CN1550714A - 具有非对称旋流器的压差清洗燃料喷射器 - Google Patents

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Abstract

一种燃料喷射器(10)，它包括围绕喷嘴轴线(52)的环形喷嘴外壳(190)，围绕喷嘴轴线(52)在外壳(190)内的环形燃料喷嘴(59)，该环形燃料喷嘴(59)包括至少一个主喷嘴燃料回路(102)和导向喷嘴燃料回路(288)，喷射孔(106)径向延伸离开主喷嘴燃料回路(102)通过环形燃料喷嘴(59)，喷射井(220)径向延伸通过喷嘴外壳(190)并与喷射孔(106)对准，和非对称的旋流器装置(400)位于外壳(190)的径向外侧，用于产生绕所述喷嘴的涡旋式流动和绕所述外壳的非对称的静压差。

Description

具有非对称旋流器的压差清洗燃料喷射器
技术领域
本发明涉及燃气轮机燃烧器燃料喷射器，更具体地，涉及具有多个喷射孔和燃料清洗的燃料喷射器。
背景技术
燃料喷射器，比如在燃气轮机中的燃料喷射器将具有压力的燃料从燃料总管导向一个或多个燃烧室。燃料喷射器还在燃烧之前准备与空气相混合的燃料。每一喷射器一般具有一连接到燃料总管上的入口装置、连接到该入口装置的一端上的管状延伸部分或杆和一个或多个连接到杆的另一端上的用于将燃料导入燃烧室的喷射喷嘴。燃料导管或通道(比如管，管道或圆柱形通道)延伸经过该杆以将燃料从入口装置供应到喷嘴。可以提供适当的阀门和/或流动分配器以导向或控制通过喷嘴的燃料流。燃料喷射器通常是均匀间隔地环状设置以便以均匀的方式将燃料分配(喷射)入燃烧室。
需要在发动机空气流和燃料流的较宽范围内进行火焰温度的控制以降低在航空器燃气轮机燃烧过程中产生的氮氧化物(NOx)、未燃烧的碳氢化合物(UHC)和一氧化碳(CO)的释放。局部的火焰温度由燃烧器的燃烧区域内的局部燃料空气比(FAR)来决定。为了降低在高火焰温度(高局部FAR)下产生的NOx，现有的最佳方法是在最大功率下设计用于低局部FAR的燃烧区域。相反地，在部分负荷工况下，具有较低的T3和P3以及相应地降低了的汽化/反应比率，则需要相对较高的火焰温度，因此较高的局部FAR以降低CO和UHC，但是发动机循环表明一降低了的总体燃烧器FAR与最大功率有关。这些看起来相冲突的需求促使了燃料喷射器设计的出现，这样的燃料喷射器具有能够通过改变燃料喷射点和/或喷射渗透/混合的数量来改变局部FAR的燃料分级设计。改变喷射点的数量通过在部分载荷下关闭一些燃料回路来实现。燃料分级设计在低功率状态下使发动机燃料流传递至更少的喷射点以提高局部FAR，对于CO和UHC，足够地高于可接受的水平并燃尽。燃烧分级设计在高功率状态下将发动机燃料流传递至更多的喷射点以保持局部FAR低于与高NOx产生率相应的水平。
在美国专利No.6321541和美国专利申请No.20020129606中公开了燃料分级喷射器的一个例子。该喷射器包括同中心的径向外主喷嘴和径向内导向喷嘴。主喷嘴还指的是一旋流器喷嘴。主喷嘴具有径向定位、分级的喷射孔和一在发动机运行过程中总有燃料流过的导向喷射回路。燃料喷射器和细长薄板状的供给带形式的燃料导管延伸经过所述杆至喷嘴装置以将燃料提供至喷嘴装置中的喷嘴。薄板供给带和喷嘴由多个板制成。每一板包括一细长的、供给带部分和一单一的头(喷嘴)部分，基本上垂直于所述供给带部分。
各板内的燃料通道和开口通过有选择地蚀刻板的表面而形成。而后将板设置成面对面的彼此接触并通过比如铜焊或扩散粘结而固定在一起，形成一整体结构。有选择地蚀刻板以在喷射器内很容易地产生多个燃料回路，单个的或多重的喷嘴装置以及冷却回路。蚀刻工艺还使得能在相对小的横断面内产生多个燃料通路和冷却回路，进而降低喷射器的尺寸。
由于可得到的燃料压力有限而且所需的燃料流的范围很宽，很多燃料喷射器包括导向喷嘴和主喷嘴，在启动过程中仅有导向喷嘴投入使用，在较高载荷工况下使用两种喷嘴。在启动和较低功率运行过程中，至主喷嘴的流动被降低或停止。这样的喷射器比单个喷嘴燃料喷射器更有效且燃烧的更充分，因为燃料流可以更精确地控制且对于具体的燃烧器，燃料喷射被更准确地导向。导向和主喷嘴可以包含在相同的喷嘴杆装置内或可以被支撑在单独的喷嘴装置中。这些双重喷嘴燃料喷射器还可以构造成能够实现用于双重燃烧器的燃料的进一步控制，提供更高的燃料效率和使有害物质的释放更低。
运行过程中和停机之后的燃烧室内的高温需要采用主喷嘴燃料回路的清洗以防止燃料分解成固定沉淀物(即“焦化残渣”)，当燃料通道中的潮湿的壁超过一最大温度(对于一般的喷射燃料，大约400□F或200□C)。燃料喷嘴内会产生焦化残渣并限制经过燃料喷嘴的燃料流动，使喷嘴的效率降低或不能使用。
为了防止由于焦化堵塞分级回路而产生的事故应该清洗流动不畅的燃料和湿壁，或者是保持足够冷却以防止清洗沉淀物(估计＜550F没有流动)，或者是足够加热以燃烧掉沉淀物(估计＞800F)，对于后者，除了损坏喷射器之外难于控制。可得到的清洗分级回路的空气的温度是T3，它是随时变化的，使得在发动机的运行范围内，不可能满足或是始终冷或是始终热的设计理念。而由于端部用户循环的多样性和沉积物/所期望的清洗率的可变性的存在，冷/热组合的观念(即利用清洗循环)又不能可靠地执行。
在美国专利Nos.5277023、5329760和5417054中公开了燃料回路的被动清洗。在通用电力的LM6000和LM2500DLE双燃料发动机上采用了带有喷射器回路的热解清洗的反向清洗，它必须经过从液体燃料至气态燃料的转换，在高功率状态下而不停机。热压缩机排出空气使液体回路内的流动不畅的燃料被强制向后流动经过所有的喷射器进入燃料容器，借助于打开总管上的排出阀。该方法由于安全、重量、成本和维护方面的负担而不适合用于航空器。在以地面为基地的发动机上已经采用了分级燃料回路的向前清洗，但需要冷却空气的高压力源和阀门，它必须使燃料与清洗空气源分离开，不适用于航空器。
保持流动的喷射器内的燃料回路应该被保持比清洗的分级回路温度更低(估计＜350F)，因为对于流动的燃料回路，沉积率是较高的。因此，被清洗的回路应该是或者与流动回路热绝缘，强制使用清洗循环，或者由同时满足被清洗和流动壁温度限制的流动回路密切地冷却。
现有技术中很需要一种适合于燃料分级设计的燃料喷射器和喷嘴，燃料分级设计采用具有复合点喷嘴的复合回路喷射器，需要一些回路流动燃料而相同喷射器内的其他回路被清洗。还需要一种合适的燃料喷射器和喷嘴，允许在喷射器中采用阀门以防止供应管的关闭消耗并提供在低燃料流动状态下用于良好的流动分配的增压。清洗内部燃料回路是很难的，因此特别希望在进入被清洗的回路之前将清洗空气冷却到可接受的温度。
发明内容
一种燃料喷射器，它包括一围绕喷嘴轴线的环形喷嘴外壳和一围绕喷嘴轴线的在喷嘴外壳内的环形主燃料喷嘴。该环形主燃料喷嘴具有至少一个主喷嘴燃料回路和一导向喷嘴燃料回路。喷射孔径向延伸离开主喷嘴燃料回路通过环形燃料喷嘴。喷射井径向延伸通过喷嘴外壳并与喷射孔对准。非对称的旋流器装置位于外壳的径向外侧，用于产生一涡旋式流动和绕所述外壳的非对称的静压差，用于至少部分清洗两个喷射井之间的主喷嘴燃料回路。
非对称的旋流器装置的一个实施例是一对称的围绕旋流器轴线的径向流入涡旋式喷嘴，其中旋流器轴线与喷嘴轴线不是同一直线。旋流器轴线可以与喷嘴轴线间隔开且相互平行，或在另一实施例中，旋流器轴线偏离喷嘴轴线。非对称旋流器装置的另一实施例包括多个带角度的涡旋式流动部件，它们相对于旋流器轴线成一定角度且非对称地围绕旋流器轴线。旋流器轴线可以是与喷嘴轴线为同一直线。带角度的涡旋式流动部件的多个实施例中，包括绕旋流器轴线非对称地间隔开设置的涡旋叶片，涡旋叶片具有一绕旋流器轴线变化的非对称的涡旋角，涡旋叶片具有绕旋流器轴线变化的非对称的叶片厚度，涡旋槽绕旋流器轴线非对称的间隔开设置，涡旋槽相对于旋流器轴线非对称地成一定角度或涡旋槽具有一绕旋流器轴线变化的非对称的槽厚度。
环形燃料喷嘴的一实施例是由一单一供给带形成，该供给带具有单个结合在一起的一对纵向延伸的板。每一个板具有宽度方向间隔开的一排和长度方向延伸的平行槽。各板被结合在一起，使每一个板上的相对的槽84彼此对准形成主喷嘴燃料回路和导向喷嘴燃料回路。导向喷嘴燃料回路的一实施例包括分别具有平行的第一和第二波段的顺时针和逆时针延伸的环形支路。喷射孔交替地位于第一和第二波段中的一个内，以便基本上沿一圆环对准。
外壳可具有一用于在导向喷嘴燃料回路向导向喷嘴提供燃料时清洗主喷嘴燃料回路的清洗装置。在一更具体的外壳的实施例中，喷射井具有至少两种类型的井部分，该井部分从包括有对称喇叭口形井部分、在一局部上游方向上相对于喷射井中心线向外扩张的非对称上游喇叭口形井部分、在局部下游方向上相对于喷射井中心线向外扩张的非对称下游喇叭口形井部分的组中选择。在每一个顺时针和逆时针延伸的环形支路内的相邻的喷射孔可以与具有从上述组中选择的不同类型的井部分的喷射井对准。主喷嘴燃料回路可具有第一和第二燃料回路支线，一清洗流控制阀可操纵地设置在第一和第二燃料回路支线之间。
附图说明
图1是一燃气轮机燃烧器的剖视图，示出了带有非对称旋流器的燃料喷嘴装置的一实施例；
图2所示的放大的剖视图示出了一带有图1所示的燃料喷嘴装置的燃料喷射器；
图3是一放大的剖视图，示出了图2所示的燃料喷嘴装置；
图4是一放大的剖视图，示出了带有被冷却的清洗空气的第一燃料喷嘴装置的一部分；
图5是一放大的剖视图，示出了带有被冷却的清洗空气的第二燃料喷嘴装置的一部分；
图6是一放大的剖视图，示出了图5所示的第二燃料喷嘴装置中的清洗空气冷却通路；
图7是一放大的剖视图，示出了图4、5和6所示的经过一围绕一主喷嘴的热屏蔽的清洗空气冷却通路的部分和喷射井；
图8是一径向向外看的透视图，示出了喷射井和图7所示的围绕主喷嘴的热屏蔽的部分；
图9所示的剖视图示出了通过图2所示的9-9看到的燃料带；
图10所示的顶视图示出了用于形成图1中所示的燃料带的板；
图11示意性地示出了图1中所示的燃料喷射器的燃料回路；
图12的透视图示出了带有图11中所示的燃料回路的燃料带；
图13的透视图示出了图3中所示的带有非对称喇叭口形静压差喷射井的外壳的一部分；
图14的剖视图示出了图13所示的相对高的静压喷射井；
图15的剖视图示出了图13所示的相对低的静压喷射井；
图16示意性地示出了带有相对高和低的静压喷射井的燃料喷射器；
图17示意性地示出了用于图16中所示的燃料喷射器的燃料回路。
图18示意性地示出了用于图16中所示的燃料喷射器的另一燃料回路；
图19所示的剖视图示出了带有两排对称剖视喷射井的外壳，具有静压差，使混合器流转向；
图20所示的透视图示出了图19中所示的外壳的一部分；
图21示意性地示出了燃料喷射器的燃料回路的支线之间的清洗流控制阀；
图22所示的剖视图示出了带有与相对高的静压喷射井对齐的半圆形排孔的外壳的一侧；
图23的剖视图示出了图22中所示的带有与相对低的静压喷射井对齐的半圆形排孔的外壳的第二侧；
图24示意性地示出了用于燃料喷射器的燃料回路及图22和23中所示的外壳；
图25的放大的侧视图示出了带有与图1和2中所示的喷嘴轴线相交叉的旋流器轴线的非对称旋流器；
图26的放大的侧视图示出了带有与喷嘴轴线相平行且相距一定距离的旋流器轴线的非对称旋流器；
图27的放大的侧视图示出了带有与图1和2所示的喷嘴轴线为同一直线的旋流器轴线的非对称旋流器；
图28是从后向前看的通过图27中的28-28看到的视图，示出了图27所示的带有非对称涡旋角绕旋流器轴线变化的非对称旋流器；
图29是从后向前看的通过图27中的29-29看到的视图，示出了图27所示的带有涡旋式叶片的非对称旋流器，其非对称叶片厚度绕旋流器轴线变化；以及
图30是从后向前看的通过图27中的30-30看到的视图，示出了图27所示的带有涡旋式叶片的非对称旋流器，其非对称槽的厚度绕旋流器轴线变化。
具体实施方式
图1中示出了一燃烧器16的实施例，该燃烧器包括一分别在环形的径向外轮廓线20和径向内轮廓线22之间并由其限定的燃烧区18。外、内轮廓线20和22位于环形的燃烧器壳体26的径向内侧，该壳体26绕外、内轮廓线20和22沿周向延伸。燃烧器16还包括一环状的拱顶34，该拱顶安装在外、内轮廓线20和22的上游。拱顶34限定了燃烧区18的一上游端36，多个混合装置40(图中仅示出了一个)绕拱顶34沿周向间隔开设置。每一个混合装置40包括导向器和主燃料喷嘴58、59，并将燃料和空气的混合物传递到燃烧区18。每一个混合装置40都具有一喷嘴轴线52，导向器和主燃料喷嘴58、59围绕该轴线设置。
参见图1和2，本发明的一个实施例的燃料喷射器10具有一个燃料喷嘴顶端装置12(可采用多于一个的径向间隔开的喷嘴装置)，该装置12分别包括有导向器和主燃料喷嘴58、59，用于将燃料导入燃气轮机的燃烧室的燃烧区。燃料喷射器10包括一适于固定到和密封到燃烧器壳体26上的安装部或凸缘30。一个中空杆32与凸缘30形成为一体或固定到凸缘30上(比如通过铜焊或焊接)并支撑燃料喷嘴顶端装置12和混合装置40。
中空杆32具有阀门装置42，该装置42设于室39的敞开的上端之上或之内，与凸缘30形成为一体或通过铜焊或焊接的方式固定到该凸缘30上。阀门装置42包括一入口装置41，根据阀门壳体的情况，它可以是阀门壳体43的一部分，与中空杆32连接在一起。阀门装置42包括用于控制燃料流经在燃料喷嘴顶端装置12中的导向喷嘴燃料回路228和主燃料喷嘴的燃料回路102的燃料阀门45。
图2所示的阀门装置42与凸缘30形成为一体或固定到并位于该凸缘30的径向向外的位置上，其上设置有用来容置燃料阀门45的燃料阀门座19。喷嘴顶端装置12分别包括导向器和主燃料喷嘴58、59。通常导向器和主燃料喷嘴58、59在正常运行工况和满负荷情况下使用，而只有导向燃料喷嘴在启动和部分负荷工况下使用。以单一细长供给带62形式的柔软的燃料喷射器回路用来将燃料从阀门装置42供给到喷嘴顶端装置12。供给带62是由一种可以在燃烧室中暴露在燃烧器温度下而不会产生不利影响的材料制成的具有柔韧性的供给带。
如图9和10所示，供给带62具有结合在一起的一对纵向延伸的第一和第二板76、78。第一、第二板76、78中的每一个具有一排宽度方向间隔开而在长度方向延伸的平行槽84。板在结合在一起时使得每一个板的相对的槽84彼此对准形成内部的燃料流动通道90，该通道90从供给带62的入口端66至出口端69流经供给带62。导向喷嘴延伸部分54从主燃料喷嘴59向后延伸并通过导向供给管56与导向燃料喷嘴58的燃料喷射器顶端57流体相连，如图2所示。供给带62向主燃料喷嘴59和导向燃料喷嘴58供给燃料，如图2、3、11和12中所示。参见图12和8，导向喷嘴延伸部分54和导向供给管56相对于喷嘴轴线52间隔开，成一角度AA。
如图2和12所示，供给带62在入口端66和出口端69之间具有一大体直的径向延伸的中部64。燃料供给带62的直的头部104横向延伸(沿轴向向后的方向)离开中部64的出口端69并导向固定的主燃料喷嘴59以防止偏离。入口端66固定在阀门壳体43内部。头部14大体平行于喷嘴轴线52并导向主燃料喷嘴59。供给带62具有一长的基本平坦的形状，大体平行于第一和第二侧表面70和71并具有矩形的横断面形状74，如图9所示。
如图2和11所示，在将燃料导入主喷嘴燃料回路102和导向喷嘴燃料回路288的阀门装置42中，供给带62的入口端66的入口63分别与第一和第二燃料入口46、47流体连通或连接到其上。入口向供给带62中的多个内部燃料流动通道90供给燃料至喷嘴顶端装置12中的导向燃料喷嘴58和主燃料喷嘴59的同时还提供喷嘴装置中的热控制冷却回路。喷嘴顶端装置12的头部104接受来自供给带62的燃料并输送该燃料至主燃料喷嘴59，并在结合的情况下，通过主喷嘴燃料回路102输送至导向燃料喷嘴58，如图11和12所示。
供给带62、主燃料喷嘴59和头部104在其间由沿长度方向延伸的第一和第二板76、78构成为一整体。主燃料喷嘴59和头部104可以被认为是供给带62的部件。主燃料喷嘴回路102的燃料流动通道90经过供给带62、头部104和主燃料喷嘴59。主喷嘴燃料回路102的燃料通道90导向喷射孔106并经过可操纵以与导向供给管56流体相连的导向喷嘴延伸部分54以向导向燃料喷嘴58供给燃料，如图2、3和12所示。主喷嘴燃料回路102的燃料流动通道90的平行槽84被蚀刻在第一和第二板76、78的相邻表面210内，如图9和10所示。
如图10、11和12所示，主喷嘴燃料回路102包括一连接到第一和第二燃料回路支线280和282上的主干线287。第一和第二燃料回路支线280和282每一个都包括分别沿顺时针和逆时针延伸的在主燃料喷嘴59内的环形支路284、286。喷射孔106从环形支路284、286延伸经过第一和第二板76、78中的一个或两个。喷射孔106径向向外延伸经过主燃料喷嘴59的第一、第二板76、78中的径向向外的一第一板76。顺时针和逆时针延伸的环形支路284、286具有平行的第一和第二波段290、292。喷射孔106交替地位于第一和第二波段290、292中的一个内，以便基本上沿一圆环300圆周对准。主喷嘴燃料回路102也包括一环形的导向喷嘴燃料回路288，它向导向喷嘴延伸部分54供给燃料。环形的导向喷嘴燃料回路288包括在主燃料喷嘴59内的顺时针和逆时针延伸的环形导向支路294和296。
有关喷嘴装配和结合板之间的燃料回路的信息参见美国专利6321541。如图11和12所示，内部燃料流动通道90沿供给带62的长度向下用于向主喷嘴燃料回路102供给燃料。进入导向和主燃料喷嘴58、59中的供给带62和头部104内的内部燃料流动通道90中的每一个的燃料由燃料阀门45控制。喷嘴顶端装置12的头部104接受来自供给带62的燃料并将该燃料输送至主燃料喷嘴59。主燃料喷嘴59是环形的并具有圆柱形形状或结构。板76和78中的喷射装置的流动通道、开口和各种部件可以由任何适当的方法制成，比如通过蚀刻，更具体地通过化学蚀刻。这样板的化学蚀刻对本领域技术人员来讲是公知的，而且在美国专利5435884中描述了这样的实施例。通过蚀刻可以在板上形成很精细的、形状很好限定的复杂的开口和通道，这使得可以在保持这些部件的很小的横断面尺寸的同时在供给带62和主燃料喷嘴59上提供多个燃料回路。板76、78可以利用连接程序比如铜焊或扩散粘接面对面地结合在一起。这样的连接方法也是本领域技术人员公知的，而且在各种板之间都可以提供牢固的连接。扩散粘接是特别有用的方法，因为该方法可以在相邻层的原始界面之间产生边界层变化(原子变换和晶格的生长)。
如图1、2和3所示，每一个混合装置40包括一导向混合器142、一主混合器144和一在其间延伸的中心体143。中心体143限定了一室150，该室150与导向混合器142流体连通并位于其下游。导向燃料喷嘴58由中心体143支撑在室150内。导向燃料喷嘴58设计用来喷射燃料滴向下进入室150。主混合器144包括一主轴向涡旋式喷嘴180，该喷嘴位于在喷射孔106的上游的径向流入涡旋式喷嘴182的上游。导向混合器142包括一对同心安装的导向涡旋式喷嘴160。所示的导向涡旋式喷嘴160是一轴向涡旋式喷嘴并包括一内部导向涡旋式喷嘴162和一外部导向涡旋式喷嘴164。内部导向涡旋式喷嘴162是环形的，且绕导向燃料喷嘴58周向设置。内部导向涡旋式喷嘴162和外部导向涡旋式喷嘴164中的每一个都分别包括定位在导向燃料喷嘴58的上游的多个内、外导向涡旋叶片166、168。
更具体地参见附图3，一环状的导向分流器170径向设置在内、外导向涡旋式喷嘴162、164之间并从内、外导向涡旋式喷嘴162、164向下延伸。导向分流器170设计成使流经内导向涡旋式喷嘴162的导向混合器空气流154与流过外导向涡旋式喷嘴164的空气流分开。分流器170具有一收敛-扩散内表面174，该表面在发动机低负荷运行过程中，构成为一燃料-薄膜表面。分流器170还降低了流经导向混合器142的导向混合器空气流154的轴向速度以促成热燃气的再循环。内导向涡旋式喷嘴叶片166可设置成使在与空气流经外导向涡旋式喷嘴叶片168的相同方向上或在一与外导向涡旋式喷嘴叶片168使流经它的空气产生涡旋的第二圆周方向相对的第一圆周方向上流动的空气产生涡旋。
特别参见图1所示，主混合器144包括一环状喷嘴外壳190，它限定了一环形的空腔192。主混合器144是一径向入流混合器或旋流器，其相对导向混合器142同心对准并绕导向混合器142周向延伸。主混合器144沿喷嘴外壳190产生涡旋的主混合器空气流156。环状的主燃料喷嘴59沿周向设置在导向混合器142和主混合器144之间。具体地说，主燃料喷嘴59围绕导向混合器142沿周向延伸且径向定位在中心体143的外侧、喷嘴外壳190的环状空腔192之内。
如图3中详细示出的，喷嘴外壳190包括喷射井220，通过喷射井，燃料从主燃料喷嘴59的喷射孔106喷射出进入主混合器空气流156，环状的径向内、外热屏蔽194、196径向位于主燃料喷嘴59和喷嘴外壳190的外环状喷嘴壁172之间。内、外热屏蔽194、196分别包括径向的内、外壁202、204且其间具有360度的环状间隙200。360度的内、外突出部370、371(还示出在图7中)分别从内、外热屏蔽194、196沿径向向内、外延伸。每一个内、外热屏蔽194、196包括多个通过内、外突出部370、371并与喷射孔106和喷射壁对齐的开口206。内、外热屏蔽194、196以适当方式比如焊接或铜焊固定到杆32上(如图1所示)。图5所示的内、外热屏蔽194、196就是在前、后焊点176、177焊接在一起的。内、外突出部370、371在内、外焊点178、179被分别铜焊到主燃料喷嘴59和主燃料喷嘴外壳190上。
主燃料喷嘴59和喷射孔106将燃料径向向外喷射通过内、外热屏蔽194、196内的开口206进入空腔192。一环状滑动连接密封208设置在内热屏蔽194的每一个开口206内，与每一个喷射孔106对准以防止通过环状间隙200的横向流动。环状滑动连接密封208径向陷在外壁204和在内壁202的反向孔211的径向内端的内壁202的环状架状突出物209之间。可以通过铜焊或其它方法将环状滑动连接密封208连接到内热屏蔽194的内壁202上。
如图1和2所示，径向流入涡旋式喷嘴182代表了一位于外壳190的径向外侧的非对称旋流器装置400，用于产生涡旋流和绕该外壳的非对称的静压差。该非对称旋流器装置400用于至少部分地清洗在至少两个喷射井220之间的主喷嘴燃料回路102，且能够清洗整个的主喷嘴燃料回路。
图1和25示出了非对称旋流器装置400的第一实施例，其中径向流入涡旋式喷嘴182围绕一旋流器轴线402，而该旋流器轴线402与喷嘴轴线52不是同一直线，相对于该喷嘴轴线52倾斜设置。所示的旋流器轴线402与喷嘴轴线52之间成一大约3度的倾斜角A。图26示出了非对称旋流器装置400的另一实施例，其中对称的流入涡旋式喷嘴182围绕旋流器轴线402，该轴线402平行于喷嘴轴线52且两者之间有一距离D。
图27中示出了非对称旋流器装置400的再一实施例，其中包括多个带角度的涡旋式流动部件404，它们相对于非对称围绕的旋流器轴线402成一定角度，如图所示，轴线402可以是与轴线52在同一直线上。另外的方案是，旋流器轴线402可以是如上所述与喷嘴轴线52倾斜成一定角度或之间间隔一定距离。带角度的涡旋式流动部件404的一个实施例包括绕旋流器轴线402非对称地间隔设置的涡旋叶片410，使得相邻的涡旋叶片410之间的周向距离S不是常数，而是绕旋流器轴线402非对称地变化，如图28中所示。
带角度的涡旋式流动部件404的另一实施例中，涡旋叶片410具有一绕旋流器轴线402变化的非对称的涡旋角408，如图29所示。涡旋角408相对于垂直于旋流器轴线402的半径R测量得到。在带角度的涡旋式流动部件404的再一实施例中，涡旋叶片410具有绕旋流器轴线402变化的非对称的叶片厚度418，如图30所示。带角度的涡旋式流动部件404可以是涡旋槽412，如图28所示，它们绕旋流器轴线402非对称的间隔设置。涡旋槽412可以相对于旋流器轴线402非对称地成一定角度或具有一绕旋流器轴线402变化的非对称的槽厚度414。
环形燃料喷嘴59的一实施例是由一单一供给带62制成，该供给带62具有单个连接在一起的一对纵向延伸的板76和78。每一个板具有宽度方向间隔开的一排80和长度方向延伸的平行槽84。各板被连接在一起，使每一个板上的相对应的槽84彼此对准形成主喷嘴燃料回路102和导向喷嘴燃料回路288。导向喷嘴燃料回路288的一实施例包括顺时针和逆时针延伸的、具有平行的第一和第二波段290、292的环形支路284、286。喷射孔106定位于第一和第二波段290、292的中一个上，以便大体沿圆形300对准。
外壳190可具有一清洗装置216，在导向喷嘴燃料回路288向导向燃料喷嘴58提供燃料时，用于清洗主喷嘴燃料回路102。在一更具体的外壳的实施例中，喷射井220具有至少两种类型的井部分，从包括有对称的喇叭口形井部分218、在一上游方向226上相对于喷射井中心线224向外扩张的非对称上游喇叭口形井部分221、在下游方向228上相对于喷射井中心线224向外扩张的非对称下游喇叭口形井部分222的组中选择。在每一个顺时针和逆时针延伸的环形支路284、286内的相邻的喷射孔106可以与具有从上述组中选择的不同类型的井部分的喷射井220对准。在第一和第二燃料回路支线280、282之间的流动相通部分内可设置一可操纵的清洗流控制阀298。
外壳190具有一清洗装置216，在导向喷嘴燃料回路288向导向燃料喷嘴58提供燃料时，用于清洗主喷嘴燃料回路102。图3、14和15中示出的清洗装置216的第一实施例中，压差装置223用于在至少两个喷射井220之间产生充足的静压差以便利用清洗空气227来清洗主喷嘴燃料回路102(如图11所示)。压差装置223包括相对高和低的静压喷射井，分别用+和-的符号表示出，在清洗过程中，它们具有相对高和低的静压。高、低静压喷射井还清洗空气流入井+和流出井-，当清洗空气进入流入井+和从流出井-排出时。由径向延伸通过喷嘴外壳190的喷射井220的形状产生静压差。
图3中的喷射井220具有非对称的上游、下游喇叭口形井部分221、222，它们从喷射井220的对称井部分241相对于喷射井中心线224在上游、下游方向226、228上非对称地扩张，如图13、14和15中所示。此处的流体流动方向225、上游或下游方向226、228具有一平行于环形喷嘴外壳190所围绕的喷嘴轴线52的轴向分量236，还具有由于涡旋主混合器空气流156的存在而产生的一绕喷嘴外壳190的周向分量234。非对称喇叭口形喷射井220还可具有一绕喷射井的对称井部分241的唇缘240，以为非对称上游、下游扩张井部分增强此处的空气压力恢复或降低此处的静压。该唇缘增加了向唇缘240的下游延伸的分离区的尺寸。该唇缘240不是一个很诱人的特征，因为它会使燃料和空气的混合物自动点燃，可能会使喷嘴燃烧。
具有不同形状的包括上游非对称喇叭口形井部分221和/或下游非对称喇叭口形井部分222以及对称喇叭口形井218的喷射井220的组合(如图19所示)。根据它们是否被用来导向清洗空气流入井或从井中排出的情况，对称的喇叭口形井218可与空气流入井+或流出井-一同使用。非对称的上游和下游喇叭口形井部分沿喷嘴外壳190在涡旋主混合器空气流156内分别产生正的和负的静压变化，在图14和15中以+和-符号表示出。在具有对称喇叭口形井部分的喷射井220，对称喇叭口形井218在涡旋主混合器空气流156内基本上不产生静压升高。三种类型的喇叭口形井部分中的任两个的组合通过至少主喷嘴燃料回路102的一部分产生静压差，允许从主喷嘴燃料回路102清洗燃料。
相邻的喷射孔106和喇叭口形井部分的布置在顺时针和逆时针延伸的环形支路284、286上在相邻的与喷射孔106对准的喷射井220之间产生静压差。在顺时针和逆时针延伸的环形支路284、286分别具有平行的第一和第二波段290、292的实施例中，喷射孔106交替地设置在第一、第二波段290、292中的一个内并沿圆形300圆周对准。在此实施例中，顺时针和逆时针延伸的环形支路284、286内的相邻喷射孔106沿喷射井的圆形300与喷射井220中的每隔一个对准。
因此，在顺时针和逆时针延伸的环形支路284、286内，沿圆形300的每隔一个的喷射井与喷射孔106的一相邻对中的一个对准。图11中所示为在顺时针和逆时针延伸的环形支路284、286内的喷射孔106的相邻孔对289。每一相邻孔对289中的喷射孔106与具有不同形状的(上游非对称喇叭口形井部分221、下游非对称喇叭口形井部分222和对称喇叭口形井218)喷射井220对准。图13中进一步分别示出了交替的上游非对称喇叭口形喷射井部分221的上游喷射井对260和下游非对称喇叭口形喷射井部分222的下游喷射井对262。上游非对称喇叭口形井部分221用于清洗空气流入井+，下游非对称喇叭口形井部分222用于清洗流出井-。
图16和17示出了喷射井220和喷射孔106的另一种布置。喷射井220和喷射孔106沿圆形300设置。在第一第二燃料回路支线280和282内的顺时针延伸环形支路284内的所有喷射孔106与清洗空气流入井+或喷射井220对准，如图16和17所示。在第一第二燃料回路支线280和282内的逆时针延伸环形支路286内的所有喷射孔106与流出井对准，如图16和17所示。因此，燃料清洗通过第一和第二燃料回路支线280、282从顺时针延伸环形支路284的喷射孔106至逆时针延伸环形支路286，进而清洗主喷嘴燃料回路102。
图18和19所示为第二实施例的用于在至少两个喷射井220之间产生充足的静压差以清洗主喷嘴燃料回路102的压差装置283。喷射孔106和具有对称喇叭口形井218的各喷射井220设置在上游和下游环形排320、322内。喷射井220的上游环形排320大体径向与主径向流入涡旋式喷嘴182对准。主混合器空气流156的一部分是一来自主径向流入涡旋式喷嘴182的涡旋径向流入流324，它在上游环形排320内靠近喷射井220沿喷嘴外壳190被转向。这在靠近作为上游环形排320内的流入井+的喷射井220的主混合器空气流156内产生了相对高的静压，以+表示，在靠近作为下游环形排322内的流出井-的喷射井220的主混合器空气流156内产生相对低的静压，以-表示。因此，燃料清洗通过第一和第二燃料回路支路280、282，从在上游环形排320内的与各喷射井220对准的喷射孔106至下游环形排322内的与各喷射井220对准的喷射孔106。
图17中示出了控制燃料流过主喷嘴燃料回路102的第一和第二燃料回路支线280、282的一单一燃料阀45。然而，主喷嘴燃料回路102可去除干线287而采用两个燃料阀45，每一个燃料阀45用于供应第一和第二燃料回路支路280、282中的一个。这将使得支线分级进行，使可以关闭一个支线及其燃料孔，而另一支线内燃料流动。
在此公开的压差装置使燃料快速且完全地从主燃料喷嘴59内的主喷嘴燃料回路102清洗，而发动机运行，燃料连续地流向导向燃料喷嘴58。可能存在这样的发动机和喷嘴设计，其中能够冷却清洗主喷嘴燃料回路102的空气。图4、6、7和8所示是一第一清洗空气冷却装置340，用于将清洗空气227的被冷却部分342供应至那些能够增加喷射井处的当地静压的喷射井220。清洗空气冷却管路344经过或沿着主燃料喷嘴59在导向燃料回路288的顺时针和逆时针延伸的环形导向支路294、296(只有逆时针延伸的环形导向支路296在图4、6和7中示出)内，随着导向燃料流至冷却清洗空气。
清洗空气冷却管路344与环形导向支路之间是热传导连接并由清洗过程中流过的燃料所冷却。清洗空气227的冷却部分342在主燃料喷嘴59的外侧从压缩机排出空气得到导入压力，经过清洗空气冷却管路344，至喷射井220，该喷射井的压力低于压缩机排出空气的压力。薄板状的主燃料喷嘴59由在导向燃料回路288内流动的燃料冷却，并且空气冷却管路344至导向燃料回路288越近，清洗空气227的冷却部分342当它进入喷射井220时就越冷。图4中所示的清洗空气冷却管路344包括通过主燃料喷嘴59的轴向延伸通道350并可以由主燃料喷嘴59的第一和第二板76、78中的蚀刻槽形成。清洗空气冷却管路344还包括与轴向延伸通道350有连续流动关系并延伸通过径向外侧第一板76的径向延伸通道356。清洗空气227的冷却部分342从清洗空气冷却管路344流入内热屏蔽194和主燃料喷嘴59之间的环状外侧间隙201。冷却部分342而后流经轴向延伸孔364，该轴向延伸孔364经过位于内热屏蔽194的径向外表面372上并具有与喷射井220对准的开口206的内突出部370，喷射井220产生相对高的静压，以+符号表示，流入井+。轴向延伸孔364可包括槽367和/或孔369。轴向延伸孔364通过突出部370使清洗空气227的冷却部分342被导入至进入开口206且径向向内进入喷射孔106的流动中。
图21示出了至第一和第二燃料回路支线280、282的燃料流由一个燃料阀45控制的另一设计。当切断至第一和第二燃料回路支路280、282的燃料时，清洗空气不能在支线之间流动。清洗流控制阀298可操纵地位于支线之间并当燃料流经支线时，被正常地关闭。清洗流控制阀298用于提供低水平和高水平的清洗以防止主燃料喷嘴在清洗过程中过热。
当燃料流由燃料阀45中的一个关闭且清洗流控制阀298被关闭的情况下，发生低水平清洗。流出井-之间的相对小的压差使相对低速率的清洗空气流经过环状主燃料喷嘴内的回路，供应流出井-处的孔。流入井+之间的相对小的压差使相对低速率的清洗空气流经过环状主燃料喷嘴内的回路，供应流入井+处的孔。当清洗流控制阀298打开时，发生高水平清洗。这使得清洗空气从第一燃料回路支线280流到第二燃料回路支线282由于在第一燃料回路支线280的孔处的流入井+的平均压力与在第二燃料回路支线282的孔处的流出井-的平均压力之间的相对高的压差的存在。当清洗充分完全时，清洗流控制阀298被关闭，清洗程序返回至低水平清洗。这使得由发动机的控制操纵高、低清洗空气流的交替进行以提高清洗效果，防止喷射器过热。
最高可允许的高清洗持续时间一般是P3、T3和Wf的函数，可以被相应地计算出。P3和T3是涡轮机压力和温度，Wf是燃料流动速率。清洗流控制阀298还可以被用在第一和第二燃料回路支路280、282之间，如图18所示。在此设置中，清洗控制阀298在燃料流动过程中是打开的，在高水平清洗过程中打开，在低水平清洗过程中关闭。
图22和23中示出了喷射井220和喷射孔106的另一种设置。喷射井220和喷射孔106沿一个圆形布置。图22中所示为一半圆形喷射孔106排，与以符号+表示的相对高的静压力的喷射井相对应。图23中所示为另一半圆形喷射孔106排，与以符号-表示的相对低的静压力的喷射井相对应。图24示出了第一和第二燃料回路支路280、282，供应与清洗空气流入井+和流出井相对应的孔。
图5所示为第二清洗空气冷却装置380，用于提供清洗空气227的冷却部分342。清洗空气冷却管路344经过主燃料喷嘴59和最内端的环形热屏蔽384之间的最靠内部的环形间隙386以冷却导向燃料回路288内的导向燃料流的清洗空气。清洗空气227的冷却部分342可流经最内端环形热屏蔽38 4内的冷却孔382和/或流经最内端环形热屏蔽384和径向内、外热屏蔽194、196的端部之间的滑动安装连接部分388。冷却孔382和滑动安装连接部分388使空气冷却管路344绕主燃料喷嘴59设置而不是经过它，且仍然与环形导向支路热传导连接并由清洗过程中流过的燃料所冷却。
虽然以上描述了本发明的最佳实施例，但本领域技术人员根据本发明的教导可以很容易地得出其他的修改形式，因此希望在所附的要求保护的权利要求中囊括了所有的在本发明的宗旨、范围内的这些修改变化。因此，希望得到美国专利保护的本发明限定在下面的权利要求书中。
                         部件清单
10燃料喷射器
12燃料喷嘴顶端装置
16燃烧器
18燃烧区域
19燃料阀门插孔
20外轮廓线
22内轮廓线
26燃烧器壳体
30凸缘
32中空杆
34环状拱顶
36上游端
39室
40混合器装置
41入口装置
42阀门装置
43阀门壳体
45燃料阀
46第一燃料入口
47第二燃料入口
52喷嘴轴线
54导向喷嘴延伸部分
56导向供给管
57燃料喷射器顶端
58导向燃料喷嘴
59主燃料喷嘴
62供给带
63入口
64中部
66入口端
69出口端
70第一侧表面
71第二侧表面
74矩形的横断面形状
76第一板
78第二板
80单一排
84槽
90内部燃料流动通道
102主喷嘴燃料回路
104直的头部
106喷射孔
142导向混合器
143中心体
144主混合器
150室
154导向混合器空气流
156主混合器空气流
160导向涡旋式喷嘴
162内部导向涡旋式喷嘴
164外部导向涡旋式喷嘴
166内部导向涡旋式喷嘴叶片
168外部导向涡旋式喷嘴叶片
170环状的导向分流器
172喷嘴壁
174内表面
176前焊点
177后焊点
178内焊点
179外焊点
180主轴向涡旋式喷嘴
182径向流入涡旋式喷嘴
190环状喷嘴外壳
192环状空腔
194内加热屏蔽
196外加热屏蔽
200环形间隙
201环状外侧间隙
202内壁
204外壁
206开口
208环状滑动连接密封
209环状架状突出物
210相邻表面
211反向孔
216清洗装置
218对称的喇叭口形井部分
220喷射井
221上游喇叭口形并部分
222下游喇叭口形井部分
223第一实施例压差装置
224喷射井中心线
225流体流动方向
226上游方向
227清洗空气
228下游方向
234周向分量
236轴向分量
240唇缘
241井部分
244分离区
260上游喷射井对
262下游喷射井对
280第一燃料回路支线
282第二燃料回路支线
283第二实施例压差装置
284环形支路
286环形支路
287主干线
288导向喷嘴燃料回路
289相邻孔对
290第一波段
292第二波段
294导向支路
296导向支路
298清洗流控制阀
300圆形
320上游环形排
322下游环形排
324径向流入流
340第一清洗空气冷却装置
342被冷却部分
344冷却管路
350轴向延伸通道
356径向延伸通道
364轴向延伸孔
367槽
369孔
370内突出部
371外突出部
372径向外表面
380第二清洗空气冷却装置
382冷却孔
384加热屏蔽
386环形间隙
388滑动安装连接部分
400旋流器装置
402旋流器轴线
404涡旋式流动部件
408涡旋角
410涡旋叶片
412涡旋槽
414槽厚度
418叶片厚度
AA-角度
A-相交角度
D-距离
R-半径
S-周向距离

Claims (10)

1.一种燃料喷射器(10)，它包括：
围绕喷嘴轴线(52)的环形喷嘴外壳(190)；
围绕喷嘴轴线(52)在外壳(190)内的环形燃料喷嘴(59)；
该环形燃料喷嘴(59)包括至少一个主喷嘴燃料回路(102)和导向喷嘴燃料回路(288)；
喷射孔(106)径向延伸离开主喷嘴燃料回路(102)通过环形燃料喷嘴(59)；
喷射井(220)径向延伸通过喷嘴外壳(190)并与喷射孔(106)对准；和
非对称的旋流器装置(400)位于外壳(190)的径向外侧，用于产生绕所述喷嘴的涡旋式流动和绕所述外壳的非对称的静压差。
2.如权利要求1所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，非对称的旋流器装置(400)是对称的围绕旋流器轴线(402)的径向流入涡旋式喷嘴(182)，其中旋流器轴线(402)与喷嘴轴线(52)不是同一直线。
3.如权利要求2所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，旋流器轴线(402)与喷嘴轴线(52)间隔开且相互平行。
4.如权利要求2所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，旋流器轴线(402)与喷嘴轴线(52)相交叉。
5.如权利要求1所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，非对称旋流器装置(400)是多个带角度的涡旋式流动部件(404)，它们相对于旋流器轴线(402)成一定角度且非对称地围绕旋流器轴线(402)。
6.如权利要求5所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，其还包括旋流器轴线(402)与喷嘴轴线(52)为同一直线。
7.如权利要求1所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，其还包括：
由单一供给带(62)形成的环形燃料喷嘴(59)，该供给带(62)具有一对结合在一起的纵向延伸的板(76和78)；
板中的每一个具有一横向间隔开的单一排(80)和纵向延伸的平行槽(84)；和
板结合在一起以便各板中的相对的槽(84)对准形成主喷嘴燃料回路(102)和导向喷嘴燃料回路(288)。
8.如权利要求7所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，导向喷嘴燃料回路(288)还包括分别具有平行的第一和第二波段(290、292)的顺时针和逆时针延伸的环形支路(284、286)。
9.如权利要求1所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，其还包括外壳(190)具有清洗装置(216)，用于在导向喷嘴燃料回路(288)向导向喷嘴(58)提供燃料时，清洗主喷嘴燃料回路(102)。
10.如权利要求9所述的燃料喷射器(10)，其特征在于，其还包括具有至少两种类型的井部分(222)的喷射井(220)，所述井部分(222)从包括有对称喇叭口形井部分(218)、在局部上游方向(226)上相对于喷射井中心线(224)向外扩张的非对称上游喇叭口形井部分(221)、在局部下游方向(228)上相对于喷射井中心线(224)向外扩张的非对称下游喇叭口形井部分(222)的组中选择。
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