Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Brennkammern in Gasturbinentriebwerken
und im Besonderen eine Brennstoffeinspritzanordnung für die Brennkammer
eines Gasturbinentriebwerks mit Mischrohren, welche weit über den
Dombereich der Hauptbrennkammer verteilt sind.The
The present invention relates generally to combustors in gas turbine engines
and more particularly, a fuel injection arrangement for the combustion chamber
a gas turbine engine with mixing tubes, which far above the
Dombereich the main combustion chamber are distributed.
Es
ist allgemein bekannt, dass Emissionen von primärer Bedeutung bei dem Betrieb
von Gasturbinentriebwerken, insbesondere in Bezug auf den Einfluss
auf die Ozonschicht durch Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und
Kohlenwasserstoffe sind. In Falle von in großen Höhen fliegenden kommerziellen Überschalltransportflugzeugen
ist die derzeitige Unterschall-Flugzeugtechnologie aufgrund der schädlichen
Auswirkungen auf das Stratosphärenozon
nicht anwendbar. Demzufolge wurden neue Brennstoffeinspritz- und
Mischtechniken entwickelt und werden noch weiter entwickelt, um
bei allen Triebwerksbetriebsbedingungen extrem wenig NOx zu erzeugen.It
It is well known that emissions are of primary importance in operation
of gas turbine engines, especially in terms of influence
to the ozone layer by nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO) and
Hydrocarbons are. In the case of high-altitude commercial supersonic transport aircraft
is the current subsonic aircraft technology due to the harmful
Effects on the stratospheric ozone
not applicable. As a result, new fuel injection and
Mixed techniques are developed and are still being developed to
to produce extremely little NOx at all engine operating conditions.
Als
Reaktion auf derartige Emissionsprobleme wurde eine neue Brennkammer
entwickelt und in einem Patent mit dem Titel "Multi-Stage Radial Axial Gas Turbine
Engine Combustor" diskutiert,
welches gleichzeitig mit diesen durch den Rechtsnachfolger der vorliegenden
Erfindung eingereicht wird. Es ist darin zu sehen, dass eine gefundene
Schlüsselkomponente
zum Erzeugen extrem niedriger NOx-Pegel bei Mittel- bis Hochleistungsbedingungen
für Flugzeugtriebwerke
in der Verwendung einer Reihe einfacher Mischrohren als Hauptbrennstoffeinspritzquelle bestand.
Eine verwandte Patentanmeldung mit dem Titel "Fuel Flow Control System" im Eigen tum des Rechtsnachfolgers
der vorliegenden Erfindung und mit der Serien-Nr. 09/366,510 beschreibt
detaillierter, wie ein Steuersystem festlegt, welche Mischrohre
mit Brennstoff zu versorgen sind.When
Reaction to such emission problems became a new combustion chamber
developed and patented titled "Multi-Stage Radial Axial Gas Turbine
Engine Combustor "discussed
which simultaneously with these by the assignee of the present
Invention is submitted. It can be seen that a found
key component
for generating extremely low NOx levels at medium to high power conditions
for aircraft engines
consisted of using a series of simple mixing tubes as the main fuel injection source.
A related patent application entitled "Fuel Flow Control System" owned by the assignee
of the present invention and with the serial no. 09 / 366,510
in more detail, how a control system determines which mixing tubes
be supplied with fuel.
Es
muss immer noch Brennstoff aus einer von dem System in der '510 Patentanmeldung
gesteuerten Brennstoffzuführungseinrichtung
in die in der Brennkammer der Patentanmeldung offenbarten Mischrohre
transportiert werden. Man erkennt, dass die Mischrohre bevorzugt
in mehreren Reihen und Spalten angeordnet sind. Da die Mischrohre
weit über
den gesamten Hauptbrennkammer-Dombereich verteilt sind, ergeben
sich erhebliche Herausforderungen bezüglich Gewicht, Wärmemanagement
und struktureller Integrität.
Wie es für
jede Triebwerkshardware in Flugqualität erforderlich ist, muss die Brennstoffeinspritzanordnung
so leicht wie möglich sein,
um das Triebwerksgewicht zu minimieren. Die Herausforderung des
Wärmemanagements
für die Brennstoffeinspritzanordnung
ergibt sich aus ihrem sehr großen
mit Brennstoff benetzten Oberflächenbereich,
der in die Hochtemperatur-Kompressorauslassumgebung
eingetaucht ist, welche die Möglichkeit
erhöht,
dass Koksrückstände eine
Teil- oder Vollblockierung der Brennstoffkanäle erzeugen.It
Still needs fuel from one of the system in the '510 patent application
controlled fuel supply device
in the mixing tubes disclosed in the combustion chamber of the patent application
be transported. It can be seen that the mixing tubes are preferred
arranged in several rows and columns. Because the mixing tubes
more than
are distributed throughout the main combustion chamber dome area
significant challenges in terms of weight, thermal management
and structural integrity.
As for
Any flight-grade engine hardware is required, the fuel injection assembly
be as easy as possible
to minimize the engine weight. The challenge of
thermal management
for the fuel injection assembly
arises from her very large
surface area wetted with fuel,
into the high-temperature compressor discharge environment
is immersed, which the possibility
elevated,
that coke residues a
Partial or full blockage of the fuel channels produce.
Natürlich müssen die
Einspritzdüsenspitzen der
Brennstoffeinspritzanordnung über
alle Triebwerksleitungseinstellungen genau in ihrer Position gehalten
werden, um ein akzeptables Systememissionsverhalten zu erzielen.
Da die Einspritzstellen weit verteilt sind, ist jedoch die Aufrechterhaltung
der strukturellen Integrität
der Brennstoffeinspritzanordnung in der aggressiven dynamischen
Umgebung des Kompressorauslassbereichs, welcher eine breitbandige
akustische Erregung hoher Intensität enthält, eine besonde re Herausforderung.
Somit muss die Bremsstoffeinspritzanordnung eine ausreichende Steifigkeit
und Dämpfungsfähigkeit
enthalten, um in der leichtest möglichen
Gewichtskonfiguration zu überleben
und zu funktionieren.Of course they have to
Injector tips the
Fuel injection arrangement over
all engine management settings are kept exactly in their position
to achieve an acceptable system emission behavior.
However, since the injection sites are widely distributed, it is the maintenance
the structural integrity
the fuel injection system in the aggressive dynamic
Surrounding the Kompressorauslassbereichs, which is a broadband
Acoustic excitement contains high intensity, a special challenge.
Thus, the fuel injector assembly must have sufficient rigidity
and damping ability
included to be in the lightest possible
Weight configuration to survive
and to work.
Angesichts
des vorstehenden wäre
es wünschenswert,
dass eine Bremsstoffeinspritzanordnung entwickelt wird, welche Brennstoff
an mehrere Mischrohre liefern kann, welche weit in der Brennkammer eines
Gasturbinentriebwerks verteilt sind. Es wäre ferner wünschenswert, dass eine derartige
Brennstoffeinspritzanordnung eine kontinuierliche aktive Kühlung für den Brennstoffschaft
und die Einspritzdüsenspitzen,
unabhängig
davon geschaffen wird, ob Brennstoff in derartige Mischrohre eingespritzt
wird oder nicht. Ferner wäre
es wünschenswert,
dass die Brennstoffanordnung Probleme hinsichtlich Gewichts, Luftströmungsblockierung
zu dem Brennkammerdombereich und eines leichten Ausbaus zwecks Wartung
berücksichtigt.in view of
of the above
it desirable
that a fuel injection arrangement is developed, which fuel
can deliver to a plurality of mixing tubes, which far in the combustion chamber of a
Gas turbine engine are distributed. It would be further desirable that such
Fuel injection arrangement a continuous active cooling for the fuel shaft
and the injector tips,
independently
is created by whether fuel is injected into such mixing tubes
will or not. Further, would be
it desirable
that the fuel assembly has problems in terms of weight, airflow blocking
to the combustor dome area and easy removal for maintenance
considered.
KURZZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNGSUMMARY
THE INVENTION
In
einer exemplarischen Ausführungsform der
Erfindung wird eine Brennstoffeinspritzanordnung für eine Brennkammer
eines Gasturbinentriebwerks mit wenigstens einem Brennstoffschaft,
mehreren konzentrisch angeordneten Rohren, die innerhalb jedes Brennstoffschaftes
angeordnet sind, wobei ein Kühlungszuführungsströmungskanal,
ein Kühlungsrückführungsströmungskanal
und ein Düsen-Brennstoffströmungskanal
dadurch definiert sind, und wenigstens eine Brennstoffdüsenspitzenanordnung,
die mit jedem Brennstoffschaft so verbunden ist, dass sie mit den
Strömungskanälen in Strömungsverbindung
steht, offenbart, wobei für
jede(n) Brennstoffschaft und Brennstoffdüsenanordnung ein aktiver Kühlkreis lauf
aufrecht erhalten wird, indem während
jeder Stufe des Brennkammerbetriebs der gesamte aktive Brennstoff
durch den Kühlungszuführungsströmungskanal
und den Kühlungsrückführungsströmungskanal
geführt
wird.In
an exemplary embodiment of the
The invention will be a fuel injection assembly for a combustion chamber
a gas turbine engine having at least one fuel shaft,
a plurality of concentrically arranged tubes disposed within each fuel shaft
are arranged, wherein a cooling supply flow channel,
a cooling recirculation flow channel
and a nozzle fuel flow channel
characterized and at least one fuel nozzle tip assembly,
which is so connected with any fuel shaft that they can with the
Flow channels in flow communication
stands, discloses, for
each fuel shaft and fuel nozzle assembly an active cooling circuit run
is maintained by during
At each stage of combustor operation, the entire active fuel
through the cooling supply flow channel
and the refrigerant recirculation flow channel
guided
becomes.
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGENSUMMARY
THE DRAWINGS
1 ist
eine schematische Längsquerschnittansicht
der Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks, die eine Brennstoffeinspritzanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält; 1 Figure 3 is a schematic longitudinal cross-sectional view of the combustor of a gas turbine engine incorporating a fuel injector assembly according to the present invention;
2 ist
eine perspektivische Ansicht der in 1 dargestellten
Brennstoffeinspritzanordnung; 2 is a perspective view of the in 1 illustrated fuel injection assembly;
3 ist
eine Teilquerschnittsansicht der in den 1 und 2 dargestellten
Brennstoffeinspritzanordnung entlang der Linie 3-3 von 2; 3 is a partial cross-sectional view of the in the 1 and 2 shown fuel injection assembly along the line 3-3 of 2 ;
4 ist
eine Teillängsquerschnittsansicht des
Einspritzdüsenendabschnittes
der in den 1 bis 3 dargestellten
Brennstoffeinspritzanordnung; und 4 FIG. 12 is a partial longitudinal cross-sectional view of the injector end portion of FIGS 1 to 3 illustrated fuel injection assembly; and
5 ist
eine schematische Längsquerschnittsansicht
der in 2 dargestellten Brennstoffeinspritzanordnung. 5 is a schematic longitudinal cross-sectional view of in 2 illustrated fuel injection assembly.
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED
DESCRIPTION OF THE INVENTION
Gemäß detaillierter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen identische Bezugszeichen dieselben
Elemente durchgängig
durch die Figuren bezeichnen, stellt 1 eine mehrstufige
radialaxiale (MRA) Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks, insgesamt
mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet, dar. wie es darin
zu sehen ist, besitzt die Brennkammer 10 eine sich durch
sie hindurch erstreckende Längsachse 12 und
enthält
einen äußeren Einsatz 14,
einen inneren Einsatz 16, einen unmittelbar stromauf vor
dem äußeren Einsatz 14 positionierten
ersten oder Pilotdom 18, um eine erste Verbrennungszone 20 zu
bilden, die radial zur Längsachse 12 orientiert
ist, und eine Domplatte 22, welche mit dem ersten Dom 18 an
einem äußeren Abschnitt
und mit dem inneren Einsatz 16 an einem inneren Abschnitt
verbunden ist. Auf diese Weise wird eine zweite oder Hauptverbrennungszone 24 durch
die Domplatte 22, den äußeren Einsatz 14 und
den inneren Einsatz 16 definiert, welche im Wesentlichen senkrecht
zu der ersten Verbrennungszone 20 angeordnet ist. Natürlich wird
man erkennen, dass der erste Dom 18 axial stromab zu der
Domplatte 22 positioniert ist, wie durch eine radiale Achse 25 veranschaulicht
ist, die sich durch den ersten Dom 18 erstreckt.Referring in detail to the drawings, wherein identical reference numerals designate the same elements throughout the figures 1 a multi-stage radial axial (MRA) combustion chamber of a gas turbine engine, generally with the reference numeral 10 as it can be seen therein, has the combustion chamber 10 a longitudinal axis extending therethrough 12 and contains an outer insert 14 , an inner commitment 16 , one immediately upstream of the outer insert 14 positioned first or pilot dome 18 to a first combustion zone 20 to form, which is radial to the longitudinal axis 12 oriented, and a dome plate 22 , which with the first cathedral 18 on an outer section and with the inner insert 16 connected to an inner section. In this way, a second or main combustion zone 24 through the cathedral plate 22 , the external use 14 and the inner commitment 16 which is substantially perpendicular to the first combustion zone 20 is arranged. Of course you will realize that the first cathedral 18 axially downstream to the dome plate 22 is positioned as by a radial axis 25 illustrated by the first dome 18 extends.
Ein
Gemisch aus Brennstoff und Luft wird axial durch die Domplatte 22 nur
während
mäßiger oder
hoher Betriebsleistung in die zweite Brennkammerzone 24 geliefert.
Dieses wird bevorzugt durch mehrere Brennstoff/Luft-Mischer 164 erreicht,
die stromauf vor der Domplatte 22 positioniert sind. Man wird
aus 1 erkennen, dass mehrere, im Wesentlichen gerade
Rohre 166 radial und in Umfangsrichtung um die Domplatte
so im Abstand angeordnet sind, dass sie jeweils in Reihen und Spalten
angeordnet sind. Jedes Rohr 166 besitzt ein stromaufseitiges Ende 168 und
ein stromabseitiges Ende 170, wobei das stromabseitige
Ende 170 in Ausrichtung zu einer Öffnung 172 in der
Domplatte 22 positioniert ist, und eine Brennstoffeinspritzanordnung 174 gemäß der vorliegenden
Erfindung so positioniert ist, dass sie dem stromaufseitigen Ende 168 Brennstoff
zuführt. Auf diese
Weise ist Flexibilität
in die Brennkammer 10 eingebaut, wodurch bestimmte Reihen
und/oder Spalten der Brennstoff/Luft-Mischer mit Brennstoff versorgt
werden können.
Man wird erkennen, dass die durch Pfeile 176 dargestellten
in die zweite Verbrennungszone 24 strömenden Luft/Brennstoffgemische
im Wesentlichen parallel zur Längsachse 12 und
unverwirbelt sind. Natürlich
stehen die Brennstoffeinspritzanordnungen 174 mit einer
Brennstoffzuführung,
in Strömungsverbindung,
wie es nachstehend detaillierter diskutiert wird.A mixture of fuel and air passes axially through the dome plate 22 only during moderate or high operating performance in the second combustion chamber zone 24 delivered. This is preferred by multiple fuel / air mixers 164 reached, the upstream of the dome plate 22 are positioned. You will be out 1 recognize that several, essentially straight tubes 166 are arranged radially and circumferentially around the dome plate at a distance, that they are arranged in rows and columns. Every tube 166 has an upstream end 168 and a downstream end 170 where the downstream end 170 in alignment with an opening 172 in the cathedral plate 22 is positioned, and a fuel injection assembly 174 according to the present invention is positioned so that it is the upstream end 168 Supplying fuel. In this way is flexibility in the combustion chamber 10 incorporated, whereby certain rows and / or columns of the fuel / air mixer can be supplied with fuel. You will realize that by arrows 176 shown in the second combustion zone 24 flowing air / fuel mixtures substantially parallel to the longitudinal axis 12 and are un-whirled. Of course, stand the fuel injection assemblies 174 with a fuel supply, in fluid communication, as discussed in more detail below.
Im
Betrieb hat die Brennkammer 10 der vorliegenden Erfindung
eine mehrstufige Funktion, in welcher der erste Dom 18 als
Pilot wirkt. Demzufolge wird dem Dom 18 während aller
Phasen des Brennkammerbetriebs Brennstoff zugeführt. Es sei angemerkt, dass
dieses während
Niedriglastbedingungen (zum Beispiel während Leerlaufzyklen und Lande/Start-Betrieb) besonders
wichtig ist, da während einer
derartigen Zeit den Brennstoff/Luft-Mischern 164 kein Brennstoff
zugeführt
wird. Bei mäßigen oder Hochlastbedingungen
wird wenigstens einigen von den Brennstoff/Luft-Mischern 164 Brennstoff
zugeführt,
so dass in die zweite Verbrennungszone 24 ein Brennstoff/Luft-Gemisch 176 eingespritzt
wird. Da die Brennkammer einen mehrstufigen Betrieb ausführt und
einen radial orientierten Dom 18 sowie eine axiale Domplatte 22 besitzt,
ist sie als eine mehrstufige radial axiale (MRA) Brennkammer bekannt.In operation, the combustion chamber has 10 the present invention, a multi-stage function in which the first Dom 18 acts as a pilot. As a result, the dome 18 fuel is supplied during all phases of combustion chamber operation. It should be noted that this is particularly important during low load conditions (eg, during idle cycles and land / start operation) because during such time, the fuel / air mixers 164 no fuel is supplied. At moderate or high load conditions, at least some of the fuel / air mixers will 164 Fuel is supplied, so that in the second combustion zone 24 a fuel / air mixture 176 is injected. Since the combustion chamber performs a multi-stage operation and a radially oriented dome 18 and an axial dome plate 22 It is known as a multi-stage radial axial (MRA) combustion chamber.
Bezüglich der
Brennstoffeinspritzanordnungen 174 sieht man aus 2,
dass wenigstens ein Brennstoffschaft und bevorzugt ein Paar von
Brennstoffschäften 186 und 188 vorgesehen
sind, welche sich in Bezug auf die Längsachse 12 im Wesentlichen
radial erstrecken. Wenigstens eine Brennstoff düsenanordnung 190 ist
mit den Brennstoffschäften 186 und 188 zum
Einspritzen von Brennstoff in ein entsprechendes Mischrohr 166 verbunden,
wobei die Anzahl der Brennstoffdüsenanordnungen
sowie der Abstand dazwischen von der Anordnung der Mischrohre 166 abhängt. Jeder
Brennstoffschaft 186 und 188 enthält darin
mehrere als ein Düsenversorgungsrohr 192,
Isolationsrohr 194 und Außenrohr 196 bekannte
konzentrisch angeordnete Rohre. Solche Rohre definieren einen Kühlungszuführungsströmungskanal 198,
einen Kühlungsrückführungsströmungskanal 200 und
einen Düsenbrennstoffströmungskanal 202 (siehe 3 bis 5).
Es sei angemerkt, dass der Kühlungszuführungsströmungskanal 198 bevorzugt
der mittlere Ringraum der dreifach konzentrischen Rohrkonfiguration
ist, um der Düsenspitzenanordnung 190 den
kühlsten
Brennstoff zu präsentieren
und die Kühlung
in diesem Bereich zu maximieren. Ferner trägt die Verwendung des äußeren Ringraums
als Kühlrückführungskanal 200 zur Reduzierung
der Wärmeübertragung
auf den Brennstoff auf dem Rücklaufpfad
bei, indem die Volumentemperatur des Kühlfluids darin erhöht wird.
Dieses hat auch die Auswirkung der Erzeugung einer Kühlung an
den Brennstoffschäften 186 und 188,
nachdem die Kühlung
der Brennstoffdüsenanordnungen 190 stattgefunden
hat. Somit dürfte
es sich verstehen, dass der Brennstoffdüsenströmungskanal 202 der
innerste Kanal der dreifach konzentrischen Rohrkonfiguration ist,
welcher den Düsenanordnungen 190 Brennstoff
zur Einspritzung in dem Mischrohre 166 zuführt.Regarding the fuel injection assemblies 174 you look 2 in that at least one fuel shaft and preferably a pair of fuel stems 186 and 188 are provided, which are in relation to the longitudinal axis 12 extend substantially radially. At least one fuel nozzle assembly 190 is with the fuel stems 186 and 188 for injecting fuel into a corresponding mixing tube 166 connected, wherein the number of fuel nozzle assemblies and the distance between them from the arrangement of the mixing tubes 166 depends. Every fuel shaft 186 and 188 contains more than one nozzle supply tube therein 192 , Insulation pipe 194 and outer tube 196 known concentrically arranged tubes. Such tubes define a cooling feed flow channel 198 , a cooling return flow channel 200 and a nozzle fuel flow channel 202 (please refer 3 to 5 ). It was on noted that the cooling supply flow channel 198 Preferably, the central annulus of the triple concentric tube configuration is around the nozzle tip assembly 190 to present the coolest fuel and maximize cooling in this area. Furthermore, the use of the outer annular space contributes as a cooling return channel 200 to reduce heat transfer to the fuel on the return path by increasing the volume temperature of the cooling fluid therein. This also has the effect of generating cooling on the fuel stems 186 and 188 After cooling the fuel nozzle assemblies 190 took place. Thus, it should be understood that the fuel nozzle flow channel 202 the innermost channel of the triple concentric tube configuration is that of the nozzle assemblies 190 Fuel for injection in the mixing tube 166 supplies.
Wie
es am Besten in 5 zu sehen ist, besitzt jede
Brennstoffdüsenanordnung 190 einen
unabhängigen
Satz zugeordneter konzentrisch angeordneter Rohre 192, 194 und 196 (um
ein so genanntes "Rohrbündel" in den Brennstoffschäften 186 und 188 auszubilden),
so dass jeder Brennstoffdüsenan ordnung 190 Brennstoff
auf der Basis des gewünschten
Brennkammerbetriebs zugeführt
wird oder nicht. Es sei daran erinnert, dass beispielsweise Brennstoff/Luft-Mischern 164 nur
angegebener Reihen oder Spalten Brennstoff zugeführt wird. Ein Beispiel, wie
es dieses erreicht ist in der '510 Patentanmeldung offenbart.
Obwohl eine Lieferung von Brennstoff durch den Brennstoffdüsenkanal 202 für jeden Satz
der konzentrisch angeordneten Rohre nicht unter allen Umständen erfolgt,
wird es bevorzugt, dass der Brennstoff kontinuierlich durch alle
Kühlungszuführungs-
und Kühlungsrückführungskanäle 198 bzw. 200 geführt wird.
Auf diese Weise wird ein aktiver Kühlkreislauf für jeden
Brennstoffschaft 186/188 und Brennstoffdüsenanordnung 190 während aller Stufen
des Brennkammerbetriebs bereitgestellt, um dadurch zur Verhinderung
einer Brennstoffverkokung (und einer sich daraus ergebenen möglichen
Blockierung aller Strömungskanäle) beizutragen.As it is best in 5 can be seen owns each fuel nozzle assembly 190 an independent set of associated concentrically arranged tubes 192 . 194 and 196 (around a so-called "tube bundle" in the fuel stems 186 and 188 train), so that each Brennstoffdüsenan order 190 Fuel is supplied on the basis of the desired combustion chamber operation or not. It should be remembered that, for example, fuel / air mixers 164 only specified rows or columns fuel is supplied. An example of how this is achieved in the '510 Patent application disclosed. Although a supply of fuel through the fuel nozzle channel 202 for each set of concentrically located tubes is not done under all circumstances, it is preferred that the fuel flow continuously through all the cooling supply and cooling return channels 198 respectively. 200 to be led. In this way, an active cooling circuit for each fuel shaft 186 / 188 and fuel nozzle assembly 190 during all stages of combustion chamber operation, thereby contributing to the prevention of fuel coking (and consequent possible blockage of all flow channels).
Wie
vorstehend festgestellt, bevorzugt man es, dass ein Paar der Brennstoffschäfte 186 und 188 miteinander
verbunden werden, um so eine Luftstromblockierung in den Brennkammerdombereich zu
reduzieren, und um eine Wartungsentfernung oder Ersetzung der Brennstoffeinspritzanordnungen 174 aus
dem Brennkammergehäuse
zu erleichtern. Zusätzlich
hat es sich herausgestellt, dass eine gepaarte Konfiguration eine
strukturell steifere und dynamisch stabilere Konstruktion ist. Eine
bevorzugte Art, die Brennstoffschäfte 186 und 188 zu
verbinden, erfolgt mittels einer oder mehrerer in 2 dargestellter
Querklammeranordnungen 204. Man kann sehen, dass jede Querklammeranordnung 204 einen um
einen ersten Brennstoffschaft 186 gewickelten ersten Abschnitt 206 und
einen um einen zweiten Brennstoffschaft 188 gewickelten
zweiten Abschnitt 208 und einen die ersten bzw. zweiten
Abschnitte 206 und 208 verbindenden dritten Abschnitt 210 enthält. Obwohl
der dritte Abschnitt 210 als gerader Träger dargestellt ist, wird man
erkennen, dass dieser eine Konstruktion zur Anpassung an eine Veränderung
in der Steifigkeit und/oder Dämpfung
nach Bedarf haben kann. Es sei ferner angemerkt, dass derartige
Querklammeranordnungen 204 bevorzugt als die Stellen des
Bündelungsmerkmals
für den
Satz der konzentrischen Rohre dienen.As stated above, it is preferred that a pair of the fuel stems 186 and 188 be interconnected so as to reduce airflow blockage in the combustion chamber dome region, and to a maintenance removal or replacement of the fuel injection assemblies 174 to facilitate the combustion chamber housing. In addition, it has been found that a paired configuration is a structurally stiffer and more dynamically stable design. A preferred type, the fuel shafts 186 and 188 to connect, by means of one or more in 2 illustrated cross brace assemblies 204 , You can see that each cross brace assembly 204 one for a first fuel shaft 186 wrapped first section 206 and one for a second fuel shaft 188 wrapped second section 208 and one of the first and second sections 206 and 208 connecting third section 210 contains. Although the third section 210 As shown as a straight beam, it will be appreciated that it may have a design to accommodate a change in stiffness and / or damping as needed. It should also be noted that such cross brace assemblies 204 preferably serve as the points of the bundling feature for the set of concentric tubes.
In
Verbindung mit jeder Querklammeranordnung 204 ist bevorzugt
ein mit Vorsprüngen
versehenes Abstandhalteelement 212 zwischen dem Bündel konzentrisch
angeordneter Rohre und einem Wärmeschild 214 (siehe 3),
der zum Wärmeschutz um
das Rohrbündel
gewickelt ist, angeordnet. Das mit Vorsprüngen versehene Abstandshalteelement 212 befestigt
nicht nur jedes Rohrbündel
aneinander, sondern überträgt auch
strukturelle Belastungen an die Querklammeranordnung 204,
während
gleichzeitig der Kontakt mit dem Wärmeschild 214 minimiert wird.
Somit dient das mit Vorsprüngen
versehene Abstandshalteelement 212 zur Reduzierung der
Wärmeübertragung
zwischen den relativ kühlen
Rohren und dem heißen
Wärmeschild 214,
und daher der Kühlbelastung
des aktiven Kühlsystems.In conjunction with each cross clamp arrangement 204 is preferably a provided with projections spacer element 212 between the bundle of concentrically arranged tubes and a heat shield 214 (please refer 3 ), which is wound around the tube bundle for heat protection. The protruded spacer element 212 not only attaches each tube bundle to each other, but also transfers structural loads to the cross brace assembly 204 while at the same time the contact with the heat shield 214 is minimized. Thus, the protruded spacer member serves 212 to reduce heat transfer between the relatively cool tubes and the hot shield 214 , and therefore the cooling load of the active cooling system.
Man
wird ferner erkennen, dass die konzentrischen Rohre 192, 194, 196 herkömmliche
gerade Rohre sind, welche unter Verwendung herkömmlicher Herstellungsprozesse
in die Endkonfiguration miteinander zusammengebaut und mechanisch
geformt werden. Trotzdem wird, da die Brennstoffschäfte 186 und 188 bestimmte
ungerade Bereiche enthalten, in welchen die Rohre 192, 194, 106 gebogen sind
(das heißt,
wo die Brennstoffschäfte 186 und 188 so
konfiguriert sind, dass sie die Düsenanordnungen 190 so
verbinden, dass sie im We sentlichen parallel zur Längsachse
liegen 12) ein Draht mit kleinem Durchmesser oder eine ähnliche
Einrichtung um die Rohre an einer derartigen Stelle gewickelt, um
einen Kontakt zwischen den Rohren zu vermeiden und um die Behinderung
der Strömungskanäle 198, 200 und 202 zu
minimieren. Der Draht kann diese Funktion erzielen, indem er einen
minimalen Spalt zwischen den Rohren in diesem ungeraden Bereich
aufrechterhält,
sobald diese gebogen werden.It will further be seen that the concentric tubes 192 . 194 . 196 conventional straight tubes which are assembled together and mechanically formed using conventional manufacturing processes in the final configuration. Nevertheless, since the fuel shafts 186 and 188 contain certain odd areas in which the pipes 192 . 194 . 106 bent (that is, where the fuel shafts 186 and 188 are configured to match the nozzle arrangements 190 connect them so that they are substantially parallel to the longitudinal axis 12) a small diameter wire or similar device wrapped around the tubes at such a location to avoid contact between the tubes and obstruction of the flow channels 198 . 200 and 202 to minimize. The wire can accomplish this function by maintaining a minimal gap between the tubes in this odd area as they are bent.
Bezüglich jeder
Brennstoffdüsenanordnung 190 sieht
man in 4, dass ein Brennstoffeinspritzdüsenkörper 216 mit
mehreren darin ausgebildeten Einspritzkanälen 218 enthalten
ist, welche mit dem Düsenbrennstoffströmungskanal 202 in
Strömungsverbindung
stehen. Die Einspritzkanäle 208 erstrecken
sich im Allgemeinen radial in Bezug auf eine Achse 220 durch
den Brennstoffdüsenströmungskanal 202 und
sind optimal in einem stumpfen Winkel θ in Bezug auf die Achse 220 so
orientiert, dass sie den Brennstoff in das Mischrohr 166 in
einer leicht abwärts
gerichteten Orientierung einspritzen. Isolierte Brennstoffeinspritzrohre 122 sind
bevorzugt in jedem Einspritzkanal 218 positioniert, um
die aus dem Düsenkörper 216 eingespritzte
Brennstoffströmung thermisch
zu isolieren.Regarding each fuel nozzle assembly 190 you look in 4 in that a fuel injector body 216 with a plurality of injection channels formed therein 218 included with the nozzle fuel flow channel 202 in fluid communication. The injection channels 208 generally extend radially with respect to an axis 220 through the fuel nozzle flow passage nal 202 and are optimally at an obtuse angle θ with respect to the axis 220 so oriented that they put the fuel into the mixing tube 166 inject in a slightly downward orientation. Isolated fuel injection pipes 122 are preferred in each injection channel 218 positioned to get out of the nozzle body 216 thermally isolating injected fuel flow.
Es
sei angemerkt, dass der Düsenkörper 216 eine
im Wesentlichen kegelstumpfartige Form und einen Hohlraum 226 besitzt,
der in dessen ersten Ende 224 ausgebildet ist, das für die Aufnahme
der konzentrischen Rohre 192, 194 und 196 konfiguriert
ist. Insbesondere enthält
der Hohlraum 226 eine erste Stufe 228, welche
mit dem äußeren Rohr 196 verbunden
ist, eine zweite Stufe 230, welche von dem Ende des Isolationsrohres 194 so
in Abstand angeordnet ist, dass ein Kühlungszuführungsströmungskanal 198 mit
dem Kühlungsrück führungsströmungskanal 200 in
Strömungsverbindung
steht und eine dritte Stufe 232, welche mit dem Düsenzuführungsrohr 192 verbunden
ist.It should be noted that the nozzle body 216 a substantially frustoconical shape and a cavity 226 owns, in its first end 224 is designed for receiving the concentric tubes 192 . 194 and 196 is configured. In particular, the cavity contains 226 a first step 228 , which with the outer tube 196 connected, a second stage 230 which from the end of the insulation tube 194 is spaced so that a Kühlzuführungsströmungskanal 198 with the cooling return flow channel 200 is in fluid communication and a third stage 232 , which with the nozzle supply pipe 192 connected is.
Ein
stromab von dem ersten Ende 224 angeordnetes zweites Ende 234 des
Düsenkörpers 216 enthält, während es
im Allgemeinen mit der kegelstumpfartigen Form des Düsenkörpers 216 übereinstimmt,
ferner mehrere lokal aerodynamisch geformte Verlängerungen 225, welche
sich radial aus der Oberfläche
des Düsenkörpers 216 in
Bezug auf die Achse 220 erstrecken. Die Verlängerungen 235 sind um
den Umfang herum in Abstand um das zweite Ende 235 des
Düsenkörpers angeordnet
und enthalten darin ausgebildete Einspritzkanäle 218. Man wird erkennen,
dass um die isolierten Mischrohre 222 aufzunehmen, jede
Verlängerung 235 einen
darin enthaltenen Hohlraum 236 besitzt. Auf diese Weise
wird Brennstoff besser in den Luftstrom des Mischrohres 166 eingeführt, während gleichzeitig
ein zusätzlicher Wärmeschutz
für die
isolierten Mischrohre mittels eines Luftspaltes 237 bereitgestellt
wird.A downstream of the first end 224 arranged second end 234 of the nozzle body 216 while it generally incorporates the frusto-conical shape of the nozzle body 216 also several locally aerodynamically shaped extensions 225 extending radially from the surface of the nozzle body 216 in relation to the axis 220 extend. The extensions 235 are spaced around the circumference around the second end 235 arranged the nozzle body and contain injection channels formed therein 218 , You will realize that around the isolated mixing tubes 222 to take up, every extension 235 a cavity contained therein 236 has. In this way, fuel is better in the air flow of the mixing tube 166 introduced while at the same time an additional thermal protection for the insulated mixing tubes by means of an air gap 237 provided.
Die
Brennstoffdüsenanordnung 190 enthält ferner
einen Wärmeschild 238,
welcher den Düsenkörper 216 in
einer im Wesentlichen konischen Auslegung umfasst und mit dem Wärmeschild 214 verschweißt oder
anderweitig daran befestigt ist, um so einen zusammenhängenden
Wärmeschutz
dafür bereitzustellen.
Man sieht auch, dass der Wärmeschild 238 eine
aerodynamische Verjüngung
erzeugt, um die Trennung der Luftströmung an dem Düsenkörper 216 zu
reduzieren und eine korrekte Mischung des Brennstoffs und der Luft
nach der Ausgabe in das Mischrohr 166 zu begünstigen.
Versetzte Vorsprünge 240 sind
vorgesehen, um einen Luftspalt 242 zwischen dem Wärmeschild 238 und
dem Düsenkörper 216 aufzubau en,
sowie die mechanische Steifigkeit der Düsenspitzenanordnung 190 zu
verbessern, während
gleichzeitig der Kontakt zwischen dem Wärmeschild 238 und
dem Düsenkörper 216 minimiert wird.The fuel nozzle assembly 190 also includes a heat shield 238 , which the nozzle body 216 in a substantially conical design and with the heat shield 214 welded or otherwise attached thereto so as to provide continuous thermal protection therefor. You can also see that the heat shield 238 generates an aerodynamic taper to the separation of the air flow to the nozzle body 216 To reduce and correct mixing of the fuel and the air after the issue in the mixing tube 166 to favor. Staggered protrusions 240 are provided to an air gap 242 between the heat shield 238 and the nozzle body 216 build up, as well as the mechanical rigidity of the nozzle tip assembly 190 improve, while at the same time the contact between the heat shield 238 and the nozzle body 216 is minimized.
Die
Brennstoffeinspritzanordnung 174 ist an dem den Brennstoffdüsenanordnungen 190 gegenüberliegenden
Ende mit einem Ventilkörper 244 verbunden
(siehe 1, 2 und 5) wo eine
Abdeckung des Ventilkörpers 244 zur
Verdeutlichung entfernt ist. Der Ventilkörper 244 beherbergt
ein mehrstufiges Servoventil 246 und enthält eine
erste Verbindung 248 für
einen Hauptverteilereinlass und eine zweite Verbindung 250 für einen
Stufenverteilereinlass und eine dritte Verbindung 252 mit
einem Pilotbrennstoffzuführungsrohr 254.
Man wird erkennen, dass die ersten und zweiten Verbindungen 248 bzw. 250 mit
einem Hauptbrennstoffverteiler 256 und einem Stufensignalverteiler 258 in
Verbindung stehen. Der Ventilkörper 244 enthält bevorzugt
auch einen daran angebauten Flanschabschnitt 260, mittels
welchem die Brennstoffeinspritzanordnung 174 mit dem Brennkammergehäuse 70 mittels
Schrauben oder anderer mechanische Verbindungseinrichtungen verbunden
wird. Die Brennstoffschäfte 186 und 188 sind an
dem Ventilkörper 244 mittels
Hartlötung
oder eine ähnliche
Befestigungsart verbunden.The fuel injection assembly 174 is at the the fuel nozzle assemblies 190 opposite end with a valve body 244 connected (see 1 . 2 and 5 ) where a cover of the valve body 244 is removed for clarity. The valve body 244 houses a multi-stage servo valve 246 and contains a first connection 248 for a main distribution inlet and a second connection 250 for a tap distributor inlet and a third connection 252 with a pilot fuel supply pipe 254 , You will realize that the first and second connections 248 respectively. 250 with a main fuel distributor 256 and a step signal distributor 258 keep in touch. The valve body 244 preferably also includes a flange attached thereto 260 , by means of which the fuel injection arrangement 174 with the combustion chamber housing 70 is connected by means of screws or other mechanical connection means. The fuel shafts 186 and 188 are on the valve body 244 connected by means of brazing or a similar type of fastening.
Man
sieht, dass im Betrieb ein dosierter Brennstoffstrom (einschließlich sowohl
des Pilot-, als auch des Haupteinspritzstroms) dazu genutzt wird, um
einen Kühlungsstrom
durch die Brennstoffschäfte 186 und 188 und
die Brennstoffdüsenanordnungen 190 zirkulieren
zu lassen. Der Brennstoffstrom tritt in das Hauptventil 244 über die
Hauptverteilereinlassverbindung 248 ein und wird auf alle
Schäfte 186, 188 durch
den mittleren Ringraum (das heißt den Kühlungszuführungsströmungskanal 198 jeder
dreifach konzentrischen Rohrkonfiguration verteilt). Dieser Kühlungsstrom
kann gleichmäßig auf
alle Brennstoffschäfte
verteilt werden, oder kann so mittels einer einfachen Einstellvorrichtung
oder Blende in den Brennstoffschäften
voreingestellt werden, dass er höhere
Kühlungsströme an diejenigen
Schäfte
oder Brennstoffdüsenanordnungen
liefert, die eine erhöhte
Kühlung
erfordern. Der Kühlungsstrom
wird dann durch die Kühlungszuführungs-
und Rückführungsströmungskanäle 198 bzw. 200 zurück zu dem
Ventilkörper 244 geführt.It can be seen that in operation, a metered fuel flow (including both the pilot and main injection streams) is utilized to provide cooling flow through the fuel stems 186 and 188 and the fuel nozzle assemblies 190 to circulate. The fuel flow enters the main valve 244 via the main distribution inlet connection 248 one and gets on all the shafts 186 . 188 through the middle annulus (ie, the cooling feed flow channel 198 each triple concentric tube configuration distributed). This cooling flow may be evenly distributed to all of the fuel stacks, or may be pre-set in the fuel stems by means of a simple adjuster or orifice, to deliver higher cooling flows to those stems or fuel nozzle assemblies which require increased cooling. The cooling flow is then through the cooling supply and return flow channels 198 respectively. 200 back to the valve body 244 guided.
Sobald
er sich in dem Ventilkörper 244 befindet,
wird der durch den aktiven Kühlkreislauf
zirkulierende aktive Brennstoff gesammelt und entweder dem Stufenventil 246 oder
Piloteinspritzdüsenzuführungsrohr 244 abhängig von
der Position des Stufenventils 246 geführt. Man wird aus der '510 Patentanmeldung
erkennen, dass die Stufensteuerungsventilposition durch Einstellen
des Stufenservo-Verteilerdrucks in Bezug auf den Hauptverteilerdruck
durch die Hauptmaschinensteuerung kontrolliert wird. Auf diese Weise
wird den Düsenanordnungen 190 durch die
Brennstoffdüsenströmungskanäle 202 aktiver Brennstoff
zugeführt
(oder nicht) und in die Mischrohre 166 durch die Einspritzkanäle 218 und
isolierten Rohre 222 eingespritzt. In Fällen, in welchen kein Hauptbrennstoffstrom
erforderlich ist (zum Beispiel bei Triebwerksleerlauf) wird man
erkennen, dass der aktive Brennstoffstrom durch den aktiven Kühlkreis nur
durch den Piloteinspritzungsstrom alleine erzeugt wird. Somit wird
in allen Stufen des Brennkammerbetriebs ein Kühlstrom an die Brennstoffschäfte 186 und 188 sowie
die Düsenanordnungen 190 geliefert.As soon as he is in the valve body 244 is located, the circulating through the active cooling circuit active fuel is collected and either the stage valve 246 or pilot injector feed tube 244 depending on the position of the tap valve 246 guided. One gets out of the '510 Patent application recognize that the stage control valve position is controlled by adjusting the stage servo manifold pressure with respect to the main manifold pressure by the main engine controller. In this way, the nozzle assemblies 190 through the fuel nozzle flow channels 202 active Fuel is supplied (or not) and into the mixing tubes 166 through the injection channels 218 and insulated pipes 222 injected. In cases where no main fuel flow is required (for example, engine idling), it will be appreciated that the active fuel flow through the active cooling loop is only generated by the pilot injection flow alone. Thus, in all stages of combustion chamber operation, a cooling flow to the fuel stems 186 and 188 as well as the nozzle arrangements 190 delivered.
Ein
Vorteil von mehreren Einspritzstellen (das heißt, mehreren Brennstoffeinspritzrohren 222 aus
einer gemeinsamen Quelle) ist die Erleichterung der natürlichen
oder selbsttätigen
Durchspülung
des Brennstoffs in den Kanälen
derartiger Rohre 222. Es dürfte sich verstehen, dass,
wenn eine gegebene Düsenanordnung 190 während des
Triebwerksbetriebs herunter- oder abgeschaltet wird, natürliche statische Druckveränderungen,
welche durch die strategische Orientierung der Brennstoffeinspritzrohre 222 in
Bezug auf die Brennstoffschaft-Turbulenzbereiche verstärkt werden
können,
einen Luftstrom von Hoch- zu Niederdruckbereichen bewirken. Somit
wird jeder in den Brennstoffeinspritzrohren 222 und in
einem geringeren Umfang in dem Brennstoffdüsenströmungskanal 222 befindliche
Brennstoff abgesaugt. Brennstoff, welcher in dem Brennstoffdüsenströmungskanal 202 verbleibt,
ist natürlich
immer noch thermisch durch das aktive Kühlungsmerkmal der Kühleinspritzanordnung 174 geschützt. Diese
selbsttätige Spülungswirkung
erübrigt
die Notwendigkeit einer aktiven Inertgasspülung des Brennstoffdüsenströmungskanals 202,
um eine Koksausbildung in stagnierenden Brennstoffleitungen zu vermeiden.An advantage of multiple injection ports (that is, multiple fuel injection pipes 222 from a common source) is the facilitation of natural or automatic purging of the fuel in the ducts of such pipes 222 , It should be understood that when a given nozzle arrangement 190 during engine operation, natural static pressure changes due to the strategic orientation of the fuel injection pipes 222 with respect to the fuel shaft turbulence regions, can cause an air flow from high to low pressure regions. Thus, everyone in the fuel injection pipes 222 and to a lesser extent in the fuel nozzle flow channel 222 aspirated fuel sucked. Fuel which is in the fuel nozzle flow channel 202 Of course, it still remains thermal through the active cooling feature of the cooling injection assembly 174 protected. This automatic flushing action eliminates the need for active inert gas purging of the fuel nozzle flow channel 202 to avoid coke formation in stagnant fuel lines.