燃气涡轮发动机燃料喷射器

摘要

一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器，该燃料喷射器包括燃料喷射器壳体(10)和伸长燃料管(90、100)，该伸长燃料管由间隔开的接头保持在所述壳体中的适当位置，且包括沿所述接头之间的其长度的至少一部分的起伏管表面(90c)，所述起伏管表面(90c)在所述起伏管表面的一个或多个位置处与设置在所述壳体(10)中的另一表面接触。

说明书

优先权声明

该申请要求保护于2018年3月22日提交的编号为15/928,700的美国专利申请的优先权，其全部内容由此通过引用并入。

技术领域

该本说明书涉及燃气涡轮发动机燃料喷射器，且特别地涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧器的燃料喷射器。

背景技术

在使用的是用于将初级燃料和次级燃料供应到燃气涡轮发动机的燃烧器的压力雾化燃料喷射器。这些压力雾化喷射器典型地包括初级燃料管，以在发动机的所有操作状态期间向喷射器的初级燃料排放孔口提供相对低的燃料流速。初级燃料管通常设置在次级燃料管内，该次级燃料管在大功率发动机操作状态期间根据需要向次级燃料排放孔口提供可变的计量的次级燃料流。在大功率发动机操作期间，次级燃料流过围绕初级燃料管的次级燃料管，以使初级燃料管与次级燃料管相比保持相对较低的温度。

特定的压力雾化燃料喷射器通过在其相反端部附近的冶金钎焊或焊接接头在喷射器壳体中组装初级燃料管和次级燃料管。在大功率发动机操作期间，燃料喷射器经历热膨胀和振动共振，其生成内部应力，尤其是在相对较冷的初级燃料管上，发现引起在初级燃料管的相反端部附近的一个或多个钎焊接头过早疲劳失效(破裂)。初级燃料管的钎焊接头的疲劳失效可导致初级燃料内部泄漏，且需要对受影响的燃料喷射器进行昂贵的维修或大修。

发明内容

大体上，该文献描述燃气涡轮发动机燃料喷射器，且特别是用于燃气涡轮发动机的燃烧器的燃料喷射器。

在第一方面，一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器，包括燃料喷射器壳体，以及伸长燃料管，伸长燃料管由间隔开的接头保持在所述壳体中的适当位置，且包括沿所述接头之间的其长度的至少一部分的起伏管表面，所述起伏管表面在所述起伏管表面的一个或多个位置处与设置在所述壳体中的另一表面接触。

在第二方面，根据方面1，所述伸长燃料管的相反端部区域由所述接头保持在适当位置，且所述起伏管表面从所述端部区域中的一个延伸到所述端部区域中的另一个。

在第三方面，根据方面2，所述伸长燃料管的相反端部区域包括冶金连结的接头。

在第四方面，根据方面1至3中的任一项，所述另一表面包括围绕所述壳体中的所述伸长燃料管设置的第二燃料管的内表面。

在第五方面，根据方面1至4中的任一项，所述另一表面包括设置在所述壳体中的所述燃料管内部的第二伸长燃料管的外表面。

在第六方面，根据方面1至5中的任一项，所述另一表面限定喷射器支柱中的通路。

在第七方面，根据方面1至6中的任一项，所述起伏管表面形成螺线或螺旋管表面。

第八方面，根据方面1至7中的任一项，还包括第二伸长燃料管，该第二伸长燃料管由间隔开的接头保持在所述壳体中的适当位置，且包括沿所述接头之间的其长度的至少一部分的第二起伏管表面，所述第二起伏管表面在所述第二起伏螺旋管表面的一个或多个位置处与设置在所述壳体中的所述另一表面接触。

在第九方面，根据方面8，所述另一表面包括围绕所述壳体中的所述第二伸长燃料管设置的第二燃料管的内表面。

在第十方面，根据方面8或9，所述第一燃料管包括所述起伏表面。

在第十一方面，根据方面8至10中的任一项，所述第二燃料管包括所述起伏表面。

在第十二方面，一种组装方法包括弯曲具有管表面的伸长燃料管，使得该管表面沿其长度的至少一部分为起伏的管表面，并使起伏的管表面在所述起伏管表面的一个或多个位置处接触到设置在燃料喷射器壳体中的另一表面。

在第十三方面，方面12还包括在所述燃料管与所述壳体之间形成间隔开的接头，接头构造成将所述伸长燃料管保持在所述壳体中的适当位置。

在第十四方面，根据方面12或13，所述另一表面包括围绕所述壳体中的所述伸长燃料管设置的第二燃料管的内表面。

在第十五方面，根据方面12至14中的任一项，所述另一表面包括设置在所述壳体中的所述燃料管内部的第二伸长燃料管的外表面。

第十六方面，根据方面12至15中的任一项，还包括基于接触来弯曲另一表面。

在第十七方面，根据方面12至16中的任一项，所述另一表面限定喷射器支柱中的通路。

在第十八方面，根据方面12至17中的任一项，所述另一表面包括围绕所述壳体中的所述伸长燃料管设置的第二燃料管的内表面。

在第十九方面，根据方面12至18中的任一项，使伸长燃料管弯曲包括使所述起伏管表面形成为螺线或螺旋管表面。

第二十方面，根据方面12至19中的任一项，还包括弯曲具有第二管表面的第二伸长燃料管，使得第二管表面是沿其长度的至少一部分的第二起伏管表面，以及使第二起伏管表面在所述第二起伏管表面的一个或多个位置处接触到设置在所述燃料喷射器壳体中的所述表面。

在第二十一方面，一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器包括：燃料喷射器壳体，该燃料喷射器壳体在其中具有内壁和内部通路；伸长次级燃料管，该伸长次级燃料管设置在所述内部通路中，所述伸长次级燃料管具有沿其长度的至少一部分的起伏外表面且具有沿其长度的至少一部分的起伏内表面，所述起伏外表面在所述起伏外表面的一个或多个位置处与所述内壁接触；以及伸长初级燃料管，该伸长初级燃料管设置在所述次级燃料管中且由间隔开的接头保持在其中的适当位置，所述初级燃料管包括沿所述接头之间的其长度的至少一部分的伸长外表面，所述伸长外表面在所述伸长外表面的一个或多个位置处与所述起伏内表面接触，以减少在燃气涡轮发动机中工作期间所述接头处的疲劳失效。

在第二十二方面，一种用于燃料喷射器的组件包括伸长的第一燃料管和设置在所述第一燃料管中的伸长的第二燃料管，所述第一燃料管和第二燃料管中的一个包括沿其长度的至少一部分的起伏表面，所述起伏表面在所述起伏表面的一个或多个位置处在所述第一燃料管与第二燃料管之间接触。

本文中描述的系统和技术可提供以下优点中的一个或多个。首先，燃料喷射器可减少在燃气涡轮中工作期间冶金接头的疲劳失效(破裂)。第二，燃料喷射器可提供减少共振频率的发生。第三，燃料喷射器可提供其中燃料输送管以减少的接触面积和热传递特性来支承的结构。

一种或多种实施方式的细节在附图和下文描述中阐述。其它特征和优点将从描述和图中以及从权利要求书中显而易见。

附图说明

图1是按照本发明的说明性实施例的示例性压力雾化燃料喷射器的截面图。

图1A是图1的示例性燃料喷射器的计量阀区域的放大截面图，而图1B是喷射器末端的放大截面图。

图2是直的次级燃料管的示例的截面图，该直的次级燃料管在组装到燃料喷射器壳体中之前具有设置在其中的起伏的初级燃料管。

图3是用于为初级燃料管给予起伏的设备的示例的示意图。

图4是接纳于起伏的次级燃料管中的初级燃料管的示例的截面图，两个管在支柱弯曲之前处于燃料喷射器壳体的局部断开的支柱中。

图5A和图5B是在组装到燃料喷射器壳体中之前具有设置在其中的多个起伏的初级燃料管的直的次级燃料管的示例的截面侧视图和端视图。

图6是直的次级燃料管的示例的截面图，该直的次级燃料管在组装到燃料喷射器壳体中之前具有设置在其中的起伏的初级燃料管。

图7是起伏的次级燃料管的示例的截面侧视图，该起伏的次级燃料管在组装到燃料喷射器壳体中之前具有设置在其中的直的初级燃料管。

图8是用于制造燃料喷射器的过程的示例的流程图。

具体实施方式

参照图1-2，示出压力雾化燃料喷射器5。燃料喷射器5包括管状的喷射器壳体10，该喷射器壳体具有紧固至其并适于紧固(例如，螺栓连接)至发动机壳体11(示意性地示出)的凸缘10a，以及紧固至喷射器壳体10并设置在燃气涡轮发动机燃烧器壁12a(部分示出)中的开口中的喷射器末端T。所示出的燃料喷射器5采用燃料压力来实现将燃料雾化到燃烧器12中，但在一些实施例中，可使用用于燃气涡轮发动机燃烧器燃料喷射系统的鼓风燃料喷射器和/或混合式鼓风-压力雾化燃料喷射器。

在图1、图1A和图1B中示出燃料喷射器，该燃料喷射器包括具有入口配件22的喷射器壳体10，该入口配件从燃料歧管25和燃料泵(未示出)供应以加压燃料。类似于喷射器5的燃料喷射器的集合可围绕燃烧器12布置，且可以以类似的方式从歧管25供应以加压燃料。

入口配件22由通路32连通到喷射器壳体室30。设置在室30中的是用于控制次级燃料流的燃料止回阀33和燃料计量阀34。止回阀33由螺旋弹簧35偏置，使得止回阀33的头部33a在预定燃料压力下抵抗相对于止回阀座37的弹簧偏置来打开，以经由一个或多个通路31a将加压燃料供应到初级燃料室31。通路31a设在阀支承部件36中，限定其中的次级燃料室，图1A。燃料室31经由通路31b、31c连通到伸长的初级燃料管90的开口端90a，以在止回阀33打开时向其供应燃料。燃料密封塞P设置在通路31c中。初级燃料管90将初级燃料流从打开的止回阀33供应到中心喷嘴通路70和倾斜喷嘴通路71(示出的一个)，直到喷嘴末端T的中心初级燃料排放孔口72，以用于作为雾化的初级燃料喷雾锥排放到燃烧室12中，图1B。

计量阀34设置在管状阀支承部件36中。阀支承部件36包括偏置抵靠止回阀座37的一端和由螺旋弹簧42抵靠支承杯38保持的相反端部。支承杯38由钎焊接头JT定位在室31中。螺旋弹簧42使带穿孔的燃料滤网或套筒44的凸缘抵靠止回阀座37接合。实际上，弹簧42将止回阀座37、阀支承件36、支承杯38和滤网44保持在室31中的适当位置。燃料密封O形环密封件39a、39b围绕止回阀座37和次级计量阀座40设置。阀支承部件36通过钎焊接头JT定位在室31中。

由弹簧保持器帽51保持在次级计量阀的杆上的位置的螺旋弹簧50使次级计量阀34相对于阀座40偏置。阀支承部件36中的燃料经由阀座40中的通路(例如，未示出的6个通道)流向次级阀头34a。次级阀34由弹簧50保持关闭，直到燃料压力达到预选的阀打开压力。然后，通过相对于阀座40打开次级阀34，计量到室52的次级燃料流。

室52连通到伸长的次级燃料管100的开口端10a，以将计量的次级燃料流供应到限定在初级燃料管90与次级燃料管100之间的环形次级燃料通路101。次级燃料通路101将计量的次级燃料供应到环形通路74，该环形通路74连通到喷嘴末端T的倾斜通路76和环形通路78，以将次级燃料供应到环形次级燃料排放孔口80，以用于作为雾化的次级燃料喷雾锥排放到燃烧器12中，图1B。如图1和图2中示出的，初级燃料管90的中间长度90L位于喷射器壳体10的支柱部分10s中的次级燃料管100内，使得在大功率发动机操作状态期间，流过次级燃料通路101的次级燃料对初级燃料管90施加冷却效应。次级燃料管100由300型奥氏体不锈钢螺旋弹簧110与喷射器壳体支柱10s的内壁隔开，以在壳体支柱部分10s与次级燃料管100之间提供绝热空间。

初级燃料管90的端部90a延伸超过次级燃料管100，并冶金连结到喷射器壳体10。在一些实施例中，冶金连结可包括钎焊、焊接、软焊(solder)或任何其它合适形式的冶金连结技术。在一些实施例中，可使用非金属的连结技术，诸如粘合剂、摩擦配件、压缩配件或用于连结金属的任何其它合适的技术。特别地，初级燃料管90的在端部90a附近的区域钎焊至壳体10，以在它们之间提供环形钎焊接头J1。初级燃料管90的另一相反端部90b也延伸超过次级燃料管100，且冶金连结到喷射器喷嘴末端适配器10c，以在它们之间提供环形钎焊接头J2。喷嘴头适配器10c在焊接接头JS处焊接到支柱部分10s的端部。

在一些实施例中，初级燃料管90可由HASTELLOY X合金形成，其使用金/镍(AM4787)钎焊材料在端部90a钎焊到也包含HASTELLOY X合金的喷射器壳体10。可使用与上文描述相同的钎焊材料将初级燃料管90的端部90b钎焊至喷射器喷嘴末端适配器10c。次级燃料管100的端部100a可冶金地连结(例如，焊接、软焊、钎焊)到支承杯38。例如，次级燃料管100的在端部100a附近的区域可钎焊到支承杯38，以在它们之间提供环形钎焊接头J3。次级燃料管100的另一相反端部100b可冶金地连结到环形端部套筒112，以在它们之间提供点焊接头34。套筒112相对于壳体支柱部分10s自由滑动。

图2示出在组装到喷射器壳体10中之前设置在次级燃料管100内的初级燃料管90。初级燃料管90示为包括沿其端部90a、90b之间的中间长度的起伏90c(例如，随机、螺旋、螺线)，其中起伏的外表面或壁在它们之间的一个或多个位置L处以线至线的干涉接触来接合次级燃料管的内表面或壁100c。通过相应地选择初级管的起伏90c的外径OD(相对于图2中次级管100的中心线的外径)和次级燃料管的内径来实现初级燃料管90与次级燃料管100之间的线至线的干涉接合。仅是例如，为此，初级燃料管90的起伏90c的外径OD可为0.155英寸，而次级燃料管100的内径可为0.155英寸。对于所述起伏90c的外径OD，初级燃料管90的非次级外径可为0.100英寸。

在备选实施例中，第二燃料管100可包括起伏，而第一燃料管90可为直的。在该实施例中，次级燃料管100将包括沿在管端之间的其中间长度的起伏(例如，随机、螺线、螺旋)，其中起伏的内表面或壁接合初级燃料管90的外表面或壁，图4。次级燃料管100的起伏的外表面还可以以线至线的干涉接触来接合支柱部分10s的通路10p的壁，由此次级管起伏的内表面接合初级燃料管90，而次级管起伏的外表面接合限定通路10p的壁。由此在该实施例中可省略间隔弹簧110以简化构造，图4示出在弯曲成图1的形状之前在支柱部分10s中的管90、100。

在一些实施例中，仅是例如，起伏90c可为具有一完整螺旋圈的螺旋，具有3.27英寸的螺距，但在一些实施例中取决于燃料喷射器以及初级燃料管和次级燃料管的特定设计，可使用1.5至2个螺旋圈或更多，以及其它螺距。起伏90c的长度选择成沿初级燃料管90和次燃料管100的中间长度的足够部分或位置提供干涉接合，从而在燃气涡轮发动机中工作期间有效地减少或基本消除在钎焊接头J1、J2处迄今观察到的疲劳失效，且在喷射器支承壳体的热膨胀期间允许增加初级管90的轴向柔度(在给定的轴向挠度下减少应力)，由此降低由将相对冷的初级管90刚性附接到相对热的支承壳体10引起的给定热应变给予的热引起的内部应力，且增加疲劳寿命。

在一些实施例中，初级燃料管90可以以图3中示意性示出的方式给予以起伏90c。特别地，初级燃料管的相反端部90a、90b可夹持在机床的套筒夹头或夹具C1、C2中(未示出)。这样固定在套筒夹具C1、C2中的初级燃料管90然后从其原始的直管轮廓弯曲成以虚线示出的弓形轮廓。弯曲通过管屈曲达到一定程度实现，以提供起伏90c的上述外径OD。然后，通过旋转夹具C1、C2中的一者或两者所选择的角度范围使弯曲的初级燃料管90变形，以形成具有所需圈数和螺距的起伏90c。例如，套筒夹具C1、C2中的一个可相对于另一个旋转大于360度，以在弯曲的初级燃料管90中形成一圈螺线螺旋。螺线的螺距可通过弯曲程度与套筒夹具之间的弯管长度来确定。

在形成起伏之后，初级燃料管90可从机床中去除，清洗，且然后如图2中示出的那样插入到次级燃料管100中，以沿初级燃料管90和次级燃料管100的中间长度的足够部分或位置提供上述线至线的干涉接合，以有效地减少在燃气涡轮发动机中工作期间钎焊接头的疲劳失效。仅出于说明的目的，具有0.100英寸的如所接纳的(as-received)直外径的初级燃料管90可以以上文描述的方式起伏，且通过将起伏的初级燃料管90首先插入内径为0.160英寸的直计量管(未示出)，且然后插入内径为0.150英寸的第二计量管(未示出)中来针对适合的螺旋外径OD进行测试。起伏的初级燃料管90必须穿过第一计量管，但不穿过第二计量管。

在将支柱部分10s弯曲(变形)成图1中示出的其复合弓形构造之前，将次级燃料管100中起伏的初级燃料管90的子组件120插入到喷射器壳体10中。螺旋弹簧110围绕次级燃料管100定位。然后，使用常规的钎焊/焊接程序将次级燃料管90和次级燃料管100及其相关联构件(例如，支柱端部10c、支承杯38、端部套筒112等)进行钎焊或焊接。支柱部分10s随后弯曲成其复合弓形形状为初级燃料管90和次级燃料管100的子组件120给予图1中示出的弓形构造。在弯曲之后，初级燃料管90保持其起伏90c，起伏沿中间长度的足够部分或位置保持与次级燃料管100的内壁的线至线的干涉接合(图1)，以有效地基本消除在钎焊接头J1、J2处迄今观察到疲劳失效。

在将喷射器壳体弯曲并加工成最终的封套尺寸之后，组装止回阀33、计量阀34和喷嘴末端T的构件以完成燃料喷射器5。

上文描述的燃料喷射器5的测试已在3×10

图5A和图5B分别是在组装到燃料喷射器壳体中之前具有设置在其中的多个起伏的初级燃料管的直的次级燃料管的示例的截面侧视图和端视图。在组装到喷射器壳体10中之前，将初级燃料管90x、初级燃料管90y和初级燃料管90z设置在次级燃料管100内。初级燃料管90x-90z示为包括沿其端部90a、90b之间的中间长度的起伏(例如，随机、螺旋、螺线)，其中起伏的外表面或壁在它们之间的一个或多个位置L处以线至线的干涉接触来接合次级燃料管的内表面或壁100c。初级燃料管90x、90y、90z与次级燃料管100之间的线至线的干涉接合通过相应地选择初级管的起伏的外径OD(相对于图5A和图5B中的次级管100的中心线的外径)和次级燃料管的内径来实现。例如，为此，初级燃料管90x-90z的起伏的外径OD可分别为0.155英寸，而次级燃料管100的内径可为0.155英寸。对于所述起伏的外径OD，初级燃料管90x-90z的非次级外径可为0.100英寸。

图6是直的次级燃料管的示例的截面图，该直的次级燃料管在组装到燃料喷射器壳体中之前具有设置在其中的起伏的初级燃料管。在一些实施例中，图6示出在将管90和100弯曲成图1的形状之前的管。在示出的示例中，次级燃料管100基本形成为直的，且初级燃料管90形成为具有起伏的外表面。在示出的示例中，初级燃料管的起伏基本是随机的(例如，在伪随机过程中形成)。在一些实施例中，初级燃料管90的起伏可形成为具有规则的图案，诸如螺旋、螺线、波浪、正弦、蛇形或其它合适的起伏形状。

图7是起伏的次级燃料管的示例的截面侧视图，该起伏的次级燃料管在组装到燃料喷射器壳体中之前具有设置在其中的直的初级燃料管。在一些实施例中，图7示出在将管90和100弯曲成图1的形状之前的管。在示出的示例中，初级燃料管90基本形成为直的，且次级燃料管90形成为具有起伏的外表面。在示出的示例中，次级燃料管的起伏基本是随机的(例如，在伪随机过程中形成)。在一些实施例中，次级燃料管90的起伏可形成为具有规则的图案，诸如螺旋、螺线、波浪、正弦、蛇形或其它合适的起伏形状。在一些实施例中，燃料管90和燃料管100可形成为具有起伏形状。在一些实施例中，次级燃料管90可基本为直的，且在其组装成次级燃料管100的起伏时至少部分地呈现次级燃料管100的起伏形状。

图8是用于制造燃料喷射器的过程800的示例的流程图。在一些实施方式中，过程800可用于形成图1的压力雾化燃料喷射器5的至少一部分。

在810处，弯曲具有管表面的伸长燃料管，使得该管表面是沿其长度的至少一部分的起伏管表面。例如，在图6中，示例性初级燃料管90弯曲成起伏形式。在另一示例中，在图7中，示例性次级燃料管100弯曲成起伏形式。

在820处，使起伏管表面在所述起伏管表面的一个或多个位置处接触到设置在燃料喷射器壳体中的另一表面。例如，在图6中，将初级燃料管90插入次级燃料管100中，且初级燃料管90的外表面接触次级燃料管100的内表面的点。在另一示例中，图7的起伏的次级燃料管100的外表面可插入到环形次级燃料通路101中，使得次级燃料管100的外表面接触环形次级燃料通路101的内表面的点。

在一些实施方式中，过程800可包括在所述燃料管与所述壳体之间形成间隔开的接头，其构造成将所述伸长燃料管保持在所述壳体中的适当位置。例如，初级燃料管90可钎焊以形成环形钎焊接头J1和J2。

在一些实施方式中，另一表面可为围绕所述壳体中的所述伸长燃料管设置的第二燃料管的内表面。例如，在图6中，次级燃料管100围绕初级燃料管90设置。

在一些实施方式中，另一表面可为布置在所述壳体中的所述燃料管内部的第二伸长燃料管的外表面。例如，在图7中，初级燃料管90设置在次级燃料管100内部。

在一些实施方式中，另一表面可限定喷射器支柱中的通路。例如，环形次级燃料通路101具有内表面。

在一些实施方式中，另一表面可包括围绕所述壳体中的所述第二伸长燃料管设置的第二燃料管的内表面。例如，在图5A-5B中，初级燃料管90x-90z的外表面接触次级燃料管100的内表面。

在一些实施方式中，使伸长燃料管弯曲可包括使所述起伏管表面形成为螺线或螺旋管表面。例如，在图2中，初级燃料管90示为具有代表螺线或螺旋的周期性起伏。

在一些实施方式中，过程800可包括弯曲具有第二管表面的第二伸长燃料管，使得第二管表面是沿其长度的至少一部分的第二起伏管表面，以及使第二起伏管表面在所述第二起伏管表面的一个或多个位置处接触到设置在所述燃料喷射器壳体中的所述表面。例如，图5A-5B的组件可纵向弯曲以符合图1的环形次级燃料通路101的形状。

在一些实施方式中，过程800可包括基于接触来弯曲另一表面。例如，参照图6，燃料管90可被迫进入燃料管100的内部，且结果，燃料管100可通过部分地符合燃料管90的接触点来呈现部分起伏的形状。在另一示例中，参照图7，燃料管90可被迫进入燃料管100的内部，且结果，燃料管90可通过部分地符合燃料管100的接触点来呈现部分起伏的形状。

虽然上文详细地描述了几种实施方式，其它修改是可能的。例如，图中描绘的逻辑流不需要所示出的特定顺序或连续顺序来实现期望的结果。另外，其它步骤可从所述流提供或步骤可从所描述的流中消除，且其它构件可添加到所描述的系统或从所描述的系统中去除。因此，其它实施方式在以下权利要求书的范围内。