專利名稱：整體式燃料噴嘴與入口流調(diào)節(jié)器和相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪燃燒器技術(shù)，并且更具體而言涉及與燃?xì)鉁u輪燃燒器燃料噴嘴集成整體的入口流調(diào)節(jié)器的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
入口流調(diào)節(jié)器被用來消除流入燃料噴嘴內(nèi)的空氣中的徑向變化和周向變化。更具體而言，入口流調(diào)節(jié)器減小進(jìn)入燃料噴嘴的大的速度梯度和壓力梯度，從而使得空氣和氣體燃料以均勻和可預(yù)測的方式混合。如果進(jìn)入燃料噴嘴的空氣具有顯著的周向流動變化和徑向流動變化，實現(xiàn)所需的精確的燃料與空氣比變得成問題。并非所有的燃燒器燃料噴嘴利用入口流調(diào)節(jié)器。許多噴嘴簡單地使用入口鐘形口構(gòu)造；然而，當(dāng)試圖在燃料噴嘴為密集成組的燃燒器構(gòu)造中實現(xiàn)很均勻的入口氣流時，更復(fù)雜的入口流調(diào)節(jié)器裝置變得必不可少。典型的入口流調(diào)節(jié)器包括圓柱形管以及若干鐘形口形狀的流導(dǎo)向器，該圓柱形管包括許多小的圓孔或橢圓孔。這些成本很高的具有嚴(yán)格公差的金屬板構(gòu)件造成到噴嘴內(nèi)的氣流中大量變化的可能性。在企圖獲得進(jìn)入下游旋流器中的均勻的氣流時，跨過這些小孔建立了壓降。然而，當(dāng)在小孔上規(guī)定尺寸公差時，在與應(yīng)用至較大的孔的相同公差相比時，面積變化的百分比較大。因此，對于燃料噴嘴入口流調(diào)節(jié)器而言需要利用一種更簡單、成本更低的制造技術(shù)，該調(diào)節(jié)器還設(shè)置為用以在通過該調(diào)節(jié)器的氣流中引起較小的變化。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一示例性但非限制性的實施例，本發(fā)明提供了一種噴嘴中心體，其包括整體的單件伸長的管狀部件，該管狀部件具有前端，其形成為帶有徑向向外延伸的安裝凸緣； 后端，其形成為帶有多個徑向向外延伸的旋流器葉片；以及，軸向地位于前端與后端之間的中間區(qū)域，其形成為帶有入口流調(diào)節(jié)器，該入口流調(diào)節(jié)器包括其中設(shè)有多個周向間隔的流開口的環(huán)形板。在另一示例性但非限制性的實施例中，提供了一種用于燃?xì)鉁u輪噴嘴的入口流調(diào)節(jié)器，其包括環(huán)形板，該環(huán)形板具有適于容納噴嘴體的中心開口 ；該環(huán)形板包括通過多個徑向延伸的支柱連接的徑向內(nèi)圈和徑向外圈，徑向內(nèi)圈和徑向外圈以及徑向延伸的支柱限定多個氣流孔口，每個孔口具有成形為提供預(yù)定氣流特性的外圍邊緣。在還有另一示例性但非限制性的實施例中，提供了一種形成噴嘴體的方法，包括 鑄造單件的整體噴嘴中心體，該噴嘴中心體包括伸長的管狀構(gòu)件，該伸長的管狀構(gòu)件具有 前端，其形成為帶有徑向向外延伸的安裝凸緣；后端，其形成為帶有旋流器，該旋流器包括多個徑向向外延伸的葉片；以及，軸向地位于前端與后端之間的中間區(qū)域，其形成為帶有入口流調(diào)節(jié)器，該入口流調(diào)節(jié)器包括其中設(shè)有多個周向間隔的流開口的環(huán)形板?，F(xiàn)在將結(jié)合下面標(biāo)識的附圖來更詳細(xì)地描述本發(fā)明。


圖1是裝配有入口流調(diào)節(jié)器的燃料噴嘴的局部示意性截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一示例性但非限制性的實施例的與燃料噴嘴集成整體的入口流調(diào)節(jié)器的透視圖；圖3是貫穿圖2中所示的燃料噴嘴的截面，但增加了外支撐管；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一示例性方面的入口流調(diào)節(jié)器中的示例性流開口的局部端視面；以及
圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性但非限制性的實施例的入口流調(diào)節(jié)器的透視圖； 圖6是沿著圖5的線6-6得到的局部截面；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一示例性但非限制性的實施例的入口流調(diào)節(jié)器的局部截
示例性但非限制性的實施例的入口流調(diào)節(jié)器的局圖8是根據(jù)本發(fā)明的還有另一:部截面<)
項目清單
噴嘴10，38
中心體12
支撐管14
燃料通路16
出口端17
流調(diào)節(jié)器18,44,60,
旋流器20，46
孔口22,28,32
中空葉片24
套筒26
前壁30
鐘形口形狀的物體34，36
噴嘴體40
凸緣42
端部47
支撐套筒48
外環(huán)形圈50
內(nèi)環(huán)形圈52
徑向支柱54,66,88,
開口56
外圍邊緣58
內(nèi)圈62
外圈64
偏置圈68，70，72
流開口74
5
同心圈 78，80，82，94，96，98
具體實施例方式圖1示出了燃?xì)鉁u輪燃燒器噴嘴10，其包括徑向內(nèi)部的中心體12和徑向外部的支撐管14。安裝凸緣(未示出)位于噴嘴的前端(即，圖1中的左邊)并且有助于將噴嘴安裝到燃燒器上。燃料和空氣通過多個通路(大體上在中心體內(nèi)的16處顯示)供給至燃燒室，在中心體后端或出口端17處(S卩，圖1中的右邊)離開。入口流調(diào)節(jié)器18在旋流器 20上游的位置處固定至外噴嘴支撐管14，在那里燃料通過旋流器的中空葉片M中的孔口 22而噴射到已通過該調(diào)節(jié)器18的空氣中?？諝夂腿剂显谟赏庵喂?4與中心體12形成的環(huán)狀空間內(nèi)混合，并且然后一旦它們進(jìn)入燃燒室就以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式燃燒。入口流調(diào)節(jié)器18包括外部板狀金屬管或套筒沈以及前壁30，套筒沈設(shè)有繞其圓周的多個孔口 28，前壁30也設(shè)有一系列孔口 32。在管或套筒沈內(nèi)，具有兩個同心布置的鐘形口形狀的物體34、36，它們建立用于進(jìn)入噴嘴的空氣的三個單獨的通道(在PI、P2和 P3處顯示)。雖然各孔或孔口的大小和圖案可被設(shè)計為引起經(jīng)過旋流器20的均勻的氣流， 與流調(diào)節(jié)器18的形成和組裝相關(guān)的制造問題使得流均勻性成為問題。因此制造的流調(diào)節(jié)器由于其勞動密集的工藝而很昂貴，該工藝涉及沖切數(shù)百個孔、若干成形與車削操作、復(fù)雜的拆分操作、焊接操作以及與這些步驟相關(guān)聯(lián)的檢查。圖2和圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一示例性但非限制性的實施例的帶有整體式入口流調(diào)節(jié)器的燃料噴嘴。具體而言，噴嘴38通常包括燃料噴嘴體40，其在前端設(shè)有燃料供給 /安裝凸緣42。在凸緣42的下游，具有入口流調(diào)節(jié)器44，并且在流調(diào)節(jié)器的下游是旋流器 46，旋流器46鄰近或靠近被焊接至噴嘴體的后部或出口端部47 (僅在圖3中看到)。外支撐管或套筒48 (參見圖幻圍繞噴嘴體40并且被旋流器46的徑向外頂端表面以及入口流調(diào)節(jié)器44的徑向外環(huán)形圈50接合。應(yīng)當(dāng)理解，因為本發(fā)明在此涉及流調(diào)節(jié)器構(gòu)造并涉及形成流調(diào)節(jié)器的方式，關(guān)于噴嘴體/噴嘴構(gòu)造的其余細(xì)節(jié)無需進(jìn)一步論述。入口流調(diào)節(jié)器44在圖2和圖3中被顯示為大體上平面的環(huán)形板，其包括已提到的外環(huán)形圈50，以及由一系列徑向延伸、周向間隔的輻條或支柱M(其形成圍繞流調(diào)節(jié)器的圓周的一系列開口 56)連接的內(nèi)環(huán)形圈52(圖2)。根據(jù)本發(fā)明而制造入口流調(diào)節(jié)器44的一種新方法得益于下列事實位于入口流調(diào)節(jié)器44下游的旋流器46使用熔模鑄造工藝制成。根據(jù)本文所公開的示例性但非限制性的實施例，入口流調(diào)節(jié)器44可被制造為帶有其它噴嘴特征(例如旋流器46)，通過在蠟態(tài)形成各特征并然后將它們連接在一起(例如通過蠟焊或粘結(jié))以形成單個蠟芯。這樣，包括中心體40、安裝凸緣42、入口流調(diào)節(jié)器44和旋流器46的整個構(gòu)件可被鑄造為單個整體 (單件)構(gòu)件。使入口流調(diào)節(jié)器特征在蠟態(tài)與其它噴嘴特征同時形成是很廉價的工藝，并且還是高度可重復(fù)的，其導(dǎo)致高度一致并且可重復(fù)的氣流結(jié)果。熔模鑄造雖然是優(yōu)選的，但并非必需的，并且各構(gòu)件42、44和46可通過例如機(jī)械加工形成，并且然后使用焊接或釬焊操作而連接至噴嘴體40。如果是機(jī)械加工的，內(nèi)環(huán)形圈52將限定中心開口以用于容納噴嘴體 40。也可利用熔模鑄造(或機(jī)械加工)來改變圍繞入口流調(diào)節(jié)器44的周邊的開口 56 的大小和形狀。參見圖4，例如，如由內(nèi)圈50和外圈52以及徑向支柱M限定的開口 56可具有這樣的邊緣，其成形為用以提供所需的氣流特性。圖4僅僅顯示，如由孔口外圍邊緣58 限定的相當(dāng)復(fù)雜的輪廓可容易以小的相對花費(fèi)在現(xiàn)場鑄造，從而例如在徑向方向和周向方向提供不同的流動特性。圖5和圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例性但非限制性的實施例的非平面的入口流調(diào)節(jié)器60。此處，內(nèi)圈62和外圈64軸向地偏置，從而使得徑向支柱66相對于噴嘴體的軸線A以銳角延伸。由支柱66支撐的一系列同心布置的軸向偏置的圈68、70和72產(chǎn)生一系列流開口 74，其除了非共面之外，大小從其徑向內(nèi)端到其徑向外端增加，從而造成旋流器上游的獨特的氣流樣式。圖7示出了大體上類似的入口流調(diào)節(jié)器76，但在該變型中，系列的同心圈78、80和 82是彎曲的以匹配空氣的流入，并且沿上游方向延伸超出徑向內(nèi)圈84和徑向外圈86并超出徑向支柱88。圖8示出了流調(diào)節(jié)器90的還有另一示例性實施例，其中徑向支柱92更直立，但仍略微傾斜，并且其中同心圈94、96和98在上游方向上具有更短的長度和不同的彎曲程度。 因此，應(yīng)當(dāng)理解，如本文所述的入口流調(diào)節(jié)器可為多種合適構(gòu)造中的任何構(gòu)造，其可具有簡化的生產(chǎn)工藝，并且提供調(diào)整調(diào)節(jié)器中的開口的能力以實現(xiàn)氣流特性，而氣流特性又在噴嘴中的燃料/空氣混合物中引起所需的均勻性。雖然已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為是最實用并且優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于所公開的實施例，相反，本發(fā)明意圖覆蓋被包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種噴嘴中心體(38)，包括整體的單件伸長的管狀構(gòu)件GO)，所述管狀構(gòu)件GO)具有前端，所述前端形成為帶有徑向向外延伸的安裝凸緣G2)； 后端，所述后端形成為帶有徑向向外延伸的旋流器葉片G6)；以及，軸向地位于所述前端與所述后端之間的中間區(qū)域，所述中間區(qū)域形成為帶有入口流調(diào)節(jié)器G4)，所述入口流調(diào)節(jié)器G4)包括其中設(shè)有多個周向間隔的流開口(56)的環(huán)形板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴中心體，其特征在于，所述環(huán)形板包括由多個徑向延伸、 周向間隔的支柱(54)連接的徑向內(nèi)圈和徑向外圈(50，52)，從而限定所述多個周向間隔的流開口(56)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴嘴中心體，其特征在于，所述徑向內(nèi)圈和所述徑向外圈 (50，52)大體上共面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴嘴中心體，其特征在于，所述徑向內(nèi)圈和所述徑向外圈 (62，64)彼此軸向地偏置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴嘴中心體，其特征在于，所述噴嘴中心體在所述內(nèi)圈與所述外圈(62，64)之間的徑向間隔的位置處包括大體上同心的中間圈(68，70，72)，從而提供額外的周向間隔的流開口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴嘴中心體，其特征在于，所述大體上同心的中間圈(78，80， 82)的至少前端彼此軸向地偏置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴嘴中心體，其特征在于，所述大體上同心的中間圈(78，80， 82)的所述前端在徑向向外的方向上是彎曲的。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴嘴中心體，其特征在于，所述前端在上游軸向地延伸超出所述周向間隔的支柱(88，92)的邊緣。
9.一種用于燃?xì)鉁u輪噴嘴的入口流調(diào)節(jié)器，包括環(huán)形板(44)，所述環(huán)形板04)具有適于容納噴嘴體的中心開口 ；所述環(huán)形板包括由多個徑向延伸的支柱(54)連接的徑向內(nèi)圈和徑向外圈(50，52)，所述徑向內(nèi)圈和所述徑向外圈以及所述徑向延伸的支柱限定多個氣流孔口(56)，每個孔口(56)具有成形為用以提供預(yù)定氣流特性的外圍邊緣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的入口流調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述徑向內(nèi)圈和所述徑向外圈 (50，52)大體上共面。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的入口流調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述徑向內(nèi)圈和所述徑向外圈 (62，64)彼此軸向地偏置。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的入口流調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述大體上同心的中間圈(78， 80,82)的所述前端在徑向向外的方向上是彎曲的。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的入口流調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述前端在上游軸向地延伸超出所述周向間隔的支柱(88)的邊緣。
14.一種形成噴嘴體的方法，包括鑄造單件的整體噴嘴中心體(40)，所述噴嘴中心體 (40)包括伸長的管狀構(gòu)件，所述管狀構(gòu)件具有前端，所述前端形成為帶有徑向向外延伸的安裝凸緣0 ；后端，所述后端形成為帶有旋流器，所述旋流器包括多個徑向向外延伸的葉片G6)；以及，軸向地位于所述前端與所述后端之間的中間區(qū)域，所述中間區(qū)域形成為帶有入口流調(diào)節(jié)器(44)，所述入口流調(diào)節(jié)器04)包括其中設(shè)有多個周向間隔的流開口 (56)的環(huán)形板。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的形成噴嘴體的方法，其特征在于，所述多個周向間隔的流開口(56)各自形成為包括外圍邊緣，所述外圍邊緣成形為在使用中給流動通過所述入口流調(diào)節(jié)器的空氣提供所需的流動特性。
全文摘要
本發(fā)明涉及整體式燃料噴嘴與入口流調(diào)節(jié)器和相關(guān)方法。具體而言，一種噴嘴中心體(38)包括整體的單件伸長的管狀部件(40)，該管狀部件(40)具有前端，其形成為帶有徑向向外延伸的安裝凸緣(42)；后端，其形成為帶有徑向向外延伸的旋流器葉片(46)；以及，軸向地位于前端與后端之間的中間區(qū)域，其形成為帶有入口流調(diào)節(jié)器(44)，該入口流調(diào)節(jié)器(44)包括其中設(shè)有多個周向間隔的流開口(56)的環(huán)形板。
文檔編號F23D14/48GK102345870SQ20111023011
公開日2012年2月8日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者J·B·麥克米蘭, T·E·約翰森 申請人:通用電氣公司