本发明涉及燃气轮机的燃料喷咀导向装置，而尤其是保持在燃气轮机燃烧室壁上的燃料喷咀导向结构。 通常向燃气轮机燃烧室输送液体燃料是用若干燃料喷咀将雾化的液体燃料射入燃烧室或类似方法。先有技术的设计公开于马修斯等人的美国专利4，365，470，彼得森等人的美国专利4，322，945以及克里特接的美国专利3，273，343。
在一般的燃气轮机上，燃料喷咀伸入燃烧室的开口，将液体燃料喷雾射进室的内部，喷雾与燃烧空气混合并在高温下起反应。为使单独的燃料喷咀使用方便，喷咀和燃烧室一般独主支承于燃气轮机上，而燃料喷咀又被置于较低温的区域以防止流往喷咀的燃料过热。
这种设计特点，再加上燃烧反应产生的高温，导致了燃烧室和燃料喷咀之间的不均匀热膨胀。该膨胀通过采用置于燃烧室壁上并容纳燃料喷咀的可动导向结构来适应。这些导向结构如参考的专利文件所示，起着双重的作用，即不但控制导入邻近燃料喷咀的燃烧室中的空气量，而且还保护附近的室壁免受高温燃烧反应的影响。
先有技术的喷咀导向结构一般很复杂，它具有在上面形成的气流通道，并且用种种滑动夹或沟槽结构与燃烧室壁接合。这些复杂地结构无论在生产车间还是现场均难以装配和修理。而且，先有技术的喷咀导向结构势必在燃烧室壁的有限面积上集中承载力，它导致导向结构和燃烧室壁过早的磨损和降低了使用寿命。
所以需要的是一种喷咀导向结构，它不但本身简单，与燃烧室壁或隔板的接合简单，而且为邻近燃料喷咀的燃烧室壁提供必要的热保护。
本发明的一个目的是提出一种耐磨损，空气冷却的喷咀导向结构，它可装在一个高温燃烧室平面隔板中的开口里，以适应燃烧室与一个独立支承的燃料喷咀之间的不均匀热膨胀。
本发明的另一个目的是用一个环形保持器将导向结构保持在隔板内，保持器具有若干将冷却空气流直接导入在导向结构和隔板之间的环形间隙的流动开口。
本发明的又一个目的是提供一个隔热屏，它用与环形间隙相通的气流通道进行冷却，并且可与导向结构滑动以保护隔板免受高温燃烧反应的影响。
根据本发明，提出了一种喷咀导向结构，它具有一个用以紧密容纳燃料喷咀的套筒。一个横向隔热屏固定于套筒的一端并与套筒从其中穿过的基本上平的隔板保持间隔。一个环形保持器在隔板的另一面固定于套筒，它具有可与平面隔板作滑动接触的平凸缘部分。冷却空气流从环形保持器上的若干流动开口导入套筒和隔板之间的环形间隙，而至少有一部分冷却空气从那里横向流经隔板和隔热屏之间的流动通道。
更准确地说，根据本发明的导向结构包括若干与隔热屏一体，将隔热屏和隔板隔开的支座。环形保持器也包括一个紧密围绕套筒并用环形焊缝固定的接触环。
根据本发明的导向结构与先有技术的结构比较，由于在环形保持器和隔板之间形成大的接触面积而减小了磨损。此外，根据本发明的导向结构藉套筒和隔板之间经环形间隙的冷却空气路线而避免了复杂的内部冷却气流流通，并且将冷却空气直接经过环形保持器上的冷却孔导入间隙以保证足够的气流。
图1 是根据本发明的喷咀导向结构的截面图。
图2 是图1中所示环形保持器的图。
图3 是保持器和套筒之间环形焊缝的详图。
参照附图特别是图1，展示了根据本发明的喷咀导向结构10，沿轴流式燃气轮机环形燃烧室12前端的轴向截面。燃烧室12包括内外同轴衬里14，16，在此设计中，头部18置于前端。
头部18本身具有一个凸出半球形表面20，用来变换压缩空气环状流22的方向，以径向进出燃烧室12。半球形表面20上的开口24将一部分环状气流导入头部18的内充气区26。充气区26又由具有圆形开口30的平面隔板限定。如图1所示，喷咀的导向结构10装在隔板28的开口30中。
衬里14，16，隔板28以及喷咀导向结构构成燃烧室12，它有一个内区32，燃料和空气的混合物在里面反应，形成高温燃烧产物以驱动燃气轮机的下游涡轮部分（未示）。
燃料和主要的燃烧空气经燃料喷咀34进入燃烧区32。喷咀34藉固定于燃气轮机外壳（未示）的供料导管36悬臂伸出。供给的燃料从喷雾器咀38射出成为细微滴喷雾40。燃烧空气42自充气区26进入喷咀34的上游侧并在如图1所示邻近燃料喷雾之处身出。
燃烧区32内产生的高温2800F（1540℃）或更高温使燃烧室零件14，16，18经受了重大的热瞬变，以及与喷咀支承结构36相比由热引起的不均匀膨胀。这种不均匀的膨胀导致燃料喷咀34相对燃烧器头部18的隔板纵横位移。喷咀导向结构10的作用一是适应这种不均匀的位移而不改变喷咀34的极限燃料一空气比，二是经得起燃烧区32产生高温燃烧反应的影响。
根据本发明达此或其他目的的导向结构10是采用一个喷咀导向套筒44，它紧密围绕燃料喷咀34但可以滑动，并且纵向伸展穿过隔板28上的开口30。横向延伸的环形隔热屏46围绕在平行隔板28的燃烧反应面对侧的套筒44，并藉若干一体而分散的，伸向隔板28并与之滑动接触的支座48保持间隔。
套筒44的外径小于开口30的直径，因而构成一个环形间隙50。环形间隙50经若干在单独支座48，隔板28和隔热屏46之间的流动通道与燃烧室32的内部相通。
套筒44藉环形保持器52相对隔板28保持纵向。保持器具有一个横向伸展的平凸缘部分54和一个用环形焊缝58或类似物固定在套筒44上的内接触环部分56。
平凸缘部分54可与平行的隔板28的面60滑动接触，它以平的形状而具有大的接触面积。熟悉支承表面技术者可以理解，由于导向结构10上的总纵向力一定，这种大的接触面积降低了单位面积的接触力，它又降低了单独的滑动零件54，28的磨损率。
再参考图2，它是导向结构10的纵向图（为清楚起见，删除了燃料喷咀结构34，38，36）。将冷却空气流直接导入充气室26与间隙50之间的装置是以若干在保持器52上作环形分布的开口62的形式表示。开口62位于环形间隙50附近并提供了一条冷却空气的直流路线。
在燃气轮机运行时，根据本发明的喷咀导向结构10被转入充气室26的一部分环状流动冷却空气流22冷却，空气经保持器上的流槽62直接流入环形间隙50，之后横向流经隔板28与在支座48之中的隔热屏46之间。根据特殊情况，也可以在套筒44上开有一个或多个第二供气开口74以将气流从间隙50导入喷咀34附近的燃烧室12。由于横向流动的冷却空气在隔热屏46的外边继续进入燃烧室内部32，因而将附加空气64对燃烧所应的冲击减至最小，隔板28和喷咀导向结构10因此受到保护而避免了高温燃料-空气反应的影响。
由于冷却空气直接导入环形间隙50，根据本发明的保持器环52和喷咀导向结构10的空气流动速度要高于已有技术的喷咀导向结构，因为其冷却空气在碰到导向隔热屏之前要经过一条更为曲折的路线。其次，由于喷咀导向结构10能够直接与平面隔板28面接，本发明同时减少了单独零件的复杂性以及在燃烧器头部18内装配导向结构10所需的劳动力。
用于燃气轮机时体现了重大效益的喷咀导向结构的其他特点是具有与接触环56一体作倾斜外伸的倾斜接片66。在插入喷咀34，特别是那些置于环形燃烧器头部18的上垂直部分的喷咀时，这种接片用作对准导向结构10的装置。
根据本发明的喷咀导向结构10的另一特点是采取了一项故障保险措施以在固定焊缝58破坏时防止套筒44分离和脱落。其措施是藉接触环56围绕套筒44的紧配合和将焊缝58定位在套筒44的外端，详示于图3。焊缝58因此在接触环56和套筒44之间形成一个面向外的角焊缝。
对焊接的分析表明，如果发生断裂，裂缝与套筒表面成45°角，如同在焊缝58中所示出的一条断裂线68。从图3可以理解，裂缝68即使完全扩展到套筒44的周边而使套筒44和保持器环56完全分离，它不会危及套筒44在隔板28中的纵向保持。焊在套筒44上的焊缝部分仍纵向受阻于紧配合的接触环56，防止了套筒44的分离，脱落并进入燃气轮机的下游部分（未示）。面向外的角焊缝因此提供了一项固有的故障保险措施，它简单而便宜。
导向结构10的最后一个特点是在环形保持器52上采用了防转装置以防止隔板28和导向结构10之间作相对转动。图1和图2所示的防转装置包括一条固定在隔板28上游侧的柱70，它被容纳在保持器52平凸缘部分54上的横向槽72内。用铆、焊等方法固定于隔板28的柱和槽72允许喷咀导向结构10相对隔板作横向运动但不能转动。
如欲提供一个不对称的隔热屏46，而它必须在燃烧室32中被保持在至少是一个大至的转动方向，则防转装置是必要的。在图1和2中示于本发明最佳实施方案的柱70和槽72提供了完成防转作用的简单装置，它不显著增加单独导向结构零件或装配程序的复杂性。
对于图1所行示的装置，导向结构10被装在燃烧器头部中是在燃料喷咀插入之前，它有助于将保持器52分成两个半圆52a，52b，最清楚地示于图2。该两个半圆因此可较易地通过半圆形表面20上的开口24插入，再焊成一个整体的环形件52并固定于套筒44。
根据本发明的喷咀导向结构因此能够很好地达到上述目的和作用。可以进一步理解，虽然通过最佳实施方案进行了公开，本发明包括其他替换和相同的形式，并且只受下列权利要求书的限制。