專利名稱：脈沖爆震燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題涉及脈沖爆震(pulse detonation)燃燒器，并且更具體而言，涉及脈沖爆震燃燒器內(nèi)的脈沖爆震管的布置，該脈沖爆震燃燒器適應(yīng)脈沖爆震管的熱生長。
背景技術(shù)：
燃氣渦輪發(fā)動機包括一個或多個燃燒器，其接收并燃燒壓縮空氣和燃料以產(chǎn)生熱燃燒氣體。某些渦輪發(fā)動機概念采用脈沖爆震燃燒器，其包括一個或多個配置成使用爆震反應(yīng)燃燒燃料-空氣混合物的脈沖爆震管。在脈沖爆震管內(nèi)，燃燒反應(yīng)由以超音速移動的爆震波驅(qū)動，從而提高燃燒過程的效率。具體而言，通常將空氣和燃料以分立的脈沖噴射到脈沖爆震管中。然后，燃料-空氣混合物由點火源引爆，從而創(chuàng)建以超音速傳播通過管的爆震波。爆震過程在脈沖爆震管內(nèi)產(chǎn)生加壓的排氣，其最終驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)?？上У氖?，由于與爆震反應(yīng)相關(guān)聯(lián)的高溫度和壓力，脈沖爆震管和相關(guān)聯(lián)構(gòu)件的壽命可能顯著受限。具體而言，將排氣從脈沖爆震管引導(dǎo)至渦輪入口的噴嘴可經(jīng)歷高熱應(yīng)力，從而限制這種噴嘴的使用壽命。此外，脈沖爆震管的熱膨脹要求復(fù)雜的安裝和密封配置，以維持排氣進入渦輪的進入角以及渦輪發(fā)動機的效率。因此，需要一種新的改進的脈沖爆震燃燒器，其解決與爆震反應(yīng)相關(guān)聯(lián)的高溫度和壓力以及所導(dǎo)致的復(fù)雜安裝和密封配置，這便于脈沖爆震管的熱生長。

發(fā)明內(nèi)容
下面概括與原始要求保護的發(fā)明范圍相稱的某些實施例。這些實施例并不意圖限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是，這些實施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡要概述。事實上，本發(fā)明可涵蓋可類似于或不同于下面闡述的實施例的多種形式。簡言之，根據(jù)一個實施例，提供了一種脈沖爆震燃燒器。該脈沖爆震燃燒器包括:多個噴嘴，其配置成在周向方向上支撐氣體排放環(huán)形空間；多個脈沖爆震管，其延伸至多個噴嘴；以及多個熱膨脹控制接頭，其配置成便于各脈沖爆震管的獨立熱生長。根據(jù)另一實施例，提供了一種脈沖爆震燃燒器。該脈沖爆震燃燒器包括各具有噴嘴出口孔和噴嘴入口的多個噴嘴，其中，多個噴嘴出口孔配置成形成氣體排放環(huán)形空間。該燃燒器還包括:各聯(lián)接至相應(yīng)噴嘴入口的多個脈沖爆震管；以及多個熱膨脹控制接頭，其配置成便于各脈沖爆震管的獨立熱生長。這些和其它優(yōu)點及特征將從結(jié)合附圖提供的對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的以下詳細描述更好地理解。


當(dāng)參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它的特征、方面及優(yōu)點將變得更好理解，在所有附圖中相似的標(biāo)號表示相似的部分，其中: 圖1是根據(jù)本公開的某些實施例的具有脈沖爆震燃燒器的渦輪系統(tǒng)的框圖，脈沖爆震燃燒器包括脈沖爆震管和多個噴嘴，多個噴嘴配置成連結(jié)并提供用于脈沖爆震管的熱生長;
圖2是根據(jù)本公開的某些實施例的如圖1中所示的脈沖爆震燃燒器的局部截面?zhèn)纫?br> 圖3是根據(jù)本公開的某些實施例的圖1的脈沖爆震燃燒器的透視圖，示出了脈沖爆震管和噴嘴組件；
圖4是根據(jù)本公開的某些實施例的脈沖爆震燃燒器的截面 圖5是根據(jù)本公開的某些實施例的具有熱膨脹控制接頭的如圖4中所示的脈沖爆震燃燒器的放大剖面透視側(cè)視 圖6是根據(jù)本公開的某些實施例的具有熱膨脹控制接頭的脈沖爆震燃燒器的截面以及
圖7是根據(jù)本公開的某些實施例的具有熱膨脹控制接頭的脈沖爆震燃燒器的截面圖。
具體實施例方式下面將描述本發(fā)明的一個或多個具體實施例。為了提供這些實施例的簡要描述，可能未在說明書中描述實際實施方案的所有特征。應(yīng)當(dāng)理解，在任何這種實際實施方案的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計項目中，必須做出許多針對實施方案的決定以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如符合系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束，這些約束可隨實施方案而變化。此外，應(yīng)當(dāng)理解，這種開發(fā)努力可能是復(fù)雜且耗時的，但對受益于本公開的普通技術(shù)人員而言卻將是設(shè)計、生產(chǎn)和制造的日常任務(wù)。本公開的實施例可通過在操作期間提供用于脈沖爆震管的熱生長而增加脈沖爆震燃燒器且尤其是脈沖爆震管的壽命。具體而言，在某些實施例中，脈沖爆震燃燒器包括各聯(lián)接至噴嘴的多個脈沖爆震管。多個噴嘴中的每一個包括噴嘴出口孔(exit orifice)和噴嘴入口。脈沖爆震管聯(lián)接至各噴嘴入口，并且配置成使來自爆震反應(yīng)的排氣流經(jīng)噴嘴。此夕卜，脈沖爆震管各包括至少一個熱膨脹控制接頭，其提供用于將脈沖爆震管安裝至其相應(yīng)噴嘴，以在操作期間便于脈沖爆震管的熱生長。某些實施例還可采用沖擊冷卻系統(tǒng)，其配置成提供冷卻流至脈沖爆震管，從而降低溫度和熱應(yīng)力。具體而言，沖擊冷卻系統(tǒng)可包括與各脈沖爆震管流連通的多個軸向冷卻槽。這種冷卻系統(tǒng)可顯著降低脈沖爆震管的溫度并最小化熱生長。如本文所使用的，脈沖爆震管意指從管內(nèi)的一系列重復(fù)爆震或準(zhǔn)爆震產(chǎn)生壓力上升和速度增加兩者的任何裝置或系統(tǒng)?！皽?zhǔn)爆震”是超音速湍流燃燒過程，其產(chǎn)生比由爆燃(deflagration)波產(chǎn)生的壓力上升和速度增加更高的壓力上升和速度增加。脈沖爆震管的實施例包括一種點燃燃料/氧化劑混合物(例如燃料/空氣混合物)的裝置以及爆震室，在其中，由點火過程引發(fā)的壓力波波前聯(lián)合以產(chǎn)生爆震波。各爆震或準(zhǔn)爆震通過外部點火例如火花放電或激光脈沖引發(fā)，或者通過氣體動態(tài)過程例如沖擊聚焦、自動點火或通過另一爆震(即，交叉點火)引發(fā)。爆震燃燒器的幾何形狀使得爆震波的壓力上升將燃燒產(chǎn)物排出脈沖爆震燃燒器排氣裝置以產(chǎn)生推力。脈沖爆震燃燒可在多種類型的燃燒室中實現(xiàn)，包括沖擊管、共振爆震腔和管狀/環(huán)管形/環(huán)形燃燒器。如本文中使用的，用語“室”包括具有帶恒定或變化截面積的圓形或非圓形截面的管。示例性室包括圓柱形管以及具有多邊形截面的管，例如六邊形管?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖且首先參照圖1，示出燃氣渦輪系統(tǒng)10的一實施例的框圖。渦輪系統(tǒng)10包括燃料噴射器12、燃料供應(yīng)14以及脈沖爆震燃燒器(roc) 16。如圖所示，燃料供應(yīng)14將液體燃料和/或氣態(tài)燃料(例如天然氣)通過燃料噴射器12傳送至渦輪系統(tǒng)10到PDC 16中。如下文論述的，燃料噴射器12配置成噴射燃料并使其與壓縮空氣混合。PDC 16點燃并燃燒燃料-空氣混合物，并且然后將熱加壓排氣傳遞到渦輪18中。排氣通過渦輪18中的渦輪葉片，從而驅(qū)動渦輪18旋轉(zhuǎn)。渦輪18中的葉片與軸19之間的聯(lián)接將導(dǎo)致軸19的旋轉(zhuǎn)，軸19還聯(lián)接至整個渦輪系統(tǒng)10的若干構(gòu)件，如圖所示。最后，燃燒過程的排氣可經(jīng)由排氣出口 20離開渦輪系統(tǒng)10。在渦輪系統(tǒng)10的一實施例中，壓縮機葉片被包括為壓縮機22的構(gòu)件。壓縮機22內(nèi)的葉片可聯(lián)接至軸19，并將在軸19被渦輪18驅(qū)動著旋轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)。壓縮機22可經(jīng)由空氣進口 24將空氣吸入至渦輪系統(tǒng)10。此外，軸19可聯(lián)接至負載26，其可經(jīng)由軸19的旋轉(zhuǎn)被提供動力。如將理解的，負載26可以是可使用渦輪系統(tǒng)10的旋轉(zhuǎn)輸出的動力的任何合適裝置，例如發(fā)電機或外部機械負載。例如，負載26可包括發(fā)電機、飛機的推進器等?？諝膺M口 24經(jīng)由合適的機構(gòu)(例如冷空氣進口 )將空氣30吸入到渦輪系統(tǒng)10中?？諝?0然后流經(jīng)壓縮機22的葉片，其提供壓縮空氣32至TOC 16。特別地，燃料噴射器12可噴射壓縮空氣32和燃料14作為燃料-空氣混合物34到I3DC 16中。另外，壓縮空氣32和燃料14可被直接噴射到I3DC 16中以用于混合和燃燒。如下文詳細論述的，本實施例包括roc 16內(nèi)的多個脈沖爆震管。管配置成接收處于分立脈沖中的壓縮空氣32和燃料14。在脈沖爆震管已裝載有燃料-空氣混合物之后，該混合物由點火源引爆，從而創(chuàng)建以超音速傳播通過管的爆震波。爆震過程在脈沖爆震管內(nèi)產(chǎn)生加壓的排氣，其最終驅(qū)動渦輪18旋轉(zhuǎn)。在某些實施例中，各脈沖爆震管經(jīng)由包括噴嘴出口孔的噴嘴聯(lián)接至渦輪18。噴嘴出口孔經(jīng)由配合面(28)彼此接合以形成氣體排放環(huán)形空間。該配置為各噴嘴出口孔提供相互支撐，從而便于抵抗與熱排氣相關(guān)聯(lián)的熱負載。備選地，用于各管的噴嘴可由單塊整料一體地形成，例如金屬的鑄件或單個機械加工塊。另外的實施例可采用冷卻系統(tǒng)來降低脈沖爆震管的溫度，從而增加燃燒器的壽命。雖然參照roc16描述脈沖爆震管，但應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)前公開的實施例可被用于采用脈沖爆震管的其它應(yīng)用。圖2是可用在圖1的渦輪系統(tǒng)10中的roc 16的局部截面?zhèn)纫晥D。如前文論述的，PDC 16包括多個脈沖爆震管(PDT) 36。雖然僅示出一個I3DT 36，但將理解，多個TOT 36可沿周向定位在中線38周圍。通常，roc 16包括沿軸向和徑向遠離渦輪18定向的I3DT 36，因而與采用爆燃式燃燒器的傳統(tǒng)配置相比增加了渦輪系統(tǒng)10的長度。如下文詳細論述的，PDT 36的周向布置可將渦輪系統(tǒng)10的總長度減少至與傳統(tǒng)渦輪系統(tǒng)在范圍上更相稱的長度。雖然在本配置中采用roc 16，但應(yīng)當(dāng)注意，備選實施例可采用包括tot 36和傳統(tǒng)爆燃式燃燒器兩者的燃燒器。如圖所示，各TOT 36聯(lián)接至相應(yīng)的噴嘴40。在備選實施例中，多個TOT 36可聯(lián)接至各噴嘴40。在本實施例中，各TOT 36可包括凸緣37，其配置成與噴嘴40的對應(yīng)凸緣39配合。如圖所示，緊固件41用于將TOT凸緣37固定至噴嘴凸緣39。另外的實施例可采用將roT 36附連至噴嘴40的備選常規(guī)手段(例如焊接連接)。另外，噴嘴40可與TOT 36 一體。S卩，TOT 36和噴嘴40可組合成單一結(jié)構(gòu)。如將在下文中更詳細描述的，各噴嘴40包括具有內(nèi)凸緣節(jié)段44和外凸緣節(jié)段46的噴嘴出口孔42。在某些實施例中，噴嘴出口孔42包含獨特的特征，其允許它們被連結(jié)，從而創(chuàng)建為單獨噴嘴40提供相互支撐的組合氣體排放環(huán)形空間以及用于安裝至框架的表面。在其它實施例中，用于各管的噴嘴可由單個一體結(jié)構(gòu)形成。在操作中，加壓空氣32通過壓縮機出口 48進入I3DC 16，壓縮機出口 48包括將氣流引導(dǎo)到roc 16中的擴散器52。具體而言，擴散器52將來自高速壓縮機空氣的動壓頭轉(zhuǎn)換成適合于燃燒的壓力頭(即，降低流速并增加流壓力)。在本實施例中，流被改變方向，使得湍流顯著減少。加壓空氣32然后被引導(dǎo)到PDC殼體50與TOT 36之間的流路49中。如圖所示，PDC殼體50聯(lián)接至向PDC殼體50提供支撐的結(jié)構(gòu)部件68。如前文論述的，爆震反應(yīng)產(chǎn)生大量熱輸出。由于加壓空氣32比TOT 36內(nèi)的爆震反應(yīng)更冷，因而沿著TOT 36的外壁的氣流將熱量從TOT 36轉(zhuǎn)移至加壓空氣32。該配置既在操作期間冷卻了 TOT 36，又提高了進APDT 36的空氣的溫度。加壓空氣32最終在進入I3DT 36的內(nèi)部之前流至I3DT 36的遠端(未示出)。當(dāng)加壓空氣32到達遠端時，空氣閥定期地打開以發(fā)出空氣脈沖到I3DT 36中。此外，燃料噴射器12將燃料噴射到空氣流中，在進入I3DT 36之前或在I3DT 36內(nèi)，從而創(chuàng)建適合于爆震的燃料-空氣混合物34。在TOT 36內(nèi)，燃料-空氣混合物34被點火源引爆，從而創(chuàng)建形成爆震波的爆燃至爆震轉(zhuǎn)變(DDT)。爆震波朝著噴嘴40以超音速傳播通過燃料-空氣混合物。爆震波引起燃料與空氣之間的燃燒反應(yīng)，從而產(chǎn)生熱量并在波的上游形成排出產(chǎn)物54。當(dāng)爆震波傳播通過燃料-空氣混合物時，由于I3DT 36內(nèi)的膨脹排出產(chǎn)物54的臨時限制，PDT36的內(nèi)部變得加壓。具體而言，爆震波加熱排出產(chǎn)物54比膨脹氣體可離開噴嘴40更快，從而增加了 I3DT 36內(nèi)的壓力。在爆震波已使I3DT 36內(nèi)的燃料和空氣基本反應(yīng)之后，加壓排出產(chǎn)物54被推進通過噴嘴40到渦輪轉(zhuǎn)子55中，從而驅(qū)動渦輪18旋轉(zhuǎn)。噴嘴40在垂直于氣流通過噴嘴的方向的截面區(qū)域中會聚，以維持排出產(chǎn)物54從PDT 36到噴嘴出口孔42的阻塞流。例如，在某些配置中，PDT 36的截面積可為噴嘴出口孔42的截面積的大約4倍。另外，各噴嘴可在截面區(qū)域中從噴嘴入口會聚至喉部，且在截面區(qū)域中從喉部發(fā)散至噴嘴出口孔42。此外，噴嘴40可從TOT 36的大致圓形截面轉(zhuǎn)變?yōu)樵趪娮斐隹诳?2處具有基本平坦的周向側(cè)的形狀。該基本平坦的周向側(cè)可使噴嘴出口孔42能夠連結(jié)，從而形成氣體排放環(huán)形空間，該氣體排放環(huán)形空間在操作期間支撐噴嘴出口孔42。如還將描述的，PDT 36和噴嘴40可相對于渦輪系統(tǒng)中線38成角度地定向，該角度為渦輪進入角或接近渦輪進入角。由此，排出產(chǎn)物54以合適的定向被引導(dǎo)至渦輪18以避過第一級渦輪噴嘴。圖3是示例性脈沖爆震燃燒器(且更特定而言管和噴嘴組件70)的透視圖，大體從渦輪18朝壓縮機22看。如下文詳細論述的，噴嘴出口孔42被設(shè)計為當(dāng)組裝成氣體排放環(huán)形空間65時與臨近的噴嘴出口孔42相嵌和連結(jié)。該配置可為各噴嘴出口孔42提供結(jié)構(gòu)支撐，從而保護孔42免受與爆震過程相關(guān)聯(lián)的高的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力。在本配置中，噴嘴40和因此PDT 36相對于從渦輪系統(tǒng)中線38延伸的徑向軸線58以角度56定向。具體而言，該角度56限定噴嘴中線60相對于徑向軸線58的角度定向。換言之，噴嘴40與由噴嘴出口孔42的組件形成的氣體排放環(huán)形空間65基本相切地定向。在備選實施例中，噴嘴40可相對于徑向軸線58以其它合適角度56定向。例如，角度56可大致在O至180度、30至150度、60至120度、60至90度或大約75至90度之間。噴嘴40的定向施加周向速度分量到進入渦輪18中的排出產(chǎn)物流上。此外，雖然在所描述實施例中十二個噴嘴40聯(lián)接至roc 16，但備選實施例可采用更多或更少噴嘴40。例如，某些PDC配置可包括多于1、2、4、6、8、10、12、14、16、18、20個或更多噴嘴40以及相關(guān)聯(lián)的I3DT 36。各噴嘴出口孔42包括內(nèi)凸緣節(jié)段44和外凸緣節(jié)段46，它們在組裝時在氣體排放環(huán)形空間65周圍形成內(nèi)凸緣和外凸緣。內(nèi)凸緣提供了內(nèi)框架部件62可抵靠其安裝的表面，并且外凸緣提供了外框架部件64可抵靠其固定的表面。內(nèi)框架部件62和外框架部件64均固定至渦輪18。此外，示出了結(jié)構(gòu)部件68，其提供結(jié)構(gòu)支撐以將噴嘴40固定至TOC 16，使得噴嘴40和/或TOT 36的熱膨脹不顯著改變噴嘴出口孔42相對于渦輪18的位置和定向。在該配置中，噴嘴出口孔42可使排出產(chǎn)物54以配置成避過第一級渦輪噴嘴54的定向流到渦輪18中。關(guān)于脈沖爆震燃燒器配置的額外信息包括聯(lián)接至多個噴嘴的多個脈沖爆震管，其中多個噴嘴出口孔經(jīng)由配合面彼此接合，這可在Kenyon等人于2009年11月30日提交的題為“Pulse Detonation Combustor”的共同未決的美國專利申請中找到，其序列號為12/627,942并轉(zhuǎn)讓給同一受讓人，該申請通過引用結(jié)合到本文中?，F(xiàn)在參照圖4和圖5，分別在截面圖和局部截面圖中示出包括熱膨脹控制接頭的脈沖爆震燃燒器，更特定而言脈沖爆震管和噴嘴組件80，熱膨脹控制接頭配置成使脈沖爆震管36能夠在操作期間熱膨脹。如前文論述的，PDT 36可使用多種技術(shù)聯(lián)接至噴嘴40。如圖所示，PDT 36和噴嘴40經(jīng)由焊接接頭82附連。如將理解的，爆震過程產(chǎn)生可引起I3DT36的顯著熱膨脹的熱量。例如，40英寸(102厘米)長的PDT可在長度上增加多達0.75英寸(2厘米)。如圖所示，噴嘴出口孔42由內(nèi)凸緣節(jié)段44固定至內(nèi)框架部件62，內(nèi)凸緣節(jié)段44被夾在內(nèi)框架部件62與內(nèi)支撐部件84之間。類似地，外凸緣節(jié)段46被夾在外框架部件64與外支撐部件86之間，從而將噴嘴出口孔42固定至外框架部件64。由于內(nèi)框架部件62和外框架部件64被固定至渦輪18，因而噴嘴出口孔42的位置相對于渦輪18而言是固定的。該配置維持到渦輪18中的排氣流的定向，而不論噴嘴42和/或TOT 36的熱生長。在示例性實施例中，PDC殼體50聯(lián)接至結(jié)構(gòu)部件68且包括熱膨脹控制接頭90，以便于TOT36的熱膨脹或生長，同時維持管頭端92相對于殼體50且更具體而言空氣閥96的外杯94的位置，空氣閥96定期地打開以發(fā)出空氣脈沖到TOT 36中。更特定而言，熱膨脹控制接頭90配置為與PDC殼體50 —體地形成的波形膨脹接頭100，由此，在I3DT 36的熱生長期間，波形膨脹接頭100在如箭頭102所示的軸向方向上膨脹。多個對齊翼片(fin) 104可設(shè)置成從TOT 36的外表面105延伸，以在TOT 36的熱膨脹期間維持I3DT 36相對于PDC殼體50的同心對齊。對齊翼片104可形成為圍繞TOT 36的環(huán)106，或者備選地為多個分立的銷式突起108，其提供用于通過PDC殼體50與TOT 36之間的流路49的空氣的更大自由流。通過對于各脈沖爆震燃燒器(且更特定而言各脈沖爆震管和噴嘴組件80)結(jié)合熱膨脹控制接頭90，各單獨PDT 36配置成獨立于其它PDT 36膨脹?，F(xiàn)在參照圖6，在截面圖中示出包括熱膨脹控制接頭的脈沖爆震燃燒器，更特定而言脈沖爆震管和噴嘴組件200，熱膨脹控制接頭配置成使脈沖爆震管36能夠在操作期間熱膨脹。如前文論述的，PDT 36可使用多種技術(shù)聯(lián)接至噴嘴40。如圖所示，PDT 36和噴嘴40經(jīng)由焊接接頭82附連。如前文關(guān)于圖4和圖5描述的，爆震過程產(chǎn)生可引起TOT 36的顯著熱膨脹的熱量。與前述實施例類似，噴嘴出口孔42由內(nèi)凸緣節(jié)段44固定至內(nèi)框架部件62，內(nèi)凸緣節(jié)段44被夾在內(nèi)框架部件62與內(nèi)支撐部件84之間。類似地，外凸緣節(jié)段46被夾在外框架部件64與外支撐部件86之間，從而將噴嘴出口孔42固定至外框架部件64。噴嘴出口孔42的位置相對于渦輪18而言是固定的，因而維持到渦輪18中的排氣流的定向，而不論噴嘴42和/或TOT 36的熱生長。在該示例性實施例中，PDC殼體50聯(lián)接至結(jié)構(gòu)部件68且包括熱膨脹控制接頭90，以便于TOT 36的熱膨脹或生長，同時維持管頭端92相對于殼體50的位置。在圖6所示的實施例中，熱膨脹控制接頭90配置為在輔助閥96的外杯94的下端與圍繞I3DT 36定位的徑向支撐部件204之間的膨脹接頭100。在TOT 36的熱生長期間，膨脹接頭202在如箭頭206所示的軸向方向上膨脹，從而允許空氣閥96的外杯94軸向移動并允許I3DT 36的熱生長。徑向支撐部件204提供了一種在TOT 36的熱膨脹期間維持TOT 36相對于PDC殼體50的同心對齊的手段。通過對于各脈沖爆震燃燒器(且更特定而言各脈沖爆震管和噴嘴組件200)結(jié)合熱膨脹控制接頭90，各單獨TOT 36配置成獨立于其它I3DT 36膨脹?，F(xiàn)在參照圖7，在截面圖中示出包括熱膨脹控制接頭的脈沖爆震燃燒器，更特定而言脈沖爆震管和噴嘴組件300，熱膨脹控制接頭配置成使脈沖爆震管36能夠在操作期間熱膨脹。如前文論述的，PDT 36可使用多種技術(shù)聯(lián)接至噴嘴40。如圖所示，PDT 36和噴嘴40經(jīng)由焊接接頭82附連。如前面關(guān)于圖4、圖5和圖6所描述的，爆震過程產(chǎn)生可引起TOT36的顯著熱膨脹的熱量。在該特定實施例中，噴嘴出口孔42由內(nèi)凸緣節(jié)段44固定至內(nèi)框架部件62，內(nèi)凸緣節(jié)段44被夾在內(nèi)框架部件62與內(nèi)支撐部件84之間。類似地，外凸緣節(jié)段46被夾在外框架部件64與外支撐部件86之間，從而將噴嘴出口孔42固定至外框架部件64。在該特定實施例中，雖然噴嘴出口孔42被描述為被固定至內(nèi)框架部件62和外框架部件62，但其可以這樣的方式固定，該方式在噴嘴40與框架部件62、64之間包括一定程度的柔性以適應(yīng)TOT 36的熱生長。不考慮固定手段，噴嘴出口孔42的位置相對于渦輪18而言是固定的，因而維持到渦輪18中的排氣流的定向，而不論噴嘴42和/或TOT 36的熱生長。在該示例性實施例中，PDC殼體50聯(lián)接至結(jié)構(gòu)部件68且包括至少一個熱膨脹控制接頭90，以便于TOT 36的熱膨脹或生長，同時維持管頭端92相對于殼體50的位置。在圖7所示的實施例中，熱膨脹控制接頭90配置為滑動膨脹接頭302，由此，PDT管36的上端部304配置成在徑向支撐部件306內(nèi)滑動以適應(yīng)I3DT 36的熱生長。為了適應(yīng)滑動膨脹接頭302，徑向支撐部件306圍繞TOT 36定位。徑向支撐部件306具有一體地形成于其中的滑動空間308，從而允許I3DT 36在其中的移動。PDC殼體50還可包括至少一個膨脹控制接頭90，呈形成于外殼50中的膨脹接頭310的形式。在I3DT 36的熱生長期間，PDT管36在如箭頭312所示的軸向方向上在滑動膨脹接頭302內(nèi)滑動。另外，外殼50可在至少一個膨脹控制接頭310處在軸向方向上膨脹，從而允許I3DT 36沿軸向移動并允許I3DT 36的熱生長。徑向支撐部件306提供一種在I3DT 36的熱膨脹期間維持I3DT 36相對于PDC殼體50的同心對齊的手段。通過對于各脈沖爆震燃燒器(且更特定而言各脈沖爆震管和噴嘴組件300)結(jié)合熱膨脹控制接頭90，各單獨TOT 36配置成獨立于其它TOT 36膨脹。管端304備有滑動密封件，例如活塞環(huán)、O形環(huán)、柔性石墨繩(graphoil rope)密封件或類似于迷宮密封件的突出塊(或一系列突出塊)。如圖7中最佳示出的，脈沖爆震燃燒器(且更特定而言脈沖爆震管和噴嘴組件300)可包括噴嘴間冷卻配置。如前文描述的，脈沖爆震過程產(chǎn)生高溫排出產(chǎn)物54，其通過噴嘴出口孔42，從而使噴嘴40暴露至高熱負載。因此，本實施例包括配置成向單獨噴嘴40提供冷卻的一種系統(tǒng)。冷卻歧管(例如圖示的周向冷卻歧管320)靠近噴嘴40形成。周向冷卻歧管320繞噴嘴40沿軸向和周向延伸并向噴嘴40提供沖擊冷卻。一個或多個冷卻槽(例如圖示的軸向冷卻槽322)靠近噴嘴40形成并向其提供冷卻。如將理解的，備選實施例可包括相對于軸向方向成角度的冷卻槽。在操作中，來自壓縮機22或備選空氣源(例如外部壓縮機、鼓風(fēng)機等)的冷卻空氣可被引導(dǎo)至周向冷卻歧管320，并且更特定而言通過軸向冷卻槽322，且然后軸向地沿著噴嘴40。氣流可用于從噴嘴間區(qū)域吸收熱量，從而冷卻噴嘴40。在操作中，冷卻空氣進入周向冷卻歧管320并流經(jīng)軸向冷卻槽322。冷卻空氣沖擊到噴嘴40的外周向表面41上。當(dāng)冷卻空氣在軸向方向上沿外周向表面41流動時，來自排出產(chǎn)物的熱量被空氣吸收，從而冷卻噴嘴40。同樣，噴嘴間冷卻配置可采用某些結(jié)構(gòu)來改進冷卻空氣與外周向表面41之間的傳熱，例如翼片、靜葉或擋板。另外的實施例可利用除空氣以外的冷卻介質(zhì)，例如水、氮或二氧化碳。雖然本實施例公開了具體的脈沖爆震管和噴嘴組件實施例，但本公開并不限于這樣的設(shè)計。脈沖爆震管和噴嘴組件的備選配置可采用以類似方式提供用于脈沖爆震管的熱生長的脈沖爆震管和噴嘴配置。將會理解，所采用的構(gòu)件的定向和配置為特定應(yīng)用的設(shè)計和操作要求的函數(shù)。在考慮必要的參數(shù)和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠確定和實現(xiàn)最佳配置。該書面描述用示例來公開包括最佳模式的本發(fā)明，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包括在內(nèi)的方法。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這種其它示例具有與權(quán)利要求的字面語言沒有差別的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實質(zhì)差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這種其它示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種脈沖爆震燃燒器，包括: 多個噴嘴，其配置成在周向方向上支撐氣體排放環(huán)形空間； 多個脈沖爆震管，其延伸至所述多個噴嘴；以及 多個熱膨脹控制接頭，其配置成便于各脈沖爆震管的獨立熱生長。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述多個噴嘴經(jīng)由配合面彼此接合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述多個噴嘴配置為整體結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，各脈沖爆震管延伸至相應(yīng)的噴嘴。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述多個熱膨脹控制接頭中的每一個配置為波形膨脹接頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述波形膨脹接頭與圍繞所述脈沖爆震管的脈沖爆震燃燒器殼體一體地形成，并且提供用于所述脈沖爆震殼體的軸向膨脹。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述脈沖爆震管還在外表面上包括至少一個對齊翼片，其提供所述脈沖爆震管相對于所述脈沖爆震燃燒器殼體的同心對齊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述至少一個對齊翼片配置為圍繞所述脈沖爆震管的環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述至少一個對齊翼片配置為從所述脈沖爆震管的外表面突出的分立銷。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述多個熱膨脹控制接頭中的每一個配置為滑動膨脹接頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述滑動膨脹接頭配置成包括活塞環(huán)、柔性石墨繩、O形環(huán)、迷宮密封件和C形密封件中的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述滑動膨脹接頭配置成提供定位于各脈沖爆震管的最上端部的空氣閥的外杯的軸向移動。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述滑動膨脹接頭配置成提供所述脈沖爆震管相對于繞所述脈沖爆震管徑向固定的徑向支撐部件的軸向移動。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，各噴嘴與所述氣體排放環(huán)形空間基本相切地定向。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，各噴嘴相對于與渦輪進入角對應(yīng)的脈沖爆震燃燒器縱向中線成角度地定向。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，還包括多個冷卻歧管，各冷卻歧管具有與所述多個噴嘴中的每一個流體連通的一個或多個軸向冷卻槽。
17.一種脈沖爆震燃燒器,包括: 各具有噴嘴出口孔和噴嘴入口的多個噴嘴，其中，多個噴嘴出口孔配置成形成氣體排放環(huán)形空間；各聯(lián)接至相應(yīng)的噴嘴入口的多個脈沖爆震管；以及 多個熱膨脹控制接頭，其配置成便于各脈沖爆震管的獨立熱生長。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所 述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述多個噴嘴出口孔經(jīng)由配合面彼此接合，以形成所述氣體排放環(huán)形空間。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，各脈沖爆震管通過焊接連接而聯(lián)接至所述相應(yīng)的噴嘴入口。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，各噴嘴在與氣流通過所述噴嘴的方向垂直的截面區(qū)域中從所述噴嘴入口會聚到所述噴嘴出口孔。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述多個熱膨脹控制接頭中的每一個配置為波形膨脹接頭。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述波形膨脹接頭與圍繞所述脈沖爆震管的脈沖爆震燃燒器殼體一體地形成，并且提供用于所述脈沖爆震殼體的軸向膨脹。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述脈沖爆震管還在外表面上包括至少一個對齊翼片，其提供所述脈沖爆震管相對于所述脈沖爆震燃燒器殼體的對齊。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述至少一個對齊翼片配置為圍繞所述脈沖爆震管的環(huán)或者從所述脈沖爆震管的外表面突出的分立銷中的至少一個。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述多個熱膨脹控制接頭中的每一個配置為滑動膨脹接頭。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述滑動膨脹接頭配置成提供定位于各脈沖爆震管的最上端部的空氣閥的外杯的軸向移動。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述滑動膨脹接頭配置成便于所述脈沖爆震管相對于繞所述脈沖爆震管徑向固定的徑向支撐部件的軸向移動。
28.根據(jù)權(quán)利要求17所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，還包括多個冷卻歧管，各冷卻歧管具有與所述多個噴嘴流體連通的一個或多個冷卻槽。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的脈沖爆震燃燒器，其特征在于，所述冷卻歧管中的每一個設(shè)置成與所述噴嘴的外周向表面相鄰，并且所述冷卻槽配置成冷卻所述噴嘴的外周向表面。
全文摘要
一種脈沖爆震燃燒器包括多個噴嘴，該多個噴嘴經(jīng)由配合面彼此接合以在周向方向上支撐氣體排放環(huán)形空間。脈沖爆震燃燒器還包括延伸至噴嘴的多個脈沖爆震管以及聯(lián)接至多個脈沖爆震管的多個熱膨脹控制接頭。多個熱膨脹控制接頭中的每一個配置成便于多個脈沖爆震管中的每一個的獨立熱生長。熱膨脹控制接頭可配置為波形膨脹接頭或滑動膨脹接頭。
文檔編號F23R7/00GK103201563SQ201180055165
公開日2013年7月10日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者R.H.肯勇, P.W.多姆, A.拉希德, M.J.彭布爾斯 申請人:通用電氣公司