枢转旋流器入口阀板 |
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| 申请号 | CN201480025167.1 | 申请日 | 2014-04-29 | 公开(公告)号 | CN105190180A | 公开(公告)日 | 2015-12-23 |
| 申请人 | 索拉透平公司; | 发明人 | G·J·麦吉; T·J·C·罗杰斯; A·法哈默; D·P·潘纳伊奥; | ||||
| 摘要 | 一种用于燃气 涡轮 发动机 的 燃料 喷射器的旋流器入口 阀 板包括阻挡环和机械地连接到阻挡环的枢转套筒。阻挡环由环形形状的至少一部分形成。阻挡环包括阻挡表面，所述阻挡表面垂直于由环形体的至少一部分形成的阻挡环的轴线。阻挡环还包括流动表面，所述流动表面为环形形状的内圆周表面。枢转套筒包括邻近阻挡环延伸的套筒部分。套筒部分包括旋转传动机构。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于燃气涡轮发动机(100)的燃料喷射器(310)的旋流器入口阀板(340)，所述旋流器入口阀板(340)包括： |
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| 说明书全文 | 枢转旋流器入口阀板技术领域背景技术[0002] 燃气涡轮发动机包括压缩机部分、燃烧器部分和涡轮机部分。燃烧器包括燃料喷射器，所述燃料喷射器将与压缩空气混合的液态和/或气态燃料喷射至燃烧室中用于燃烧。一些燃料喷射器包括旋流器入口阀板，其用来控制或限制进入旋流器的压缩空气的量。美国专利第5,826,423号讨论了一种这样的燃料喷射器，其中公开了一种双燃料预混喷射器，其包括主空气入口阀板和主空气入口阀枢转杆，所述主空气入口阀枢转杆轴向旋转以打开和关闭所述主空气入口阀板。主空气入口阀板包括多个在预定尺寸下与喷射器中心轴线径向间隔开的狭槽。 [0003] 本发明旨在克服一个或多个由本发明人发现的问题。 发明内容[0004] 公开了一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器的旋流器入口阀板。旋流器入口阀板包括阻挡环和机械地连接到阻挡环的枢转套筒。阻挡环由环形形状的至少一部分形成。阻挡环包括阻挡表面，其垂直于由环形体的至少一部分形成的阻挡环的轴线。阻挡环还包括流动表面，其是环形形状的内圆周表面。枢转套筒包括邻近阻挡环延伸的套筒部分。套筒部分包括旋转传动机构。 附图说明 [0005] 图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。 [0006] 图2是图1的燃气涡轮发动机的燃料喷射器的透视图。 [0007] 图3是图2的旋流器入口阀板组件的一部分的横截面图。 [0008] 图4是图2的燃料喷射器的一部分的透视图。 [0009] 图5是图2、图3和图4的旋流器入口阀板的透视图。 具体实施方式[0010] 本文所公开的系统和方法包括旋流器入口阀(“SIV”)板组件。在实施例中，SIV板组件包括具有阻挡环和连接到阻挡环的枢转套筒的SIV板。具有枢转套筒的SIV板可有利于SIV板从SIV板组件拆除和替换，而无需将SIV板从SIV板组件上切割下来且将SIV板重新焊接到SIV板组件；具有枢转套筒的SIV板从SIV板组件的拆除和替换可减少与排放调节以及其它与燃气涡轮发动机相关的维护程序相关的时间和成本。 [0011] 图1是示例性燃气涡轮发动机100的示意图。为了清楚且便于说明，一些表面已被省去或放大(在图1以及其它图中)。此外，本发明可引用前向和后向。一般地，除非另有说明，否则所有对“前”和“后”的引用都与一次空气(即燃烧过程中使用的空气)的流动方向有关。例如，前是相对于一次空气流动的“上游”，而后是相对于一次空气流动的“下游”。 [0012] 此外，本发明一般可引用燃气涡轮发动机的旋转中心轴线95，其一般可由燃气涡轮发动机的轴120(由多个轴承组件150支撑)的纵向轴线限定。中心轴线95可与各种其它发动机同心部件共用或共享。除非另有说明，否则所有对径向、轴向和圆周方向以及测量的引用都指的是中心轴线95，且术语，例如“内”和“外”一般指示更小或更大的径向距离，其中径向96可为在任何垂直于且从中心轴线95向外辐射的方向。 [0014] 压缩机200包括压缩机转子组件210、压缩机固定叶片(“定子”)250和入口导向叶片255。压缩机转子组件210机械地耦合到轴120。如图所示，压缩机转子组件210为轴流式转子组件。压缩机转子组件210包括一个或多个压缩机盘组件220。每个压缩机盘组件220包括压缩机转子盘，其周向装载有压缩机转子叶片。定子250轴向地在每个压缩机盘组件220之后。与在压缩机盘组件220之后的相邻定子250配对的每个压缩机盘组件220被视为压缩机级。压缩机200包括多个压缩机级。入口导向叶片255轴向地在压缩机级之前。 [0015] 燃烧器300包括一个或多个燃料喷射器310且包括一个或多个燃烧室390。燃料喷射器310可绕中心轴线95环形布置。每个燃料喷射器310包括喷射器头315，其中SIV板组件320位于喷射器头315的前端或入口端处。 [0016] 涡轮机400包括涡轮机转子组件410和涡轮机喷嘴450。涡轮机转子组件410机械地耦合到轴120。如图所示，涡轮机转子组件410为轴流式转子组件。涡轮机转子组件410包括一个或多个涡轮机盘组件420。每个涡轮机盘组件420包括涡轮机盘，其周向装载有涡轮机叶片。涡轮机喷嘴450轴向地在每个涡轮机盘组件420之前。与在涡轮机盘组件 420之前的相邻涡轮机喷嘴450配对的每个涡轮机盘组件420被视为涡轮机级。涡轮机部分400包括多个涡轮机级。 [0017] 排气口500包括排气扩散器520和排气收集器550。 [0018] 图2是图1的燃气涡轮发动机100的燃料喷射器310的透视图。图2所示的燃料喷射器310包括芯柱314、凸缘311、接头组件313、喷射器头315、导向漏斗318和SIV板组件320。在所示的实施例中，芯柱314为从凸缘311和接头组件313延伸到喷射器头315的直立圆柱体。芯柱314包括延伸通过直立圆柱体形状以将燃料和/或空气从接头组件313输送到喷射器头315的通道。通道可包括液体燃料通道、气体燃料通道、液体导向燃料通道、气体导向燃料通道和空气通道。也可包括其它通道。在其它实施例中，芯柱314可由形成通道的多个管形成或可形成为不同的形状。 [0019] 在所示的实施例中，凸缘311为具有多个螺栓孔312的盘，以将燃料喷射器310固定到燃烧器300的外壳体。芯柱314和接头组件313可为穿过凸缘311的单一机器加工件。芯柱314可在第一方向上从凸缘311延伸，而接头组件313可在与第一方向相反的第二方向上从凸缘311延伸。凸缘311可钎焊到芯柱314和接头组件313的单一机器加工件。 [0020] 在所示的实施例中，接头组件313为六边形棱柱的形状。六边形棱柱的每个矩形侧可包括一个或多个接头319。在其它实施例中，接头组件313可为其它形状，包括棱柱形、圆柱形或不规则形状。接头319也可被附接到棱柱或圆柱的顶部基座。 [0021] SIV板组件320包括SIV壳体330、SIV板340和枢转销325。SIV壳体330包括壳体环331、基座转向节336和导向转向节337。壳体环331可为环形的至少一部分的固体形状。在一些实施例中，环形的一个片段或一部分被拆除以形成“C”形。在一个实施例中，“C”形由环形的水平段形成，其中限定“C”形的固体是由平行于环形的对称轴线定向的平面从环形上切割而成的。诸如矩形、“L”形曲线或楔形的形状可用于闭合的平面曲线，所述闭合的平面曲线用于形成环形形状。 [0022] 基座转向节336邻近壳体环331且可从壳体环331延伸。在具有“C”形壳体环331的实施例中，基座转向节336可在一个象限中邻近壳体环331，所述象限在包含用于“C”形的开口的象限附近。基座转向节336可具有中空圆柱形状，其包括用于枢转销325的圆形狭槽。导向转向节337也邻近壳体环331且也可从壳体环331延伸。导向转向节337可偏离基座转向节336且可在基座转向节336和邻近基座转向节336的“C”形的端部之间。 导向转向节337也可具有中空圆柱形状，其包括用于枢转销325的圆形狭槽。基座转向节 336和导向转向节337可对准且被配置成容纳枢转销325。 [0023] SIV板340被配置成阻挡旋流器一次空气入口的一部分。SIV板340包括阻挡环341和枢转套筒346。包括阻挡环341和枢转套筒346的SIV板340可通过冶金结合或以其它方式连接或接合形成为单件材料。阻挡环341为环形的至少一部分的固体形状。在这些实施例的一些实施例中，环形的一个片段或一部分被拆除以形成“C”形。在一个实施例中，“C”形由环形的水平段形成。诸如矩形、“L”形曲线或楔形的形状可用于闭合的平面曲线，所述闭合的平面曲线用于形成环形形状。阻挡环341的尺寸可设计成装配在壳体环331内。壳体环331的内部部分可为阻挡环341的外部部分的底面(negative)。 [0024] 枢转套筒346可邻近阻挡环341定位。在一些实施例中，枢转套筒346在包含用于“C”形的开口的象限附近的象限中。枢转套筒346包括套筒部分349和枢转销开口348(图5中所示)。套筒部分349可相切于阻挡环341定向。套筒部分349包括旋转传动机构，其被配置成将枢转销325的旋转或旋转运动传动到SIV板340和阻挡环341。旋转传动机构可为键槽、键孔、具有与枢转销325的形状相匹配的多边形棱柱形状的开口、枢转销开口 348和枢转销325之间的过盈配合，或其它类似机构。 [0025] 枢转套筒346被配置成在基座转向节336和导向转向节337之间，且在SIV板组件320内与基座转向节336和导向转向节337对准。在所示的实施例中，枢转销325被配置成插入通过基座转向节336、枢转套筒346和导向转向节337，形成铰链。枢转销325还被配置成与致动器轴355配合且耦合到致动器轴355，所述致动器轴355从致动器组件350，穿过凸缘311延伸到枢转销325。 [0026] 气体室317可为中空圆柱体，其中中空圆柱体的一部分连接到远离凸缘311的芯柱314。气体室317可钎焊或焊接到芯柱314。在其它实施例中，气体室317为环形环或圆柱形管。喷射器头315可垂直于芯柱314延伸且可耦合到气体室317。在其它实施例中，喷射器头315可与芯柱314形成锐角或可与芯柱314对准。SIV壳体330可通过压配合或过盈配合连接到气体室317或喷射器头315，或可钎焊或焊接到气体室317或喷射器头315。 [0027] 喷射器头315可包括喷射器主体307、筒316、旋流器(未示出)和旋流器入口叶片308(图4中示出)。喷射器主体307可为中空圆柱形。喷射器主体307可钎焊、焊接或以其它方式连接到气体室317。喷射器主体307可与气体室317轴向对准。筒316也可与气体室317轴向对准。筒316可为从喷射器主体307延伸的中空圆柱体。筒316可钎焊、焊接、用螺栓或以其它方式连接到喷射器主体307。当安装在燃气涡轮发动机100中时，远离喷射器主体307的筒316的端部邻近燃烧室390(图1中所示)。 [0028] 旋流器延伸通过喷射器头315。喷射器主体307和筒316可包括旋流器的部分。在所示的实施例中，通向旋流器的一次空气入口位于气体室317处，而经涡旋的燃料和空气的混合物的出口位于邻近燃烧室390的筒316的端部处。旋流器入口叶片308可位于旋流器的一次空气入口处(图4中所示)，相对于气体室317的轴线从气体室317径向向内。 旋流器入口叶片308可与喷射器主体307形成为一体或以其它方式连接到喷射器主体307。 [0029] 导向漏斗318为与喷射器头315同轴的圆柱形主体；导向漏斗318可被配置成将导向燃料引导到或邻近喷射器头315的轴线。导向漏斗318可在喷射器头315内轴向地在远离筒316的方向上从旋流器的一次空气入口延伸。支柱309从远离凸缘311的芯柱314的端部穿过旋流器的一次空气入口延伸到导向漏斗318。SIV壳体330和SIV板340的“C”形开口的尺寸可设计成装配支柱309。导向漏斗318、支柱309和芯柱314可钎焊或焊接在一起。在一个实施例中，凸缘311、接头组件313、芯柱314、导向漏斗318、支柱309和气体室317为单一整体锻造机器加工件，而不是钎焊或焊接在一起的单独件。 [0030] 图3是图2的SIV板组件320的一部分的横截面图。在所示实施例中，枢转销325包括基座部分328、枢转部分327、导向部分326和耦合部分321。基座部分328和导向部分326被配置成且尺寸设计成分别装配在基座转向节336和导向转向节337内，且分别与基座转向节336和导向转向节337对准，且被配置成允许枢转销325和基座转向节336以及枢转销325和导向转向节337之间的相对旋转。基座部分328可包括头部分329。头部分329可位于枢转销325的一端处。 [0031] 枢转部分327被配置成且尺寸设计成与枢转销开口348配合。枢转部分327的横截面形状(垂直于所示的横截面)可与枢转销开口348的横截面形状(垂直于所示的横截面)相匹配。枢转部分327可具有多边形或正多边形横截面形状。在一个实施例中，枢转部分327的横截面为具有圆角的正方形。 [0032] 耦合部分321被配置成与致动器轴355配合且耦合到致动器轴355。和枢转部分327一样，耦合部分321可具有多边形或正多边形横截面形状，其被配置成插入到具有类似成形横截面的致动器轴355的配合孔内。相反，耦合部分321可包括配置成容纳致动器轴 355的一部分的配合孔。也可使用键槽、键孔、耦合部分321和致动器轴355之间的过盈配合或其它类似机构。 [0033] 可使用保持机构将枢转销325保持在SIV板组件320内。在所示的实施例中，基座转向节336包括保持狭槽338。保持环322被插入到邻近头部分329的保持狭槽337内，以使枢转销325保持在适当的位置。在另一个实施例中，基座转向节336的内部部分具有螺纹。螺纹塞被拧入邻近头部分329的基座转向节336内，以使枢转销325保持在适当的位置。 [0034] SIV板组件320还可包括基座衬套323和导向衬套324。基座衬套323可与基座转向节336和基座部分328对准，且在基座转向节336和基座部分328之间。导向衬套324可与导向转向节337和导向部分326对准，且在导向转向节337和导向部分326之间定位。基座衬套323和导向衬套324被配置成允许基座转向节336和基座部分328，以及导向转向节337和导向部分326之间的相对旋转。 [0035] 图4是图2的燃料喷射器310的一部分的透视图，其中SIV板340处于打开位置。参照图4，在所示实施例中，壳体环331包括壳体环形部分332。壳体环形部分332可为环形盘的“C”形水平段，其中限定“C”形的固体是由平行于环形盘的对称轴线定向的平面从环形盘上切割而成的。 [0036] 壳体环331还可包括第一壳体圆柱形部分333和第二壳体圆柱形部分334。第一壳体圆柱形部分333在第一轴向方向或前轴向方向上从壳体环形部分332的径向外部部分在基座转向节336和远离基座转向节336的“C”形的端部之间延伸。第二壳体圆柱形部分334在第一轴向方向上从壳体环形部分332的径向外部部分在导向转向节337和邻近基座转向节336的“C”形的端部之间延伸。第一壳体圆柱形部分333和第二壳体圆柱形部分 334可为中空圆柱体段且可与壳体环形部分332形成“L”形横截面。 [0037] 阻挡环341可包括阻挡环形部分342和阻挡圆柱形部分343。阻挡环形部分342可为环形盘。阻挡圆柱形部分343在第二轴向方向或后轴向方向上从阻挡环形部分342的径向内部部分延伸。阻挡圆柱形部分343可为中空圆柱体的一段，且可与阻挡环形部分342形成“L”形横截面。 [0038] 阻挡环341的“L”形横截面可装配在壳体环331的“L”形横截面内。如图2所示，当SIV板340处于闭合位置时，阻挡环形部分342可从第一壳体圆柱形部分333和第二壳体圆柱形部分334径向向内定位，且轴向地在壳体环形部分332的前方定位。阻挡圆柱形部分343可从壳体环形部分332径向向内定位。在一些实施例中，壳体环331的内部部分为阻挡环341的外部部分的底面。 [0039] 图5是图2和图3的SIV板340的透视图。参照图5，阻挡环341可包括阻挡表面361和流动表面362。阻挡表面361可为在轴向方向上面向的环形体的至少一部分。流动表面362可为圆柱体的至少一部分且可为阻挡环341的内圆周表面。在所示实施例中，阻挡表面361为阻挡环形部分342的环形面，其与阻挡圆柱形部分343相对或远离阻挡圆柱形部分343，而流动表面362为阻挡圆柱形部分343的内圆周表面。阻挡表面361和流动表面362为相邻表面且可形成直角。在一些实施例中，阻挡表面361和流动表面362之间的边缘为圆形。 [0040] 在一些实施例中，套筒部分349可具有管形形状。枢转套筒346可被配置成包括枢转销开口348，其延伸到套筒部分349中或延伸通过套筒部分349以形成旋转传动机构。在所示实施例中，枢转套筒346为具有圆形边缘的正方形管。 [0041] 枢转销开口348被配置成与枢转销325配合，使得当枢转销325被旋转时，SIV板340与枢转销325一起绕枢转销325的轴线旋转。枢转销开口348可包括具有多边形横截面的棱柱形状。在所示实施例中，枢转销开口348包括正方形横截面。在其它实施例中，枢转销开口348的横截面由其它正多边形(例如，正五边形、正六边形或正八边形)形成。多边形横截面的角部可为圆形。 [0042] 枢转套筒346还可包括限制器347。限制器347被配置成在燃料喷射器310操作期间将SIV板340的旋转限制到预定量。限制器347可从具有三角形横截面的套筒部分349突出，且沿套筒部分349的管形状延伸。限制器347被配置成将SIV板340的旋转限制到约九十度。限制器347可被配置成接触SIV壳体330的一部分、气体室317或喷射器头 315或燃料喷射器310的任何部分或延伸部分。 [0043] SIV板340可包括套筒颈部344，其在阻挡环341和枢转套筒346之间延伸且连接阻挡环341和枢转套筒346。 [0044] 上述部件(或它们的子部件)中的一者或多者可由不锈钢和/或被称为“超级合金”的耐用高温材料制成。超级合金或高导磁率合金是一种在高温下显示出优良机械强度和耐蠕变性、良好表面稳定性和耐腐蚀性和抗氧化性的合金。超级合金可包括以下材料，例如哈氏(HASTELLOY)合金、合金x、因科镍(INCONEL)合金、沃斯帕洛伊(WASPALOY)合金、RENE合金、HAYNES合金、合金188、合金230、因科洛伊(INCOLOY)合金、MP98T合金、TMS合金以及CMSX单晶合金。 [0045] 工业实用性 [0047] 参照图1，气体(通常为空气10)作为“工作流体”进入入口110，并由压缩机200压缩。在压缩机200中，工作流体在环形流动路径115中由系列压缩机盘组件220压缩。具体地，空气10在被编号的各“级”中被压缩，各级与每个压缩机盘组件220相关。例如，“第4级空气”可在下游或“后”方向上与第4个压缩机盘组件220相关，其从入口110流动向排气口500。同样，每个涡轮机盘组件420可与被编号的级相关。 [0048] 一旦压缩空气10离开压缩机200，它便进入燃烧器300，且在其中扩散。空气10的一部分在通向旋流器的一次空气入口处被引导至喷射器头315中。空气10的此部分被涡旋且与喷射至旋流器中的燃料混合。 [0049] 经混合的空气10和燃料通过燃料喷射器310被喷射至燃烧室390中且燃烧。能量通过涡轮机400由系列涡轮机盘组件420的每个级从燃烧反应中吸取。然后排气90可在排气扩散器520中扩散、收集并重定向。排气90通过排气收集器550排出系统，且可进一步被处理(例如，以减少有害排放和/或回收来自排气90的热量)。 [0050] 在燃气涡轮发动机100操作期间，进入喷射器头315和旋流器的空气的量可能需要被限制，以提高效率或减少排放。流量限制器，例如SIV板340，可被置于旋流器的一次空气入口处，以限制或减少进入旋流器的空气流。 [0051] 在燃气涡轮发动机100的某些操作期间，例如当从液态燃料转变为气态燃料时，进入旋流器的空气流可能需要被减少以维持火焰稳定性。相对于使用液态燃料，当使用气态燃料时，空气流可能也需要有所不同。SIV板组件320可与致动器一起使用以使SIV板340在如图2所示的关闭或阻挡位置和如图3所示的打开位置之间旋转，这允许进入喷射器头315的空气流在燃气涡轮发动机100操作期间改变。 [0052] 在燃气涡轮发动机100操作期间，环境条件可能影响进入旋流器的受到限制的空气流的量。阻挡环341的径向厚度和阻挡表面361的表面区域可能变化。具有第一径向厚度的阻挡环341和阻挡表面361的第一表面区域可被拆除且由具有第二径向厚度的阻挡环341和阻挡表面361的第二表面区域替换。这可在排放调节或其它燃气涡轮发动机100维护操作期间被执行。 [0053] 参照图3，枢转套筒346结合通过保持环322、螺纹塞或其它保持机构保持在适当的位置的枢转销325可有利于阻挡环341的拆除和替换，而无需将SIV板340从SIV板组件320上切割下来，也无需将SIV板340重新焊接到SIV板组件320，这可减少排放调节和其它燃气涡轮发动机维护操作的时间和成本。在所示实施例中，可通过将保持环322从保持狭槽338拆除而将枢转销325从SIV板组件320去耦合，然后拆除枢转销325，SIV板340可被拆除和替换。然后通过将枢转销325插入到基座转向节336、枢转套筒346和导向转向节337中且将保持机构(例如保持环322)插入到邻近头部分329的基座转向节336中，相同的SIV板340或具有不同尺寸的阻挡表面361的SIV板340可被耦合到SIV板组件320。 [0054] 前面的详细描述本质上仅仅是示例性的，并非意图限制本发明或本发明的应用和用途。所述实施例并不限于与特定类型的燃气涡轮发动机结合使用。因此，虽然为了便于说明，本发明描绘且描述了一种特定的SIV板组件，但应当理解的是，根据本发明的SIV板组件可在各种其它配置中实施、可与各种其它类型的燃气涡轮发动机一起使用，且可在其它类型机器中使用。此外，不期望受到前述背景或详细描述所呈现的任何原理的限制。还可以理解的是，附图可包括放大的尺寸以更好说明图中所示的引用项目，且除非特别说明，否则不被视作是限制性的。 |
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