CN105716118A - 燃料喷嘴结构 - Google Patents

燃料喷嘴结构 Download PDF

Info

Publication number
CN105716118A
CN105716118A CN201510975192.2A CN201510975192A CN105716118A CN 105716118 A CN105716118 A CN 105716118A CN 201510975192 A CN201510975192 A CN 201510975192A CN 105716118 A CN105716118 A CN 105716118A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel
main
injection ring
main injection
ectosome
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510975192.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105716118B (zh
Inventor
N.V.帕特
D.D.托姆森
M.J.麦卡伦
K.范德沃尔德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN105716118A publication Critical patent/CN105716118A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105716118B publication Critical patent/CN105716118B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/283—Attaching or cooling of fuel injecting means including supports for fuel injectors, stems, or lances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F23R3/346—Feeding into different combustion zones for staged combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

本发明涉及燃料喷嘴结构。具体而言，一种燃气涡轮发动机燃料喷嘴装置包括：环形外体，该外体平行于中心线轴线延伸，且具有在前端与后端之间延伸的大体上圆柱形的外表面，且具有穿过外表面的多个开口；设置在外体内的环形主喷射环，主喷射环包括从其沿径向向外延伸的环形阵列的燃料柱；沿周向方向在主喷射环内延伸的主燃料通道；多个主燃料孔口，各个主燃料孔口与主燃料通道连通，且延伸穿过其中一个燃料柱；以及将主喷射环连接至外体的悬置结构，悬置结构构造成沿轴向和侧向方向大致刚性地定位主环的位置，同时允许沿径向方向的受控偏转。

Description

燃料喷嘴结构
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机燃料喷嘴，且更具体地涉及用于燃气涡轮发动机燃料喷嘴的主喷射结构。
背景技术
飞行器燃气涡轮发动机包括燃烧器，燃料在燃烧器中焚烧以将热输入发动机循环。典型的燃烧器包括一个或多个燃料喷射器，燃料喷射器作用为将液体燃料引入空气流中，使得其可雾化和焚烧。
分级燃烧器发展成以低污染、高效率、低成本、高发动机输出和良好的发动机操作性操作。在分级燃烧器中，燃烧器的喷嘴可操作成通过两个或更多个离散的级来选择性地喷射燃料，各个级由燃料喷嘴内的独立燃料流动通路限定。例如，燃料喷嘴可包括连续地操作的引导级，以及仅在较高发动机功率水平下操作的主级。燃料流率还可在各个级内变化。
主级包括具有多个燃料喷射端口的环形主喷射环，该多个燃料喷射端口通过包绕的中心体将燃料排放到旋流混合器空气流中。此类燃料喷嘴的需求确保燃料不会摄入燃料喷嘴内的空隙中，其在那里可点燃而引起内部破坏和可能的反常操作。还期望具有穿透到混合器空气流中的良好燃料射流。
发明内容
该需求由本发明解决，本发明提供了包括喷射结构的燃料喷嘴，该喷射结构构造成生成空气流，空气流清洗且协助燃料流穿透到空气流中。
根据本发明的一个方面，一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴装置包括：环形外体，外体平行于中心线轴线延伸，外体具有在前端与后端之间延伸的大体上圆柱形的外表面，且具有穿过外表面的多个开口；设置在外体内的环形主喷射环，主喷射环包括从其沿径向向外延伸的环形阵列的燃料柱；沿周向方向在主喷射环内延伸的主燃料通道；多个主燃料孔口，各个主燃料孔口与主燃料通道连通，且延伸穿过其中一个燃料柱；以及将主喷射环连接至外体的悬置结构，悬置结构构造成沿轴向和侧向方向大致刚性地定位主环的位置，同时允许沿径向方向的受控偏转。
根据本发明的另一个方面，悬置结构包括：在开口后方从外体沿径向向内延伸的环形凸缘；沿大体上轴向方向从凸缘向前延伸且沿径向穿过主喷射环的内侧的环形内臂；从主喷射环沿轴向向前延伸的环形外臂；以及在主喷射环的轴向前方的位置处使内臂和外臂互连的U形弯曲部。
根据本发明的另一个方面，挡板沿大体上轴向方向从凸缘向前延伸且沿径向穿过主喷射环的外侧；并且挡板包括燃料柱穿过的开口。
根据本发明的另一个方面，挡板的前端在开口前方连接至外体。
根据本发明的另一个方面，各个燃料柱包括限定圆柱形侧表面的周壁，以及从周壁的远端表面沿径向向内凹入以限定喷雾井的沿径向面向外的底板；且各个燃料柱与外体中的开口中的一个对准且通过限定在开口与侧表面之间的外周间隙与开口分开。
根据本发明的另一个方面，燃料柱沿径向向外延伸超过外体的外表面。
根据本发明的另一个方面，各个燃料柱在平面视图中为伸长的，且包括限定侧表面的周壁和从周壁的远端表面沿径向向内凹入以限定喷雾井的沿径向面向外的底板；且各个燃料柱与外体中的开口中的一个对准且通过限定在开口与侧表面之间的外周间隙与开口分开。
根据本发明的另一方面，至少一个空气协助端口在周壁与底板的交叉点附近形成在周壁中。
根据本发明的另一个方面，其中至少一个燃料柱包括沿平行于远端表面的线延伸的斜面形嵌口，嵌口在喷雾井处具有最大径向深度且在径向高度中向外渐缩，在离喷雾井一定距离处接合远端表面。
根据本发明的另一个方面，各个燃料柱的周壁在平面视图中为泪滴形。
根据本发明的另一个方面，径向间隙存在于燃料柱与外体之间；各个燃料柱包括限定圆柱形侧表面的周壁，以及限定从周壁的远端表面沿径向向内凹入的沿径向面向外的底板的孔；并且大体上管状的滑动密封件接纳在各个燃料柱的孔中且跨越径向间隙。
根据本发明的另一个方面，各个滑动密封件固定在外体的其中一个开口中，且利用滑动配合接纳在燃料柱的对应孔中。
根据本发明的另一个方面，该装置还包括：包括设置在主喷射环内的具有最小直径的喉部的环形文氏管；设置在文氏管内的环形分流器；在文氏管与分流器之间延伸的外旋流导叶的阵列；设置在分流器内的引导燃料喷射器；以及在分流器与引导燃料喷射器之间延伸的内旋流导叶的阵列。
根据本发明的另一个方面，该装置还包括：可操作成在变化的流率下供应液体燃料流的燃料系统；联接在燃料系统与引导燃料喷射器之间的引导燃料管道；以及联接在燃料系统与主喷射环之间的主燃料管道。
技术方案1.一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴装置，包括：
环形外体，所述外体平行于中心线轴线延伸，所述外体具有在前端与后端之间延伸的大体上圆柱形的外表面，且具有穿过所述外表面的多个开口；
设置在所述外体内的环形主喷射环，所述主喷射环包括从其沿径向向外延伸的环形阵列的燃料柱；
沿周向方向在所述主喷射环内延伸的主燃料通道；
多个主燃料孔口，各个主燃料孔口与所述主燃料通道连通，且延伸穿过所述燃料柱中的一个；以及
将所述主喷射环连接至所述外体的悬置结构，所述悬置结构构造成沿轴向和侧向方向大致刚性地定位所述主环的位置，同时允许沿径向方向的受控偏转。
技术方案2.根据技术方案1所述的装置，其特征在于，所述悬置结构包括：
在所述开口后方从所述外体沿径向向内延伸的环形凸缘；
沿大体上轴向方向从所述凸缘向前延伸且沿径向穿过所述主喷射环的内侧的环形内臂；
从所述主喷射环沿轴向向前延伸的环形外臂；以及在所述主喷射环的轴向前方的位置处使所述内臂和所述外臂互连的U形弯曲部。
技术方案3.根据技术方案2所述的装置，其特征在于：
挡板沿大体上轴向方向从所述凸缘向前延伸且沿径向穿过所述主喷射环的外侧；并且
所述挡板包括所述燃料柱穿过的开口。
技术方案4.根据技术方案3所述的装置，其特征在于，所述挡板的前端在所述开口前方连接至所述外体。
技术方案5.根据技术方案1所述的装置，其特征在于：
各个燃料柱包括限定圆柱形侧表面的周壁，以及从所述周壁的远端表面沿径向向内凹入以限定喷雾井的沿径向面向外的底板；并且
各个燃料柱与所述外体中的所述开口中的一个对准，且通过限定在所述开口与所述侧表面之间的外周间隙与所述开口分开。
技术方案6.根据技术方案5所述的装置，其特征在于，所述燃料柱沿径向向外延伸超过所述外体的外表面。
技术方案7.根据技术方案1所述的装置，其特征在于：
各个燃料柱在平面视图中为伸长的，且包括限定侧表面的周壁和从所述周壁的远端表面沿径向向内凹入以限定喷雾井的沿径向面向外的底板；以及
各个燃料柱与所述外体中的所述开口中的一个对准，且通过限定在所述开口与所述侧表面之间的外周间隙与所述开口分开。
技术方案8.根据技术方案7所述的装置，其特征在于，至少一个空气协助端口在所述周壁与所述底板的交叉点附近形成在所述周壁中。
技术方案9.根据技术方案7所述的装置，其特征在于，所述燃料柱中的至少一个包括沿平行于所述远端表面的线延伸的斜面形嵌口，所述嵌口在所述喷雾井处具有最大径向深度且在径向高度中向外渐缩，在离所述喷雾井一定距离处接合所述远端表面。
技术方案10.根据技术方案7所述的装置，其特征在于，各个燃料柱的所述周壁在平面视图中为泪滴形。
技术方案11.根据技术方案1所述的装置，其特征在于：
径向间隙存在于所述燃料柱与所述外体之间；
各个燃料柱包括限定圆柱形侧表面的周壁，以及限定从所述周壁的远端表面沿径向向内凹入的沿径向面向外的底板的孔；并且
大体上管状的滑动密封件接纳在各个燃料柱的所述孔中且跨越所述径向间隙。
技术方案12.根据技术方案11所述的装置，其特征在于，各个滑动密封件固定在所述外体的所述开口中的一个中，且利用滑动配合接纳在燃料柱的对应孔中。
技术方案13.根据技术方案1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
包括设置在所述主喷射环内的具有最小直径的喉部的环形文氏管；
设置在所述文氏管内的环形分流器；
在所述文氏管与所述分流器之间延伸的外旋流导叶的阵列；
设置在所述分流器内的引导燃料喷射器；以及
在所述分流器与所述引导燃料喷射器之间延伸的内旋流导叶的阵列。
技术方案14.根据技术方案1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
可操作成在变化的流率下供应液体燃料流的燃料系统；
联接在所述燃料系统与所述引导燃料喷射器之间的引导燃料管道；以及
联接在所述燃料系统与所述主喷射环之间的主燃料管道。
附图说明
通过结合附图参照以下描述可最佳地理解本发明，在附图中：
图1为根据本发明的一个方面构造的燃气涡轮发动机燃料喷嘴的示意性截面视图；
图2为图1的燃料喷嘴的一部分的放大视图，示出了其主燃料喷射结构；
图3为图2中所示的燃料喷射结构的局部透视图；
图4为燃料喷嘴的一部分的截面视图，示出了备选的主燃料喷射结构；
图5为图4中所示的燃料喷射结构的局部透视图；
图6为沿图5的线6-6得到的视图；
图7为燃料喷嘴的一部分的截面视图，示出了备选的主燃料喷射结构；
图8为图7中所示的燃料喷射结构的局部透视图；
图9为沿图7的线9-9得到的视图；
图10为燃料喷嘴的一部分的截面视图，示出了备选主燃料喷射结构；以及
图11为图6中所示的燃料喷射结构的局部透视图。
零件清单
P引导空气流
M混合空气流
10燃料喷嘴
12燃料系统
14引导控制阀
18引导器
20主阀
22主燃料管道
24主喷射环
26中心线轴线
28分流器
30文氏管
32内体
35凸缘
36外体
38整流罩
40引导中心体
42排出孔口
44计量塞
46中心孔
48转移孔
50进料环状空间
52喷雾孔
54上游区段
56喉部
58扩散区段
60内旋流导叶
62上游区段
64喉部
66扩散区段
68外旋流导叶
70隔热屏
72燃料喷嘴杆
76主燃料通道
78主燃料孔口
80引导燃料通道
82前端
84挡板
86冷却孔
88圆柱形外表面
90副流动通路
94开口
96三级空间
98供应槽
102周壁
104燃料柱
106侧表面
108底板
110外周间隙
112远端表面
138悬置结构
140内臂
148内表面
150外臂
152U形弯曲部
154挡板
156外表面
158开口
160前端
192喷雾井
202周壁
202'周壁
204燃料柱
204'燃料柱
206侧表面
206'侧表面
208底板
208'底板
210外周间隙
210'外周间隙
212远端面
212'远端面
218'协助端口
220嵌口
222线
224主喷射环
224'主喷射环
236外体
238悬置结构
240内臂
250外臂
252U形弯曲部
254挡板
278主燃料孔口
292喷雾井
292'喷雾井
294开口
304燃料柱
308底板
312远端面
324主喷射环
336外体
338悬置结构
340内臂
350外臂
352U形弯曲部
354挡板
376主燃料通道
378主燃料孔口
380滑动密封件
382凸缘
384槽口
394开口。
具体实施方式
大体上，本发明提供了一种具有喷射环的燃料喷嘴。主喷射环包括喷射结构，该喷射结构构造成通过围绕燃料孔口的受控间隙来生成空气流，其使燃料从主喷射环流动，且协助燃料流从燃料孔口穿透到高速空气流中。主喷射环由提供大致一个移动自由度的结构支承。
现在，参看附图，其中相同的参考标号表示贯穿各个视图的相同元件，图1绘出了构造成将液态烃燃料喷射到燃气涡轮发动机燃烧器(未示出)的空气流中的一种燃料喷嘴10的范例。燃料喷嘴10为"分级"类型，意味着其可操作成通过两个或更多个离散的级选择性地喷射燃料，各个级均由燃料喷嘴10内的独立燃料流动通路限定。燃料流率还可在各个级内变化。
燃料喷嘴10连接到已知类型的燃料系统12，其可操作成根据操作需要在变化的流率下供应液体燃料流。燃料系统将燃料供应至引导控制阀14，引导控制阀14联接至引导燃料管道16，引导燃料管道16继而又将燃料供应至燃料喷嘴10的引导器18。燃料系统12还将燃料供应至主阀20，主阀20联接至主燃料管道22，主燃料管道22继而又供应燃料喷嘴10的主喷射环24。
出于描述的目的，将参照燃料喷嘴10的中心线轴线26，其大体上平行于燃料喷嘴10将在其中使用的发动机(未示出)的中心线轴线。从中心线轴线26开始且沿径向向外行进，所示的燃料喷嘴10的主要构件为：引导器18、分流器28、文氏管30、内体32、主喷射环24和外体36。将详细描述这些结构中的各个结构。
引导器18设置在燃料喷嘴10的上游端处，与中心线轴线26对准且由整流罩38包绕。
所示引导器18包括大体上圆柱形的轴向伸长的引导中心体40。引导中心体40的上游端连接至整流罩38。引导中心体40的下游端包括具有锥形出口的会聚-扩散排出孔口42。
计量塞44设置在引导中心体40的中心孔46内。计量塞44与引导燃料管道连通。计量塞44包括转移孔48，其使燃料流至限定在计量塞44与中心孔46之间的进料环状空间50，且还包括成角度的喷雾孔52的阵列，其布置成从进料环状空间50接收燃料，且使其以具有切向速度分量的旋流样式朝排出孔口42流动。
环形分流器28包绕引导喷射器18。其沿轴向顺序包括：大体上圆柱形的上游区段54、具有最小直径的喉部56，以及下游扩散区段58。
内空气旋流器包括内旋流导叶60的径向阵列，其在引导中心体40与分流器28的上游区段54之间延伸。内旋流导叶60定形且定向成引入旋流到穿过内空气旋流器的空气流中。
环形文氏管30包绕分流器28。其沿轴向顺序包括：大体上圆柱形的上游区段62、具有最小直径的喉部64，以及下游扩散区段66。限定外空气旋流器的外旋流导叶68的径向阵列在分流器28与文氏管30之间延伸。外旋流导叶68、分流器28和内旋流导叶60物理地支承引导器18。外旋流导叶68定形和定向成引入旋流到穿过外空气旋流器的空气流中。文氏管30的孔限定穿过燃料喷嘴10的大体上标为"P"的用于引导空气流的流动通路。环形形式的沿径向延伸的板的隔热屏70可设置在扩散区段66的后端处。已知类型的热障涂层(TBC)(未示出)可施加在隔热屏70和/或扩散区段66的表面上。
内体32可连接至整流罩38，且用作主喷射环24与固定安装结构(诸如燃料喷嘴杆)之间的机械连接的一部分，燃料喷嘴杆的一部分示为项目72。
环形形式的主喷射环24包绕内体32。主喷射环24通过下文更详细描述的悬置结构连接至内体32和外体36。
主喷射环24包括主燃料通道76(见图2)，其联接到主燃料管道22且通过主燃料管道22供应燃料。形成在主喷射环24中的主燃料孔口78的径向阵列与主燃料通道76连通。在发动机操作期间，燃料通过主燃料孔口78排出。一个或多个引导燃料通道80延伸穿过紧邻主燃料通道76的主喷射环24。在发动机操作期间，燃料不断地循环穿过引导燃料通道80以冷却主喷射环24，且防止主燃料通道76和主燃料孔口78的焦化。
环形外体36包绕主喷射环24、文氏管30和引导器18，且限定燃料喷嘴10的外部范围。在所示的示例中，内体32的后端由沿径向延伸的凸缘35连接到外体36。外体36的前端82在组装时接合至杆72(见图1)。外体36的后端可包括环形的沿径向延伸的挡板84，其包括对准隔热屏70的冷却孔86。大体上圆柱形的外表面88在前端与后端之间延伸，该表面88在操作中经历大体上表示为"M"的混合器空气流。外体36与文氏管30和内体32协作限定副流动通路90。穿过该副流动通路90的空气通过冷却孔86排出。
外体36包括开口94的环形阵列。各个主燃料孔口78与其中一个开口94对准。
外体36与内体32协作以限定免受周围外部空气流的环形三级空间或空隙96。主喷射环24容纳在该空隙中。在燃料喷嘴10内，流动通路提供末梢空气流来与空隙96连通且给空隙96供应保持高于开口94附近的位置处的外部压力的小的压力裕度所需的最小流。在所示示例中，该流由小的供应槽98提供。
燃料喷嘴10和其组成构件可由一种或多种金属合金构成。适合的合金的非限制性示例包括镍基和钴基合金。
燃料喷嘴10或其部分的所有或部分可为单一整体、一件式或整体式构件的一部分，且可使用涉及逐层构造或加成制造(与如同常规机械加工那样的材料移除相反)的制造工艺制造。此过程可称为"快速制造过程"和/或"加成制造过程"，其中用语"加成制造过程"为本文中大体上表示此过程的用语。加成制造过程包括但不限于：直接金属激光熔化(DMLM)、激光净形制造(LNSM)、电子束烧结、选择性激光烧结(SLS)、3D打印(诸如通过喷墨打印和激光打印)、立体光刻(SLA)。电子束熔化(EBM)、激光工程净成形(LENS)和直接金属沉积(DMD)。
主喷射环24、主燃料孔口78和开口94可构造成提供受控的副清洗空气通路和主燃料孔口78处的空气协助。参看图2和图3，开口94大体上为圆柱形且沿径向方向定向。
主喷射环24包括从其沿径向向外延伸的多个升高的燃料柱104。燃料柱104包括限定圆柱形侧表面106的周壁102。径向面对的底板108从周壁102的远端表面112凹入，且与周壁102结合，限定喷雾井192。各个主燃料孔口78与主燃料通道76连通，且穿过其中一个燃料柱104，通过燃料柱104的底板108退出。各个燃料柱104与其中一个开口94对准，且定位成限定与相关联的开口94协作的外周间隙110。围绕燃料柱104的这些小的受控间隙110允许最少清洗空气流过以保护内部末梢空间或空隙96免于燃料进入。
主喷射环24通过悬置结构138附接至内体32和外体36。悬置结构138包括从凸缘35在大体上轴向方向上向前延伸的环形内臂140。内臂140沿径向穿过主喷射环24的内侧。在截面视图中，内臂140向内凸出地弯曲，且与主喷射环24的内表面148的凸形弯曲部间隔开且大体上平行。环形外臂150从主喷射环24轴向地向前延伸。在主喷射环24的轴向前方位置处，U形弯曲部152使内臂140和外臂150互连。挡板154从凸缘35在大体上轴向方向上向前延伸。挡板154在主喷射环24与外体36之间沿径向穿过主喷射环24的外侧。在截面视图中，挡板154向外凸出地弯曲，且与主喷射环24的外表面156的凸形弯曲部间隔开且大体上平行。挡板154包括燃料柱104穿过的开口158，且挡板的前端160连接到开口94前的外体36。
悬置结构138事实上沿轴向和切向(或侧向)方向大致刚性地定位主喷射环24的位置，同时允许沿径向方向的受控偏转。这通过悬置结构的元件的尺寸、形状和定向来实现。具体而言，内臂140和外臂150以及U形弯曲部152构造成用作沿径向方向的弹簧元件。实际上，主喷射环24大致具有一个移动自由度("1-DOF")。
在发动机操作期间，外体36经历高温空气流，且因此经历显著的热膨胀和收缩，而主喷射环24由液体燃料流不断冷却且保持相对稳定。悬置结构138的效果在于允许外体36相对于主喷射环24的热增长，同时保持上文所述的外周间隙的尺寸，从而保持清洗流的有效性。
图4-图6示出了用于提供受控清洗空气流出和喷射空气协助的备选构造。具体而言，这些图示出了主喷射环224和外体236的一部分，其可替代上文所述的主喷射环24和外体36。本文并未明确示出的主喷射环224和外体236的任何结构或特征都可假定为与上文所述的主喷射环24和外体36相同。外体236包括在平面视图中大致伸长的开口294的环形阵列。它们可为卵形、椭圆形或另一伸长形状。在所示的特定示例中，它们为"泪滴形"，具有两个凸出弯曲端，其中一端具有比另一端更大的宽度。
形成在主喷射环224中的主燃料孔口278的径向阵列与主燃料通道276连通。主喷射环224包括从其沿径向向外延伸的多个升高的燃料柱204。燃料柱204包括限定侧表面206的周壁202。在平面视图中，燃料柱204是伸长的，且可为例如卵形、椭圆形或如图所示的泪滴形。圆形孔形成在燃料柱204中，限定从周壁202的远端面212凹入的底板208，且与周壁202结合，限定喷雾井292。各个主燃料孔口278与主燃料通道276连通，且穿过其中一个燃料柱204，通过燃料柱204的底板208退出。各个燃料柱204与其中一个开口294对准，且定位成限定与相关联的开口294协作的外周间隙210。围绕燃料柱204的这些小的受控间隙210允许尽可能少的清洗空气流过以保护内部末梢空间免于燃料进入。
主喷射环224通过与上文所述的悬置结构138大致相同的悬置结构238附接至主环支承件224和外体236，悬置结构238包括内臂240、外臂250、U形弯曲部252和挡板254。
燃料柱204的伸长形状提供了表面区域，以便其中一个或多个燃料柱204的远端212可构造成包括斜面形"嵌口(scarf)"。嵌口可布置成生成相邻主燃料孔口278之间的局部静压差。相邻的主燃料孔口278之间的这些局部静压差可用于在仅引导器操作的时期期间从主喷射环224清洗停滞的主燃料，以便避免主回路焦化。
当在如图4中所见的截面中看时，嵌口220在其与相关联的喷雾井292的对接处具有其最大径向深度(相对于远端212测得)，且沿径向高度向外成斜面或渐缩，在离喷雾井292的一定距离处接合远端面212。在平面视图中，如图5中所见，嵌口220沿线222远离主燃料端口278延伸，且在侧向宽度中渐缩至其远端处的最小宽度。线222延伸的方向限定嵌口220的定向。图5中所示的嵌口220称为"下游"嵌口，因为其平行于旋转或旋流混合器空气流M的流线，且使其远端相对于混合器空气流M定位在相关联的主燃料孔口278下游。
嵌口220的存在或不存在以及嵌口220的定向确定发动机操作期间相关联的主燃料孔口278处存在的空气静压。混合器空气流M显示出"旋流"，即，其速度具有相对于中心线轴线26的轴向分量和切向分量两者。为了实现上文所述的清洗功能，喷雾井292可布置成使得不同的主燃料孔口278在发动机操作期间经历不同的静压。例如，与嵌口220不相关联的各个主燃料孔口278将经历混合器空气流M中的大体上主要的静压。为了描述的目的，这些在本文中称为"中性压力端口"。与如图5中所见的"下游"嵌口220相关联的各个主燃料孔口278将经历相对于混合器空气流M中的主要静压减小的静压。为了描述的目的，这些在本文中称为"低压端口"。尽管未示出，但还有可能的是，一个或多个嵌口220可定向成与下游嵌口220的定向相反。这些将为"上游嵌口"，且相关联的主燃料孔口278将经历相对于混合器空气流M中的主要静压增大的静压。为了描述的目的，这些在本文中称为"高压端口"。
主燃料孔口278和嵌口220可布置成将生成有效驱动清洗功能的压差的任何构造，清洗功能可用于在主喷射环224未有效使用时从主燃料通道276清洗剩余燃料。例如，正压端口可与中性压力端口交错，或正压端口可与负压端口交错。
图7-图9示出了图4和图5中所示的主喷射环224的变型，其在224'处表示。除燃料柱204'的构造之外，主喷射环224'和周围结构可与主喷射环224相同。在该变型中，燃料柱204'包括限定侧表面206'的周壁202'，且包括圆形孔，其限定从周壁202'的远端面212'凹入的底板208'。底板208'与周壁202'结合限定与主燃料孔口278连通的喷雾井292'。喷雾井292'可包括如上文所述的嵌口220'。各个燃料柱204'与其中一个开口294'对准，且定位成限定与相关联的开口294协作的外周间隙210'。
一个或多个小的直径协助端口218'可在其与燃料柱204'的底板208'的交叉点附近通过各个燃料柱204'的周壁202'形成。穿过协助端口218'的空气流提供空气协助以助于燃料从主燃料孔口278流动通过喷雾井292'且进入局部高速混合器空气流M的穿透。
图10和图11示出了用于提供受控清洗空气流出和喷射空气协助的另一个备选构造。具体而言，这些图示出了主喷射环324和外体336的一部分，其可替代上文所述的主喷射环24和外体36。本文并未明确描述的主喷射环324和外体336的任何结构或特征都可假定为与上文所述的主喷射环24和外体36相同。外体336包括在平面视图中大致伸长的开口394的环形阵列。它们可为卵形、椭圆形或另一伸长形状。在所述特定示例中，它们大体上为圆柱形，且沿径向方向定向。
主喷射环324包括从其沿径向向外延伸的多个升高的燃料柱304。燃料柱304包括形成在燃料柱304中的圆形孔，限定了从远端面312凹入的底板308，其与外体336沿径向间隔开小的径向间隙。主燃料孔口378的径向阵列形成在主喷射环324中。各个主燃料孔口378均与主燃料通道376连通，且穿过其中一个燃料柱304，通过燃料柱304的底板308退出。
主喷射环324通过与上文所述的悬置结构138大致相同的悬置结构338附接到外体36，悬置结构338包括内臂340、外臂350、U形弯曲部352和挡板354。
滑动密封件380跨越燃料柱304与外体336之间的间隙。在所示的示例中，滑动密封件380为具有沿径向延伸的凸缘382的小圆柱形管。凸缘382接纳在开口394中的环形槽口384中。滑动密封件380相对于外体336固定。这可例如通过连结方法(诸如焊接或硬钎焊)实现。
滑动密封件380利用滑动配合(即，带有小的直径空隙)接纳在孔中。在操作中，主喷射环324可相对于外体336仅沿径向方向移动，且保持一直与滑动密封件380接合。
上文所述的发明具有若干优点。其提供了防止燃料喷嘴内的空隙免于摄入燃料且协助燃料穿透到空气流中的器件。其还提供了一致的清洗间隙尺寸，而不论燃料环与相邻外体的任何相对热移动。
前文描述了用于燃气涡轮发动机燃料喷嘴的主喷射结构。除此类特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合之外，本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可在任何组合下组合。
本说明书中公开的各个特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)可由相同、等同或类似目的的备选特征替换，除非明确地另外指出。因此，除非明确地另外指出，公开的各个特征是等同或类似特征的普通系列的仅仅一个示例。
本发明不限于前述实施例的细节。本发明延伸到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的任何新颖的一个特征或任何新颖的特征组合，或延伸至这样公开的任何方法或过程的任何新颖的一个步骤或任何新颖的步骤组合。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴装置，包括：
环形外体，所述外体平行于中心线轴线延伸，所述外体具有在前端与后端之间延伸的大体上圆柱形的外表面，且具有穿过所述外表面的多个开口；
设置在所述外体内的环形主喷射环，所述主喷射环包括从其沿径向向外延伸的环形阵列的燃料柱；
沿周向方向在所述主喷射环内延伸的主燃料通道；
多个主燃料孔口，各个主燃料孔口与所述主燃料通道连通，且延伸穿过所述燃料柱中的一个；以及
将所述主喷射环连接至所述外体的悬置结构，所述悬置结构构造成沿轴向和侧向方向大致刚性地定位所述主环的位置，同时允许沿径向方向的受控偏转。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述悬置结构包括：
在所述开口后方从所述外体沿径向向内延伸的环形凸缘；
沿大体上轴向方向从所述凸缘向前延伸且沿径向穿过所述主喷射环的内侧的环形内臂；
从所述主喷射环沿轴向向前延伸的环形外臂；以及在所述主喷射环的轴向前方的位置处使所述内臂和所述外臂互连的U形弯曲部。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
挡板沿大体上轴向方向从所述凸缘向前延伸且沿径向穿过所述主喷射环的外侧；并且
所述挡板包括所述燃料柱穿过的开口。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述挡板的前端在所述开口前方连接至所述外体。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
各个燃料柱包括限定圆柱形侧表面的周壁，以及从所述周壁的远端表面沿径向向内凹入以限定喷雾井的沿径向面向外的底板；并且
各个燃料柱与所述外体中的所述开口中的一个对准，且通过限定在所述开口与所述侧表面之间的外周间隙与所述开口分开。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述燃料柱沿径向向外延伸超过所述外体的外表面。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
各个燃料柱在平面视图中为伸长的，且包括限定侧表面的周壁和从所述周壁的远端表面沿径向向内凹入以限定喷雾井的沿径向面向外的底板；以及
各个燃料柱与所述外体中的所述开口中的一个对准，且通过限定在所述开口与所述侧表面之间的外周间隙与所述开口分开。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，至少一个空气协助端口在所述周壁与所述底板的交叉点附近形成在所述周壁中。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述燃料柱中的至少一个包括沿平行于所述远端表面的线延伸的斜面形嵌口，所述嵌口在所述喷雾井处具有最大径向深度且在径向高度中向外渐缩，在离所述喷雾井一定距离处接合所述远端表面。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，各个燃料柱的所述周壁在平面视图中为泪滴形。
CN201510975192.2A 2014-12-23 2015-12-23 燃料喷嘴结构 Active CN105716118B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/580,301 US9453461B2 (en) 2014-12-23 2014-12-23 Fuel nozzle structure
US14/580301 2014-12-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105716118A true CN105716118A (zh) 2016-06-29
CN105716118B CN105716118B (zh) 2018-05-22

Family

ID=55299173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510975192.2A Active CN105716118B (zh) 2014-12-23 2015-12-23 燃料喷嘴结构

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9453461B2 (zh)
EP (1) EP3037729A1 (zh)
JP (1) JP6047222B2 (zh)
CN (1) CN105716118B (zh)
BR (1) BR102015032075A2 (zh)
CA (1) CA2914292A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106482154A (zh) * 2016-10-31 2017-03-08 南京航空航天大学 一种主级带喷溅式雾化的贫油预混预蒸发低污染燃烧室
CN108626746A (zh) * 2017-03-15 2018-10-09 通用电气公司 用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴
CN108626745A (zh) * 2017-03-15 2018-10-09 通用电气公司 用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105829800B (zh) * 2013-12-23 2019-04-26 通用电气公司 用于空气协助的燃料喷射的燃料喷嘴结构
US10012387B2 (en) * 2014-12-05 2018-07-03 General Electric Company Fuel supply system for a gas turbine engine
US10081091B2 (en) * 2015-06-12 2018-09-25 Postech Academy-Industry Foundation Nozzle, device, and method for high-speed generation of uniform nanoparticles
US10731565B2 (en) 2016-12-20 2020-08-04 General Electric Company Additive manufactured object with self-breaking support with fluid passage
DE102017200106A1 (de) * 2017-01-05 2018-07-05 Siemens Aktiengesellschaft Brennerspitze mit einem Luftkanalsystem und einem Brennstoffkanalsystem für einen Brenner und Verfahren zu deren Herstellung
US11293641B2 (en) 2017-02-16 2022-04-05 General Electric Company Object with tear-shaped suspension for annular bodies
US9933290B1 (en) 2017-06-16 2018-04-03 Rosemount Aerospace Inc. Additively manufactured flow measurement sensor
JP6955467B2 (ja) * 2018-03-22 2021-10-27 三菱重工業株式会社 ガスタービンの燃料ノズル及び燃焼器並びにガスタービン
JPWO2019230165A1 (ja) 2018-06-01 2021-01-07 株式会社Ihi 液体燃料噴射器
GB201815839D0 (en) * 2018-09-28 2018-11-14 Rolls Royce Plc Fuel spray nozzle
US11440097B2 (en) 2019-02-12 2022-09-13 General Electric Company Methods for additively manufacturing components using lattice support structures
US11174792B2 (en) 2019-05-21 2021-11-16 General Electric Company System and method for high frequency acoustic dampers with baffles
US11156164B2 (en) 2019-05-21 2021-10-26 General Electric Company System and method for high frequency accoustic dampers with caps
US11287134B2 (en) 2019-12-31 2022-03-29 General Electric Company Combustor with dual pressure premixing nozzles
US11248794B2 (en) 2019-12-31 2022-02-15 General Electric Company Fluid mixing apparatus using liquid fuel and high- and low-pressure fluid streams
US11828467B2 (en) 2019-12-31 2023-11-28 General Electric Company Fluid mixing apparatus using high- and low-pressure fluid streams
US11754288B2 (en) * 2020-12-09 2023-09-12 General Electric Company Combustor mixing assembly

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1550714A (zh) * 2003-04-24 2004-12-01 通用电气公司 具有非对称旋流器的压差清洗燃料喷射器
CN101900340A (zh) * 2009-01-07 2010-12-01 通用电气公司 增强燃气涡轮发动机中火焰稳定性的方法和系统
EP2466206A2 (en) * 2010-12-17 2012-06-20 General Electric Company Cooling flowpath dirt deflector in fuel nozzle
WO2014078694A1 (en) * 2012-11-15 2014-05-22 General Electric Company Fuel nozzle heat shield

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3618319A (en) 1966-08-02 1971-11-09 Gen Electric Main combustion system and combustion process
US4375745A (en) 1979-01-22 1983-03-08 The Garrett Corporation Air blast fuel nozzle system
US5027603A (en) 1988-12-28 1991-07-02 Sundstrand Corporation Turbine engine with start injector
US5345768A (en) 1993-04-07 1994-09-13 General Electric Company Dual-fuel pre-mixing burner assembly
US5607109A (en) * 1994-12-15 1997-03-04 Von Berg; Richard M. Fuel injection nozzle and method of making
GB9708662D0 (en) 1997-04-30 1997-06-18 Rolls Royce Plc Fuel injector
US6112512A (en) 1997-08-05 2000-09-05 Lockheed Martin Corporation Method and apparatus of pulsed injection for improved nozzle flow control
US6758032B2 (en) 2002-02-07 2004-07-06 Lockheed Martin Corporation System of pulsed detonation injection for fluid flow control of inlets, nozzles, and lift fans
US6718770B2 (en) * 2002-06-04 2004-04-13 General Electric Company Fuel injector laminated fuel strip
US6898926B2 (en) 2003-01-31 2005-05-31 General Electric Company Cooled purging fuel injectors
GB2404729B (en) 2003-08-08 2008-01-23 Rolls Royce Plc Fuel injection
US7779636B2 (en) 2005-05-04 2010-08-24 Delavan Inc Lean direct injection atomizer for gas turbine engines
US20070028618A1 (en) 2005-07-25 2007-02-08 General Electric Company Mixer assembly for combustor of a gas turbine engine having a main mixer with improved fuel penetration
US20070028595A1 (en) * 2005-07-25 2007-02-08 Mongia Hukam C High pressure gas turbine engine having reduced emissions
US7788927B2 (en) 2005-11-30 2010-09-07 General Electric Company Turbine engine fuel nozzles and methods of assembling the same
DE102005062079A1 (de) 2005-12-22 2007-07-12 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Magervormischbrenner mit einer Zerstäuberlippe
US8166763B2 (en) 2006-09-14 2012-05-01 Solar Turbines Inc. Gas turbine fuel injector with a removable pilot assembly
US20100251719A1 (en) * 2006-12-29 2010-10-07 Alfred Albert Mancini Centerbody for mixer assembly of a gas turbine engine combustor
US8127553B2 (en) 2007-03-01 2012-03-06 Solar Turbines Inc. Zero-cross-flow impingement via an array of differing length, extended ports
JP4997018B2 (ja) * 2007-08-09 2012-08-08 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 一次燃料噴射器及び複数の二次燃料噴射ポートを有するガスタービンエンジン燃焼器のミキサ組立体のためのパイロットミキサ
US8806871B2 (en) * 2008-04-11 2014-08-19 General Electric Company Fuel nozzle
US20090255256A1 (en) * 2008-04-11 2009-10-15 General Electric Company Method of manufacturing combustor components
US8555645B2 (en) * 2008-07-21 2013-10-15 General Electric Company Fuel nozzle centerbody and method of assembling the same
US8220270B2 (en) 2008-10-31 2012-07-17 General Electric Company Method and apparatus for affecting a recirculation zone in a cross flow
US8555646B2 (en) 2009-01-27 2013-10-15 General Electric Company Annular fuel and air co-flow premixer
FR2942976B1 (fr) 2009-03-13 2012-12-14 Bernard Etcheparre Dispositif de projection de fluide par effet de souffle d'air
JP4733195B2 (ja) * 2009-04-27 2011-07-27 川崎重工業株式会社 ガスタービンエンジンの燃料噴霧装置
US20110259976A1 (en) * 2010-04-22 2011-10-27 Matthew Tyler Fuel injector purge tip structure
JP5156066B2 (ja) * 2010-08-27 2013-03-06 株式会社日立製作所 ガスタービン燃焼器
US8616471B2 (en) 2011-05-18 2013-12-31 Delavan Inc Multipoint injectors with standard envelope characteristics
US11015808B2 (en) * 2011-12-13 2021-05-25 General Electric Company Aerodynamically enhanced premixer with purge slots for reduced emissions
CN105829800B (zh) * 2013-12-23 2019-04-26 通用电气公司 用于空气协助的燃料喷射的燃料喷嘴结构
KR20160001647A (ko) 2014-06-26 2016-01-06 주식회사 케이티 다시점 비디오 신호 처리 방법 및 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1550714A (zh) * 2003-04-24 2004-12-01 通用电气公司 具有非对称旋流器的压差清洗燃料喷射器
CN101900340A (zh) * 2009-01-07 2010-12-01 通用电气公司 增强燃气涡轮发动机中火焰稳定性的方法和系统
EP2466206A2 (en) * 2010-12-17 2012-06-20 General Electric Company Cooling flowpath dirt deflector in fuel nozzle
WO2014078694A1 (en) * 2012-11-15 2014-05-22 General Electric Company Fuel nozzle heat shield

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106482154A (zh) * 2016-10-31 2017-03-08 南京航空航天大学 一种主级带喷溅式雾化的贫油预混预蒸发低污染燃烧室
CN108626746A (zh) * 2017-03-15 2018-10-09 通用电气公司 用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴
CN108626745A (zh) * 2017-03-15 2018-10-09 通用电气公司 用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴

Also Published As

Publication number Publication date
US9453461B2 (en) 2016-09-27
US20160177834A1 (en) 2016-06-23
EP3037729A1 (en) 2016-06-29
JP2016118380A (ja) 2016-06-30
JP6047222B2 (ja) 2016-12-21
BR102015032075A2 (pt) 2016-09-27
CA2914292A1 (en) 2016-06-23
CN105716118B (zh) 2018-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105716118A (zh) 燃料喷嘴结构
CN105829800B (zh) 用于空气协助的燃料喷射的燃料喷嘴结构
CN106247404B (zh) 具有环形分流器的预成膜鼓风(pab)引导器
CN105829802B (zh) 具有柔性支承结构的燃料喷嘴
US10591164B2 (en) Fuel nozzle for a gas turbine engine
JP6018714B2 (ja) コーキング防止液体燃料カートリッジ
CN106247405B (zh) 用于低排放燃烧器的预成膜鼓风(pab)引导器
JP6240327B2 (ja) 流体ロックとパージ装置とを有する燃料ノズル
CN102162398A (zh) 控制燃气轮机的燃烧器的方法
JP2011520055A (ja) 燃焼器部品及び製造方法
CN102022752A (zh) 冲击冷却的联焰管组件
JP6804755B2 (ja) 渦巻型噴射ノズル
CN102162643A (zh) 燃料喷射器喷嘴
CN108626746A (zh) 用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴
CN108626745A (zh) 用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴
JP6134510B2 (ja) ターボ機械の燃焼器
CN106091012A (zh) 用于燃气涡轮燃烧器的喷嘴
JP7303011B2 (ja) 燃焼器及びガスタービン

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant