[发明专利]具有流体锁和吹扫设备的燃料喷嘴

说明书

一种燃料喷嘴设备具有中心线轴线(26)，并且包括：主燃料喷射器(24)，该主燃料喷射器(24)包括与构造成从其排放燃料的多个燃料端口(58)流体连通的包围的内部容积；设置在主燃料喷射器(24)上游并且构造成将液体燃料供应至内部容积的主燃料导管(22)；以及设置在主燃料导管(22)与主燃料喷射器(24)之间的流体锁(82)，流体锁(82)包括多个平行的毛细管通道(88)。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机燃料喷嘴，并且更具体地涉及用于排放和吹扫燃气涡轮发动机燃料喷嘴的设备。

背景技术

飞行器燃气涡轮发动机包括燃烧器，其中燃烧焚烧来将热输入至发动机循环。典型的燃烧器并入一个或更多个燃料喷射器，其作用在于将雾化的液体燃料在燃烧器入口处引入到空气流中，以使其可有效地焚烧来产生用于循环的必要热。

分级燃烧系统开发成限制不合乎需要的燃烧产物成分的产生，如，氮氧化物(NOx)、未燃烃(HC)和一氧化碳(CO)。影响燃烧器设计的其它因素为使用者期望燃气涡轮发动机的有效低成本的操作，这转变成减少的燃料消耗的需要，同时保持或甚至增加发动机输出。结果，用于飞行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，以及最小化不合乎需要的燃烧状态，该不合乎需要的燃烧状态有助于颗粒的排放，以及不合乎需要的气体的排放，以及为光化学雾的形成的前体的燃烧产物的排放。

在分级燃烧系统中，燃烧器的喷嘴能够操作成通过两个或更多个分立级选择性地喷射燃料，各个级由燃料喷嘴内的独立燃料流动路径限定。例如，燃料喷嘴可包括连续地操作的引导级，以及仅在较高发动机功率水平下操作的主级。燃料流速还可在级中的各个内可变。

当液态烃燃料在氧存在的情况下暴露于高温时，该类型的燃料喷嘴中的重要问题在于碳(或焦炭)沉积物的形成。该过程称为结焦，并且在温度超过大约177℃(350℉)时大体上有风险。当正常的分级操作使至前述级中的一个的流动停止时，一定体积的燃料将继续驻留在燃料喷嘴中，并且可加热至结焦温度。关于结焦的最大问题的区域为燃料喷嘴内的小主喷射孔口，其中燃料在主燃料流由于分级而停止时最快速地升高温度。干扰穿过这些孔口的燃料流的少量焦炭可产生燃料喷嘴性能的大差异。最后，碳沉积物的累积可充分地阻挡燃料通路而使燃料喷嘴性能降级，或防止燃料喷嘴至一点的预期操作，在该点处，需要清洁或替换以防止不利地影响其它发动机热区段构件和/或恢复发动机循环性能。

现有技术的设计通过在主级不操作时吹扫液体燃料的整个主燃料回路来解决该问题。尽管有效，但该类型的完全吹扫需要与待吹扫的通路的长度成比例的关于大小的动压力差，并且在再次期望大功率操作时可引起在再填充主燃料回路方面的相对长的延迟。

因此，将合乎需要的是，具有一种吹扫燃料喷嘴级的一部分(在该级未操作时)的方法。

发明内容

该需要由本发明解决，本发明提供了一种分级燃料喷嘴，其并入流体锁、燃料吹扫端口构造或两者，布置成从燃料喷嘴级中的一个吹扫多余燃料，并且因此避免燃料喷嘴内的燃料通路的结焦，同时便于分级和非分级操作之间的快速转换。

根据本发明的一个方面，一种燃料喷嘴设备具有中心轴线，并且包括：主燃料喷射器，该主燃料喷射器包括与构造成从其排放燃料的多个燃料端口流体连通的包围的内部容积；设置在主燃料喷射器上游并且构造成将液体燃料供应至内部容积的主燃料导管；以及设置在主燃料导管与主燃料喷射器之间的流体锁，流体锁包括多个平行的毛细管通道。

根据本发明的另一个方面，各个毛细管通道具有0.002平方英寸或更小的截面流动面积。

根据本发明的另一个方面，主燃料导管的截面流动面积显著大于毛细管通道中的一个的截面流动面积。

根据本发明的另一个方面，主燃料喷射器为环形形式；并且引导燃料喷射器同轴地设置在主燃料喷射器内。