴焦化并且降低部件总数(例如，通过减少暴露于较恶劣的环境的管路的量以及在燃料从燃料控制阀流向燃料喷嘴时更好地控制燃料的温度升高)。

上文详细地描述了流体管道及其制造方法的示例性实施例。所述方法和系统不限于本说明书中所描述的具体实施例，相反，所述方法和系统的部件可以与本说明书中所描述的其它部件独立和单独地使用。例如，本说明书中所描述的方法和系统可以具有其它的工业和/或消费者应用并且不限于仅通过如本说明书中所描述的燃气涡轮发动机来实施。而是，本发明能够结合多种其它的工业实施和利用。

尽管已根据多个具体实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，本发明能够通过属于权利要求书的精神和范围内的改型来实施。

Claims (15)

1.一种燃气涡轮发动机，包括：

压缩机组件；以及

燃烧组件，所述燃烧组件与所述压缩机组件流连通，其中所述燃烧组件包括多个燃料喷嘴和用于向所述燃料喷嘴输送燃料的流体管道，所述流体管道包括：

多个第一出口端口，所述多个第一出口端口沿所述流体管道彼此间隔开；

多个第二出口端口，所述多个第二出口端口沿所述流体管道彼此间隔开；

第一流动路径，所述第一流动路径与所述第一出口端口流连通地沿所述流体管道延伸；和

第二流动路径，所述第二流动路径与所述第二出口端口流连通地沿所述流体管道延伸，其中所述第一流动路径的至少一部分由所述第二流动路径围绕。

2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述流体管道成弓形。

3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一流动路径的至少一部分和所述第二流动路径的一部分同心。

4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一流动路径和所述第二流动路径一起整体形成。

5.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述流体管道还包括隔离室，所述隔离室围绕所述第二流动路径的至少一部分。

6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述隔离室与所述第一流动路径和所述第二流动路径整体形成。

7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一出口端口延伸穿过所述第二流动路径。

8.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃烧组件被构造成引导引燃燃料通过所述第一流动路径和所述第一出口端口，并且被构造成引导主燃料通过所述第二流动路径和所述第二出口端口，其中所述第一出口端口中的一个和所述第二出口端口中的一个与所述喷嘴中的每一个相关联。

9.一种用于燃气涡轮发动机的燃烧组件的流体管道，所述流体管道包括：

多个第一出口端口，所述多个第一出口端口沿所述流体管道彼此间隔开；

多个第二出口端口，所述多个第二出口端口沿所述流体管道彼此间隔开；

第一流动路径，所述第一流动路径与所述第一出口端口流连通地沿所述流体管道延伸；和

第二流动路径，所述第二流动路径与所述第二出口端口流连通地沿所述流体管道延伸，其中所述第一流动路径的至少一部分由所述第二流动路径围绕。

10.根据权利要求9所述的流体管道，其特征在于，所述流体管道成弓形。

11.根据权利要求9所述的流体管道，其特征在于，所述第一流动路径的至少一部分和所述第二流动路径的一部分同心。

12.根据权利要求9所述的流体管道，其特征在于，所述第一流动路径和所述第二流动路径一起整体形成。

13.根据权利要求9所述的流体管道，其特征在于，所述流体管道还包括隔离室，所述隔离室围绕所述第二流动路径的至少一部分。

14.根据权利要求13所述的流体管道，其特征在于，所述隔离室与所述第一流动路径和所述第二流动路径整体形成。

15.根据权利要求9所述的流体管道，其特征在于，所述第一出口端口延伸穿过所述第二流动路径。