背景

1.技術(shù)領(lǐng)域

所公開的實(shí)施例涉及用于燃燒渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)（諸如，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)）的燃料噴嘴。更具體地，所公開的實(shí)施例涉及具有隔熱罩的改進(jìn)的多功能燃料噴嘴。

2.相關(guān)技術(shù)的描述

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)燃燒室，所述燃燒室被構(gòu)造成通過在壓縮氣體中燃燒燃料來產(chǎn)生熱工作氣體。采用燃料噴射組件或噴嘴來將燃料引入到每個(gè)燃燒室中。為向用戶提供靈活性，這樣的燃料噴嘴可屬于多燃料類型，其能夠燃燒液體燃料或氣體燃料之一，或同時(shí)燃燒液體燃料和氣體燃料兩者。

燃?xì)鉁u輪燃燒室中的燃燒導(dǎo)致在所燃燒的氣體中形成氮的氧化物（nox），這被認(rèn)為是不理想的。用于減少nox的形成的一種技術(shù)涉及經(jīng)由燃料噴射噴嘴將水與燃料一起噴射到燃燒室中。美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/163,826公開了一種燃料噴嘴組件，所述燃料噴嘴組件能夠連同液態(tài)水噴射一起，燃燒氣體燃料或液體燃料之一，或者兩者。

附圖說明

圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的方面的多燃料噴嘴的一個(gè)非限制性實(shí)施例的剖面、側(cè)視圖。

圖2是示出霧化器的一個(gè)非限制性示例的細(xì)節(jié)的等軸測(cè)、局部剖面圖，所述霧化器安置在體現(xiàn)本發(fā)明的方面的多燃料噴嘴的下游端處。

圖3是圖1中所示的多功能燃料噴嘴的后視等軸測(cè)視圖。

圖4是圖1中所示的多功能燃料噴嘴的前視等軸測(cè)視圖。

圖5是示出噴嘴帽的一個(gè)非限制性示例的細(xì)節(jié)的等軸測(cè)、局部剖面圖，所述噴嘴帽安置在體現(xiàn)本發(fā)明的方面的多功能燃料噴嘴的下游端處。

圖6是圖5中所示的噴嘴帽和安裝在噴嘴帽的前部面上的隔熱罩的局部側(cè)視圖。

圖7是示出隔熱罩并進(jìn)一步示出噴嘴帽中的居中安置的孔的前視等軸測(cè)視圖。

圖8是噴嘴帽中的氣體燃料通道的示意性表示。

圖9是示出隔熱罩并進(jìn)一步示出安裝在噴嘴帽的孔中的霧化器組件的一個(gè)非限制性示例的前視等軸測(cè)視圖。

圖10是示出包括霧化器的環(huán)形陣列的噴嘴帽的另一個(gè)非限制性示例的細(xì)節(jié)的前視局部等軸測(cè)視圖，所述噴嘴帽安置在體現(xiàn)本發(fā)明的另外的方面的多功能燃料噴嘴的下游端處。

圖11是示出在霧化器的陣列中的一個(gè)霧化器的細(xì)節(jié)的剖面、局部等軸測(cè)視圖。

圖12是體現(xiàn)霧化器的環(huán)形陣列的多功能燃料噴嘴的一個(gè)非限制性實(shí)施例的剖面、側(cè)視圖。

圖13和圖14示出相應(yīng)的非限制性實(shí)施例，其包括陣列中的不同數(shù)目的霧化器和用這樣的霧化器陣列形成的噴出錐的不同角展度。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到，在某些現(xiàn)有技術(shù)的多燃料噴嘴的背景下會(huì)出現(xiàn)一些問題。例如，在這些多燃料噴嘴中使用的部件傾向于過熱，從而導(dǎo)致在這樣的部件中發(fā)生開裂和侵蝕。這導(dǎo)致昂貴的修理費(fèi)和耗時(shí)的維修操作，以便更換噴嘴中有缺陷的部件。

至少鑒于這樣的認(rèn)識(shí)，本發(fā)明人提出一種創(chuàng)新的多功能燃料噴嘴，其具成本效益且可靠地向安置在噴嘴的下游端處的隔熱罩提供后側(cè)冷卻。所提出的隔熱罩包括構(gòu)造成以噴嘴帽中的相對(duì)更熱的區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)的冷卻通道。將在下文的公開內(nèi)容中論述所提出的多功能燃料噴嘴的其他方面。

圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的方面的多功能燃料噴嘴10的一個(gè)非限制性實(shí)施例的剖面、側(cè)視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，多功能燃料噴嘴10包括環(huán)形燃料噴射噴槍12，所述燃料噴射噴槍包括第一流體回路14和第二流體回路16。第一流體回路14居中安置在燃料噴射噴槍12內(nèi)。第一流體回路14沿噴槍12的縱向軸線18延伸以將第一流體（由箭頭20示意性地表示）輸送到噴槍12的下游端22。

第二流體回路16圍繞第一流體回路14環(huán)形地安置以將第二流體（由箭頭24示意性地表示）輸送到噴槍12的下游端22。如可在圖3中了解的，居中安置的第一入口15可用來將第一流體20引入到第一流體回路14中。類似地，第二入口17可用來將第二流體24引入到第二流體回路16中。

如下文中將更詳細(xì)地論述的，在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，第一流體20或第二流體24中的一者可包括液體燃料，諸如石油餾分，其在燃燒渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的液體燃料操作模式期間通過第一流體回路14和第二流體回路16中的一者輸送。通過第一流體回路14和第二流體回路16中的另一者輸送的第一流體20和第二流體24中的另一者可包括可選的非燃料流體，諸如空氣或水。

霧化器30安置在噴槍12的下游端22處。如可在圖2中了解的，在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，霧化器30包括第一噴出孔口32，所述第一噴出孔口響應(yīng)于第一流體回路14以形成第一霧化噴出錐（由線34示意性地表示（圖1））。霧化器30進(jìn)一步包括第二噴出孔口36，所述第二噴出孔口響應(yīng)于第二流體回路16以形成第二霧化噴出錐（由線38示意性地表示（圖2））。因此，將理解的是在這個(gè)實(shí)施例中，霧化器30包括雙孔口霧化器。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，霧化器30的孔口32、36相應(yīng)地被構(gòu)造成使得用霧化器30形成的第一和第二噴出錐34、38包括同心樣式，諸如在預(yù)先確定的角度范圍內(nèi)彼此相交的錐。在不受限制的情況下，這樣的樣式可包括實(shí)心錐、半實(shí)心錐、中空錐、精細(xì)噴霧錐、多層空氣、或單獨(dú)的液滴（噴霧）。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，第一霧化噴出錐34的角度范圍（θ1，（圖1））從近似80度擴(kuò)展到近似120度。在另外的非限制性實(shí)施例中，第一霧化噴出錐34的角度范圍θ1從近似90度擴(kuò)展到近似115度。在又另外的非限制性實(shí)施例中，第一霧化噴出錐34的角度范圍θ1從近似104度擴(kuò)展到近似110度。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，第二霧化噴出錐38的角度范圍（θ2）從近似40度擴(kuò)展到近似90度。在另外的非限制性實(shí)施例中，第二霧化噴出錐38的角度范圍θ2從近似60度擴(kuò)展到近似80度。

據(jù)信，第一霧化噴出錐34與第二霧化噴出錐38之間的相對(duì)更大的角度差異傾向于在液體燃料的點(diǎn)火事件期間提供增強(qiáng)的霧化。相反，第一霧化噴出錐34與第二霧化噴出錐38之間的相對(duì)更小的角度差異傾向于在氣體燃料操作期間提供增強(qiáng)的nox減少能力。例如，其中第一霧化噴出錐34的角度范圍θ1為近似110度且第二霧化噴出錐38的角度范圍θ2為近似40度的非限制性組合與例如其中第一霧化噴出錐34的角度范圍θ1為近似110度且第二霧化噴出錐38的角度范圍θ2為近似80度的另一個(gè)非限制性組合相比將很可能在液體燃料的點(diǎn)火事件期間提供增強(qiáng)的霧化。如上文所述，后一示例組合將很可能在氣體燃料操作期間提供增強(qiáng)的nox減少能力。廣義地說，第一霧化錐與第二霧化錐的相交的預(yù)先確定的角度范圍可被調(diào)整以優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的期望操作特性，諸如在液體燃料的點(diǎn)火事件期間的霧化性能、nox減少性能等。

根據(jù)所公開的實(shí)施例的方面，可基于給定應(yīng)用的需求來可選地互換相應(yīng)地由第一流體回路14和第二流體回路16提供的操作功能及由霧化器30形成的第一噴出錐34和第二噴出錐38。也就是說，可基于給定應(yīng)用的需求來可選地互換相應(yīng)地通過第一流體回路14和第二流體回路16輸送的流體的類型。

例如，在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，在液體燃料的點(diǎn)火事件期間，可選的非燃料流體可包括空氣（在一個(gè)示例情況下，所述空氣通過第一流體回路14輸送）且在這種情況下第一霧化噴出錐38包括空氣錐，并且液體燃料包括石油燃料（所述石油燃料通過第二流體回路16輸送）且在這種情況下第二霧化噴出錐34包括霧化石油燃料錐。在這個(gè)實(shí)施例中，在液體燃料的點(diǎn)火事件之后，可選的非燃料流體包括水（代替空氣）（所述水通過第一流體回路14輸送），且第一霧化噴出錐34包括霧化水錐。

在一個(gè)替代的非限制性實(shí)施例中，在液體燃料（在這個(gè)替代實(shí)施例中，所述液體燃料通過代替第二回路16的第一回路14輸送）的點(diǎn)火事件期間，且因此在這種情況下，第一霧化噴出錐34包括霧化石油燃料錐，且可選的非燃料流體包括空氣，在這種情況下，所述空氣通過代替第一回路14的第二回路16輸送，且因此第二霧化噴出錐38包括空氣錐。在液體燃料的點(diǎn)火事件之后，可選的非燃料流體包括水（代替空氣），在這個(gè)替代實(shí)施例中，所述水通過第二流體回路16輸送，且因此第二霧化噴出錐38包括由霧化水形成的錐。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，多個(gè)氣體燃料通道40圍繞燃料噴槍12的縱向軸線18周向地安置。氣體燃料通道40相對(duì)于燃料噴槍12在周向外部定位。氣體入口42可用來將氣體燃料（由箭頭43示意性地表示）引入到氣體燃料通道40中。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體燃料操作模式期間，可選的非燃料流體包括水，所述水通過第一流體回路14和第二流體回路16中的至少一者輸送，且因此第一和第二噴出錐38、34中的至少一者包括由霧化水形成的相應(yīng)錐?？蛇x地，在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體燃料操作模式期間，多個(gè)氣體燃料通道40可被構(gòu)造成單獨(dú)地或與第一和第二流體回路14、16中的至少一者組合來輸送與燃料氣體混合的水。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，可通過環(huán)形入口44（圖1）將水（由箭頭45示意性地表示）引入到多個(gè)氣體燃料通道40中。

圖5是示出噴嘴帽50的一個(gè)非限制性實(shí)施例的細(xì)節(jié)的等軸測(cè)、局部剖面圖，所述噴嘴帽安置在多功能燃料噴嘴10的下游端22處。如可在圖6和圖7中了解的，隔熱罩60被安裝到噴嘴帽50上。多個(gè)冷卻通道62（為了簡(jiǎn)化圖示，圖6中僅示出了用于輸送冷卻介質(zhì)（諸如，空氣（由箭頭63示意性地表示（圖6））的一個(gè)冷卻通道）布置在噴嘴帽的前部面52與隔熱罩的對(duì)應(yīng)后側(cè)64之間。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，噴嘴帽50包括周向地布置在噴嘴帽50的前部面52上的多個(gè)雉堞狀結(jié)構(gòu)（castellation）53（圖5）。相鄰雉堞狀結(jié)構(gòu)的相互面對(duì)的側(cè)表面54在噴嘴帽50的前部面52上限定相應(yīng)的凹部。隔熱罩60的后側(cè)64的第一部分鄰接抵靠在噴嘴帽50的前部面52上的雉堞狀結(jié)構(gòu)53的相應(yīng)頂部表面55。隔熱罩60的后側(cè)64的第二部分（不鄰接抵靠雉堞狀結(jié)構(gòu)53的相應(yīng)頂部表面55的部分）布置成靠近噴嘴帽50的前部面52上的凹部的對(duì)應(yīng)頂部區(qū)域以形成多個(gè)冷卻通道62。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，隔熱罩60包括環(huán)形唇狀物65（圖7、圖9），所述環(huán)形唇狀物包括圍繞噴嘴10的縱向軸線18周向地安置的多個(gè)槽66。槽66定位成將冷卻空氣饋送到冷卻通道62。噴嘴帽50包括居中定位的孔56（圖7），所述孔被布置成容納噴嘴10的燃料噴槍12的下游部分。燃料噴槍12的下游部分包括霧化器組件58（圖9），諸如可包括霧化器30。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，冷卻通道62布置成在朝向居中定位的孔56的方向上輸送冷卻介質(zhì)以在霧化器組件58的前部面上排出冷卻介質(zhì)。

噴嘴帽50進(jìn)一步包括圍繞噴嘴10的縱向軸線18周向地安置的多個(gè)氣體燃料通道68（圖8）。氣體燃料通道68包括布置在雉堞狀結(jié)構(gòu)53的相應(yīng)頂部表面55處的出口70（圖5）。隔熱罩60類似地包括與布置在雉堞狀結(jié)構(gòu)的相應(yīng)頂部表面處的出口70對(duì)應(yīng)的多個(gè)開口72。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，隔熱罩60包括從隔熱罩60的內(nèi)徑徑向地延伸預(yù)先確定的距離的多個(gè)狹縫74。狹縫74可置于隔熱罩60中的多個(gè)開口72中的至少一些相鄰對(duì)之間。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，狹縫74為隔熱罩60提供應(yīng)力消除功能。

如圖10到圖12中所示的，在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，居中定位的霧化器80（例如，單孔口霧化器）可安置在噴嘴帽82的居中定位的孔中以形成第一霧化噴出錐（由線83示意性地表示（圖12））。在這個(gè)實(shí)施例中，霧化器的陣列84可安裝在噴嘴帽82中以形成相應(yīng)的第二霧化噴出錐的陣列（所述陣列中的一個(gè)錐由線85示意性地表示（圖12））。霧化器陣列84可圍繞噴槍的縱向軸線18周向地安置。霧化器陣列84可相對(duì)于居中定位的霧化器80在徑向外部定位以形成相應(yīng)的第二霧化噴出錐的陣列。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，霧化器陣列84包括環(huán)形陣列，且噴嘴帽82包括安置在噴嘴帽82的前部面上的霧化器出口的環(huán)形陣列86。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，在發(fā)動(dòng)機(jī)的液體燃料操作模式中，居中定位的霧化器80聯(lián)接到輸送液體燃料的第一流體回路86（圖12）以形成液體燃料的霧化錐，且周向地安置的霧化器的陣列84聯(lián)接到輸送水的第二流體回路88以形成水錐的霧化陣列。

在一個(gè)替代實(shí)施例中，在發(fā)動(dòng)機(jī)的液體燃料操作模式期間，居中定位的霧化器80聯(lián)接到第一流體回路86，在這個(gè)替代實(shí)施例中，所述第一流體回路輸送水以形成水的霧化錐，且周向地安置的霧化器的陣列84聯(lián)接到第二流體回路88，在這個(gè)替代實(shí)施例中，所述第二流體回路輸送液體燃料以形成液體燃料錐的霧化陣列。

噴嘴帽82進(jìn)一步包括圍繞縱向軸線18周向地安置的多個(gè)氣體燃料通道90。多個(gè)氣體燃料通道90相對(duì)于霧化器的陣列84在徑向外部定位。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體燃料操作模式期間，霧化器的陣列84聯(lián)接到輸送水的第一流體回路86以形成水錐的霧化陣列。在一個(gè)替代實(shí)施例中，在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體燃料操作模式期間，居中定位的霧化器80聯(lián)接到第二流體回路88，在這個(gè)替代實(shí)施例中，所述第二流體回路輸送水以形成水的霧化錐。

如在圖13和圖14中概念上可以理解的，陣列中的霧化器的數(shù)目和/或相應(yīng)的第二霧化噴出錐的角展度可布置成以燃燒室筒體92中的期望區(qū)為目標(biāo)。圖13示出非限制性實(shí)施例，其中，陣列中的霧化器的數(shù)目為12個(gè)且每個(gè)錐的角展度為近似50度。圖14示出非限制性實(shí)施例，其中，陣列中的霧化器的數(shù)目為6個(gè)且每個(gè)錐的角展度為近似70度。

在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，可通過相應(yīng)的螺紋連接94（圖11）將霧化器的陣列84固定到噴嘴帽82。這便于移除和更換霧化器的陣列中的相應(yīng)霧化器。在一個(gè)可選實(shí)施例中，陣列84中的霧化器的數(shù)目可涉及移除至少一些霧化器并用相應(yīng)的合適插塞94（圖10示出了一個(gè)示例帶插塞的出口）來塞住先前由移除的霧化器占據(jù)的出口。

在操作中，所公開的多功能燃料噴嘴的方面有效地允許在適當(dāng)裕度內(nèi)滿足nox目標(biāo)水平，且進(jìn)一步允許實(shí)際上消除對(duì)燃燒室筒體的襯里壁的水沖擊，并且這有助于改進(jìn)襯里耐久性并適當(dāng)?shù)貪M足與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的這些部件有關(guān)的預(yù)先確定的服務(wù)間隔。

盡管已以示例性形式公開了本公開的實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，在不脫離如在隨附權(quán)利要求中所闡述的本發(fā)明及其等效物的精神和范圍的情況下，能夠在其中作出許多修改、添加和刪除。