CN1526927A - 受冷却的冲洗燃料喷射器 - Google Patents

Abstract

一种燃料喷射器(10)，包括：一个主燃料喷嘴(59)，包括至少一个主喷嘴燃料回路(102)和一个与辅助喷嘴(58)保持燃料供给连通的辅助喷嘴燃料回路(288)；一个冲洗机构(216)，用于当辅助喷嘴燃料回路(288)向辅助喷嘴(58)供给燃料时冲洗主喷嘴燃料回路(102)；以及一个冲洗空气冷却机构(340)，用于在冲洗期间向主喷嘴燃料回路(102)供给冲洗空气(227)的一个冷却部分(342)，其中该冷却部分(342)是与流经辅助喷嘴燃料回路(288)的燃料一起冷却的。

Description

受冷却的冲洗燃料喷射器

发明领域

本发明总的涉及燃气轮机发动机燃烧器的燃料喷射器，尤其涉及带有多个喷射孔和燃料冲洗的燃料喷射器。

发明背景

燃料喷射器(如燃气轮机发动机中的)将增压燃料从一个歧管引到一个或多个燃料室中。燃料喷射器也准备在燃烧之前与空气混合的燃料。每个喷射器通常有一个连接到歧管的入口配件、一个一端连接到该配件的管状延伸件或管茎和一个或多个连接在该管茎的另一端上以供将燃料引入燃烧室用的喷射喷嘴。一个燃料导管或通道(如管子，管道或圆筒形通道)穿过该管茎而将燃料从入口配件供给到该喷嘴。可以设置合适的阀和/或流量分配器来引导和控制流经该喷嘴的燃料流量。这些燃料喷射器常常以均匀间隔环形分布的配置来按均匀的方式将燃料分配(喷射)到燃烧器室中。

为了减少飞机燃气轮机燃烧过程中产生的氮氧化物(NOx)、未燃烧的碳氢化物(UHC)和一氧化碳(CO)的排放，必须控制较宽范围的发动机空气流和燃料流量内的局部火焰温度。局部火焰温度是由燃烧器的燃烧区中的局部燃料空气比(FAR)产生的。为了减少在高火焰温度(高局部FAR)时产生的NOx，一种优选的方法一直是在最大功率时设计低局部FAR的燃烧器。相反，在具有较低的T3和P3及相应地减小的蒸发/反应速率的部分功率状况下，为了减小CO和UHC，需要相对较高的火焰温度和因而较高的FAR，但发动机周期要求一个相对于最大功率减小整个燃烧器FAR。

这些似乎矛盾的要求已经导致这样一种燃料喷射器结构的产生，该喷射器结构含有允许通过改变燃烧喷射点的数目和/或喷射穿透/混合而变化局部FAR的燃料分级。燃料分阶段法包括在低功率下将发动机燃料流量输送给较少的喷射点来将局部FAR充分提高到高于产生可以接受的CO和UHC值的范围和在高功率下将发动机燃料流量输送给较多的喷射点来将局部FAR保持在低于与高NOx产生率相关的范围。

美国专利No.6,321,541和美国专利申请No.20020129606中公开了一种燃料分阶段喷射器的一个例子。这种喷射器包括同心的径向外主喷嘴和径向内辅助喷嘴。该主喷嘴也称为旋风器喷嘴。该主喷嘴具有沿径向取向的分阶段喷射孔和在发动机操作期间始终流动燃料的辅助喷射回路。燃料喷射器和一个呈单个的细长的叠层馈送带形式的燃料导管经该管茎而延伸到该喷嘴组件，以便向喷嘴组件中的喷嘴供给燃料。该叠层的馈送带和喷嘴是用多个板制成的。每个板包括一个细长的馈送带部分和一个基本上垂直于该馈送带部分的单一的头(喷嘴)部分。板中的燃料通道和孔是通过有选择地蚀刻该板的表面而形成的。然后将这些板彼此面对面接触地配置并例如通过钎接或渗析结合而固定在一起，从而形成一个整体构造。有选择地蚀刻这些板可以在该喷射器容易地提供多个燃料回路、单个或多个喷嘴组件和冷却回路。该蚀刻工艺也允许在相当小的截面中产生多个燃料路径和冷却回路，从而减小喷射器的尺寸。

由于可使用的燃料压力有限和所需的燃料流量范围宽广，许多燃料喷射器包括辅助喷嘴和主喷嘴，在起动期间仅使用辅助喷嘴，而在较高的功率操作期间使用两个喷嘴。在起动和较低的功率运转期间通向主喷嘴的燃料流量减小或停止。这样的喷射器比单独喷嘴燃料喷射器更有效和燃烧更洁净，因为能够更精确地控制燃料流量和为特定的燃烧器需要而更精确地引导燃料喷射。该辅助喷嘴和主喷嘴能够包含在同一喷嘴管茎组件内或能够被支承在独立的喷嘴组件内。这些双喷嘴燃料喷射器也能够做成允许进一步控制双燃烧器的燃料，产生甚至更高的燃料效率和更少的有害排放。

在运转期间和停机以后燃烧室内的高温要求利用主喷嘴燃料回路的冲洗来防止燃料裂解为固体沉积物(即“焦化”)，这种现象发生于当燃料通道中的润湿的壁超过一最高温度(对于通常的喷射燃料为约400度F或200度C)时。燃料喷嘴中的焦炭能够累积而限制燃料流过喷嘴，从而使得喷嘴效率低下或不能使用。

为了防止由于焦化而产生的故障，应当冲洗分阶段供给回路的滞流燃料和润湿的壁，以便或者保持冷到足以防止沉积物(＜估计不流动的550度F)，或者热到足以烧掉沉积物(＞估计的800度F)，后者难以控制不损坏该喷射器。可以用于冲洗该分阶段供给回路的空气是在T3，该值变化，因而不可能满足在发动机运转范围内的或者总是冷或者总是热的设计对策。由于终端使用者周期的多样性和预期的沉积/净化率的多变性，不能可靠地实施组合的冷/热策略(即使用净化周期)。

如美国专利No.5,277,023；No.5,329,760和No.5,417,054中公开的，已经采用燃料回路的被动冲洗。在美国通用电气公司的LM6000和LM2500型DLE双燃料发动机上已包括了带有喷射器回路的热解净化的逆冲洗，这些发动机必须在高功率下不停机地从液态燃料过渡到气态燃料。通过打开歧管上的泄流阀，液体回路中的滞流燃料被流经所有喷射器的热压缩排出空气强制返回到燃料储槽中。由于安全、重量、费用和维护的负担，该方法不适用于飞机的用途。分阶段的燃料回路的向前冲洗已用于陆基发动机，但要求一个高压的冷却空气源和必须使燃料与冲洗空气源隔开的阀，因此不适用于飞机用途。

喷射器中保持流动的燃料回路应当保持比正在冲洗的分阶段供油的回路甚至更冷(＜估计的350度F)，因为流动燃料回路的沉积率更高。因此，冲洗的回路应当或是与流动的回路热绝缘，以强制使用净化周期，或是由满足冲洗的和流动的两种壁温度限制的流动回路直接冷却。

因此非常希望有一种适用于带有多个点喷嘴的多回路喷射器的燃料喷射器和喷嘴，它们需要一些回路来使燃料流动，而同一喷射器中的其它回路要用至少一些冷却空气冲洗。冲洗内部燃料回路是非常困难的，而在一些设计中，可能需要高的冲洗空气流量。采用高的热的冲洗空气流量可能使燃料导管显著加热，一些要求燃料分阶段供给的发动机工况可能就是如此。因此，在使冲洗空气流过正在被冲洗的回路之前，非常希望将冲洗空气冷却到可以接受的温度。

发明概述

一种燃料喷射器包括一个主燃料喷嘴，该主燃料喷嘴有一个主喷嘴燃料回路一个与一辅助喷嘴保持燃料供给连通的辅助喷嘴燃料回路。一个冲洗机构用于在辅助喷嘴燃料回路向辅助喷嘴供给燃料的同时冲洗主喷嘴燃料回路。一个冲洗空气冷却机构用于在冲洗期间向主喷嘴燃料回路供给冲洗空气的一个冷却部分。该冷却部分是与流经主喷嘴燃料回路的燃料一起冷却的。

冲洗空气冷却机构的一个示范的实施例包括一条冲洗空气冷却路径，该冷却路径与辅助喷嘴燃料回路存在热传导连通并可以操作而在冲洗期间使通过其间的冷却部分流到主喷嘴燃料回路。该冲洗空气冷却路径与辅助喷嘴燃料回路的至少一个环形辅助支路存在热传导连通。该空气冷却路径可以穿过主喷嘴或围绕主喷嘴而行进。

燃料喷射器的一个示范实施例包括一个环形喷嘴外罩和一个在该外罩内的环形燃料喷嘴。该环形燃料喷嘴有至少一个带有至少一个主环形支路的主喷嘴燃料回路和一个辅助喷嘴燃料回路。喷射孔沿径向离开该主环形支路穿过环形燃料喷嘴而延伸。喷射槽沿径向穿过喷嘴外罩而延伸并与喷射孔对准。该燃料喷射器还包括差压机构，用于在喷射槽的至少两个不同的槽之间产生充分的静压差，以冲洗主喷嘴燃料回路。

附图简述

图1是一种带有一个具有差静压喷射槽的燃料喷嘴组件的示范实施例的燃气轮机发动机燃烧器的截面图。

图2是一种带有图1中所示的燃料喷嘴组件的燃料喷射器的放大截面图。

图3是图2中所示的燃料喷嘴组件的放大截面图。

图4是一种第一替换的带有冷却的冲洗空气的燃料喷嘴组件的一部分的放大截面图。

图5是一种第二替换的带有冷却的冲洗空气的燃料喷嘴组件的一部分的放大截面图。

图6是图5中所示的第二替换的燃料喷嘴组件中的一条冲洗空气冷却路径的放大截面图。

图7是一个喷射槽和该冲洗空气冷却路径的穿过一围绕图4、5、6中所示的主喷嘴的热障的部分的放大截面图。

图8是该喷射槽和图7中所示的围绕主喷嘴的热障的部分的沿径向向外观察的透视图。

图9是沿图2中线9-9截取的燃料带的截面图。

图10是用于形成图1中所示的燃料带的一块板的顶视图。

图11是图1中所示的燃料喷射器的燃料回路的示意图。

图12是带有图11所示的燃料回路的燃料带的透视图。

图13是图3中所示外罩的带有非对称地向外扩口的差静压喷射槽的一个部分的透视图。

图14是图13中所示的一个静压相当高的喷射槽的截面图。

图15是图13中所示的一个静压相当低的喷射槽的截面图。

图16是一种具有相当高的和相当低的静压的喷射槽的燃料喷射器的示意图。

图17是一种图16中所示的燃料喷射器用的燃料回路的示意图。

图18是图16中所示的燃料喷射器用的另一种燃料回路的示意图。

图19是一种带有两排具有导致混合器流动旋转的差静压的对称截面的喷射槽的截面图。

图20是图19中所示的外罩的一部分的透视图。

图21是燃料喷射器用的燃料回路的两个支路之间的断流阀的示意图。

图22是一个带有一半圆形排的与静压相当高的喷射槽对准的孔的外罩的一个侧面的截面图。

图23是图22中的带有一半圆形排的与静压相当低的喷射槽对准的孔的外罩的第二侧面的截面图。

图24是图22和23中所示的燃料喷射器和外罩用的燃料回路的示意图。

发明详述

图1中例示燃烧器16的一个示范实施例，包括一个分别限定在环形径向外衬里20和环形径向内衬里22之间的燃烧区18。外衬里20和内衬里22安置在环形燃烧器壳体26的沿径向向内处，壳体26沿周边围绕外衬里20和内衬里22延伸。燃烧器16还包括一个安装在外衬里20和内衬里22上游的环形拱顶34。拱顶34限定燃烧区18的一个上游端部36，而多个混合器组件40(仅例示一个)沿周边围绕拱顶34间隔安置。每个混合器组件40分别包括辅助喷嘴68和主喷嘴59，并与两个喷嘴一起将燃料和空气的混合物输送到燃烧区18。每个混合器组件40有一喷嘴轴线52，辅助喷嘴58和主喷嘴59围绕该轴线52成圆圈。

参照图1和2，本发明的燃料喷射器10的一个例示实施例有一燃料喷嘴尖端组件12(可以使用多于一个的沿径向隔开的喷嘴组件)，该组件分别包括辅助喷嘴58和主喷嘴59，用于将燃料引入燃气轮机的燃烧室的燃烧区内。燃料喷射器10包括一个适合于固定和密封在燃烧器壳体26上的喷嘴安装架或法兰30。一个空心管茎32与法兰30整体形成或固定在法兰30上(例如通过钎接或焊接)，并支承燃料喷嘴尖端组件12和混合器组件40。

空心管茎32有一安置在室39的开口上端的上方或里面的阀组件42，阀组件42例如通过钎接或焊接与法兰30整体形成或固定在法兰30上。阀组件42包括一个可以是阀座43的一部分的入口组件41，带有从阀座下垂的空心管茎32。阀组件42包括燃料阀45，用来控制通过燃料喷嘴尖端组件12中的主喷嘴燃料回路102和辅助燃料回路288的燃料流量。

如图2中例示的阀组件42与法兰30整体形成或固定在法兰30上并沿径向安置在法兰30之外，且安置装有燃料阀45的燃料阀容座19。喷嘴尖端组件12分别包括辅助喷嘴58和主喷嘴59。通常，辅助喷嘴58和主喷嘴59是在名义和极端功率状况期间使用的，而在起动和部分功率操作期间只使用辅助喷嘴。使用一个单独的细长的馈送带62形式的示范的柔软的燃料喷射器导管来从阀组件42向喷嘴尖端组件12提供燃料。馈送带62是用一种能暴露于燃烧室中燃烧器的温度而不受有害影响的材料制成的柔软的馈送带。

参照图9和10，馈送带62有单独一对结合在一起的沿长度方向延伸的第一板76和第二板78。第一和第二板76和78中的每一个有单独一行80沿宽度隔开而沿长度延伸的平行槽84。这些板结合在一起，使得每个板中的对置的槽84对准而形成从馈送带62的入口端66到出口端69的通过馈送带62的内燃料流量通道90。如图2中进一步例示的，辅助喷嘴延伸部54从主喷嘴59向后延伸并通过辅助馈送管56流体地连接在辅助喷嘴58的燃料喷射器尖端57上。如图2、3、11、12中所示，馈送带62向主喷嘴59和辅助喷嘴58馈送。参照图12和8，辅助喷嘴延伸部54和辅助馈送管56通常围绕喷嘴轴线52沿角度隔开一个角度AA。

参照图2和12，馈送带62在入口端66和出口端69之间有一个基本上直的沿径向延伸的中部64。燃料馈送带62的直的头部104沿横向(沿轴向向后方向)离开中部64的出口端69并引向固定的因而防止偏转的环形主喷嘴59。入口端66固定在阀座43内。头部104通常平行于喷嘴轴线52并引向主喷嘴59。如图9中所示，馈送带62有一个细长的基本上平的形状，具有基本上平行的第一和第二侧表面70和71与矩形的横截面形状74。

参照图2和11，在馈送带62的入口端66处的入口63分别与阀组件42中的第一和第二燃料入口孔46和47流体流动连通或流体连接于入口孔46和47上，从而引导燃料进入主喷嘴燃料回路102和辅助燃料回路288。入口孔将馈送带62中的多个内燃料流量通道90馈送到喷嘴尖端组件12中的辅助喷嘴58和主喷嘴59，以及对喷嘴组件中的热控制提供冷却回路。如图11和12中所示，喷嘴顶端组件12的头部104接受从馈送带62来的燃料并将该燃料输送到主喷嘴59，在那里合并而通过主喷嘴燃料回路102输送到辅助喷嘴58。

馈送带62、主喷嘴59及其间的头部104是由沿长度延伸的第一板76和第二板78整体构成的。主喷嘴59和头部104可以看作是馈送带62的部件。主喷嘴燃料回路102的燃料流量通道90通过馈送带6 2、头部104和主喷嘴59行进。如图2、3和12中所示，主喷嘴燃料回路102的燃料通道90引向喷射孔106并通过辅助喷嘴延伸部54，延伸部54可以操作而流体连接到辅助馈送管56上以便向辅助喷嘴58馈送。如图9和10中所示，主喷嘴燃料回路102的燃料流量通道90的平行的槽84被蚀刻在第一板76和第二板78的相邻表面210中。

参照图10、11和12，主喷嘴燃料回路102包括一个连接在第一和第二燃料回路支路280和282的单独的干线287上。第一和第二燃料回路支路280和282每个分别包括主喷嘴59中的主要的按顺时针和逆时针方向延伸的环形支路284和286。喷射孔106通过第一板76和第二板78之一或两者从环形支路284和286延伸。喷射孔106沿径向向外通过主喷嘴59的第一板76延伸，第一板76是第一板76和第二板78中的沿径向居外的一个。顺时针和逆时针延伸的环形支路284和286分别有平行的第一波纹290和第二波纹292。喷射孔106位于第一波纹290和第二波纹292的交替的一个中，因此基本上沿一圆300圆形地对准。主喷嘴燃料回路102也包括一个给辅助喷嘴延伸部54馈送的成圈的辅助燃料回路288。该成圈的辅助燃料回路288分别包括在主喷嘴59中的顺时针和逆时针延伸的环形辅助支路294和296。

对于喷嘴组件和结合的板之间的燃料回路的信息，见美国专利No.6,321,541。参见图11和12，在馈送带62的长度下的内燃料流量通道90被用于向主喷嘴燃料回路102馈送燃料。送入馈送带62中的每个内燃料流量通道90与进入辅助喷嘴58和主喷嘴59的头部中的燃料受燃料阀45的控制。喷嘴顶端组件12的头部104接受从馈送带62来的燃料并将燃料输送到主喷嘴59。主喷嘴59为环形并有一圆筒形形状或构型。板76和78中的喷射装置的流动通道、开口和各种部件能够以任何合适的方式形成，如通过蚀刻，更明确地说是通过化学蚀刻。这些板的化学蚀刻对于该技术的专业人员应当是已知的，并例如在美国专利No.5,435,884中得到描述。这些板的蚀刻使得可以形成非常细的良好地划定边界的复杂的开口和通道，它们允许在馈送带62和主喷嘴59中提供多个燃料回路而同时为这些部件保持小的截面。这些板76和78能够用一个结合工艺如钎接或扩散结合而面对面接触地结合在一起。这些结合工艺对该技术的专业人员是熟知的，并在各板之间提供一种非常牢固的连接。扩散结合特别有用，因为它在相邻的层之间跨越初始的界面而产生边界渡越(原子互换和晶体生长)。

参照图1、2、3，每个混合器组件40包括一个辅助混合器142、一个主混合器144和一个在其间延伸的中心体143。中心体143限定一个室150，该室与辅助混合器142流体连通并在其下游。辅助喷嘴58受室150内的中心体143的支承。辅助喷嘴58设计成将燃料的液滴沿下游喷入室150中。主混合器144包括位于径向主旋流器182上游的轴向主旋流器180，旋流器182位于喷射孔106的上游。辅助混合器142包括一对同心安装的辅助旋流器160。辅助旋流器160示作轴向旋流器，并包括一个内辅助旋流器162和一个外辅助旋流器164。内辅助旋流器162为环形，沿圆周安置在辅助喷嘴58的周围。内外辅助旋流器162和164每个分别包括多个内外辅助旋流叶片166和168，安置在辅助喷嘴58的上游。

详细参照图3，环形辅助分流器170沿径向设置在内外辅助旋流器162和164之间并从旋流器162和164向下游延伸。辅助分流器170设计成将流过内辅助旋流器162的辅助混合器空气流154与流过外旋流器164的空气流分开。分流器170有一个会聚一发散的内表面174，在发动机低功率操作期间形成一燃料薄层表面。分流器170也降低流过辅助混合器142的辅助混合器空气流154的轴向速度而允许热气体再循环。内辅助旋流叶片166可以配置成将流经其间的空气旋流成与流经外辅助旋流叶片168的空气的方向相同，或者沿一第一圆周方向旋流，该第一圆周方向与外辅助旋流叶片168使流经其间的空气旋流的第二圆周方向相反。

详细参照图1，主混合器144包括一个限定一环形腔192的环形主喷嘴外罩190。主混合器144是一个相对于辅助混合器142同心地对准的径向流入混合器并沿圆周围绕辅助混合器142延伸。主混合器144沿喷嘴外罩190产生一旋流的主混合器空气流156。环形主喷嘴59沿圆周设置在辅助混合器142和主混合器144之间。更具体地说，主喷嘴59围绕辅助混合器142沿圆周延伸并沿径向安置在中心体143之外和在喷嘴外罩190的环形腔192之内。

详细参照图3，喷嘴外罩190包括喷射槽220，燃料通过该槽从主喷嘴59的喷射孔106喷射到主混合器空气流156中。环形的径向内外热障194和196沿径向安置在喷嘴外罩190的主喷嘴59和外环形喷嘴壁172之间。内外热障194和196分别包括径向内外壁202和204，其间有一个360度的环形间隙200。360度的内外凸台370和371分别从向外热障194和196沿径向向内或向外延伸。内外热障194和196每个包括多个穿过内外凸台370和371并与喷射孔106和喷射槽220对准的孔206。内外热障194和196以合适的方式如焊接或钎接固定在管茎32上(示于图1中)。图5中示出在前后钎接结合部176和177处钎接在一起的内外热障194和196。内外凸台370和371分别在内外钎接结合部178和179处钎接在主喷嘴59和主喷嘴外罩190上。

主喷嘴59和喷射孔106将燃料沿径向向外通过内外热障194和196中的孔206注入腔192中。一个环形片状结合密封件208安置在内热障194的与每个喷射孔106对准的每组孔206中，以防止通过环形间隙200横向流动。环形片状结合密封件208在内壁202的埋头孔211的径向内端处沿径向埋置在外壁204和内壁202的环形凸缘之间。环形片状结合密封件208可以通过钎接或其它方法固定在内热障194的内壁202上。

在图3、14、15中概括地例示了一个冲洗机构216，用于当辅助喷嘴燃料回路288向辅助喷嘴58供给燃料时冲洗主喷嘴燃料回路102中的燃料，其办法是通过一个第一示范的差压机构223来在至少两个不同的喷射槽220之间产生足够的静压差而用冲洗空气227冲洗主喷嘴燃料回路102(示于图11中)。差压机构223包括分别用符号+和-表示的相当高和相当低的静压喷射槽，它们在冲洗期间具有相当高和相当低的静压。当冲洗空气进入流入槽+和从流出槽-排出时，该高静压和低静压喷射槽也冲洗空气流入槽+和流出槽-。该静压差是由沿径向延伸通过喷嘴外罩190的喷射槽220的形状提供的。

图3中的喷射槽220具有不对称地在上游和下游向外扩口的槽部分221和222，这两个部分相对于喷射槽中心线224沿局部的上游和下游方向226和228从喷射槽220的对称的槽部分241非对称地向外扩口，更精确地示于图13、14、15中。局部流线方向225、局部上下游方向226和228有一个轴向分量236和一个圆周分量234，该轴向分量236平行于喷嘴轴线52，环形喷嘴外罩190环绕喷嘴轴线52成圆环，而圆周分量234由于旋流的主混合器空气流156而围绕喷嘴外罩190。非对称的向外扩口的喷射槽220也可以有一个围绕该喷射槽的对称的槽部分241的凸缘240，以便分别对非对称地在上游和下游向外扩口的槽部分增强局部的空气压力恢复或减小局部的静压。该凸缘增大沿其下游延伸的分隔区244的尺寸。凸缘244可能并不是一个有吸引力的特点，因为它可能产生燃料和空气混合物的自燃而能够烧坏喷嘴。

具有不同形状的喷射槽220的组合包括上游的非对称地向外扩口的槽部分221和/或下游的非对称地向外扩口的槽部分220及对称地向外扩口的槽218(示于图19)。对称地向外扩口的槽218可以与空气流入槽+或流出槽一起使用，分别取决于它们被用于导致冲洗空气流入这些槽还是从这些槽排出。非对称地在上游和下游向外扩口的槽部分分别在沿喷嘴外罩190的旋流的主混合器空气流156中产生正的和负的压力变化，在图14和15中用符号+和-指示。对称地向外扩口的槽218在具有对称地向外扩口的槽部分的喷射槽220处的旋流的主混合器空气流156中基本上不产生静压力升高。三种向外扩口的槽部分中任何两种的组合产生一个通过至少一部分主喷嘴燃料回路102的静压差，从而允许燃料从主喷嘴燃料回路102中受到冲洗。

喷射孔106和向外扩口的槽部分的相邻的一些的一种配置与顺时针和逆时针延伸的环形支路284和286中的喷射孔106对准的一些相邻的喷射槽之间产生静压差。在顺时针和逆时针延伸的环形支路284和286分别具有平行的第一和第二波纹290和292的实施例中，喷射孔106安置在第一和第二波纹290和292的交替的波纹中并沿圆300环形地对准。在该实施例中，顺时针和逆时针延伸的环形支路284和286中的相邻的喷射孔106与沿喷射槽的圆300的每隔一个的喷射槽220对准。

因此，沿圆300的每隔一个的喷射槽220与顺时针和逆时针延伸的环形支路284和286中的相邻一对喷射孔106中的一个孔对准。图11中例示的是顺时针和逆时针延伸的环形支路284和286中的喷射孔106和几对相邻的孔289。每对相邻的孔289中的喷射孔106与具有不同形状的喷射槽220(上游的非对称地向外扩口的槽部分221、下游的非对称地向外扩口的槽部分222和对称地向外扩口的槽218)对准。这在图13中进一步例示，该图表示交替的上游的非对称地向外扩口的喷射槽部分221的成对的上游喷射槽260和下游的非对称地向外扩口的喷射槽部分222的成对的下游喷射槽262。上游的非对称地向外扩口的槽部分221用于冲洗空气流入槽+，而下游的非对称地向外扩口的槽222用于流出槽-。

图16和17中例示喷射槽220和喷射孔106的另一配置。喷射槽220和喷射孔106沿圆300设置。第一和第二燃料回路支路280和282中的顺时针延伸的环形支路284中的所有喷射孔106与冲洗空气流入槽+或喷射槽220对准，如图16和17中所示。第一和第二燃料回路支路280和282中的逆时针延伸的环形支路286中的所有喷射孔106与流出槽-对准，如图16和17中所示。因此，燃料从顺时针延伸的环形支路284通过第一和第二燃料回路支路280和282向逆时针延伸的环形支路286冲洗，从而冲洗主喷嘴燃料回路102。

图18和19中例示的是一个第二示范的差压机构283，用于在至少两个不同的喷射槽220之间产生充分的静压差，以冲洗主喷嘴燃料回路102。喷射孔106和相应的带有对称地向外扩口的槽218的喷射槽220被配置在上游和下游的环形排320和322中。喷射槽220的上游环形排320通常与主径向旋流器182沿径向对准。主混合器空气流156的一部分是从主径向旋流器182来的旋流的径向进入流324，旋流器182沿喷嘴外罩190靠近上游环形排320中的喷射槽220旋转。这产生一个用符号+表示的相当高的静压和一个用符号-表示的相当低的静压，该高静压在靠近作为上游环形排320中的流入槽+的喷射槽220的主混合器空气流156中，而该低静压在靠近作为下游环形排322中的流出槽-的喷射槽220的主混合器空气流156中。因此，该燃料从与上游环形排320中的相应的喷射槽220对准的喷射孔106经过第一和第二燃料回路支路280和282向与下游环形排322中的相应的喷射槽220对准的喷射孔106冲洗。

图17中例示一个单独的燃料阀45，用来控制通过主喷嘴燃料回路102的第一和第二燃料回路支路280和282的燃料流量。但是，主喷嘴燃料回路102可以免去干线287并包括两个燃料阀45，每个燃料阀45馈送第一和第二燃料回路支路280和282中的一个。这将允许两个支路分阶段通路，使得一个支路及其燃料孔可以关闭而另一支路流过燃料。

本文所公开的差压机构当发动机运转而燃料继续流向辅助喷嘴58时允许燃料从主喷嘴59中的主喷嘴燃料回路102进行快速而充分的冲洗。可以有其中希望冷却冲洗主喷嘴燃料回路102的空气的发动机和喷嘴的设计。图4、6、7、8中例示的是第一冲洗空气冷却机构340，用于向那些喷射槽220供给冲洗空气227的一个冷却部分342，这对于在冲洗期间增大喷射槽处的局部静压是有效的。冲洗空气冷却路径344通过或沿主喷嘴59行进来冷却带有辅助燃料回路288的顺时针和逆时针延伸的环形辅助支路294和296中的辅助燃料流量的冲洗空气(在图4、6、7中只例示逆时针延伸的环形辅助支路296)。

冲洗空气冷却路径344与环形辅助支路存在热传导流通，并由冲洗期间通过其中而输运的燃料来冷却。冲洗空气227的冷却部分342被压力引入而从主喷嘴59外面的压缩机排放空气通过冲洗空气冷却路径344流到处在比压缩机排放空气低的压力的喷射槽220。叠层的主喷嘴59由在辅助燃料回路288中流动的燃料冷却，当其进入喷射槽220时，空气冷却路径344越靠近辅助燃料回路288，冲洗空气227的冷却部分342就越冷。图4中例示的冲洗空气冷却路径344包括通过主喷嘴59的沿轴向延伸的通道350，并可由主喷嘴59的第一和第二板76和78中的蚀刻的槽形成。冲洗空气冷却路径344还包括与轴向延伸的通道350成串联流动关系并延伸通过沿径向的外第一板76的径向延伸通道356。冲洗空气227的冷却部分342从冲洗空气冷却路径344流入内热障194和主喷嘴59之间的环形外间隙201。冷却部分342然后流动穿过内凸台370的沿轴向延伸的小孔364，内凸台370位于内热障194的径向外表面372上并有与喷射槽220对准的孔206，喷射槽220产生用符号+、流入槽+指示的相当高的静压。沿轴向延伸的小孔364可以包括槽367和/或孔369。穿过凸台370的沿轴向延伸的小孔364允许冲洗空气227的冷却部分342流入孔206并沿径向向内流入喷射孔106。

图21中例示一种替代的设计，其中通到第一和第二燃料回路支路280和282的燃料流量受一个燃料阀个别控制。当燃料中断通往第一和第二燃料回路支路280和282时，冲洗空气不能在支路之间流动。一个冲洗流控制阀298可以操作地安置在两个支路之间，当燃料通过支路流动时该阀通常是关闭的。冲洗流控制阀298用于提供低范围和高范围的冲洗，以防止在冲洗期间主燃料喷嘴过热。

当燃料流量由燃料阀45之一中断而冲洗流控制阀298关闭时，产生低范围冲洗。流出槽-之间的小的相对压差驱动速率相当低的冲洗空气流通过馈送流出槽-处小孔的环形主喷嘴内的回路。流入槽+之间的小的相对压差驱动速率相当低的冲洗空气流通过馈送流入槽+处小孔的环形主喷嘴内的回路。当冲洗流控制阀298打开时产生高范围冲洗。这允许冲洗空气从第一燃料回路支路280流到第二燃料回路支路282，这是由于第一燃料回路支路280的小孔处流入槽+的平均压力和第二燃料回路支路282的小孔处流出槽-的平均压力之间的相当高的压差而产生的。当冲洗充分地完成时，冲洗流控制阀298被关闭，使冲洗过程返回低范围冲洗。这将允许使用受发动机控制的交替的高低冲洗空气流的突发，从而提高冲洗效率而同时防止喷射器过热。

可以允许的最大的高冲洗停留时间通常是P3、T3和Wf的函数，因此可以预定。P3和T3为涡轮压力和温度，而Wf为燃料流量。冲洗流控制阀298也可以用于图18中例示的第一和第二燃料回路支路280和282之间。在该配置中，冲洗流控制阀298在燃料流动期间是打开的，在高范围冲洗期间是打开的，而在低范围冲洗期间是关闭的。

图22和23中例示喷射槽220和喷射孔106的另一替代的配置。喷射槽220和喷射孔106沿一个圆设置。图22中例示的是与用符号+表示的相当高的静压喷射槽对准的喷射孔106的半圆形排列。图23中例示的是与用符号-表示的相当低的静压喷射槽对准的喷射孔106的另一个半圆形排列。图24例示向与冲洗空气流入槽+和流出槽-对准的喷射孔106馈送的第一和第二燃料回路支路280和282。

图5中例示的是一个第二冲洗空气冷却机构380，用于提供冲洗空气227的冷却部分342。冲洗空气冷却路径344行进通过主喷嘴59和最内层环形热障384之间的最内层环形间隙386来冷却带有辅助燃料回路288中的辅助燃料流量的冲洗空气。冲洗空气227的冷却部分342可以流过最内层环形热障384中的冷却孔382和/或流过最内层环形热障384与径向内外热障194和196的端部之间的滑动配合连接件388。冷却孔382和滑动配合连接件388允许空气冷却路径344围绕主喷嘴59行进而不是穿过它，并且仍然与环形辅助支路存在热传导连通并在冲洗期间受通过其间载带的燃料的冷却。

虽然上面已经描述了本发明的优选的和示范的实施例，但该技术的专业人员显然能够从本文的说明对本发明进行其它修改，因此，希望落在本发明的实际精神和范围内的所有这些修改都被规定在所附权利要求书中。

                  13DV-13230-部件清单

10、燃料喷射器

12、燃料喷嘴组件

16、燃烧器

18、燃烧区

19、燃料阀插孔

20、外衬里

22、内衬里

26、燃烧壳体

30、法兰

32、空心管茎

34、环形拱顶

36、上游端部

39、室

40、混合器组件

41、入口组件

42、阀组件

43、阀座

44、燃料歧管

45、燃料阀

46、第一入口孔

47、第二入口孔

52、喷嘴轴线

54、辅助喷嘴延伸部

56、辅助馈送管

57、燃料喷射管尖端

58、辅助喷嘴

59、主喷嘴

62、馈送带

63、入口

64、中间部分

66、入口端部

69、出口端部

70、第一侧表面

71、第二侧表面

74、矩形截面形状

76、第一板

78、第二板

80、单独排

84、槽

90、内燃料流量通道

102、主喷嘴燃料回路

104、直头部

106、喷射孔

142、辅助混合器

143、中心体

144、主混合器

150、室

154、辅助混合器空气流

156、主混合器空气流

160、辅助旋流器

162、内辅助旋流器

164、外辅助旋流器

166、内辅助旋流叶片

168、外辅助旋流叶片

170、环形辅助分流器

172、喷嘴壁

174、内表面

176、前钎接结合部

177、后钎接结合部

178、内钎接结合部

179、外钎接结合部

180、轴向流动旋流器

182、径向流动旋流器

190、环形喷嘴外罩

192、环形腔

194、内热障

196、外热障

200、环形间隙

201、环形外间隙

202、内壁

204、外壁

206、孔

208、环形滑动结合密封件

209、环形凸缘

210、相邻表面

211、埋头孔

216、冲洗机构

218、对称地向外扩口的槽

220、喷射槽

221、上游的向外扩口的槽部分

222、下游的向外扩口的槽部分

223、第一示范的差压机构

224、喷射槽中心线

225、流线方向

226、上游方向

227、冲洗空气

228、下游方向

234、圆周分量

236、轴向分量

240、凸缘

241、非向外扩口的槽部分

244、隔开区

260、成对的上游喷射槽

262、成对的下游喷射槽

280、第一燃料回路支路

282、第二燃料回路支路

283、第二示范的差压机构

284、环形支路

286、环形支路

287、干线

288、辅助喷嘴燃料回路

289、成对的相邻孔

290、第一波纹

292、第二波纹

294、辅助支路

296、辅助支路

300、圆

320、上游的环形排

322、下游的环形排

324、径向进入流

340、冲洗空气冷却机构

342、冷却部分

344、冷却路径

350、轴向延伸的通道

356、径向延伸的通道

364、轴向延伸的孔

370、内凸台

371、外凸台

372、径向内表面

380、冷却机构

382、冷却孔

384、热障

386、环形间隙

388、滑动配合连接件

AA-角

Claims (14)

1.一种燃料喷射器(10)，包括：

一个主燃料喷嘴(59)，包括至少一个主喷嘴燃料回路(102)和一个与辅助喷嘴(58)保持燃料供给连通的辅助喷嘴燃料回路(288)；

一个冲洗机构(216)，用于当辅助喷嘴燃料回路(288)向辅助喷嘴(58)供给燃料时冲洗主喷嘴燃料回路(102)；以及

一个冲洗空气冷却机构(340)，用于在冲洗期间向主喷嘴燃料回路(102)供给冲洗空气(227)的一个冷却部分(342)，其中该冷却部分(342)是与流经辅助喷嘴燃料回路(288)的燃料一起冷却的。

2.如权利要求1中所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，冲洗空气冷却机构(340)包括一条冲洗空气冷却路径(344)，该冷却路径与辅助喷嘴燃料回路(288)保持热传导连通，并在冲洗期间可以操作来使流过其间的冷却部分(342)流到主喷嘴燃料回路(102)。

3.如权利要求2中所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，冲洗空气冷却路径(344)与主喷嘴(59)中的辅助喷嘴燃料回路(288)的至少一个环形辅助支路(294)保持热传导连通。

4.如权利要求3中所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，空气冷却路径(344)穿过主喷嘴(59)。

5.如权利要求3中所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，空气冷却路径(344)围绕主喷嘴(59)延伸。

6.一种燃料喷射器(10)，包括：

一个在环形喷嘴外罩(190)中的环形主燃料喷嘴(59)；

该环形主燃料喷嘴(59)包括至少一个主喷嘴燃料回路(102)和一个与辅助喷嘴(58)保持燃料供给连通的辅助喷嘴燃料回路(288)；

主喷嘴燃料回路(102)具有至少一个主环形支路(284)；

沿径向背离主环形支路(284)穿过环形燃料喷嘴(59)的喷射孔(106)；

沿径向穿过喷嘴外罩(190)并与喷射孔(106)对准的喷射槽(220)；

差压机构(223)，用于在喷射槽(220)的冲洗空气流入槽(+)和流出槽(-)之间产生充分的静压差，以便当辅助喷嘴燃料回路(288)向辅助喷嘴(58)供给燃料时冲洗主喷嘴燃料回路(102)；以及

一个冲洗空气冷却机构(340)，用于在冲洗期间向冲洗空气流入槽(+)供给冲洗空气(227)的冷却部分(342)，供吸入到主喷嘴燃料回路(102)中用，其中该冷却部分(342)与流过辅助喷嘴燃料回路(288)的燃料一起冷却。

7.如权利要求6中所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，冲洗空气冷却机构(340)包括一条冲洗空气冷却路径(344)，该冷却路径与辅助喷嘴燃料回路(288)保持热传导连通，并在冲洗期间可以操作来使流过其间的冷却部分(342)流到主喷嘴燃料回路(102)。

8.如权利要求7中所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，冲洗空气冷却路径(344)与主喷嘴(59)中的辅助喷嘴燃料回路(288)的至少一个环形辅助支路(294)保持热传导连通。

9.如权利要求8中所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，冲洗空气流入槽(+)和流出槽(-)包括分别相对于沿当地上游方向(226)的喷射槽中心线(224)非对称地向外扩口的上游的向外扩口的槽部分(221)和相对于沿当地下游方向(228)的喷射槽中心线(224)非对称地向外扩口的下游的向外扩口的槽部分(222)。

10.如权利要求8中所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，该当地流动方向(225)有一平行于喷嘴轴线(52)的轴向分量(236)和一围绕喷嘴外罩(190)的圆周分量(234)，环形喷嘴外罩(190)围绕喷嘴轴线(52)成圆圈。

11.如权利要求8中所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，还包括：

沿径向安置在主喷嘴(59)和喷嘴外罩(190)的外环形喷嘴壁(172)之间的环形径向外热障(194，196)；

与内热障(194)和主喷嘴(59)之间的环形外间隙(201)保持流体流动连通的冲洗空气冷却路径(344)；

位于内热障(194)的径向内表面(372)上并有与流入槽(+)对准的孔(206)的凸台(370)；以及

从环形外间隙(201)经凸台(370)延伸到孔(206)的沿轴向延伸的孔(364)。

12.如权利要求8中所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，还包括：

属于对称的喷射槽的喷射槽(220)；

对称的喷射槽的上游和下游环形排(320和322)；以及

包括围绕喷射槽(220)的上游环形排(320)而沿径向向外配置的径向流动旋流器的环形排(182)的差压机构(283)。

13.一种燃料喷射器，包括；

一个环形喷嘴外罩；

一个安置在该外罩内的环形燃料喷嘴；

该环形燃料喷嘴包括至少一个具有第一和第二燃料回路支路和一辅助喷嘴燃料回路的主喷嘴燃料回路；

每个第一和第二燃料回路支路具有沿顺时针和逆时针方向延伸的环形支路；

沿径向背离这些环形支路而穿过该环形燃料喷嘴的喷射孔；

沿径向穿过该喷嘴外罩的喷射槽，每个喷射槽与这些喷射孔的一个对准；

一个用于当辅助喷嘴燃料回路向辅助喷嘴供给燃料时冲洗主喷嘴燃料回路的冲洗机构；以及

一个冲洗空气冷却机构，用于在冲洗期间向主喷嘴燃料回路供给冲洗空气的冷却部分，其中该冷却部分是与流过辅助喷嘴燃料回路的燃料一起冷却的。

14.如权利要求13中所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，还包括一个可操作地安置成在第一和第二燃料回路支路之间保持流体连通的关闭冲洗流的控制阀(298)。

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