技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃氣渦輪發(fā)動機，并且更具體地，涉及燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器的燃料噴嘴組件。

背景技術(shù)：

圖1圖示了用于燃氣渦輪發(fā)動機的常規(guī)的燃料噴嘴組件110。該燃料噴嘴組件110包括焊接或釬焊在一起的多種部件，比如焊接至旋流器116的油噴頭(oil tip)136，其中，油噴頭136具有預(yù)定的角度取向用以優(yōu)化油的霧化和燃燒性能。另外，旋流器116焊接至火焰筒單元(rocket unit)114，其中，旋流器116具有預(yù)定的角度取向用以優(yōu)化空氣動力學(xué)性能。然而，在需要維修或更換油噴頭136或旋流器116的情況下，必須拆除上述被焊接的連接件中的一者或更多者，需要將整個燃料噴嘴組件110完全分解和重新組裝，并且涉及大量的成本和周轉(zhuǎn)時間。

附圖說明

參照附圖在以下描述中對本發(fā)明進行闡述，在附圖中：

圖1為在燃氣渦輪發(fā)動機中使用的常規(guī)的燃料噴嘴組件的側(cè)視截面圖；

圖2為燃氣渦輪發(fā)動機的燃料噴嘴組件的側(cè)視立體圖；

圖3A至圖3B為圖2的燃料噴嘴組件的火焰筒單元-旋流器接合部的側(cè)視截面圖；

圖3C為沿圖3B的線3C-3C截取的火焰筒單元-旋流器接合部的端視截面圖；

圖4為在燃氣渦輪發(fā)動機中使用的燃料噴嘴組件的燃料噴嘴-火焰筒單元接合部的側(cè)視截面圖；

圖5為圖3A至圖3B的燃料噴嘴組件的旋流器-油噴頭接合部的側(cè)視截面圖；以及

圖6為圖5的旋流器-油噴頭接合部的分解視圖。

具體實施方式

基于常規(guī)的燃料噴嘴組件110的以上所討論的局限性，發(fā)明人認識到如果油噴頭和旋流器能夠更容易地從燃料噴嘴組件移除，則不需要分解和重新組裝整個燃料噴嘴組件便可以維修或更換油噴頭或旋流器。因此，發(fā)明人認識到可移除的油噴頭和可移除的旋流器將顯著地減少維修或更換的成本和周轉(zhuǎn)時間。基于這些認識，發(fā)明人提出了針對油噴頭和旋流器中的每一者的結(jié)構(gòu)特征，以將油噴頭和旋流器以可移除的方式緊固在燃料噴嘴組件中。另外，為了保持油噴頭和旋流器處于其相應(yīng)的預(yù)定的角度取向，發(fā)明人提出了相應(yīng)的分度功能部件(clocking feature)，以確保油噴頭和旋流器當以可移除的方式緊固在燃料噴嘴組件中時以它們各自預(yù)定的角度取向來定向。應(yīng)當理解的是，公開的實施方式的各方面不限于包括旋流器元件(旋流器)的導(dǎo)流元件，因為根據(jù)給定的應(yīng)用的需要也可以使用非旋流器元件。例如，某些實施方式可以包括包含與旋流器組合(或替代旋流器的)的非旋流器元件的導(dǎo)流元件。因此，不作限制，本發(fā)明的各方面，比如諸如可以包括分度功能部件的上述結(jié)構(gòu)特征，可以與包括旋流器元件、非旋流器元件、或一個或更多個旋流器元件與一個或更多個非旋流器元件的組合的導(dǎo)流元件一起使用。

圖2圖示了用于燃氣渦輪發(fā)動機12的燃料噴嘴組件10。燃氣渦輪發(fā)動機12能夠通過供氣或供油來操作，因此燃料噴嘴組件10包括當發(fā)動機以供氣模式操作時使用的一對氣體級入口13、15和當發(fā)動機以供油模式操作時使用的一對油級入口17、19。然而，本發(fā)明的實施方式不限于雙燃料噴嘴，并且本發(fā)明的實施方式可適于例如單燃料燃氣渦輪發(fā)動機，比如燃氣渦輪發(fā)動機或燃油渦輪發(fā)動機。柔性軟管26用于穿過蓋板21將油級入口17、19連接至多個分級火焰筒單元14。在示例性實施方式中，柔性軟管26可以由例如不銹鋼316L材料制成。多個導(dǎo)流元件、比如旋流器16以在下文更詳細地論述的方式可移除地連接至火焰筒單元14，用以從火焰筒單元14接收燃料并且用以將空氣和燃料的旋流混合物輸送至燃燒室(未示出)。如以上指出的，導(dǎo)流元件可以是與旋流器組合(或替代旋流器)的非旋流器元件。在圖2的具體實施方式中，八個分級火焰筒單元14和八個分級旋流器16設(shè)置成兩級，并且因此四件柔性軟管26將每個油級入口17、19連接至每級的四個火焰筒單元14。然而，該具體的分級布置是示例性的并且本發(fā)明的實施方式不限于燃料噴嘴組件中的火焰筒單元或級數(shù)的任何具體的數(shù)目。

圖3A至圖3C圖示了燃料噴嘴組件10的火焰筒單元14的前端部20與旋流器16的后端部18之間的接合部。如圖3B中所示，火焰筒單元14與旋流器16之間的接合部包括旋流器16的后端部18的平坦部58，該平坦部58與火焰筒單元14的前端部20的平坦部59的內(nèi)表面接合。圖3C圖示了該接合部的端視截面圖，其中，旋流器16的外周部56的平坦部58與火焰筒單元14的外周部57的平坦部59徑向地定向。因此，平坦部58、59用作具有機械約束的分度功能部件，用以使旋流器16相對于火焰筒單元14以預(yù)定的角度取向54(圖2)來定向。在示例性實施方式中，平坦部58、59在預(yù)定的角度取向54的角度公差內(nèi)對旋流器16進行定向，例如，比如+/-1度的角度公差內(nèi)。如圖3C中所圖示的，火焰筒單元14的前端部20的平坦部59的直徑比旋流器16的后端部18的平坦部58的直徑大徑向間隙61。在示例性實施方式中，徑向間隙61小于閾值間隙，使得平坦部58、59作為機械約束來保持旋流器16的徑向取向處于預(yù)定的角度取向54(圖2)。旋流器16的后端部18的外周部56上的平坦部58與旋流器16的外表面的外周部上的平坦部63(圖2)徑向地對準。如圖2中所圖示的，旋流器16的預(yù)定的角度取向54使旋流器16的外表面上的平坦部63與相鄰旋流器16的外表面上的平坦部60對準，使得多個旋流器16對準并且配裝在燃料噴嘴組件10的徑向平面內(nèi)。另外，如圖2中所圖示，旋流器16的預(yù)定的角度取向54使旋流器16的葉片23定向成處于預(yù)定的徑向位置，用以增強空氣動力學(xué)性能。盡管圖3C描繪了通過使旋流器16的平坦部58與火焰筒單元14的平坦部59對準來使旋流器16以預(yù)定的角度取向54對準，但本發(fā)明的實施方式可以利用具有機械約束的任何類型的分度功能部件，用以使旋流器16以預(yù)定的角度取向54定向。

在使旋流器16以預(yù)定的角度取向54對準之后，旋流器16以可移除的方式緊固至火焰筒單元14。如圖3A至圖3B中所示，旋流器16的后端部18包括外徑向唇緣部66，平坦部58從該外徑向唇緣部66向后延伸距離71至稍端72?；鹧嫱矄卧?4的前端部20包括內(nèi)徑向唇緣部70，平坦部59從該內(nèi)徑向唇緣部70向前延伸距離73至稍端68。如圖3B中所圖示的，距離71大于距離73。例如，密封件64、比如C型密封件被定位于火焰筒單元14的前端部20的稍端68與旋流器16的后端部18的外徑向唇緣部66之間。火焰筒單元14與旋流器16之間的氣體通道通過C型密封件64進行密封。另外，在燃料噴嘴組件10操作期間在火焰筒單元14與旋流器16的接合部處的振動由于小的徑向間隙61而在距離73上被吸收，即旋流器16獨立于火焰筒單元14而不振動。當旋流器16的后端部18的稍端72與火焰筒單元14的前端部20的內(nèi)徑向唇緣部70相接觸時，密封件64被壓縮預(yù)定的量。在示例性實施方式中，在旋流器16和火焰筒單元14的鑄造或機加工期間，距離71、73可以經(jīng)受嚴格的控制公差，使得在稍端72與內(nèi)徑向唇緣部70相接觸時密封件64被壓縮預(yù)定的量。為了使旋流器16的后端部18的稍端72沿向后方向移動并與內(nèi)徑向唇緣部70相接觸，設(shè)置有與火焰筒單元14的前端部20螺紋接合的螺母44。如圖3B中所圖示，螺母44的內(nèi)徑向唇緣部74接觸外徑向唇緣部66的前側(cè)，使得在螺母44與火焰筒單元14的前端部20螺紋接合時，旋流器16的后端部18的稍端72移動至與內(nèi)徑向唇緣部70相接觸。還如圖3B中所示，螺母44包括內(nèi)螺紋46，內(nèi)螺紋46與火焰筒單元14的前端部20上的外螺紋48螺紋接合。另外，如圖3A中所示，螺母44包括沿著外表面的平坦部45，使得螺母44可以通過例如扳手或類似的擰緊工具被擰緊。螺母44接合火焰筒單元14的前端部20，直到使旋流器16的后端部18的稍端72與火焰筒單元14的前端部20的內(nèi)徑向唇緣部70相接觸，這指示密封件64被壓縮預(yù)定的量。另外，如圖3B中所圖示的，為防止在燃氣渦輪發(fā)動機12操作期間螺母44與火焰筒單元14脫開接合，可以在螺母44的后稍端與火焰筒單元14之間施加定位點焊部47。

圖3A至圖3B圖示了在以油燃料模式操作時用于使油輸送通過燃料噴嘴組件10的油管32和油噴頭36。然而，當燃料噴嘴組件10為單燃料的并且以僅供氣模式操作時，則不存在油管32和油噴頭36，因為沒有油被輸送通過燃料噴嘴組件10。當燃料噴嘴組件10以僅供氣模式操作，并且燃料噴嘴組件10的旋流器16需要維修或更換時，旋流器16通過以下步驟從燃料噴嘴組件10移除。首先移除定位點焊部47。接著，通過將螺母44的內(nèi)螺紋46與火焰筒單元14的前端部20上的外螺紋48脫開接合，使螺母44與火焰筒單元14的前端部20脫開接合。接著，可以將旋流器16從火焰筒單元14的前端部20移除并且進行維修或用替代旋流器來更換旋流器16。

當燃料噴嘴組件10在以僅供油模式或以雙燃料模式操作時，燃料噴嘴組件10內(nèi)存在油管32和油噴頭36。在將旋流器16從雙燃料模式或僅供油模式的燃料噴嘴組件10移除之前，首先執(zhí)行將油管32從燃料噴嘴組件10脫開接合，并且現(xiàn)在將對此進行討論。圖4描繪了油管32的后端部22，該油管32的后端部22被焊接至油管延伸部33。在油管延伸部33的后端部與壓合接頭28的內(nèi)徑向唇緣部29的前表面之間定位有密封件34。延伸螺釘30接合壓合接頭28的內(nèi)徑向唇緣部29的后表面并且接合油管延伸部33內(nèi)的內(nèi)螺紋，用以使油管延伸部33向后移動并且壓縮位于油管延伸部33的后端部與壓合接頭28的內(nèi)徑向唇緣部29之間的密封件34，以形成密封的接合部。在示例性實施方式中，油管延伸部33的后端部可以包括用以接納密封件34的腔。在示例性實施方式中，延伸螺釘30可以具有六角的內(nèi)驅(qū)動特征，延伸螺釘30具有穿過中央的孔洞以例如使得油能夠通過。在另一示例性實施方式中，密封件34可以為例如平墊圈。在密封件34被壓縮在油管延伸部33與壓合接頭28之間之后，柔性軟管26(圖2)的連接件27與壓合接頭28接合，以經(jīng)由壓合式配裝來連接柔性軟管26。

當燃料噴嘴組件10以僅供油模式或雙燃料模式操作時，可能需要維修或更換旋流器16。首先，通過以下步驟將油管32與燃料噴嘴組件10脫開接合。通過將柔性軟管的連接件27上的內(nèi)螺紋31與壓合接頭28上的外螺紋39脫開接合來使柔性軟管的連接件27與壓合接頭28脫開接合。該步驟提供了至延伸螺釘30的入口，然后使延伸螺釘30與油管延伸部33脫開接合?，F(xiàn)在，油管32和油管延伸部33與燃料噴嘴組件10脫開接合，并且可以將油管32和油管延伸部33與需要維修或更換的旋流器16一起移除。在維修或更換旋流器16后，通過將延伸螺釘30接合在油管延伸部33內(nèi)直到密封件34被壓縮，并且隨后將柔性軟管的連接件27與壓合接頭28接合，可以將油管32和油管延伸部33重新連接至燃料噴嘴組件10。

圖5圖示了在燃料噴嘴組件10中以可移除的方式緊固至旋流器16的油噴頭36。除旋流器16之外，如果需要維修或更換油噴頭36，油噴頭36也能夠從燃料噴嘴組件10移除。無論旋流器16是否需要維修或更換，油噴頭36都可以被移除以維修或更換。油噴頭36通過使用以下步驟以可移除的方式緊固至旋流器16。如圖6中所示，首先，將油噴頭36穿過螺母88中的中央開口89，直到位于螺母88的前端部93處的多個指狀部94與位于油噴頭36的后端部83處的環(huán)形傾斜部96接合。指狀部94被軸向槽95分開，使得指狀部94能夠被徑向地調(diào)節(jié)成擴大并接合環(huán)狀傾斜部96。在油噴頭36被緊固在螺母88中之后，使用具有機械約束的分度功能部件使油噴頭36相對于旋流器16以預(yù)定的角度取向42定向，從而使油噴頭36徑向地定向。油噴頭36被徑向地對準使得油噴頭36的徑向突出部82被接納在多個凸角部78中的一個凸角部78中，從而產(chǎn)生油噴頭36的預(yù)定的角度取向42，其中，多個凸角部78在旋流器16的前端部18上以角間距79間隔開。在圖5至圖6的示例性的實施方式中，12個凸角部78以30度的角間距79分開，使得油噴頭36例如可以以30度的增量定向。然而，本發(fā)明的實施方式不限至凸角部和角間距的任何具體數(shù)目。在另一示例性實施方式中，凸角部78例如在每個角間距79的角公差的范圍內(nèi)被間隔開，比如角公差在+/-1度的范圍內(nèi)。如圖5中所示，油噴頭36限定具有徑向孔洞41的開口43，以在操作燃料噴嘴組件10期間導(dǎo)引油以便霧化。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，徑向孔洞41可以在開口43中不對稱地布置，從而以預(yù)定的角度取向進行油的理想的霧化。在徑向突出部82被接納在位于旋流器16的前端部84上的合適的凸角部78中之后，油噴頭82以預(yù)定的角度取向42成角度地被固定。然后，螺母88與旋流器16的前端部81接合，使得螺母88的內(nèi)螺紋90與旋流器16的前端部81上的外螺紋92接合。隨著螺母88與旋流器16的前端部81接合，油噴頭36的表面86(圖6)移動并且與位于前端部81的環(huán)狀表面85與油噴頭36之間的密封件84相接觸。隨著表面86繼續(xù)移動，密封件84沿著環(huán)形表面85被軸向地壓縮。當表面86與前端部81的臺階部87相接觸時，密封件84被壓縮預(yù)定的量，臺階部87定位在環(huán)形表面85的外側(cè)并且位于環(huán)形表面85的前部。臺階部87在環(huán)形表面85上方的高度控制密封件84被壓縮的預(yù)定的量。當密封件84被壓縮預(yù)定的量時，油管32的前稍端(圖5)與油噴頭36的開口43的入口對準。油管32的前稍端以與本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的方式類似的方式被密封至旋流器16的內(nèi)表面。螺母88的后端部97可以沿著旋流器16的外表面被卷壓在槽99中以將螺母88和油噴頭36緊固至旋流器16的前端部81。后端部97的卷壓可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的卷邊工具執(zhí)行。

在油噴頭36需要重新對準、維修或更換的情況下，可以采用以下步驟。首先，沿著旋流器16從槽99使螺母88的后端部97變直(de-crimped)。然后，螺母88與旋流器16的前端部81脫開接合，這使得油噴頭36的表面86從環(huán)狀表面85向前移動并且使密封件84解除壓縮。在螺母88的螺紋脫開接合期間，徑向突出部82移動離開選擇的凸角部78。如果油噴頭36需要重新對準，則在螺母88與前端部81的螺紋脫開接合時，通過將徑向突出部82與合適的凸角部78對準并且隨后將螺母88沿著旋流器16的前端部81重新螺紋連接，可以使油噴頭36相對于旋流器16重新對準。如果油噴頭36需要維修或更換，油噴頭36可以從螺母88移除并且維修或用替代油噴頭更換。接著，修好的或已更換的油噴頭可以通過使用上述步驟被緊固至螺母88和旋流器16。

盡管本文已經(jīng)示出并描述了多種實施方式，但是應(yīng)當理解的是提供這些實施方式僅出于示例的目的。在不背離本文發(fā)明的情況下可以進行多種變型、改變和替換。因此，本發(fā)明僅應(yīng)由所附權(quán)利要求的主旨和范圍限定。