專利名稱：用于保護(hù)噴嘴免于保持火焰或逆燃事故的多管式熱熔斷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及渦輪機(jī)燃燒系統(tǒng)的領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種用于
保護(hù)多管式噴嘴的火焰抑制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
—般說來，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料/空氣混合物，其釋放熱能以形成高溫氣流。 高溫氣流通過熱的氣道而被引導(dǎo)至渦輪中。渦輪將來自高溫氣流的熱能轉(zhuǎn)換成使渦輪軸旋 轉(zhuǎn)的機(jī)械能。軸可用于各種應(yīng)用，例如用于將功率提供給泵或發(fā)電機(jī)。 在燃?xì)鉁u輪中，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率隨著燃燒氣流的溫度增加而增加。不幸的是，更高的 氣流溫度產(chǎn)生更高水平的氮氧化物(N0X)和排放，其受到聯(lián)邦及州政府規(guī)章的限制。因此， 在有效范圍內(nèi)操作燃?xì)鉁u輪，同時(shí)確保N0y的輸出仍保持在所要求的水平之下，其之間存在 謹(jǐn)慎的平衡法規(guī)。 通過確保燃料和空氣達(dá)到非常良好的混合，并燃燒稀薄的混合物，從而可獲得低 的N0"K平。各種技術(shù)可用于確保恰當(dāng)?shù)幕旌?，例如干式低NOJDLN)燃燒器，包括貧油預(yù)混 合式燃燒器和貧油直噴式燃燒器。在采用貧油預(yù)混合式燃燒器的渦輪中，燃料在被允許進(jìn) 入反應(yīng)區(qū)域或燃燒區(qū)域中之前在預(yù)混合裝置中與空氣進(jìn)行預(yù)混合。預(yù)混合降低了峰值燃燒 溫度，結(jié)果還還減少了 N0x輸出。然而，根據(jù)所采用的具體燃料，預(yù)混合可能在預(yù)混合裝置 中造成自燃、逆燃和/或保持火焰。如人們想象得那樣，在預(yù)混合裝置中發(fā)生自燃、逆燃和/ 或保持火焰的情況可能損壞機(jī)器構(gòu)件。這種情況至少會(huì)影響燃燒系統(tǒng)的排放以及性能，并 可能導(dǎo)致設(shè)備的老化或破壞。 因而，所需要的是用于解決與預(yù)混合裝置中的自燃、逆燃和/或保持火焰相關(guān)問 題的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)混合裝置的保護(hù)系統(tǒng)， 其包括主體，所述主體具有入口部分、出口部分和外壁，其共同建立了至少一個(gè)燃料輸送 增壓室；多個(gè)燃料混合管道，其延伸通過所述至少一個(gè)燃料輸送增壓室的至少一部分，所述 多個(gè)燃料混合管道各包括至少一個(gè)燃料進(jìn)料口 ，其流通地連接在所述至少一個(gè)燃料輸送增 壓室上；至少一個(gè)熱熔斷器，其設(shè)置在至少一個(gè)管道的外表面上，所述至少一個(gè)熱熔斷器包 括當(dāng)所述至少一個(gè)管道中發(fā)生燃料點(diǎn)火時(shí)將熔化的材料，并造成燃料從燃料進(jìn)料口轉(zhuǎn)向到 至少一個(gè)旁路開口中。 在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于將燃料輸送至燃燒器中的預(yù)混合裝置的 制造方法，其包括選擇一種預(yù)混合裝置，其包括主體，所述主體具有入口部分、出口部分和 外壁，其共同建立了至少一個(gè)燃料輸送增壓室；和多個(gè)燃料混合管道，其延伸通過所述至少 一個(gè)燃料輸送增壓室的至少一部分，所述多個(gè)燃料混合管道各包括至少一個(gè)燃料進(jìn)料口 ， 其流通地連接在所述至少一個(gè)燃料輸送增壓室上；選擇一種熔斷材料，用于將至少一個(gè)熱熔斷器安裝到所述預(yù)混合裝置中；并將至少一個(gè)熱熔斷器設(shè)置在所述預(yù)混合裝置的至少一 個(gè)管道的外表面上。 在又一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括至少一個(gè)燃料源；至少 一個(gè)燃燒空氣源；一種用于使燃料和燃燒空氣混合的裝置，所述裝置包括主體，其具有入口 部分、出口部分和外壁，其共同建立了至少一個(gè)燃料輸送增壓室；和多個(gè)燃料混合管道，其 延伸通過所述至少一個(gè)燃料輸送增壓室的至少一部分，所述多個(gè)燃料混合管道各包括至少 一個(gè)燃料進(jìn)料口 ，其流通地連接在所述至少一個(gè)燃料輸送增壓室上；至少一個(gè)熱熔斷器，其 設(shè)置在至少一個(gè)管道的外表面上，所述至少一個(gè)熱熔斷器包括當(dāng)所述至少一個(gè)管道中發(fā)生 燃料點(diǎn)火時(shí)將熔化的材料，并造成燃料從燃料進(jìn)料口轉(zhuǎn)向到至少一個(gè)旁路開口中。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例而構(gòu)造的包括燃料進(jìn)料噴嘴的示例性的
燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的橫截面?zhèn)纫晥D； 圖2是圖1中所描繪的噴嘴的側(cè)視圖； 圖3是圖2噴嘴的橫截面?zhèn)纫晥D； 圖4是噴嘴出口部分的橫截面透視圖，并描繪了燃料輸送口 ； 圖5是噴嘴另一實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D，并且描繪了包括保持火焰事故和逆燃等 操作異常情況； 圖6是圖5中所描繪的熱熔斷器添加了噴嘴的局部橫截面?zhèn)纫晥D，并且進(jìn)一步顯 示了熱熔斷器作為熱保護(hù)系統(tǒng)的操作方面的情況；
圖7-13描繪了熱熔斷器的其它實(shí)施例。
部件列表 2發(fā)動(dòng)機(jī)；4壓縮機(jī)；8燃燒器組件；10燃燒器組件壁；12燃燒室；14預(yù)混合裝置 /噴嘴；18燃料入口 ；30渦輪；34壓縮機(jī)/渦輪軸；44主體；45外壁；48第一流體入口 ；52 出口部分；60管道；46入口部分；74第一流體輸送增壓室；76第二流體輸送增壓室；78第
三流體輸送增壓室；80安裝法蘭；88第一段或入口端段；89第二段或出口端段；90中間段； 93角度部分；103第一流體輸送口 ；104第二流體輸送口 ；105第三流體輸送口 ；160管道； 145外壁；174第一流體輸送增壓室；176第二流體輸送增壓室；152出口部分；146入口部 分；190伸長的中間段；181第一安裝法蘭；182第二安裝法蘭；171燃燒異常；161燃料通 道；203第一燃料輸送口 ；204第二流體輸送口 ；205第三流體輸送口 (旁路開口) ；201熔斷 器；211共享的熱熔斷器；212單獨(dú)的熱熔斷器。
具體實(shí)施例方式
本文公開了用于在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的多管式進(jìn)料噴射器中提供保持火焰和逆燃的保 護(hù)的方法和裝置。為了提供用于本文教導(dǎo)的背景，在圖1至圖4中提供了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示 例性實(shí)施例和多管式進(jìn)料噴射器的示例性實(shí)施例的方面。 圖1是示例性的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)2的示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)2包括壓縮機(jī)4和燃燒器組 件8。燃燒器組件8包括燃燒器組件壁10，其至少部分地限定了燃燒室12。至少一個(gè)預(yù)混 合裝置或噴嘴14延伸通過燃燒器組件壁10并通向到燃燒室12中。如以下將更完整論述的那樣，噴嘴14通過燃料進(jìn)口 18接收第一流體或燃料，并從壓縮機(jī)4接收第二流體或壓縮 空氣。燃料和壓縮空氣被混合，傳送到燃燒室12中，并點(diǎn)火以形成高溫、高壓的燃燒產(chǎn)物或 空氣流。雖然在示例性實(shí)施例中只顯示了單個(gè)燃燒器組件8，但發(fā)動(dòng)機(jī)2可包括多個(gè)燃燒器 組件8?？傊?，發(fā)動(dòng)機(jī)2還包括渦輪30和壓縮機(jī)/渦輪軸34(有時(shí)稱為轉(zhuǎn)子)。根據(jù)本領(lǐng) 域中已知的方式，渦輪30聯(lián)接并驅(qū)動(dòng)軸34，從而驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)4。 在操作中，空氣流入壓縮機(jī)4中，并被壓縮成高壓氣體。高壓氣體供應(yīng)給燃燒器組 件8，并在噴嘴14中與燃料，例如工藝氣體和/或合成氣體混合。燃料/空氣或可燃混合物 被傳送到燃燒室12中，并點(diǎn)火形成高壓、高溫的燃燒氣流。備選地，燃燒器組件8可燃燒燃 料，其包括，但不局限于，天然氣和/或燃料油。總之，燃燒器組件8將燃燒氣流弓I導(dǎo)至渦輪 30中，其將熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)能。 現(xiàn)在將參照圖2-4描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例構(gòu)造而成的噴嘴14。如圖所 示，噴嘴14包括主體44，其具有外壁45，外壁限定了入口部分46和出口部分52，入口部分 包括第一流體入口 48，可燃混合物經(jīng)由出口部分52傳送到燃燒室12中。噴嘴14還包括多 個(gè)流體輸送或混合管道以及多個(gè)流體輸送增壓室74， 76和78，其中一個(gè)流體輸送或混合管 道被標(biāo)為60，其在入口部分46和出口部分52之間延伸，流體輸送增壓室74， 76和78選擇 性地將第一流體和或其它物質(zhì)輸送至輸送管60中，如以下將更完整地論述的那樣。在所示 的示例性實(shí)施例中，增壓室74限定了設(shè)置在出口部分52附近的第一增壓室，增壓室76限 定了設(shè)置在噴嘴14中心的中間增壓室，并且增壓室78限定了設(shè)置在入口部分46附近的第 三增壓室。最后，圖中顯示噴嘴14包括安裝法蘭80。采用安裝法蘭80是為了將噴嘴14固 定在燃燒器組件壁10上。 管道60提供了用于將第二流體和可燃混合物輸送到燃燒室12中的通道。應(yīng)該懂 得，每個(gè)管道可提供不止一個(gè)通道，其中各個(gè)管道60根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)2的操作要求可形成各種 角度(圖2和圖3)。當(dāng)然管道60還可如圖4中所示形成不帶角度的段。如以下清晰可見， 各個(gè)管道60構(gòu)造成可確保第一和第二流體在被引入到燃燒室12中之前進(jìn)行恰當(dāng)?shù)幕旌稀?為此，各個(gè)管道60包括設(shè)于入口部分46處的第一或入口端段88、設(shè)于出口部分52處的第 二或出口端段89和中間段90。 根據(jù)圖中所示的示例性實(shí)施例，管道60包括通常圓形的橫截面，具有基于增強(qiáng)性 能和可制造性而確定尺寸的直徑。如以下將更完整地論述的那樣，管道60的直徑可沿著管 道60的長度而變化。根據(jù)一個(gè)示例，管道60形成為具有大約2. 5mm至大約22mm或更大的 直徑。管道60還包括大約十(10)倍于其直徑的長度。當(dāng)然，具體的直徑和長度關(guān)系可根 據(jù)為發(fā)動(dòng)機(jī)2選擇的具體應(yīng)用而變化。根據(jù)圖中所示的實(shí)施例，中間段90，如圖2和圖3中 所示，包括角度部分93，使得入口端段88沿著相對于出口端段89有所偏離的軸線延伸。角 度部分93通過在管道60中產(chǎn)生二次流動(dòng)而促進(jìn)了第一和第二流體的混合。除了促進(jìn)混合 之外，角度部分93還產(chǎn)生了用于增壓室74， 76和78的空間。當(dāng)然根據(jù)結(jié)構(gòu)和/或操作要 求，管道60可成形為不帶角度部分93，如圖4中所示，其中第一流體入口 48定位在側(cè)部分 上或相似處。 根據(jù)圖1-4中所示的示例性實(shí)施例，各個(gè)管道60包括設(shè)置在出口端段89附近并 流通地連接在第一增壓室74上的第一流體輸送口 103、沿著中間段90設(shè)置并流通地連接 在第二增壓室76上的第二流體輸送口 104、以及第三流體輸送口 105，其設(shè)置成與入口端段88充分地間隔開，并位于第一和第二流體輸送口 103和104的上游。第三流體輸送口 105 流通地連接在第三增壓室78上。流體輸送口 103-105可根據(jù)采用發(fā)動(dòng)機(jī)2的具體應(yīng)用而 以各種角度形成。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性方面，采用了淺角，以容許燃料幫助空氣流過管 道60，并減少通過管道60的壓力降。另外，淺角減少了由于燃料噴射而造成的空氣流動(dòng)中 的任何潛在的干擾。根據(jù)另一示例性方面，管道60形成為具有減小的直徑，其在例如第一 流體輸送口 103處產(chǎn)生了更高速流動(dòng)的區(qū)域，從而降低保持火焰的可能性。然后在下游增 加直徑以提供壓力恢復(fù)。利用這種布置，第一流體輸送口 104可實(shí)現(xiàn)可燃混合物的凹式貧 油直接噴射，第二流體輸送口 103可實(shí)現(xiàn)部分預(yù)混合的可燃混合物的噴射，并且第三流體 輸送口 105可使完全預(yù)混合的可燃混合物輸送到燃燒室12中。 更具體地說，第一流體輸送口 103可使第一流體或燃料引入到管道60中，其已經(jīng) 包含了第二流體或空氣流。第一流體輸送口 103的特定位置確保了第一流體與第二流體在 進(jìn)入燃燒室12中之前進(jìn)行混合。通過這種方式，燃料和空氣基本保持未混合，直至進(jìn)入燃 燒室12中。第二流體輸送口 104可使第一流體在與出口端段89間隔開的點(diǎn)上引入到第二 流體中。通過使第二流體輸送口 104與出口端段89間隔開，容許燃料和空氣在被引入到燃 燒室12中之前進(jìn)行部分地混合。最后，第三流體輸送口 105與出口端段89充分地間隔開， 并優(yōu)選位于角度部分93的上游，從而使第一流體和第二流體在被引入到燃燒室12中之前 進(jìn)行了基本上完全的預(yù)混合。當(dāng)燃料和空氣沿著管道60移動(dòng)時(shí)，角度部分93產(chǎn)生了有助 于混合的渦流作用。在以各種角度形成流體輸送口 103-105之外，還可在各個(gè)管道60上增 加突出物，其引導(dǎo)流體離開管壁(沒有單獨(dú)標(biāo)出)。突出物可與相應(yīng)的流體輸送口 103-105 相同的角度或者不同的角度形成，以便調(diào)整進(jìn)入的流體的噴射角度。 利用這種整體布置，燃料可選擇性地被輸送通過第一流體入口 48并進(jìn)入一個(gè)或 多個(gè)增壓室74， 76和78中，并在沿著管道60的不同點(diǎn)上與空氣混合，用于調(diào)整燃料/空氣 混合物，并調(diào)節(jié)環(huán)境或操作條件中的差異。也就是說，完全混合的燃料/空氣會(huì)產(chǎn)生比部分 混合或未混合的燃料/空氣更低的N0X水平。然而，在冷起動(dòng)和/或停機(jī)的條件下，優(yōu)選更 濃厚(richer)的混合物。因而，本發(fā)明的示例性實(shí)施例有利地通過選擇性地控制燃料/空 氣混合物以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)2的各種操作條件或環(huán)境條件而提供了對燃燒副產(chǎn)品的更大的控 制。 除了選擇性地引入燃料之外，還可將其它物質(zhì)或稀釋劑引入到燃料/空氣混合物 中，以調(diào)整燃燒特征。也就是說，雖然典型地將燃料引入第三增壓室78中，但是可將稀釋劑 引入到例如第二增壓室76中，并在被引入到燃燒室12之前使其與燃料和空氣相混合。上 述布置的另一好處是增壓室74， 76和78中的燃料或其它物質(zhì)將使通過管道60的燃料/空 氣混合物冷卻，熄滅火焰并因而提供更好的保持火焰的能力?？傊?，雖然多個(gè)增壓室和輸送 口具有明顯的好處，但是應(yīng)該懂得，噴嘴14可形成為帶有單個(gè)燃料輸送口 ，其流通地連接 在單個(gè)燃料增壓室上，增壓室有策略地定位，以促進(jìn)有效的燃燒，從而適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)2的各種 應(yīng)用。 現(xiàn)在就噴嘴14的熱保護(hù)而言，在一些情況下，在操作期間可能發(fā)生保持火焰事故 或逆燃事故。也就是說，一些問題，例如燃料不一致(即引入了有限數(shù)量的低閃點(diǎn)燃料)、火 花點(diǎn)火和其它問題可能造成燃料和空氣的混合物在被噴射到燃燒室12中之前就在管道60 中點(diǎn)燃(即操作異常，廣義上被稱為"事故")。因此，提供了噴嘴14的熱保護(hù)的各種實(shí)施
6例。 總地說來，這里將熱保護(hù)描述為當(dāng)發(fā)生保持火焰事故或逆燃事故時(shí)，就會(huì)激勵(lì) (即熔化)特征，例如熱熔斷器，并限制對噴嘴其余部分造成進(jìn)一步的損傷。進(jìn)一步的損傷
通過使燃料旁路繞過問題區(qū)域而受到限制，并容許一定水平的可延續(xù)操作性，直至可修理
或更換噴嘴14時(shí)為止。 首先，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到前述圖1-4的示例性實(shí)施例僅僅是發(fā)動(dòng)機(jī)2、噴嘴14和各個(gè)相關(guān) 方面的舉例說明。因此，這里提供的保護(hù)方案并不局限于圖6-13中所顯示的實(shí)施例。
現(xiàn)在參看圖5，其顯示了噴嘴14的另一實(shí)施例的一個(gè)示例。在這個(gè)實(shí)施例中，噴嘴 14包括多個(gè)管道160，其用于將空氣經(jīng)由出口部分152輸送到燃燒室12中。所述多個(gè)管道 160由燃料增壓室的外壁145界定邊界，并包括伸長的中間段190。在多個(gè)管道160之間是 燃料增壓空間161。集成于外部燃料增壓室壁145上，并軸向沿著噴嘴14的長度而定位的 是第一安裝法蘭181和第二安裝法蘭182。通常，第一安裝法蘭181和第二安裝法蘭182提 供了噴嘴14的牢固安裝。噴嘴14包括入口部分146。噴嘴包括第一流體輸送增壓室174 和第二流體輸送增壓室176。 通常，空氣通過入口部分146而被引入到多個(gè)管道160中。燃料從燃料增壓空間 161通過各種燃料進(jìn)料口 (圖6-13中所示)而進(jìn)入多個(gè)管道160中。在圖5中，顯示了兩 個(gè)事故171。這些包括位于一個(gè)管道160的中間部分的保持火焰事故171，和位于另一管道 160中的逆燃事故171 (來自燃燒室12)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，這些事故171的示例僅僅是事故171 的兩種形式的舉例說明。不管形式如何，都需要盡可能快地?fù)錅邕@種事故171以保護(hù)噴嘴 14，防止燃料供給的提前點(diǎn)燃或?yàn)?zāi)難性的點(diǎn)燃，并限制不良的燃燒情況。
改變噴嘴14的長度L為設(shè)計(jì)師提供了控制燃料混合和燃燒方面的機(jī)會(huì)。因此，設(shè) 計(jì)師可能偏愛具備"貧油直接噴射"(LDI)和"預(yù)混合直接噴射"(PDI)以及其它噴射形式 的實(shí)施例，在LDI實(shí)施例中，相當(dāng)大量的燃料被噴射到多個(gè)管道160中的出口部分152或其 附近，在PDI實(shí)施例中，相當(dāng)大量的燃料被噴射到多個(gè)管道160中的出口部分152的上游， 導(dǎo)致燃料和空氣的完全且充分的混合。 在論述圖6-13之前，首先考慮用于噴嘴14的熱保護(hù)的總體方面?？偟卣f來，噴嘴 14包括采用熱熔斷器形式的熱保護(hù)特征和至少一個(gè)旁路開口。在正常操作中，燃料增壓空 間161中的燃料通過至少一個(gè)燃料進(jìn)料口 (即位于管道160側(cè)的開口 )而進(jìn)入各個(gè)管道 160中。至少一個(gè)熱熔斷器定位在燃料進(jìn)料口的下游。通常，至少一個(gè)旁路開口定位在所述 至少一個(gè)熱熔斷器的附近、相鄰、之后或定位成一些相似的關(guān)系。當(dāng)事故171開始時(shí)，發(fā)生 熱熔斷器的熔化(也被稱為"激勵(lì)")。結(jié)果，噴嘴14中的燃料流量發(fā)生變化。也就是說， 相當(dāng)部分的燃料將通過至少一個(gè)燃料進(jìn)料口，通?？缭綗崛蹟嗥髦暗奈恢?在熔化之前 被熱熔斷器阻塞的位置)，并通過至少一個(gè)旁路開口離開。注意在圖6-13中所提供的圖例 中，燃料和空氣通常在被描繪為X的方向上流動(dòng)。圖6中顯示了熱保護(hù)特征的第一實(shí)施例。
圖6描繪了包括熱保護(hù)特征的噴嘴14的實(shí)施例的方面。注意，這個(gè)圖例只描繪了 多個(gè)管道160和燃料增壓空間161的剖視圖部分。在這個(gè)示例中，在入口部分146的下游， 各個(gè)管道160包括燃料進(jìn)料口 203。更下游是單個(gè)熱熔斷器201，也被稱為"單一熔斷器"、 "共享熔斷器"和其它相似的術(shù)語。單一的熱熔斷器201通常包圍各個(gè)管道160，并且跨越 整個(gè)燃料增壓空間161 (共享熱熔斷器201可能不跨越整個(gè)燃料增壓空間161)。這有效地阻礙了燃料在熱熔斷器201完好時(shí)通過熱熔斷器201。最終，燃料經(jīng)由出口部分152離開。
燃料通常流過燃料進(jìn)料口 203而進(jìn)入到相應(yīng)的管道160中，以便與來自入口部分 146的空氣相混合。如果發(fā)生保持火焰事故171，熱熔斷器201將通過在包含保持火焰事故 171的管道160附近熔化而受到激勵(lì)。結(jié)果，熱熔斷器201將不再阻塞管道160附近的燃料 增壓空間161。因此，至少一部分燃料進(jìn)入燃料增壓空間161中的熱熔斷器201的下游(例 如熱熔斷器201定位的位置)，并且最終直接通過包含在出口部分152中的旁路開口 205而 離開噴嘴14。注意，在這個(gè)實(shí)施例中，旁路開口 205作為單個(gè)跨越出口部分152的開口 (即 作為敞開面)而被實(shí)現(xiàn)，但是也可以有多個(gè)跨越出口部分152的連接的開口。也就是說，在 某些實(shí)施例中，出口部分152的面可以不敞開，并可包括板(例如用以支撐管道160)，其中 所述板(未顯示)包括多個(gè)在其中的孔以容許燃料離開噴嘴14。 在激勵(lì)熱熔斷器201時(shí)，燃料將大部分繞過燃料進(jìn)料口 203，并因此將有效地使火 焰事故171缺乏燃料。因而，將保護(hù)噴嘴14免于增加熱負(fù)荷和引起的老化。
圖7描繪了包括熱保護(hù)特征的噴嘴14的另一實(shí)施例的方面。類似于圖6的實(shí)施 例，各個(gè)管道160包括燃料進(jìn)料口 203。更下游是單一的熱熔斷器201，還有多個(gè)旁路開口 205。在正常操作下，燃料通過各個(gè)管道160而離開出口部分152。當(dāng)熱熔斷器201仍保持 完好時(shí)，旁路開口 205保持隱匿狀態(tài)。 如圖6的示例中那樣，當(dāng)發(fā)生保持火焰事故171時(shí)，熱熔斷器201將通過在包含事 故171的管道160附近熔化而被激勵(lì)。結(jié)果，熱熔斷器201的一部分被除去，并且不再阻塞 包圍管道160的燃料增壓空間161的一部分。因而，一部分單一的熱熔斷器201的激勵(lì)(即 熔化)容許燃料繞過所影響的管道160的燃料進(jìn)料口 203。 單一的熱熔斷器201的部分的熔化容許至少一些燃料分布在熱熔斷器201下游的 燃料增壓空間161中(即Y方向上)。因此，燃料將進(jìn)入包含事故171的管道160的旁路開 口 205中，并且一些燃料還可進(jìn)入附近的其它管道160的旁路開口 205中。由于熱熔斷器 201的激勵(lì)，燃料將主要繞過所影響的管道160的燃料進(jìn)料口 203，并有效地使火焰事故171 缺乏燃料。這個(gè)實(shí)施例提供了一個(gè)優(yōu)勢，即通過容許一些燃料/空氣在混合物離開噴嘴14 之前發(fā)生混合，從而為噴嘴14保留至少一些能力。 圖8描繪了實(shí)現(xiàn)熱保護(hù)特征的另一實(shí)施例的方面。在這個(gè)示例中，采用了多個(gè)小 的(low-profile)熱熔斷器201。各個(gè)小的熱熔斷器201單獨(dú)覆蓋相應(yīng)的旁路開口 205。在 正常操作下，燃料流過各個(gè)燃料進(jìn)料口 203而進(jìn)入相應(yīng)的管道160中。然后燃料與來自入 口部分146的空氣相混合。如果發(fā)生保持火焰事故171，保護(hù)包含事故171的管道160的 小的熱熔斷器201將通過熔化而被激勵(lì)。這容許燃料繞過燃料進(jìn)料口 203并進(jìn)入旁路開口 205中。因?yàn)橐恍┤剂犀F(xiàn)在將繞過燃料進(jìn)料口 203，所以將有效地使事故171缺乏燃料，因 而保護(hù)噴嘴14免于增加熱負(fù)荷和引起的老化。這提供了優(yōu)勢，即容許其它管道160在不受 事故171干擾的條件下操作，同時(shí)還保留相應(yīng)的管道160至少一些可操作性。
圖9描繪了使用熱保護(hù)特征的另一實(shí)施例的方面。這個(gè)實(shí)施例類似于圖8的實(shí)施 例。熱熔斷器201單獨(dú)地覆蓋下游旁路開口 205，其靠近出口側(cè)152的管道160的出口。這 個(gè)實(shí)施例提供優(yōu)勢，即容許未受影響的管道160如之前一樣繼續(xù)操作，同時(shí)降低受損管道 160中的持續(xù)事故171的風(fēng)險(xiǎn)。 當(dāng)然這些圖例是出于論述的目的而提供的，而沒有精確地描繪噴嘴14的操作、尺寸或尺度。 總地說來，熱熔斷器201由具有比制造各個(gè)管道160、外壁145以及其它可能靠近 異常171的部件所使用的材料更低的熔化溫度或充分低的熔化溫度的材料制成?？偟卣f 來，用于各個(gè)熔斷器201的材料選擇成可在一定溫度下熔化，其將為噴嘴14提供免于由事 故171引起老化的保護(hù)，同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)2正常操作期間保持完好。示例性的材料包括鋁、鉛、 錫、焊料、各種這類金屬的合金以及其它這種材料。材料可根據(jù)燃料的燃燒溫度進(jìn)行選擇。
熱熔斷器201通常設(shè)置在各個(gè)管道160的外表面上。熱熔斷器201可至少部分地 包圍相應(yīng)的管道160，并且可完全環(huán)繞相應(yīng)的管道160。單個(gè)熱熔斷器201可環(huán)繞所有管道 160，跨越所有管道至燃料增壓空間161的外壁145之間的間距。圖10中顯示了熱熔斷器 201的各種實(shí)施例。 圖10提供了噴嘴14的一部分的端視圖。在這個(gè)示例中，顯示了熱熔斷器201的 關(guān)系的各種實(shí)施例。這些實(shí)施例中的一些可能不適合共存于某一應(yīng)用中，因此，圖io僅僅 是出于舉例說明的目的而提供的。在這個(gè)示例中，顯示了與所選定的管道160和開口相關(guān) 的熱熔斷器201，所述開口用作燃料進(jìn)料口 203和旁路開口 205中的至少其中一個(gè)。例如， 顯示了一種共享的熱熔斷器211。通常，共享的熱熔斷器211設(shè)于至少兩個(gè)管道160之間。 在一些實(shí)施例中，如同單一的熱熔斷器(見圖6和圖7)，共享的熱熔斷器211跨越燃料增壓 空間161 (位于所有管道之間并延伸至燃料增壓室壁145的空間)。在圖10所顯示的另一 示例中，單獨(dú)的熱熔斷器212覆蓋各個(gè)燃料管道160中的單個(gè)旁路開口 205，并且可作為一 種小的熱熔斷器來實(shí)現(xiàn)，因而減少了湍流。在圖io所顯示的另一示例中，多個(gè)徑向熱熔斷 器213徑向分布在單個(gè)管道160周圍，每個(gè)熱熔斷器覆蓋不同的開口。例如，如果各個(gè)管道 160需要具有不止一個(gè)旁路開口 205時(shí)，可使用徑向熱熔斷器201 。 圖11顯示了可在圖7所示的實(shí)施例中使用的單個(gè)管道160及共享的熱熔斷器211 的放大圖。圖12顯示了可在圖8所示的實(shí)施例中使用的單個(gè)管道160及共享的熱熔斷器 211的放大圖。圖13顯示了可在本文所述的其它實(shí)施例中使用的單個(gè)管道160及各管道 160的單獨(dú)的熱熔斷器212的放大圖。 因而在確立了多管式噴嘴14和針對噴嘴14的熱保護(hù)的各個(gè)方面之后，應(yīng)該認(rèn)識(shí) 到可具有各種實(shí)施例。例如，各個(gè)前述開口 (燃料進(jìn)料口 203或旁路開口 205)可作為單個(gè) 開口或多個(gè)開口來實(shí)現(xiàn)。可選擇開口的布置以及相應(yīng)的熱熔斷器201的布置，使得一旦熱 熔斷器201熔斷，即可恰當(dāng)?shù)乜刂苹旌咸卣?。如一些有限的示例那樣，可配置噴?4，使得 燃料在出口部分152處的管道之間倒出來。出口傾倒可以是帶角度的，以容許貧油直噴式 操作。在一些實(shí)施例中，將燃料傾倒設(shè)計(jì)成可提供一定程度的預(yù)混合。在其它實(shí)施例中，可 將燃料傾倒設(shè)計(jì)成可提供充分的預(yù)混合，基本上用于預(yù)混合直噴操作。因此，設(shè)計(jì)師可努力 提供設(shè)計(jì)，以控制某些燃燒副產(chǎn)品，例如N0X的產(chǎn)生，并可進(jìn)一步考慮發(fā)動(dòng)機(jī)2中所使用的 燃料類型。 此外，熱熔斷器201的布置可使得熱熔斷器201的存在促進(jìn)了燃料進(jìn)入到相應(yīng)的 燃料進(jìn)料口 203中(例如剛好在燃料進(jìn)料口 203之后的布置)。沿著管道160可使用多個(gè) 熱熔斷器201和旁路開口 205，從而提供多層保護(hù)。 此外，雖然本文所述的熱保護(hù)包括熱熔斷器，但是應(yīng)該認(rèn)識(shí)到術(shù)語"熔斷器"不是 限制性的。例如，熱保護(hù)可利用材料塞、材料片、至少一個(gè)材料層、以及其它被視為適合于提供熱保護(hù)的材料形式。 總地說來，本文使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使得本領(lǐng)域中的技 術(shù)人員可實(shí)踐本發(fā)明，包括制造和利用任何裝置或系統(tǒng)，并執(zhí)行任何所含方法。本發(fā)明可取 得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域中的技術(shù)人員能夠想到的其它示例。如 果這些其它示例具有并非不同于權(quán)利要求的文字語言所述的結(jié)構(gòu)元件，或者如果其包括與 權(quán)利要求的文字語言無實(shí)質(zhì)差異的等效的結(jié)構(gòu)元件時(shí)，那么這些其它示例都應(yīng)屬于本發(fā)明 的示例性實(shí)施例的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于渦輪(30)發(fā)動(dòng)機(jī)(2)的預(yù)混合裝置(14)的保護(hù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括主體(44)，所述主體具有入口部分(46)、出口部分(52)和外壁(45)，其共同建立了至少一個(gè)燃料輸送增壓室；多個(gè)燃料混合管道，其延伸通過所述至少一個(gè)燃料輸送增壓室的至少一部分，所述多個(gè)燃料混合管道各包括至少一個(gè)燃料進(jìn)料口，其流通地連接在所述至少一個(gè)燃料輸送增壓室上；和至少一個(gè)熱熔斷器(211)，其設(shè)置在至少一個(gè)管道(60)的外表面上，所述至少一個(gè)熱熔斷器(211)包括這樣一種材料，其在所述至少一個(gè)管道(60)中的燃料點(diǎn)燃時(shí)將熔化，并造成燃料從所述燃料進(jìn)料口轉(zhuǎn)向到至少一個(gè)旁路開口中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述旁路開口設(shè)置在所述出口部分 (52)和所述至少一個(gè)管道(60)的下游部分的至少一個(gè)中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)熱熔斷器(211)包括 鋁、鉛、錫以及選擇成可在所述點(diǎn)燃時(shí)發(fā)生熔化的材料中的至少其中一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)熱熔斷器(211)在至少 兩個(gè)所述管道之間共享。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述熱熔斷器(211)包括單一的熱熔 斷器(211)。
6. —種用于將燃料輸送至燃燒室(12)中的預(yù)混合裝置(14)的制造方法，所述方法包括選擇一種預(yù)混合裝置(14)，其包括主體(44)，所述主體具有入口部分(46)、出口部分 (52)和外壁(45)，其共同建立了至少一個(gè)燃料輸送增壓室；多個(gè)燃料混合管道，其延伸通 過所述至少一個(gè)燃料輸送增壓室的至少一部分，所述多個(gè)燃料混合管道各包括至少一個(gè)燃 料進(jìn)料口 ，其流通地連接在所述至少一個(gè)燃料輸送增壓室上；選擇一種熔斷器(201)材料，用于將至少一個(gè)熱熔斷器(211)安裝到所述預(yù)混合裝置 (14)中；以及將至少一個(gè)熱熔斷器(211)設(shè)置在所述預(yù)混合裝置(14)的至少一個(gè)管道(60)的外表 面上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括將至少一個(gè)旁路開口設(shè)置在選定 的位置上，用于當(dāng)所述至少一個(gè)熱熔斷器(211)被激勵(lì)時(shí)接收燃料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述選擇包括確定熔斷器(201)的材料， 所述材料包括在所述預(yù)混合裝置(14)中達(dá)到點(diǎn)燃燃料的溫度時(shí)被超過的熔點(diǎn)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述選擇包括確定熔斷器(201)的材料， 所述材料包括在所述預(yù)混合裝置(14)的正常操作期間不會(huì)達(dá)到的熔點(diǎn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)所述熱熔斷器(211)熔化時(shí) 渦輪(30)的性能特征而設(shè)置旁路開口和所述熱熔斷器(211)中的至少一個(gè)。
全文摘要
一種用于渦輪(30)發(fā)動(dòng)機(jī)(2)的預(yù)混合裝置(14)的保護(hù)系統(tǒng)，其包括主體(44)，所述主體具有入口部分(46)、出口部分(52)和外壁(45)，其共同建立了燃料輸送增壓室；多個(gè)燃料混合管道，其延伸通過燃料輸送增壓室的至少一部分，所述多個(gè)燃料混合管道各包括至少一個(gè)燃料進(jìn)料口，其流通地連接在燃料輸送增壓室上；以及至少一個(gè)熱熔斷器(211)，其設(shè)置在至少一個(gè)管道(60)的外表面上，所述至少一個(gè)熱熔斷器(211)包括這樣一種材料，即當(dāng)所述至少一個(gè)管道(60)中的燃料點(diǎn)燃時(shí)，該材料將熔化并造成燃料從燃料進(jìn)料口轉(zhuǎn)向到至少一個(gè)旁路開口中。本發(fā)明還提供了一種根據(jù)該保護(hù)系統(tǒng)的方法和渦輪(30)發(fā)動(dòng)機(jī)(2)。
文檔編號H01H37/76GK101725986SQ20091016878
公開日2010年6月9日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日
發(fā)明者B·P·萊西, L·B·小達(dá)維斯, T·E·約翰遜, W·D·約克 申請人:通用電氣公司