[发明专利]燃料喷嘴热防护件

说明书

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机燃料喷嘴，并且更具体而言，涉及燃料喷嘴末梢的后端处的后热防护件。

背景技术

已经开发出航空器燃气涡轮发动机分级燃烧系统，以限制非期望的燃烧产物成分（如氮氧化物(NOx)、未燃烃(HC)和一氧化碳(CO)）的产生，特别是在机场附近，在此它们将促使城市光化烟雾问题。燃气涡轮发动机还设计成有燃料效率，且具有低操作成本。影响燃烧器设计的其他因素是燃气涡轮发动机使用者对有效的低成本操作的需求，这转化成降低燃料消耗而同时保持或甚至提高发动机输出的需要。因此，航空器燃气涡轮发动机燃烧系统的重要设计标准包括提供高燃烧温度，以便在多种发动机操作状态下提供高热效率，以及使非期望的燃烧状态最小化，非期望的燃烧状态促进颗粒的排放、非期望气体的排放、和燃烧产物的排放，燃烧产物是光化烟雾形成物的前体。

喷射燃料和燃烧空气的有效互混有助于使非期望燃烧产物成分的产生最少化。在此方面，这些年已提出许多旋流器、混合器设计和文氏管设计，以改善燃料和空气的混合。以此方式，焚烧在整个混合物上均匀地发生，且降低了由不完全燃烧引起的HC和CO的水平。文氏管促进燃料喷嘴中的燃料和空气的良好混合，这在减少非期望燃烧排放方面是有用的。文氏管已设计为具有燃料喷嘴的后端处的后热防护件，以保护文氏管和燃料喷嘴末梢的其余部分免受热，以降低来自热暴露的非期望效果。热防护件还设计成用于在燃料喷嘴末梢中的其他圆锥形壁区段（如，环形导向壳体，其支承燃料喷嘴末梢中的导向喷嘴）的端部处使用。环形导向壳体的圆锥形区段的后端处的此热防护件的实例在授予Mancini等人的2012年5月8日授权的题为“Mixer Assembly For Gas Turbine Engine Combustor”的美国专利No. 8,171,735号中公开，其转让给了该专利的受让人，且通过引用而并入本文中。

因此，期望具有更有效的热防护件来保护用于在燃料喷嘴中混合燃料和空气的文氏管，以保护燃料喷嘴末梢免受热，以用于减小来自热暴露的非期望效果。期望的是具有一体式热防护件的文氏管，该热防护件具有促进热交换和结构的冷却的特征。非常期望提供后热防护件的更好冷却，以便减小高热负载对热防护件寿命的影响。还期望提供用于替换和焊接在新的热防护件中的更好设计。

发明内容

此需求通过本发明而解决，本发明提供了一种空气冷却的热防护件，其设置在包括由环形外壳包绕的环形导向壳体的类型的燃料喷嘴的后端处。在一个构造中，热防护件可包括具有沉孔的环形防护件凸缘，其通过滑动配合附接到导向壳体的后端，由环形挡板凸缘包绕，环形挡板凸缘可通过冶金连结（如硬焊或焊接）来附接到外壳的后端。

根据本发明的一个方面，一种用于燃料喷嘴末梢的后热防护件包括：环形防护件壁，其具有前圆柱形区段和后圆锥形区段，前圆柱形区段具有形成于其中的沉孔；环形防护件凸缘，其从圆锥形区段的后端沿径向向外延伸；环形挡板凸缘，其包绕圆锥形区段，且设置成使得轴向间隙限定在防护件凸缘与挡板凸缘之间，挡板凸缘包括从其沿轴向向前延伸的径向外沿；和多个冲击冷却孔，其穿过挡板凸缘且定向成以便朝相邻的防护件壁引导空气流。

根据本发明的另一个方面，沉孔的表面限定凸出的弯曲平台。

根据本发明的另一个方面，防护件凸缘包括由环形外侧面(outer face)界定的相反的间隔开的前侧面和后侧面，且其中，凸出倒圆形成在前侧面和外侧面的相交处。

根据本发明的另一个方面，一排冷却孔设置在径向外沿与挡板凸缘之间的连结处，冷却孔定向成将冷却空气朝防护件凸缘的径向外缘引导。

根据本发明的另一个方面，挡板凸缘中的至少一排冷却孔定向成垂直于防护件凸缘的前侧面来引导冷却空气。

根据本发明的另一个方面，内防护件设置在外挡板内；内防护件限定防护件壁和防护件凸缘；且外挡板包括：圆锥形挡板壁，其包绕内防护件的后圆锥形区段；和挡板凸缘，其从挡板壁的后端延伸。

根据本发明的另一个方面，内防护件和外挡板为冶金连结到彼此的两个单独的构件。

根据本发明的另一个方面，内防护件包括突出台，该突出台接触外挡板，突出台具有形成在其中的槽道的径向阵列。

根据本发明的另一个方面，外挡板包括接触内防护件的加厚前端，突出台和加厚前端协作地限定内防护件与外挡板之间的冷却空气室，冷却空气室通过突出台中的槽道与防护件凸缘与挡板凸缘之间的轴向间隙连通。

根据本发明的另一个方面，外挡板的圆锥形挡板壁包括与冷却空气室连通的多个冷却空气端口。