專(zhuān)利名稱(chēng)：后裝式燃料噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，尤其涉及應(yīng)用噴水的燃料噴嘴，它能和氣態(tài)及蒸餾燃料一起使用。
向燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室內(nèi)噴水是眾所周知的。例如，在美國(guó)專(zhuān)利US-2，847，825中，公開(kāi)了一種被用來(lái)在短時(shí)間內(nèi)，例如在起飛和其它緊急情況下增加飛機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)推力的噴水系統(tǒng)。
在美國(guó)專(zhuān)利US-3，021，673中，公開(kāi)了一種用于改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)加速特性的汽車(chē)燃?xì)廨啓C(jī)噴水系統(tǒng)。
在美國(guó)專(zhuān)利US-4，044，549中，公開(kāi)了一種保持低排放燃燒氣體的方法，其中將水和燃料摻混是為了形成包含燃料液點(diǎn)的水蒸汽。
在美國(guó)專(zhuān)利US-4，110，973，US-4，160，362，US-4，259，837，US-4，290，558，US-4，337，618，US-4，342，198，US-4，519，769和US-4，600，151中也公開(kāi)了為顯著減少Nox排放量而采用的噴水系統(tǒng)。
在已知的噴水系統(tǒng)中，水一般是從燃料的某個(gè)方位徑向向外噴射的，即霧化水經(jīng)燃?xì)鈬娮斓男鞴?jié)流閥輸送的。然而，經(jīng)驗(yàn)表明，由于水直接沖擊在灼熱的部件上的結(jié)果，這會(huì)在周?chē)斏w/機(jī)罩及燃燒室襯套部件內(nèi)造成極度的溫度梯度。所導(dǎo)致的熱應(yīng)力引起裂紋并大大降低了該部件的使用壽命，從而需要增加檢查頻數(shù)，保養(yǎng)和維修。
以前，用開(kāi)裂傾向小的材料取代金屬并用熱障陶瓷涂層使金屬隔熱來(lái)嘗試解決這個(gè)問(wèn)題。盡管上述二種方法對(duì)所述部件使用壽命的延長(zhǎng)有一點(diǎn)成功，然而，開(kāi)裂依舊出現(xiàn)。
本發(fā)明涉及到對(duì)傳統(tǒng)噴水技術(shù)的改進(jìn)，其中減少了Nox排放，與噴水相關(guān)的開(kāi)裂問(wèn)題也基本上消除。按照本發(fā)明，噴射的水被直接引入火焰中心，在那里，控制Nox更加有效，并且還避免了水直接沖擊在灼熱金屬上。本發(fā)明的燃料噴嘴利用對(duì)二者噴水，還提供了燃燒氣態(tài)或蒸餾燃料的可能性。
業(yè)已證明，這一構(gòu)思的初步試驗(yàn)是順利的，特別是在用氣態(tài)燃料運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水經(jīng)雙重燃料式噴嘴的燃油道噴入。結(jié)果表明Nox值已減小，襯套金屬的溫度梯度更為有利，動(dòng)力壓力范圍已保持在可以接受的程度。
按照本發(fā)明一個(gè)典型實(shí)施例，提供了一種包括供水管的燃料噴嘴管殼組件，用于自后端插入燃料噴嘴體的中央蒸餾燃料通道內(nèi)。這種布局形成了二個(gè)單獨(dú)而同軸線(xiàn)的通道，從而能使壓力水經(jīng)供水管輸送，并經(jīng)噴嘴體中心作為精細(xì)霧化了的錐形噴霧體噴入燃燒室內(nèi)。蒸餾燃料經(jīng)一側(cè)置的進(jìn)口輸入，并流經(jīng)在噴嘴體內(nèi)徑和供水管外徑之間形成的環(huán)形空間。蒸餾燃料作為包圍水錐體的錐形噴霧體被噴入燃燒室，它由于自蒸餾燃料噴霧體徑向向外引入的高壓空氣的參與而得到霧化。
在燃燒氣態(tài)燃料的情況下，在噴嘴體的上游處關(guān)閉蒸餾燃料通道，把氣態(tài)燃料經(jīng)噴嘴體內(nèi)的單獨(dú)氣態(tài)燃料通道引入燃燒區(qū)。水繼續(xù)經(jīng)蒸餾燃料通道內(nèi)的供水管?chē)娙?，再?lài)娙牖鹧嬷行摹?br> 在本發(fā)明的這一典型實(shí)施例中，供水管具有一條自后部開(kāi)口端延伸到前開(kāi)口端的直通內(nèi)通道。一安裝接頭固定在管子外部靠近后端處，用于把管殼組件安裝在燃料噴嘴體的后端內(nèi)。在所述管的后端也固定一管接頭，用于跟供水源連接。
管殼的前端裝有一個(gè)內(nèi)水旋流器和一個(gè)外蒸餾燃料旋流器，燃料噴嘴件的前端裝有一個(gè)空氣旋流器，這樣，在燃料噴嘴尖端部，外圓錐形空氣噴霧體、中間蒸餾燃料噴霧體和內(nèi)錐形水噴霧體組合在一起，以便在燃燒瞬間形成一種均勻的混合物。
因此，按照本發(fā)明一個(gè)廣泛的觀點(diǎn)，提供了一種用于在壓力下將水供給燃料噴嘴的管殼，它包括一個(gè)在其前端有一排出孔，在其后端有一接頭以及用于把管殼在靠近后端處固定燃料噴嘴體內(nèi)的安裝件的細(xì)長(zhǎng)管件。
按照本發(fā)明的另一個(gè)廣泛而相關(guān)的觀點(diǎn)，提供了一燃?xì)廨啓C(jī)的燃料噴嘴，它包括一個(gè)在其前端具有氣態(tài)燃料和蒸餾燃料排出孔的燃料噴嘴體，一個(gè)在其前端具有排水孔管形供水管殼組件，該細(xì)長(zhǎng)的管形供水管殼同軸線(xiàn)地安裝在噴嘴體的蒸餾燃料通道內(nèi)，因此該排水孔在徑向方向上處于氣態(tài)燃料和蒸餾燃料排出孔內(nèi)。
按照本發(fā)明的再一個(gè)有關(guān)的廣泛觀點(diǎn)，一種用于減少Nox排放量并消除燃?xì)廨啓C(jī)燃燒部件內(nèi)應(yīng)力開(kāi)裂的方法，包括下列步驟a.將燃料作為第一錐形噴霧體噴入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室內(nèi);
b.將水作為在所述第一錐形噴霧物的徑向向內(nèi)位置上的經(jīng)精細(xì)霧化了的第二錐形噴霧物噴入燃燒室內(nèi)，以避免水直接沖擊在所述燃燒室內(nèi)灼熱的金屬表面上。
根據(jù)隨后的關(guān)于本發(fā)明的敘述，本發(fā)明另外的目的和優(yōu)點(diǎn)便會(huì)變得明顯。


圖1為帶有按本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例裝于其內(nèi)的后裝式管殼組件的燃料噴嘴體橫剖視圖;
圖2為自圖1的燃料噴嘴體上拆出來(lái)的后裝式管殼組件的部分橫剖視圖;
圖3為圖1所示的燃料噴嘴體的后裝式管殼組件的后視圖;
圖4為圖1所示的噴嘴體前端部的放大視圖;
圖5為在圖1所示的燃料噴嘴體上應(yīng)用的空氣旋流器部件的放大橫剖視圖;
圖6為圖5所示的空氣旋流器的正視圖;
圖7為裝于圖2所示的所述管殼組件前端的蒸餾式燃料離心式噴嘴放大側(cè)視圖;
圖8為圖7所示的蒸餾式燃料離心式噴嘴的正視圖;
圖9為應(yīng)用于圖2所示的管殼組件前端的水旋流器的放大軸測(cè)圖;
圖10為圖9所示的水旋流器側(cè)視圖;
圖11為圖9所示的水旋流器后視圖;
圖12為圖9所示的水旋流器前視圖;
參照?qǐng)D1，按照本發(fā)明的燃料噴嘴體鑄件10，具有一個(gè)用于連接燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室外殼組件12A(以虛線(xiàn)部分表示出)的整體安裝突緣12。燃料噴嘴體10被設(shè)計(jì)成用于既能燃燒氣體，也能燃燒蒸餾燃料。為此，燃料噴嘴體10設(shè)有帶內(nèi)通道14，它包括進(jìn)口端16和出口端18，用于將氣態(tài)燃料輸送到燃燒器燃燒區(qū)20內(nèi)。
在燃料噴嘴體10內(nèi)設(shè)有第二通道22，它包括進(jìn)口端24和出口端26，用于將空氣輸送到燃燒器燃燒區(qū)20內(nèi)。
在燃料噴嘴體10內(nèi)同軸線(xiàn)配置有第三通道28，它自后部進(jìn)口端30延伸到前部出口端32，用于將餾出燃料，即燃油輸送到燃燒區(qū)20內(nèi)。
安裝在燃料噴嘴體10前端上的是噴嘴組件34，它包括一個(gè)外部氣體噴嘴36，一個(gè)中間空氣錐形漏斗38和一個(gè)內(nèi)部空氣旋流器40，噴嘴組件34可借助于螺紋固定在噴嘴體10上，下面將要詳細(xì)說(shuō)明。
現(xiàn)在詳細(xì)參照?qǐng)D1和4，氣體噴嘴36包括一錐部42，一后安裝部44及一個(gè)設(shè)有多個(gè)沿前端中央孔口46分布的斜壁孔48的前端46。外殼50借助于多個(gè)斜翼或肋52固定于錐部42，從而形成通道54，后者用于把來(lái)自壓氣機(jī)的附加空氣形成旋流并引入燃燒區(qū)20，下面將詳細(xì)敘述。
氣體噴嘴36的后安裝部44制有外螺紋，用于跟在噴嘴體10徑向最外部56上制出的內(nèi)螺紋相嚙合。
中間空氣噴嘴38設(shè)有中央孔58′的前端58，錐部60，正好在錐部60后的圓柱部62及后安裝部64。后安裝部64具有外螺紋，用于跟在噴嘴體10的徑向中間部66上制出的內(nèi)螺紋相嚙合。
內(nèi)空氣旋流器40，詳細(xì)示于圖5和6，制成具有中央擴(kuò)大孔68′與自錐部向后延伸至后安裝部72的一般圓柱形臺(tái)階部70。后者設(shè)有外螺紋，用于跟在噴嘴體10的徑向最內(nèi)部74上制出的內(nèi)螺紋相嚙合。
從上面的敘述，尤其是從圖1和4中會(huì)明白，氣體噴嘴36和中間空氣噴嘴38相嚙合，形成跟氣體通道14直接連通的氣體通道76。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)處于氣態(tài)燃料燃燒工況時(shí)，氣體流經(jīng)通道14流入通道76，并從壁孔48排出，由環(huán)50引入燃燒區(qū)20。
同時(shí)，中間空氣噴嘴38和內(nèi)空氣旋流器40相組合，形成跟噴嘴體10內(nèi)的空氣通道直接連通的通道78?？諝饬鹘?jīng)通道22流入通道78并從空氣噴嘴38的孔口58′和蒸餾噴嘴40的前錐部68形成的小孔80排出。
正如在圖6中清楚看到的，空氣旋流器40在其外圓周表面上設(shè)有多條斜槽82，它使空氣在從小孔80排出之前流經(jīng)通道78以產(chǎn)生旋流。
空氣旋流器40也設(shè)有內(nèi)孔84，它自開(kāi)口后端86延伸到前部小徑孔口68′?？?4構(gòu)成用于蒸餾燃料的第三通道28延伸部分，這樣，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)處于蒸餾燃料燃燒工況時(shí)，餾出燃料自蒸餾燃料進(jìn)口28′流經(jīng)通道28，在端部86處進(jìn)入孔84，并于孔口68′處排出。
按照上面的敘述，會(huì)進(jìn)一步明白，在將噴嘴組件34連接到噴嘴體10的過(guò)程中，首先用螺紋連接空氣旋流器40，接著連接中間空氣噴嘴38，然后連接氣體噴嘴36。在連接氣體噴嘴36時(shí)，其前端的徑向向內(nèi)定向凸緣88跟空氣噴嘴38上形成的環(huán)形凸肩90接合，將空氣噴嘴鎖定在適當(dāng)位置上。同時(shí)，將鎖板92撐在氣體噴嘴36和噴嘴體10的徑向最外部60之間，將氣體噴嘴鎖定在適當(dāng)位置上。
和本發(fā)明的典型實(shí)施例進(jìn)一步相一致，后裝式管殼組件94從噴嘴體10的后面插在蒸餾通道28內(nèi)。
詳細(xì)參照?qǐng)D1，2和4，所述座組件94包括一細(xì)長(zhǎng)的管件或供水管96，它具有自后部開(kāi)口端100延伸至前部開(kāi)口端102的內(nèi)部直通通道98。安裝接頭100借助于任何適當(dāng)?shù)氖侄?，最好是焊接在鄰近于后?00固定于管96的外部。接頭104制有前螺紋部106，中間密封凸緣108(適于跟密封墊108′配合)和后端110。管接頭112固定于管96的后端100，以便連接于供水管(未示出)。
管96的前端102在其外表面114上制有螺紋，以安裝蒸餾燃料旋流器116，可以沿其后端緣117周?chē)鷮⑺赣谶m當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ趫D2，4，7和8中清楚看出，蒸餾旋流器116是一種普通的管件，它具有自開(kāi)口后端118沿旋流器的主要長(zhǎng)度部分延伸的內(nèi)螺紋(見(jiàn)圖2和4)。旋流器的前端120是錐形的，以122表示，終止于排出孔124。蒸餾旋流器116在其外表面上靠近內(nèi)螺紋的最前部分具有擴(kuò)展的環(huán)形凸緣或環(huán)130，其上開(kāi)有多條斜溝槽132，用于使蒸餾燃料產(chǎn)生渦旋，下面會(huì)詳細(xì)敘述。就在環(huán)式凸緣130的前頭，在旋流器116的普通圓柱部分134上制有多個(gè)沿圓周分布的平臺(tái)136，它為渦旋著的蒸餾燃料創(chuàng)造了額外的空間。
蒸餾旋流器116錐部122的外表面和內(nèi)蒸餾噴嘴40的內(nèi)錐表面組合，形成蒸餾燃料的環(huán)形排出孔138。
水旋流器140用螺紋安裝于蒸餾燃料旋流器116內(nèi)。在圖2、4和9-12中，可清楚地看出，水旋流器140包括普通圓柱形實(shí)心主體部分142，前錐面144和具有外螺紋148的徑向擴(kuò)展的安裝部分146。
在實(shí)心的主體部分外軸向延伸的前錐面144上制有多條成角度定向的旋流槽150(在圖9和10中僅表示其中的一條，但在圖12中表示了它們?nèi)?，如下面詳細(xì)所述。用于使流經(jīng)管94的水產(chǎn)生旋流。在水旋流器內(nèi)制有軸向的螺旋推進(jìn)器槽152，能使旋流器用螺紋固定在蒸餾燃料旋流器116的前端內(nèi)。
安裝就位后，在圖4中可清楚看到，水旋流器的前錐面144和蒸餾燃料旋流器116的錐部122的內(nèi)錐面相接合，這樣渦旋槽150和錐部122的內(nèi)錐面相組合，形成多條沿圓周封密通道。同時(shí)，在錐面144和徑向擴(kuò)展的安裝部148之間形成了環(huán)形空間154。結(jié)果，流經(jīng)管112的水必須流過(guò)槽152，環(huán)形空間154和渦旋槽152以便自孔124排出。
水旋流器140可用螺紋固定在蒸餾燃料旋流器116內(nèi)，后者然后用螺紋固定于管94的前端102，這樣管的前端102支撐著水旋流器140的后端。
為把供水管殼94組裝到燃料噴嘴體10上，管94自噴嘴體的后端插入其內(nèi)，使安裝接頭104的前螺紋部106跟在通道28的階梯鏜孔部分上，制出的內(nèi)螺紋156相嚙合。在管殼組件的前端，蒸餾燃料旋流器116的徑向擴(kuò)展環(huán)130跟蒸餾噴嘴40的內(nèi)表面相接合，從而為管殼組件在噴嘴體10的前端處提供支承。
在使用中，正如上面已闡明的，噴嘴體10和管殼組件94既可用于氣態(tài)燃料燃燒工況中，也可用于蒸餾燃料燃燒工況中。
在燃燒氣態(tài)燃料時(shí)，在進(jìn)口28′的上游處切斷蒸餾燃料供應(yīng)，把氣態(tài)燃料經(jīng)進(jìn)口16和通道14引進(jìn)噴嘴體10內(nèi)。氣態(tài)燃料流經(jīng)錐形氣體通道76，當(dāng)它經(jīng)斜孔48排出時(shí)，便產(chǎn)生錐形噴霧的旋流。同時(shí)，在壓力下將空氣經(jīng)進(jìn)口24和通道22引入噴嘴體。然而空氣流經(jīng)通道78，當(dāng)它經(jīng)小孔80排出之前流經(jīng)斜槽82時(shí)，也產(chǎn)生錐形旋流。同時(shí)，來(lái)自壓氣機(jī)的額外空氣流經(jīng)由環(huán)54和氣體噴嘴38的錐部42確定的通道54，借助于翼或肋52產(chǎn)生渦旋。
與此同時(shí)，在壓力下將水經(jīng)進(jìn)口100和通道28引入管96內(nèi)。水經(jīng)槽152流入水旋流器140內(nèi)，經(jīng)產(chǎn)生渦旋的斜溝槽150進(jìn)入環(huán)形空間154。水經(jīng)小孔124排出，在那里它被經(jīng)小孔80排出的空氣所霧化，然后引入火焰中心，在那里它與燃料及空氣混合，從而在燃燒區(qū)20內(nèi)形成一種均勻燃料/空氣/水混合物。
在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)燃燒蒸餾燃料的情況下，在進(jìn)口16的上游處切斷氣態(tài)燃料供應(yīng)，蒸餾燃料經(jīng)進(jìn)口28′和通道28引入噴嘴體10。蒸餾燃料在經(jīng)小孔138排出之間流過(guò)斜槽132時(shí)，便形成渦旋，在燃燒區(qū)20內(nèi)它在經(jīng)小孔138排出處與空氣及水混合(如上所述)。
也會(huì)理解，既能燃燒氣態(tài)燃料，也可燃燒蒸餾燃料的燃料噴嘴體的上述后裝式管殼組件，由于將水直接噴入火焰中心會(huì)減少Nox排放量。同時(shí)，這種安排避免了水直接沖擊于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的灼熱金屬部件上，因此各燃燒部件由于應(yīng)力引起的潛在開(kāi)裂危險(xiǎn)就被減至最小程度或被消除。
盡管跟目前認(rèn)為是最實(shí)際和優(yōu)先的實(shí)施例一起敘述了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明并不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，正相反，本發(fā)明要覆蓋包含在內(nèi)所附權(quán)利要求書(shū)的精神與范圍內(nèi)的各種變型和等同物。
權(quán)利要求
1.一種用于減少燃?xì)廨啓C(jī)中Nox排放量并消除燃燒部件內(nèi)應(yīng)力開(kāi)裂的方法，包括以下步驟a.將燃料作為基本錐形噴霧狀物噴入所述燃燒室內(nèi)；b.將水作為在所述第一錐形噴霧狀物的徑向向內(nèi)位置上的經(jīng)精細(xì)霧化了的第二錐形噴霧狀物噴入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室內(nèi)，以避免水直接沖擊在所述燃燒室內(nèi)灼熱的金屬表面上。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述燃料為蒸餾燃料。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述燃料為氣態(tài)燃料。
4.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(b)是通過(guò)把供水管殼裝入燃料噴嘴體的后端以便在所述噴嘴體的中心部位形成同心的外燃料通道和內(nèi)水通道來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
5.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于步驟(b)進(jìn)一步通過(guò)將所述供水管殼的排出孔和所述燃料噴嘴體的排出孔配置成同軸線(xiàn)并軸向相鄰來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
6.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于壓力完全是作為橫撞第一和第二錐形噴霧狀物的第三錐形噴霧狀物噴入燃燒室的。
7.一種用于在壓力下將水輸送到燃料噴嘴孔的管殼，其特征在于包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)管件，在其前端具有一個(gè)排出孔，在其后端有一個(gè)接頭，在鄰近后端有一個(gè)用于將管殼在鄰近后端固定于燃料噴嘴體內(nèi)的安裝件。
8.一種如權(quán)利要求7所限定的管殼，其特征在于在所述細(xì)長(zhǎng)管件的靠近前端的外表面上裝有燃料旋流器，所述燃料旋流器具有當(dāng)裝于燃料噴嘴體內(nèi)時(shí)，用于嚙合燃料噴嘴頭組件內(nèi)表面的表面裝置。
9.一種如權(quán)利要求8所限定的管殼，其特征在于在所述燃料旋流器內(nèi)裝有一個(gè)和其軸向和徑向?qū)χ械乃髌鳌?br> 10.一種如權(quán)利要求7所限定的管殼，其特征在于所述細(xì)長(zhǎng)管件具有一個(gè)管件，管體具有第一直徑，所述排出孔具有比第一直徑小的第二直徑。
全文摘要
一種后裝式燃料噴嘴管殼組件，用于能用氣態(tài)或蒸餾燃料的噴嘴。管殼組件包括一具有自后部開(kāi)口端延伸到前部開(kāi)口端的直通內(nèi)通道的細(xì)長(zhǎng)供水管。一安裝接頭固定于該管的外部靠近其后端處，用于將管殼組件安裝在燃料噴嘴體的后端內(nèi)，管殼的前端裝有內(nèi)水旋流器和外蒸餾燃料旋流器，而在燃料噴嘴體的前端裝有空氣旋流器，這樣，在燃料噴嘴尖端部，外錐形空氣噴霧體，中間蒸餾或氣態(tài)燃料噴霧體與內(nèi)錐形水噴霧體組合，在燃燒瞬間形成均勻混合物。
文檔編號(hào)F23L7/00GK1056150SQ9110276
公開(kāi)日1991年11月13日 申請(qǐng)日期1991年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月1日
發(fā)明者邁克爾·B·肖凱蒂 申請(qǐng)人:通用電氣公司