CN104781610A - 燃料喷嘴热防护件 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃料喷嘴末梢的后热防护件包括：环形防护件壁；环形防护件凸缘，其从防护件壁的后端沿径向向外延伸；环形挡板凸缘，其包绕圆锥形区段，且设置成使得轴向间隙限定在防护件凸缘与挡板凸缘之间，挡板凸缘包括从其沿轴向向前延伸的径向外沿；和多个冲击冷却孔，其穿过挡板凸缘且定向成以便朝防护件壁引导空气流。

Description

燃料喷嘴热防护件
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机燃料喷嘴，并且更具体而言，涉及燃料喷嘴末梢的后端处的后热防护件。
背景技术
已经开发出航空器燃气涡轮发动机分级燃烧系统，以限制非期望的燃烧产物成分（如氮氧化物(NOx)、未燃烃(HC)和一氧化碳(CO)）的产生，特别是在机场附近，在此它们将促使城市光化烟雾问题。燃气涡轮发动机还设计成有燃料效率，且具有低操作成本。影响燃烧器设计的其他因素是燃气涡轮发动机使用者对有效的低成本操作的需求，这转化成降低燃料消耗而同时保持或甚至提高发动机输出的需要。因此，航空器燃气涡轮发动机燃烧系统的重要设计标准包括提供高燃烧温度，以便在多种发动机操作状态下提供高热效率，以及使非期望的燃烧状态最小化，非期望的燃烧状态促进颗粒的排放、非期望气体的排放、和燃烧产物的排放，燃烧产物是光化烟雾形成物的前体。
喷射燃料和燃烧空气的有效互混有助于使非期望燃烧产物成分的产生最少化。在此方面，这些年已提出许多旋流器、混合器设计和文氏管设计，以改善燃料和空气的混合。以此方式，焚烧在整个混合物上均匀地发生，且降低了由不完全燃烧引起的HC和CO的水平。文氏管促进燃料喷嘴中的燃料和空气的良好混合，这在减少非期望燃烧排放方面是有用的。文氏管已设计为具有燃料喷嘴的后端处的后热防护件，以保护文氏管和燃料喷嘴末梢的其余部分免受热，以降低来自热暴露的非期望效果。热防护件还设计成用于在燃料喷嘴末梢中的其他圆锥形壁区段（如，环形导向壳体，其支承燃料喷嘴末梢中的导向喷嘴）的端部处使用。环形导向壳体的圆锥形区段的后端处的此热防护件的实例在授予Mancini等人的2012年5月8日授权的题为“Mixer Assembly For Gas Turbine Engine Combustor”的美国专利No. 8,171,735号中公开，其转让给了该专利的受让人，且通过引用而并入本文中。
因此，期望具有更有效的热防护件来保护用于在燃料喷嘴中混合燃料和空气的文氏管，以保护燃料喷嘴末梢免受热，以用于减小来自热暴露的非期望效果。期望的是具有一体式热防护件的文氏管，该热防护件具有促进热交换和结构的冷却的特征。非常期望提供后热防护件的更好冷却，以便减小高热负载对热防护件寿命的影响。还期望提供用于替换和焊接在新的热防护件中的更好设计。
发明内容
此需求通过本发明而解决，本发明提供了一种空气冷却的热防护件，其设置在包括由环形外壳包绕的环形导向壳体的类型的燃料喷嘴的后端处。在一个构造中，热防护件可包括具有沉孔的环形防护件凸缘，其通过滑动配合附接到导向壳体的后端，由环形挡板凸缘包绕，环形挡板凸缘可通过冶金连结（如硬焊或焊接）来附接到外壳的后端。
根据本发明的一个方面，一种用于燃料喷嘴末梢的后热防护件包括：环形防护件壁，其具有前圆柱形区段和后圆锥形区段，前圆柱形区段具有形成于其中的沉孔；环形防护件凸缘，其从圆锥形区段的后端沿径向向外延伸；环形挡板凸缘，其包绕圆锥形区段，且设置成使得轴向间隙限定在防护件凸缘与挡板凸缘之间，挡板凸缘包括从其沿轴向向前延伸的径向外沿；和多个冲击冷却孔，其穿过挡板凸缘且定向成以便朝相邻的防护件壁引导空气流。
根据本发明的另一个方面，沉孔的表面限定凸出的弯曲平台。
根据本发明的另一个方面，防护件凸缘包括由环形外侧面(outer face)界定的相反的间隔开的前侧面和后侧面，且其中，凸出倒圆形成在前侧面和外侧面的相交处。
根据本发明的另一个方面，一排冷却孔设置在径向外沿与挡板凸缘之间的连结处，冷却孔定向成将冷却空气朝防护件凸缘的径向外缘引导。
根据本发明的另一个方面，挡板凸缘中的至少一排冷却孔定向成垂直于防护件凸缘的前侧面来引导冷却空气。
根据本发明的另一个方面，内防护件设置在外挡板内；内防护件限定防护件壁和防护件凸缘；且外挡板包括：圆锥形挡板壁，其包绕内防护件的后圆锥形区段；和挡板凸缘，其从挡板壁的后端延伸。
根据本发明的另一个方面，内防护件和外挡板为冶金连结到彼此的两个单独的构件。
根据本发明的另一个方面，内防护件包括突出台，该突出台接触外挡板，突出台具有形成在其中的槽道的径向阵列。
根据本发明的另一个方面，外挡板包括接触内防护件的加厚前端，突出台和加厚前端协作地限定内防护件与外挡板之间的冷却空气室，冷却空气室通过突出台中的槽道与防护件凸缘与挡板凸缘之间的轴向间隙连通。
根据本发明的另一个方面，外挡板的圆锥形挡板壁包括与冷却空气室连通的多个冷却空气端口。
根据本发明的另一个方面，多个止挡件从内防护件的冷却侧沿径向向外延伸，且接合外挡板的加厚前端，以便相对于内防护件沿轴向定位外挡板。
根据本发明的另一个方面，内防护件和外挡板在它们之间协作地限定冷却空气室，冷却空气室与防护件凸缘与挡板凸缘之间的轴向间隙流体地连通。
根据本发明的另一个方面，外挡板的圆锥形挡板壁包括与冷却空气室连通的多个冷却空气端口。
根据本发明的另一个方面，设置在冷却空气室内的台将内防护件和外挡板互连。
根据本发明的另一个方面，冷却槽道的环形阵列延伸穿过台。
根据本发明的另一个方面，凹入内倒圆限定在挡板凸缘、后圆锥形区段和防护件凸缘的连结处。
根据本发明的另一个方面，挡板凸缘中的至少一排冷却孔定向成朝凹入内倒圆引导冷却空气。
根据本发明的另一个方面，一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴装置包括：环形导向壳体，该导向壳体包括圆锥形壁区段；环形主燃料喷射器，其包绕导向壳体；环形燃料喷嘴外壳；和热防护件，其包括：环形防护件壁；环形防护件凸缘，其从防护件壁的后端沿径向向外延伸；环形挡板凸缘，其包绕防护件壁，且设置成使得轴向间隙限定在防护件凸缘与挡板凸缘之间，挡板凸缘包括从其沿轴向向前延伸的径向外沿；和多个冲击冷却孔，其穿过挡板凸缘且定向成以便朝防护件壁引导空气流。
根据本发明的另一个方面，环形防护件壁包括前圆柱形区段和后圆锥形区段，导向壳体的圆锥形壁区段通过滑动配合而附接到在热防护件的圆柱形区段中形成的沉孔；且环形燃料喷嘴外壳的后端通过冶金连结来连结到挡板凸缘的径向外沿。
根据本发明的另一个方面，一种装置还包括导向燃料喷射器。
根据本发明的另一个方面，一种在现场使用之后修理燃料喷嘴装置的方法包括：使热防护件与导向壳体和燃料喷嘴外壳分离；通过滑动配合将导向壳体的圆锥形壁区段组装到在替换热防护件的圆柱形区段中形成的沉孔；和将环形燃料喷嘴壳体的后端冶金连结到替换热防护件的挡板凸缘的径向外沿。
根据本发明的另一个方面，一种在现场使用之后修理燃料喷嘴装置的方法包括：使热防护件与导向壳体和燃料喷嘴外壳分离；和将替换热防护件冶金连结到导向壳体和燃料喷嘴外壳。
根据本发明的另一个方面，一种在现场使用之后修理燃料喷嘴装置的方法包括：使热防护件与导向壳体和燃料喷嘴外壳分离；加工导向壳体的圆锥形壁区段的后端以包括圆柱形外表面；通过滑动配合将加工的圆柱形外表面组装到在替换热防护件的圆柱形区段中形成的沉孔；和将环形燃料喷嘴的后端冶金连结到替换热防护件的挡板凸缘的径向外沿。
根据本发明的另一个方面，一种组装用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴的方法，包括：提供燃料喷嘴本体，其具有：中心导向燃料喷射器；环形导向壳体，其包绕中心导向燃料喷射器，导向壳体包括圆锥形壁区段；环形主燃料喷射器，其包绕导向壳体；环形燃料喷嘴外壳；和通过以下将热防护件组装到燃料喷嘴本体：利用滑动配合来使导向壳体的圆锥形壁区段接合到热防护件的圆柱形部分的沉孔；和将环形燃料喷嘴外壳的后端冶金连结到热防护件的挡板凸缘的径向外沿。
根据本发明的另一个方面，冶金连结通过熔焊形成。
根据本发明的另一个方面，装置的至少一部分为利用快速制造工艺制造的整体结构。
附图说明
本发明可通过参照结合附图作出的以下描述来更好地理解，在附图中：
图1为具有带后热防护件的喷嘴末梢的燃气涡轮发动机燃料喷射器的从后向前看的透视图；
图2为图1中所示的喷嘴末梢和后热防护件的截面视图；
图3为图2中所示的后热防护件的放大截面视图；
图4为图2中所示的后热防护件的内防护件的从前向后看的透视图；
图5为图2中所示的后热防护件的前端上的外挡板的从前向后看的透视图；
图6为图3中所示的后热防护件的剖开透视图；
图7为图6中所示的后热防护件的侧视图；
图8为图3中所示的后热防护件的从后向前看的立面视图；
图9为图3中所示的后热防护件的一部分的放大截面视图；
图10为具有备选后热防护件的燃料喷嘴末梢的截面视图；
图11为图10中所示的后热防护件的一部分的剖开透视图；
图12为图10中所示的热防护件的一部分的放大视图；
图13为图12中所示的热防护件的分解视图；
图14为图3中所示的后热防护件的备选版本的一部分的截面视图；
图15为图3中所示的后热防护件的备选版本的一部分的截面视图；
图16为与燃料喷嘴本体一体地构造的图14中所示的后热防护件的备选版本的一部分的截面视图；并且
图17为与燃料喷嘴本体一体地构造的图12中所示的后热防护件的备选版本的一部分的截面视图。
具体实施方式
大体上，本发明提供了一种空气冷却的热防护件。其可为单独构件，其附接到包括由环形外壳包绕的环形导向壳体的类型的燃料喷嘴的后端，或者其可与燃料喷嘴的后端一体地形成。热防护件可包括具有沉孔的环形防护件凸缘，其通过滑动配合附接到导向壳体的后端，滑动配合由环形挡板凸缘包绕，挡板凸缘可通过冶金连结（如硬焊或焊接）来附接到外壳的后端。
现在参看附图，其中相同的参考标号表示各种视图中的相同元件，图1绘出了燃料喷射器10的示例性实施例，其包括适于固定和密封到燃烧器外壳(未示出)的喷嘴安装件或凸缘30。中空杆32从凸缘30沿径向向内延伸，且包括环形中空入口整流罩28，环形中空入口整流罩28包绕燃料喷射器10的环形导向入口27。本文所示的示例性燃料喷射器中的中空杆32为一体式的，且与入口整流罩28一体地形成。燃料喷射器10的中空杆32可与凸缘30(如，通过硬焊或焊接)整体结合(如本文所示)或固定至凸缘30。
喷射器阀壳体35包括中空杆32的顶部处的导向阀和主阀壳体37,38。在授予Mancini等人的题为“DUAL ORIFICE PILOT FUEL INJECTOR”的美国专利申请公告No. 20100263382号中示出和论述了导向阀和主阀(未示出)，其转让给该专利申请的受让人且通过引用并入本文中。导向阀和主阀壳体37,38的导向阀和主阀入口46,47分别用于将容纳在壳体内的阀流体地连接到燃料供应歧管(未示出)。参看图1和2，中空杆32和入口整流罩28沿径向支承喷嘴末梢11，其包括燃料喷嘴本体12和附接或连结到燃料喷嘴本体12的后端216的两件式后热防护件204。喷嘴末梢11示为具有双孔口导向燃料喷射器末梢，且包括中心轴线120。
参看图2，燃料喷嘴本体12包括主燃料喷嘴61和双孔口导向燃料喷射器末梢57，双孔口导向燃料喷射器末梢57具有基本在环形导向入口27中位于中心的基本同心的主和副导向燃料喷嘴58,59。在图1和2中所示的示例性燃料喷嘴本体12为各种部分或元件的组件。备选地，燃料喷嘴本体12的全部或一部分可为燃料喷射器10的整体一件式单体结构或元件，且可使用快速制造工艺来制造，如，直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)。燃料喷嘴本体12通过其外壳71安装到入口整流罩28，入口整流罩28连接到如图1中所示的中空杆32或与其整体结合。
参看图1和2，燃料喷嘴本体12可通过硬焊和/或焊接来冶金地连结到入口整流罩28。喷嘴末梢11还包括附接到燃料喷嘴本体12的环形的两件式后热防护件204。环形导向壳体108支承主和副导向燃料喷嘴58,59。燃料喷射器10包括多导管燃料回路244，其能够操作成将燃料从燃料导管40供应至主燃料喷嘴61和主和副导向燃料喷嘴58,59。
主燃料喷嘴61包括设置在环形主燃料圈64中的环形主燃料通路62。主燃料喷嘴61包括燃料喷射孔口63的圆形或环形阵列，燃料喷射孔口63从环形主燃料通路62沿径向向外延伸，且穿过环形主燃料圈64的壁。环形主燃料通路62为燃料回路244的一部分。主燃料喷嘴61和环形主燃料圈64沿径向向外与主和副导向燃料喷嘴58,59间隔开。副导向燃料喷嘴59沿径向定位成直接邻近和包绕主导向燃料喷嘴58。
燃料喷嘴外壳71包绕主燃料喷嘴61，且包括与燃料喷射孔口64对准的圆柱形燃料喷洒槽73。主和副导向燃料喷嘴58,59和主燃料喷嘴61围绕中心轴线120对准。包括燃料喷嘴外壳71的中心体103沿径向围绕主和副导向燃料喷嘴58,59和主燃料喷嘴61设置且支承它们。环形导向壳体108由中心体103支承且附接到中心体103。
环形导向壳体108包绕、附接至且支承导向混合器102。环形导向壳体108包括圆锥形壁区段210，圆锥形壁区段210限定圆锥形导向混合腔105，导向混合腔105分别与导向混合器102和主和副导向燃料喷嘴58,59的圆形主出口98和环形副出口100流体地连通，且在它们下游。导向混合器102的空气旋流器导叶沿径向支承双孔口导向燃料喷射器末梢57。双孔口导向燃料喷射器末梢57设置在导向混合器102内。文氏管包括喉部121，喉部121后侧面跟着由环形导向壳体108限定的扩散区段。扩散区段由圆锥形壁区段210提供，圆锥形壁区段210从喉部121向下游或沿轴向向后延伸，且以两件式后热防护件204继续。
参看图2、3和9，两件式后热防护件204可通过由滑动配合接头122指出的滑动配合来附接到环形导向壳体108的圆锥形壁区段210的圆锥形后端214。两件式后热防护件204可通过由焊缝176指出的焊接或其他冶金连结来附接到燃料喷嘴外壳71的后端216。两件式后热防护件204包括内防护件206，内防护件206硬焊或以其他方式冶金连结到外挡板208。内防护件206的圆柱形前端170利用径向外表面172与圆柱形前端170之间的滑动配合来安装到圆锥形壁区段210的圆锥形后端214上的圆柱形径向外表面172上。圆锥形壁区段210的圆锥形后端214配合到圆柱形前端170中的圆柱形沉孔124中。
参看图3、4和9，内防护件206包括环形防护件壁区段217，环形防护件壁区段217包括前圆柱形区段209，前圆柱形区段209后侧面跟着后圆锥形区段211，和后圆锥形区段211的后端处的环形防护件凸缘212。沉孔213部分地延伸穿过圆柱形区段209的前端215。后圆锥形区段211还可称为热防护件开孔218。内防护件206包括相反的热和冷却侧228,230。如图4中所示，多个冷却槽道240延伸穿过突出台242，突出台242远离内防护件206的冷却侧230且沿后圆锥形区段211的后部250且沿防护件凸缘212的径向内部252延伸。冷却槽道240可如图所示成钟形、成角度或沿周向弯曲。
参看图5、8和9，外挡板208包括圆锥形挡板壁220，圆锥形挡板壁220具有在圆锥形挡板壁220的后端224处的环形挡板凸缘222。外挡板208包括延伸穿过圆锥形壁区段220的长形冷却空气端口232，和分别延伸穿过环形挡板凸缘222的内和外冲击孔234,236的径向内和外排233,235。内冲击孔234沿平行于中心轴线120的轴向方向定向。外冲击孔236相对于中心轴线120成钟形或沿周向成角度，且用于使冷却空气266冲击在环形防护件凸缘212的径向外环形凸缘末梢238上或附近。环形挡板凸缘222的环形径向外沿226可焊接或以其他方式冶金连结到在图1和2中所示的焊缝176处例示的燃料喷嘴外壳71的外壳后端216。
参看图4、6、7和9，外挡板208包括圆锥形挡板壁220与挡板凸缘222之间的挡板转角254。沿后圆锥形区段211的后部250的至少一部分和防护件凸缘212的径向内部252的至少一部分，挡板转角254符合突出台242的外防护件表面256，且相对于其密封，且沿其。对流冷却孔258包括由转角254界定的冷却槽道240，转角254符合突出台242的外防护件表面256，且相对于其密封且沿其。
环形冷却空气室260沿内防护件206的后圆锥形区段211在外挡板208的加厚前端264与突出台242之间大体上轴向地延伸。环形冷却空气室260能够操作成使冷却空气266流过对流冷却孔258。外挡板208中的弧形冷却空气端口232能够操作成将冷却空气266供应至环形冷却空气室260。冷却空气266流过对流冷却孔258，且然后沿环形防护件凸缘212且在环形防护件凸缘212的径向外环形凸缘末梢238上沿径向向外流动。这提供了沿冷却侧230的大部分、后圆锥形区段211或热防护件开孔218的较大部分，以及内防护件206的环形防护件凸缘212的一部分的对流冷却。
在图4中更具体地示出的止挡件246从内防护件206的冷侧230沿径向向外延伸，且接合外挡板208的加厚前端264，以相对于内防护件206和突出台242适当地轴向定位外挡板208。该轴向定位用于将外挡板208硬焊到内防护件206和定位和密封冷却空气室260。
沿径向面向内的环形沟槽270可设置在外挡板208的加厚前端264中。沟槽270用于保持硬焊丝248(图3中所示)，硬焊丝248然后熔化来将挡板208硬焊和冶金连结到内防护件206。参看图6、8和9，环形热障涂层272可连结在防护件凸缘212的后侧面上，以向喷嘴末梢11的燃料喷嘴本体12提供附加的热保护。
参看图2，沿轴向或向下游延伸的喷射器冷却流动通路190设置在环形导向壳体108与中心体103之间。喷射器冷却流动通路190的后端194处的后环形室192用于将冷却空气266供应至后热防护件204。
冷却空气266为流入导向混合器102中的导向空气流23的一部分。冷却空气266具有穿过室260和冷却槽道240的相对高速空气扩散，以有效地冷却热防护件板开孔，该热防护件板开孔在本文中由热防护件开孔218和热防护件板212表示。冷却有效性通过增大表面面积和高速空气来实现。分别延伸穿过环形挡板凸缘222的内和外冲击孔234,236的径向内和外排233,235有助于使出口空气速度扩散到流动通路中，且冷却环形防护件凸缘212的径向外环形凸缘末梢238的热防护件外缘。
示例性后热防护件204在上文中已描述为各种部分或元件的组件。然而，后热防护件的全部或一部分可为整体的一件式单体结构或元件，且可使用快速制造工艺来制造，如，直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)。例如，图14和15分别示出了热防护件404和504，它们为整体的一件式或单体的，且它们可使用快速制造工艺来构造。这些热防护件404和504中的各个在构造上大体上类似于上述后热防护件204。
如图14中可见，单件的后热防护件404包括环形内防护件406，环形内防护件406包括前圆柱形区段409，前圆柱形区段409后侧面跟着后圆锥形区段411，其中环形防护件凸缘412在圆锥形区段411的后端处。外挡板408包括圆锥形挡板壁420，圆锥形挡板壁420具有在圆柱形挡板壁420的后端处的环形挡板凸缘422。环形冷却空气室460限定在外挡板408与内防护件406之间。形成在圆锥形挡板壁420中的冷却空气端口432与冷却室460连通。台442使内防护件406与外挡板408互连。冷却槽道440的环形阵列延伸穿过台442。冷却槽道440与冷却空气室460和挡板凸缘422与防护件凸缘412之间的轴向间隙连通。
如图14中可见，单件的后热防护件504包括环形内防护件506，环形内防护件506包括前圆柱形区段509，前圆柱形区段509后侧面跟着后圆锥形区段511，其中环形防护件凸缘512在圆锥形区段511的后端处。外挡板508包括圆锥形挡板壁520，圆锥形挡板壁520具有在圆锥形挡板壁520的后端处的环形挡板凸缘522。台542使内防护件506与外挡板508互连。冷却槽道540的环形阵列延伸穿过台542。冷却槽道540与挡板凸缘522前方的开放区域和挡板凸缘522与防护件凸缘512之间的轴向间隙连通。
图10例示包括上述燃料喷嘴本体12的备选喷嘴末梢11'，其中后热防护件304附接或连结到燃料喷嘴本体12的后端。后热防护件304为上述后热防护件204的备选物。除两个后热防护件204和304之间的差异之外，上述喷嘴末梢11'和喷嘴末梢11在构造上相同。
参看图10、11、12和13，后热防护件304包括环形防护件壁，该环形防护件壁包括前圆柱形区段309，前圆柱形区段309后侧面跟着后圆锥形区段311。环形挡板凸缘322从后圆锥形区段311的中部沿径向向外延伸，且环形防护件凸缘312从后圆锥形区段311的后端沿径向向外延伸。轴向间隙存在于挡板凸缘322与防护件凸缘312之间，且凹入内倒圆317限定在挡板凸缘322、后圆锥形区段311和防护件凸缘312的连结处。
环形径向外沿326在挡板凸缘322的径向外范围处沿轴向向前延伸，且包括平面前表面370，平面前表面370构造成用于冶金连结到燃料喷嘴外壳71，如在下文中更详细地描述的。
沉孔313部分地延伸穿过圆柱形区段309的前端。在所示实例中，沉孔313的径向内表面形成为凸出的弯曲圆角或平台315。
凸出倒圆329形成在防护件凸缘312的前侧面330和径向外侧面338的相交处。已知类型的热障涂层372的层可连结到防护件凸缘312的后侧面328，以对喷嘴末梢11的燃料喷嘴本体12提供附加的热保护。
挡板凸缘322包括多个冷却孔，冷却孔构造成用于实现均匀的金属温度分布且因此实现防护件凸缘312的全部范围上的最小的诱发应力场，以便使该构件的可靠性和寿命最大化。在所示的特定实例中，从最内径向位置到最外径向位置，挡板凸缘322包括冷却孔的四个环形阵列或环形排。
第一排孔333定位且定向成在内倒圆317附近的防护件凸缘312的区域中提供冷却空气。该排孔333相对于中心轴线120成锐角向内定向(即，出口与入口相比处于较低半径下)，以便在限定在内倒圆317与防护件凸缘312的前侧面330之间的切线处将冲击流引导到防护件凸缘312的表面上。
第二和第三排孔334,335分别位于第一排孔333的径向外侧。它们定位且定向成将冷却流在90°下引导到防护件凸缘312的前侧面330上，以在防护件凸缘312的大部分上提供冷却覆盖。它们平行于中心轴线120延伸。
第四排孔336定位在挡板凸缘322的极端外径附近，邻近径向外沿326。该排孔336定向成相对于中心轴线120向外成锐角(即，出口与入口相比处于较高半径下)，以便缓和穿过板之间的间隙流出的冲击冷却流，以便减小其对局部混合器流场的冲击；且以形成沿倒圆329和面338在防护件凸缘312的外缘上的膜冷却空气循环，且促进该冷却空气流在防护件凸缘312的后侧面上在其外径附近的再循环，而非允许相对热的燃烧产物从燃烧区向上游再循环到该位置中。
后热防护件304如下地安装。后热防护件304的圆柱形区段309可利用径向外表面172与圆柱形区段309之间的滑动配合来安装到圆锥形壁区段210的后端214。具体而言，径向外表面172配合到圆柱形区段309中的沉孔313中，其中平台315接触径向外表面172。
在滑动配合完成之后，环形挡板凸缘322的径向外沿326可焊接或以其他方式冶金连结到图10中所示的焊缝172处例示的燃料喷嘴外壳71的外壳后端216。典型的焊接过程(例如，TIG焊接或自动MIG焊接，其为熔焊的类型)涉及在围绕焊缝176周围的通路中移动的焊炬、电极或其他热源。
焊接过程在围绕两个匹配构件周围的焊接区中沿周向施加不均匀的热。这对于焊接过程而言是正常的。在焊接完成时，与不均匀加热(沿垂直于接头平面的方向)相关的收缩可导致后热防护件304相对于圆锥形壁区段210沿侧向旋转或扭曲。滑动接头内的轴向粘合可取决于重叠长度和匹配特征之间的相对径向公差而发生。凸出平台315的形状使粘合发生的可能性最小化，从而减小了最终匹配接头的端部间隙中的失准或不一致的可能性。
应注意的是，本文所述的任何后热防护件的全部或一部分可构造为与上述燃料喷嘴结构的全部或一部分组合的整体、一件式或单体结构的一部分，且可利用快速制造工艺来制造，如，直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)。例如，图16示出了以此方式制作的后热防护件604。该后热防护件604在构造上类似于图14中所示的后热防护件404；然而，如图所示，其内防护件606(对应于内防护件406)沿轴向向前延伸，且其前区段609与圆锥形壁区段210'无缝地整体结合，圆锥形壁区段210'对应于图10中所示的环形导向壳体108的圆锥形壁区段210。此外，后热防护件604的径向外沿626沿轴向向前延伸，且与圆锥形壁区段216'无缝地整体结合，圆锥形壁区段216'对应于图10中所示的外壳71的后端216。
图17示出了以此方式制作的后热防护件704的另一个实例。该后热防护件704在构造上类似于图12中所示的后热防护件304；然而，如图所示，其前区段709(对应于前区段309)与圆锥形壁区段210''无缝地整体结合，圆锥形壁区段210''对应于图10中所示的环形导向壳体108的圆锥形壁区段210。此外，后热防护件704的径向外沿726沿轴向向前延伸，且与圆锥形壁区段216''无缝地整体结合，圆锥形壁区段216''对应于图10中所示的外壳71的后端216。
在现场使用之后，上述后热防护件中的任一者可利用替换热防护件移除和替换。替换方法将取决于后热防护件的原始构造而变化。
在后热防护件最初制造为单独的构件且附接到燃料喷嘴本体的情况下，如同分别在图3和12中所示的后热防护件204和304的情况一样，替换将通过切断焊缝176开始，例如，通过切割或磨削，从而使后热防护件能够与燃料喷嘴本体12自由分开。如果需要，则燃料喷嘴本体12的后端216可通过磨削、化学清洁等来准备，以使其准备用于新的焊接接头或其他冶金连结。替换后热防护件204或304或404或504然后将利用后热防护件204或304或404或504与环形导向壳体108的圆锥形壁区段210之间的滑动配合来组装到燃料喷嘴本体12，且冶金连结在如上文所述的径向外沿226或326或426或526处。
在后热防护件最初制造为具有燃料喷嘴本体的所有或部分的整体、一件式或单体结构的一部分的情况下，使用图16中所示的后热防护件604作为实例，替换将通过穿过前区段609和径向外沿626切断后热防护件开始，例如，通过切割或磨削，从而使后热防护件能够与燃料喷嘴本体12自由分开。后热防护件可沿粗略对应于图12中所示的接头的切割平面切断。如果需要，则燃料喷嘴本体12的后端216'和圆锥形壁区段210'可通过磨削、化学清洁等来准备，以使它们准备用于新的焊接接头或其他冶金连结。在设计上类似于或等同于热防护件604的替换后热防护件然后将组装到燃料喷嘴本体12，且例如通过硬焊或焊接来冶金连结。该过程还代表图17中所示的后热防护件704的替换。
可选地，在移除热防护件604之后，圆锥形壁区段210'可加工成与图2中所见的圆柱形径向外表面172相同的形状。这然后将允许与图3和12中所示的后热防护件204和304和404和504类似或相同的后热防护件利用后热防护件204或304或404或504与修改的圆锥形壁区段210'之间的滑动配合来分别组装到燃料喷嘴本体12，且冶金连结在如上所述的径向外沿226或326或426或526。
上述本发明具有优于现有技术的若干优点。后热防护件204和304两者允许通过替换和焊接新的热防护件来实际现场修理燃料喷嘴。后热防护件204的两件式设计和构造用于减轻由环形防护件凸缘212(也称为热防护件板)的开孔区域与挡板凸缘222之间的热应变和温度梯度引起的部分应力。两件式设计允许通过替换和焊接新的热防护件来现场修理燃料喷嘴。槽道开孔冷却设计使用室260和冷却槽道240来冷却热防护件开孔218和凸缘212，从而提供提高的表面冷却增强，同时管理灰尘进入，且防止冷却表面和孔由灰尘堵塞。
上文描述了用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴和热防护件，以及制作和组装其的方法。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或由此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合来组合，除了其中此类特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合。
本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的各特征可由用于相同、等同或类似目的的备选特征替换，除非另外明确指出。因此，除非明确地另外指出，则公开的各特征仅为普通系列的相同或类似特征的一个实例。
本发明不限于前述实施例的细节。本发明延伸了本说明书(包括任何附图、摘要和图)中公开的特征中的任一新颖特征或任何新颖组合，或延伸至由此公开的任何方法或过程的步骤中的任一新颖步骤或任何新颖组合。

Claims (26)

1. 一种用于燃料喷嘴末梢的后热防护件装置，包括：
环形防护件壁，其具有前圆柱形区段和后圆锥形区段，所述前圆柱形区段具有形成于其中的沉孔；
环形防护件凸缘，其从所述后圆锥形区段的后端沿径向向外延伸；
环形挡板凸缘，其包绕所述圆锥形区段，且设置成使得轴向间隙限定在所述防护件凸缘与所述挡板凸缘之间，所述挡板凸缘包括从其沿轴向向前延伸的径向外沿；和
多个冲击冷却孔，其穿过所述挡板凸缘且定向成以便朝所述防护件凸缘引导空气流。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述沉孔的径向内表面限定凸出的弯曲平台。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述防护件凸缘包括由环形外侧面界定的相反的、间隔开的前侧面和后侧面，且其中，凸出倒圆形成在所述前侧面和所述外侧面的相交处。
4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，一排冷却孔设置在所述径向外沿与所述挡板凸缘之间的连结处，所述冷却孔定向成朝所述防护件凸缘的径向外缘引导冷却空气。
5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述挡板凸缘中的至少一排冷却孔定向成垂直于所述防护件凸缘的前侧面引导冷却空气。
6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
内防护件设置在外挡板内；
所述内防护件限定所述防护件壁和所述防护件凸缘；并且
所述外挡板包括：
    圆锥形挡板壁，其包绕所述内防护件的后圆锥形区段；和
    所述挡板凸缘，其从所述挡板壁的后端延伸。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述内防护件和所述外挡板是冶金地连结到彼此的两个单独构件。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述内防护件包括接触所述外挡板的突出台，所述突出台具有形成在其中的槽道的径向阵列。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述外挡板包括加厚前端，所述加厚前端接触所述内防护件，所述突出台和所述加厚前端协作地限定所述内防护件与所述外挡板之间的冷却空气室，所述冷却空气室通过所述突出台中的所述槽道与所述防护件凸缘和所述挡板凸缘之间的所述轴向间隙连通。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述外挡板的圆锥形挡板壁包括与所述冷却空气室连通的多个冷却空气端口。
11. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，多个止挡件从所述内防护件沿径向向外延伸，且接合所述外挡板的加厚前端，以便相对于所述内防护件沿轴向定位所述外挡板。
12. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述内防护件和所述外挡板在它们之间协作地限定冷却空气室，所述冷却空气室与所述防护件凸缘和所述挡板凸缘之间的所述轴向间隙流体地连通。
13. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述外挡板的圆锥形挡板壁包括与所述冷却空气室连通的多个冷却空气端口。
14. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，设置在所述冷却空气室内的台将所述内防护件与所述外挡板互连。
15. 根据权利要求14所述的装置，其特征在于，冷却槽道的环形阵列延伸穿过所述台。
16. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，凹入内倒圆限定在所述挡板凸缘、所述后圆锥形区段和所述防护件凸缘的连结处。
17. 根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述挡板凸缘中的至少一排冷却孔定向成朝所述凹入内倒圆引导冷却空气。
18. 一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴装置，包括：
环形导向壳体，所述导向壳体包括圆锥形壁区段；
环形主燃料喷射器，其包绕所述导向壳体；
环形燃料喷嘴外壳；和
热防护件，其包括：
    环形防护件壁；
    环形防护件凸缘，其从所述防护件壁的后端沿径向向外延伸；
    环形挡板凸缘，其包绕所述防护件壁，且设置成使得轴向间隙限定在所述防护件凸缘与所述挡板凸缘之间，所述挡板凸缘包括从其沿轴向向前延伸的径向外沿；和
    多个冲击冷却孔，其穿过所述挡板凸缘且定向成以便朝所述防护件凸缘引导空气流。
19. 根据权利要求18所述的装置，其特征在于：
所述环形防护件壁包括前圆柱形区段和后圆锥形区段；
所述导向壳体的圆锥形壁区段通过滑动配合而附接到形成在所述热防护件的前圆柱形区段中的沉孔；并且
所述环形燃料喷嘴外壳的后端通过冶金连结来连结到所述挡板凸缘的径向外沿。
20. 根据权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括导向燃料喷射器。
21. 一种在现场使用之后修理根据权利要求19的装置的方法，包括：
使所述热防护件与所述导向壳体和所述燃料喷嘴外壳分离；
通过滑动配合将所述导向壳体的圆锥形壁区段组装到在替换热防护件的圆柱形区段中形成的沉孔；和
将所述环形燃料喷嘴的后端冶金地连结到所述替换热防护件的挡板凸缘的径向外沿。
22. 一种在现场使用之后修理根据权利要求18的装置的方法，包括：
使所述热防护件与所述导向壳体和所述燃料喷嘴外壳分离；和
将替换热防护件冶金地连结到所述导向壳体和所述燃料喷嘴外壳。
23. 一种在现场使用之后修理根据权利要求18的装置的方法，包括：
使所述热防护件与所述导向壳体和所述燃料喷嘴外壳分离；
加工所述导向壳体的圆锥形壁区段的后端，以包括圆柱形外表面；
通过滑动配合将加工的圆柱形外表面组装到在替换热防护件的圆柱形区段中形成的沉孔；和
将所述环形燃料喷嘴外壳的后端冶金地连结到所述替换热防护件的挡板凸缘的径向外沿。
24. 一种组装用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴的方法，包括：
提供燃料喷嘴本体，其具有：
    中心导向燃料喷射器；
    环形导向壳体，其包绕所述中心导向燃料喷射器，所述导向壳体包括圆锥形壁区段；
    环形主燃料喷射器，其包绕所述导向壳体；
    环形燃料喷嘴外壳；和
通过以下将根据权利要求1的热防护件组装到所述燃料喷嘴本体：
    利用滑动配合使所述导向壳体的圆锥形壁区段接合到所述热防护件的圆柱形部分的沉孔；和
    将所述环形燃料喷嘴外壳的后端冶金地连结到所述挡板凸缘的径向外沿。
25. 根据权利要求24所述的方法，其特征在于，冶金连结通过熔焊而形成。
26. 根据权利要求1至19中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置的至少一部分为利用快速制造工艺制造的整体结构。
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