用于分離流體的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于分離流體的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括渦輪機，該渦輪機包括被構(gòu)造成容納第一流體的第一室和被構(gòu)造成容納第二流體的第二室。該渦輪機還包括屏障，該屏障布置于第一室與第二室之間。該屏障被構(gòu)造成將第一流體與第二流體分開。此外，該屏障包括面對第一室的第一表面和面對第二室的第二表面。該渦輪機還包括從第一室延伸至第二室的孔口。該孔口限定了流體通路。此外，該渦輪機包括管，該管包括第一端和第二端。該第一端聯(lián)接到第一表面并且圍繞孔口的外周布置。該管被構(gòu)造成至少部分地容納第二流體。
【專利說明】用于分離流體的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明中所公開的主題涉及渦輪機吹掃，并且更具體地涉及燃燒器吹掃。
【背景技術(shù)】
[0002]燃氣渦輪發(fā)動機在渦輪機燃燒器的燃燒室內(nèi)燃燒壓縮空氣和燃料的混合物，以產(chǎn)生熱燃燒氣體，并且隨后通過所獲得的熱燃燒氣體來驅(qū)動一個或多個渦輪。遺憾的是，熱燃燒氣體可能積聚在燃燒器的各個通道和/或腔中，從而可能對燃燒器的部件造成不期望的磨損并且可能導(dǎo)致不期望的位置處的燃燒(也被稱為火焰保持和/或回火)。因此，可以向這些通道提供吹掃氣體(例如冷卻空氣)，以去除熱燃燒氣體或可燃燃料-空氣混合物，從而減少回火和/或火焰保持的發(fā)生。然而，即使具有吹掃流，燃燒器中的壓力波動也可能造成燃燒氣體或燃料-空氣混合物瞬間或持續(xù)地回流到通道中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]下文對與原始要求保護的發(fā)明的范圍相符的某些實施例進行概述。并不期望這些實施例對所要求保護的發(fā)明的范圍構(gòu)成限制，相反，這些實施例僅僅旨在提供對本發(fā)明的可能形式的簡要概括。事實上，本發(fā)明可以包括多種形式，這些形式可以與下文所闡述的實施例相似或不同。
[0004]在第一實施例中，本發(fā)明的一種系統(tǒng)包括渦輪機，該渦輪機包括被構(gòu)造成容納第一流體的第一室和被構(gòu)造成容納第二流體的第二室。該渦輪機還包括布置于第一室與第二室之間的屏障。該屏障被構(gòu)造成將第一流體與第二流體分開。此外，該屏障包括面對第一室的第一表面和面對第二室的第二表面。該渦輪機還包括孔口，該孔口從第一室延伸至第二室。該孔口限定了流體通路。此外，該渦輪機包括管，該管包括第一端和第二端。該第一端聯(lián)接到第一表面、并且圍繞孔口的外周布置。該管被構(gòu)造成至少部分地容納第二流體。
[0005]在第二實施例中，本發(fā)明的一種方法包括通過渦輪機的屏障將第一流體與第二流體分開。該屏障包括面對第一流體的第一表面和面對第二流體的第二表面。該方法還包括使得流體能夠通過屏障中的孔口和從屏障的第一表面延伸的管。該方法還包括將第二流體容納在所述管中。
[0006]在第三實施例中，本發(fā)明的一種系統(tǒng)包括燃燒器。該系統(tǒng)還包括布置于燃燒器中并且被構(gòu)造成使燃料流動的第一室。此外，該系統(tǒng)包括第二室，該第二室被布置成鄰近第一室、并且被構(gòu)造成接收吹掃流。該系統(tǒng)還包括孔口，該孔口在第一室與第二室之間延伸。該孔口被構(gòu)造成將吹掃流從第二室引導(dǎo)至所述第一室。此外，該系統(tǒng)包括管，該管圍繞孔口的外周布置并且聯(lián)接到第二室。該管被構(gòu)造成至少部分地容納燃料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]當(dāng)參照附圖閱讀下文的詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它的特征、方面、以及優(yōu)點將變得更好理解，在附圖中，相似的附圖標(biāo)記在全部附圖中代表相似的部件，其中:[0008]圖1是根據(jù)本技術(shù)的方面的可以采用管延伸部的燃氣渦輪發(fā)動機的實施例的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0009]圖2是圖1的管延伸部中的一個的實施例的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0010]圖3是圖1的管延伸部中的一個的實施例的橫截面?zhèn)纫晥D；
[0011]圖4是圖1的燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器部段的實施例的透視剖面圖，其中示出了可以將吹掃流從隔熱罩引導(dǎo)至室中的圖1的管延伸部中的一個的實施例；
[0012]圖5是示出了圖4的隔熱罩與室之間的壓差的實施例的曲線圖；
[0013]圖6是示出了可能由于圖5的壓差而產(chǎn)生的圖4的吹掃流的速度的實施例的曲線圖；以及
[0014]圖7是示出了可能由于圖6的吹掃流速度而產(chǎn)生的圖4的吹掃流的位移的實施例的曲線圖。
【具體實施方式】
[0015]下文將對本發(fā)明的一個或多個特定實施例進行描述。為了提供對這些實施例的簡明描述，說明書中可能不會對實際實施方式的所有特征進行描述。應(yīng)當(dāng)理解，在開發(fā)任何這種實際實施方式的過程中，如在任何工程或設(shè)計項目中，必須進行多種實施方式特定的判定，以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)(例如遵守系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束)，所述特定目標(biāo)可能隨著實施方式的不同而發(fā)生變化。此外，應(yīng)當(dāng)理解，這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗時的，但是無論如何，對于受益于本發(fā)明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，這是設(shè)計、加工、和制造的常規(guī)任務(wù)。
[0016]當(dāng)引入本發(fā)明的各個實施例的元件時，冠詞“一個”和“所述”意在表示具有所述元件中的一個或多個元件。術(shù)語“包括”和“具有”意為包含的并且意味著除了所列出的元件還可能具有另外的元件。
[0017]可以向燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器中的各個室提供吹掃氣體(例如，空氣、氮、其它的惰性氣體、蒸汽、二氧化碳、或排出氣體)，以從所述室去除燃料和空氣的可燃混合物從而減少火焰保持和/或回火的發(fā)生。類似地，可以向室提供吹掃氣體以去除可能對燃氣渦輪發(fā)動機的部件造成損壞的熱燃燒氣體。除此之外或者備選地，可以向室提供吹掃流以減少進入室的任何不期望流體的量。例如，燃氣渦輪發(fā)動機中可能的吹掃場景可以包括向內(nèi)襯冷卻孔、熱氣體路徑(例如，穿過渦輪機噴嘴)、燃料噴射端口、和筒(例如，燃料噴嘴)提供吹掃。
[0018]然而，燃燒器中的壓力波動可能使吹掃流停止，并且可能造成不期望的熱燃燒氣體回流到燃燒器的室中。更具體地，燃燒器的壓力振蕩可能造成環(huán)繞所述室的區(qū)域的壓力的瞬間、或持續(xù)的增大，從而可能造成熱燃燒氣體或可燃的燃料-空氣混合物流入室中。盡管熱燃燒氣體可能僅瞬間回流(例如，進入室中的位移小)，但是對整個室都要進行吹掃以去除燃燒氣體。因此，可能期望提供用于減少不期望的流體(例如，燃燒氣體或可燃混合物)回流到室中、并且用于減少用于從所述室吹掃不期望的流體的吹掃氣體的量的方法。
[0019]考慮到上文所述情況，所公開的實施例包括圍繞孔口的外周布置的管延伸部，以減少流體穿過孔口回流到室中。更具體地，孔口可以延伸穿過屏障，該屏障將容納在第一室中的第一流體(例如，空氣)與容納在第二室中的第二流體(例如，燃燒氣體)分開，并且該孔口可以限定第一室與第二室之間的流體通路。例如，管延伸部可以聯(lián)接到面向第一室的屏障的表面。因此，如果出現(xiàn)壓力振蕩并且造成燃燒氣體回流到第一室中，則所述管延伸部可以至少部分地容納燃燒氣體、并且可以將燃燒氣體與第一室內(nèi)的空氣分開。此外，可以減少用于從第一室吹掃燃燒氣體的吹掃氣體的量。即，與吹掃整個第一室相反，如果燃燒氣體進入第一室中的位移小于所述管延伸部的長度、并且燃燒氣體容納在所述管延伸部內(nèi)，則可以僅吹掃所述管延伸部。應(yīng)當(dāng)注意到，盡管在具有吹掃流的燃氣渦輪發(fā)動機的背景下對本實施例進行討論，但是其也適用于可能需要限制不期望流體回流到體積中的具有類似的吹掃流的任何渦輪機(例如，壓縮機、渦輪、泵等)。例如，本實施例也適用于蒸汽渦輪機、風(fēng)力渦輪機、內(nèi)燃機(例如，火花點火內(nèi)燃機、壓縮點火發(fā)動機(例如柴油發(fā)動機)等)、各種燃燒系統(tǒng)和反應(yīng)器(例如，氣化爐、鍋爐、加熱爐等)等。
[0020]現(xiàn)在參照附圖，圖1示出了包括燃氣渦輪發(fā)動機12的系統(tǒng)10的實施例，該系統(tǒng)10可以在燃氣渦輪機12的各個通道和/或室中采用管延伸部，將在下文進行更詳細地描述。在某些實施例中，系統(tǒng)10可以包括飛機、船舶、機車、發(fā)電系統(tǒng)、或其組合。圖示的燃氣渦輪發(fā)動機12包括進氣部段16、壓縮機18、燃燒器部段20、渦輪22、和排氣部段24。渦輪22通過軸26聯(lián)接到壓縮機18。
[0021]空氣可以通過進氣部段16進入燃氣渦輪發(fā)動機12并且流入壓縮機18中，壓縮機18在空氣進入燃燒器部段20之前對空氣進行壓縮。具體而言，壓縮機18包括聯(lián)接到壓縮機轉(zhuǎn)子盤30的壓縮機葉片28。隨著壓縮機盤30在操作期間旋轉(zhuǎn)，壓縮機葉片28旋轉(zhuǎn)并且將來自進氣部段16的空氣壓縮成加壓空氣。加壓空氣隨后可以被引導(dǎo)至燃燒器部段20，燃燒器部段20可以包括一個或多個燃料噴嘴32。燃料噴嘴32可以將加壓空氣與燃料混合以產(chǎn)生合適的燃料-空氣混合物，所產(chǎn)生的合適的燃料-空氣混合物在燃燒器部段20中燃燒以產(chǎn)生熱燃燒氣體從而驅(qū)動渦輪22。例如，燃燒氣體可以向聯(lián)接到渦輪轉(zhuǎn)子盤36的渦輪葉片34施加動力，以驅(qū)動渦輪22旋轉(zhuǎn)，從而使軸26圍繞旋轉(zhuǎn)軸線38旋轉(zhuǎn)。燃燒氣體隨后可以通過排氣部段24離開燃氣渦輪發(fā)動機12。此外，軸26可以聯(lián)接到負荷，該負荷可以由軸26的旋轉(zhuǎn)提供動力。通過舉例的方式，該負荷可以是可通過燃氣渦輪發(fā)動機12的旋轉(zhuǎn)輸出發(fā)電的任何合適的裝置，例如發(fā)電廠或外部機械負荷。例如，該負荷可以包括發(fā)電機、飛機的螺旋槳等。在下文的討論中，可以參照多個方向，例如軸向方向或軸線40、徑向方向或軸線42、以及周向方向或軸線44。軸向方向40沿旋轉(zhuǎn)軸線38大體定向。
[0022]如上所述，燃氣渦輪發(fā)動機12可以在各個通道和/或室中采用管延伸部。具體而言，管延伸部可以適用于可接收吹掃流體的任何通道和/或室。如上文所描述的，管延伸部可以通過減少可能由于壓力和/或溫度波動而出現(xiàn)的不期望的流體(例如，熱空氣、熱燃燒氣體、和/或燃料混合物)回流到通道或室中來改進回流裕度。在某些實施例中，可以向在操作期間經(jīng)歷高溫的燃氣渦輪發(fā)動機12的部件提供冷卻吹掃氣體以耗散熱。例如，吹掃可以被提供給壓縮機18，并且被引導(dǎo)圍繞壓縮機轉(zhuǎn)子盤30中的一個或多個。因此，可以沿吹掃流動路徑利用管延伸部，如箭頭60所示。此外，可以向可能由于熱燃燒氣體而達到高溫的渦輪22的部件提供吹掃。因此，管延伸部可以圍繞渦輪葉片34和渦輪轉(zhuǎn)子盤36定位，如箭頭62所示。
[0023]管延伸部可以特別適于燃燒器部段20內(nèi)的吹掃場景，原因是燃燒器部段20可能經(jīng)歷由于被供給至燃料噴嘴32的燃料的組成或特性、燃燒動力的改變等而造成的壓力波動?？梢栽谌細鉁u輪發(fā)動機12關(guān)閉之后吹掃在燃氣渦輪發(fā)動機12正常操作期間噴射燃料的燃料噴射端口，以去除可能在暴露于熱時于燃料噴射端口中形成不期望的殘渣的燃料噴射端口中的任何剩余燃料。因此，管延伸部可以沿用于燃料噴射端口的吹掃流路徑定位，如大體由箭頭64所示的。類似于燃料噴射端口，可能期望吹掃燃料噴嘴32 (例如，筒)，以在燃料未主動流過燃料噴嘴32時去除任何剩余燃料、并且利用管延伸部(如箭頭66所示)，從而減少燃料回流到燃料噴嘴32中。此外，可以向隔熱罩和/或燃燒器內(nèi)襯提供冷卻吹掃空氣，以在燃燒器部段20的外側(cè)壁與熱燃燒氣體之間產(chǎn)生隔熱屏障。因此，為了減少熱燃燒氣體回流到這些腔中，管延伸部可以沿隔熱罩和燃燒器內(nèi)襯放置，如分別由箭頭68和70所示的。
[0024]考慮到上文，圖2示出了管延伸部90 (例如，管)的實施例的橫截面圖，該管延伸部90可以沿被提供給熱氣體路徑、燃料噴射端口、燃料噴嘴、隔熱罩、燃燒器內(nèi)襯等的吹掃流路徑定位。具體而言，管延伸部90可以聯(lián)接到將第一流體94與第二流體96分開的屏障92，并且可以圍繞延伸穿過屏障92的孔口 100的外周98布置。孔口 100限定了第一流體94與第二流體96之間的流體通路。如圖所示，管延伸部90聯(lián)接到面對第一流體94的屏障92的第一表面102。備選地，管延伸部90可以聯(lián)接到面對第二流體96的屏障92的第二表面104。在某些實施例中，第一流體94和第二流體96可以分別被第一室106和第二室108容納。在一個實施例中，第一室106和第二室108可以分別流動著第一流體94和第二流體96。此外，在某些實施例中，第一室106和第二室108可以不具有確定邊界，而是相反，可以被相鄰部件之間的孔洞限定。在某些實施例中，第一室106或第二室108可以包括屏障92。
[0025]由于孔口 100限定了流體通路，因此第一流體94和第二流體96可以穿過孔口 100流入相對的室中。在某些實施例中，可能期望減少第一室106中的第二流體96的量。例如，第二流體96可以是熱燃燒氣體、燃料、或燃料-空氣混合物。除此之外或備選地，第一室106可以是當(dāng)暴露于燃料或熱氣體時經(jīng)受損壞的腔，并且/或者第一室106可以將一個或多個相鄰部件熱隔離，且因此可以被保持在合適的溫度以提供充分的隔熱。因此，可能期望減少第一室106內(nèi)的熱氣體或燃料的量。因此，可以向第一室106提供由箭頭110代表的吹掃流或吹掃通道(例如，空氣、氮、其它的惰性氣體、蒸汽、二氧化碳、排出氣體、或其組合)，以從第一室106去除第二流體96。孔口 100可以將吹掃流110從第一室106引導(dǎo)至第二室108。因此，可以選擇跨過吹掃通路110的壓降以實現(xiàn)期望的回流裕度。S卩，可以選擇吹掃流110的壓力使得第一流體94的壓力(S卩，第一室106的壓力)與第二流體96的壓力(即，第二室108的壓力)之間的差值為正。較高的回流裕度意味著回流到第一室106中的第二流體96的量減少。在某些實施例中，第一流體94可以是吹掃氣體。備選地，第一室106可以容納流體94和吹掃氣體二者。
[0026]如上文所注意到的，可能發(fā)生由雙箭頭112所示的第一室106和/或第二室108內(nèi)的壓力波動，從而可能使吹掃流100停止、并且可能使流動方向反轉(zhuǎn)，使得第二流體96流入第一室106中。S卩，第二流體96的壓力和/或第二室108的壓力可以周期性地增大至比第一流體94的壓力和/或第一室106的壓力高的壓力。在某些實施例中，第二流體96的壓力和/或第二室108的壓力可能振蕩。典型地，如果第二流體96進入第一室106，則可以吹掃整個第一室106以去除第二流體96。然而，由于管延伸部90可以在壓力波動112造成第二流體96回流時至少部分地容納第二流體96，因此可能僅需要通過吹掃流100來吹掃管延伸部90，而不是整個第一室106。相比被用于吹掃整個第一室106的吹掃流110的量，這可以使所使用的吹掃流100的量減少大約30-100%、50-95%、或70_90%。此外，這可以使回流裕度(backflow margin)改進(即，使回流裕度增大或者減少到第一室106中的第二流體96的回流)大約10-100%、30-70%、或40-60%。備選地，在某些實施例中，用于吹掃流112的源114可以定位成靠近管延伸部90，使得吹掃流112被直接提供給管延伸部90。通過該方式，可以減少吹掃體積，并且因此還可以減少所利用的吹掃流112的量。在某些實施例中，源114可以是壓縮機排氣。
[0027]為了使容納在管延伸部90內(nèi)的第二流體96的量最大化，可以基于期望的壓力波動112來選擇管延伸部90的長度116。壓力波動112的頻率和峰到峰動力影響第二流體96進入第一室106中的位移(例如，回流)。因此，管延伸部90的長度116可以被選擇成用于最大潛在位移。此外，在某些實施例中，管延伸部90可以用作擴散器，以降低進入第一室106中的第二流體96的速度。通過降低第二流體96的速度，可以減小管延伸部90的長度116。
[0028]如圖所示，管延伸部90可以成錐形，例如圓錐形。例如，管延伸部90可以具有內(nèi)徑118，該內(nèi)徑118從管延伸部90的第一端120至第二端122沿管延伸部的長度116線性或曲線地增大。因此，管延伸部90可以具有第一端120處的第一內(nèi)徑124和第二端處的第二內(nèi)徑126，并且第一內(nèi)徑124可以小于第二內(nèi)徑126。在某些實施例中，第二內(nèi)徑126與第一內(nèi)徑124的比可以處于大約4:1至1.1:1、3:1至1.25:1、或2:1至1.5:1之間。在其它實施例中，管延伸部90的直徑的變化可能不是漸進的(例如，成臺階狀、或非錐形)。此外，盡管圖2將管延伸部90示為具有沿長度116恒定的外徑128，但是在其它實施例中，外徑128可以發(fā)生變化。例如，外徑128可以從第一端120至第二端122沿長度116減小，以支承管延伸部90并且將管延伸部90更好地固定至屏障92。
[0029]管延伸部90可以成形為具有任何合適的橫截面。例如，管延伸部90的橫截面可以是圓形、橢圓形、三角形、方形、矩形、多邊形等。此外，管延伸部90可以形成有沿長度116變化的橫截面，以使得沒有流分離延伸至移位的流接口。此外，盡管管延伸部90被示為與屏障92垂直的直管延伸部90，但是管延伸部90可以以任何合適的角度130 (例如10至90度、15至80度、20至70度、30至60度、或者40至50度)固定于屏障92、并且可以是沿長度116部分或完全彎曲的(如虛線117所示)，以適應(yīng)燃氣渦輪發(fā)動機12的幾何形狀。
[0030]在其它實施例中，管延伸部90可以具有恒定的內(nèi)徑132，如圖3中所示。然而，由于具有恒定內(nèi)徑132的管延伸部90可能不會使第二流體96的回流減慢，因此可能期望為管延伸部90提供較長的長度134。在某些實施例中，長度134與內(nèi)徑132的比可以為大約5:1至1.1:1、4:1至1.25:1、3:1至1.5:1、或2:1至1.75:1。圖3中與圖2中所示的元件一樣的元件以相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識。
[0031]由于第二流體96可以是熱燃燒氣體、燃料、或燃料-空氣混合物，因此管延伸部90可以由可承受高溫并且/或者可以被暴露于燃料的任何合適的材料形成。例如，管延伸部90可以由耐火材料、耐火金屬、非金屬材料、陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料、和其任何組合形成。此夕卜，屏障92和/或第二室108可以由耐火材料、耐火金屬、非金屬材料、陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料、和其任何組合形成。在某些實施例中，管延伸部90可以由與屏障92和/或第二室108相同的材料構(gòu)成。例如，管延伸部90可以由屏障92形成(即，屏障92的整體部件)。[0032]如上文所描述的，可能期望沿吹掃流110提供一個或多個管延伸部90，該吹掃流110向燃燒器部段20的隔熱罩提供冷卻空氣。例如，圖4示出了燃燒器部段20的剖面透視圖，該燃燒器部段20包括可以布置在端帽140中的一個或多個燃料噴嘴32。如上所述，燃料噴嘴32將燃料與加壓空氣組合以形成燃料-空氣混合物。在圖示實施例中，燃料噴嘴32從一個或更多個四(quaternary)燃料噴射器142接收燃料,所述一個或更多個四燃料噴射器142向來自壓縮機18的氣流149噴射燃料。例如，氣流149可以進入燃燒器內(nèi)襯150與穿孔流套筒151之間的環(huán)形室144。燃料和加壓空氣可以通過環(huán)形室144流向端帽140(如箭頭146所示)，以通過燃料噴嘴32。燃料-空氣混合物隨后可以流向端帽140下游的由燃燒器內(nèi)襯150包繞的燃燒室148。燃料-空氣混合物被點燃，并且燃燒以形成熱燃燒氣體(例如，排氣)。
[0033]因此，熱燃燒氣體可以增加燃燒器部段20的溫度，并且因此，可以向燃燒器部段20的各個部件提供冷卻空氣，例如殼體154的一個或多個外壁152。此外，在某些實施例中，一個或多個隔熱罩156 (例如，隔熱罩區(qū)域)可以設(shè)置在外壁152與容納熱燃燒氣體和/或燃料的室之間。例如，隔熱罩156可以鄰近外壁152、并且/或者可以布置于外壁152與環(huán)形室144之間，該環(huán)形室144可以容納燃料或燃料-空氣混合物、并且/或者使燃料或燃料-空氣混合物流動。除此之外或備選地，隔熱罩156可以布置于外壁152與燃燒室148之間，燃燒室148可以容納熱燃燒氣體。在某些實施例中，隔熱罩156可以是環(huán)形室?？傮w而言，隔熱罩156是容納、并且/或者流動著冷卻流體(例如，空氣)以提供外壁152與容納熱燃燒氣體和/或燃料的室之間的隔熱屏障的室。此外，可能期望連續(xù)或周期性地吹掃(例如，通過吹掃流110)隔熱罩156以保持隔熱罩156內(nèi)側(cè)的期望溫度。在某些實施例中，吹掃流110可以流過隔熱罩156，以去除可能進入隔熱罩156的任何熱燃燒氣體和/或燃料。
[0034]然而，如上所述，可能發(fā)生(例如，由于燃燒動力而發(fā)生)燃燒器部段20中的壓力波動，從而可能使穿過隔熱罩156的吹掃流110周期性地停止(stall)。因此，可以圍繞吹掃流110路徑的孔口 100提供管延伸部90。在該圖示實施例中，向至少部分地在外壁152與容納燃料-空氣混合物的環(huán)形室144之間延伸的隔熱罩156提供管延伸部90。通過該方式，吹掃流110可以穿過管延伸部90提供第一流體(例如，冷卻空氣)。在燃燒器部段20的壓力振蕩造成環(huán)形室144的壓力與隔熱罩156的壓力之間的負壓差的情況下，管延伸部90可以至少部分地容納可能回流到隔熱罩156中的燃料-空氣混合物。
[0035]此外，如上所述，可以基于期望的壓力波動112來選擇管延伸部90的長度。例如，圖5是對燃燒器部段20中，或者更具體地，環(huán)形室144中可能出現(xiàn)的壓力波動進行建模的曲線圖160。曲線圖160示出了相對于時間(橫坐標(biāo)164)的壓差(縱坐標(biāo)162)。更具體地，該壓差可以是隔熱罩156 (例如，第一室106)與環(huán)形室144 (例如，第二室108)之間的壓差。線166可以代表在不存在壓力波動112的情況下的隔熱罩166與環(huán)形室144之間的基線壓差，而線168代表至少部分地由壓力波動112造成的隔熱罩166與環(huán)形室144之間的一個可能的壓差。壓差168示出了隔熱罩166與環(huán)形室144之間的壓力可以在正壓力與負壓力之間振蕩。實際上，壓差168在時段169中可以是負值。
[0036]隔熱罩156與環(huán)形室144之間的壓差可以影響吹掃流110的速度。例如，由線168所示的壓差可以造成如圖6的曲線圖170所示的吹掃流110的速度的變化。曲線圖170示出了相對于時間(橫坐標(biāo)174)的速度(縱坐標(biāo)172)。線176可以代表在不存在壓力波動112的情況下來自隔熱罩156和環(huán)形室144的吹掃流110的基線速度，而線178可以代表由壓差168造成的從隔熱罩156進入環(huán)形室144中的吹掃流110的速度。速度178可以處于正速度與負速度之間的范圍內(nèi)。如圖所示，速度178隨著壓差168—起減小和增大。此外，在圖示實施例中，速度178在時段180期間可以是負的，該時段180與其中壓差168為負的的時段160相對應(yīng)。在一個實施例中，速度178可以在減小的同時保持為正。此外，應(yīng)當(dāng)注意至IJ，由于壓差168可以持續(xù)振蕩，因此速度178可以類似地振蕩。
[0037]隨著吹掃流110的速度發(fā)生改變，吹掃流110進入環(huán)形室144中的位移也可以發(fā)生改變。例如，圖7示出了對可能由于壓差168和速度178而出現(xiàn)吹掃流110的位移進行建模的曲線圖190。曲線圖190示出了相對于時間(橫坐標(biāo)194)的位移(縱坐標(biāo)192)。更具體地，位移192可以是吹掃流110從隔熱罩156進入環(huán)形室144中的位移。線196可以代表在不存在壓力波動112的情況下吹掃流110從隔熱罩156進入環(huán)形室144中的基線位移，而線198可以代表由壓差168和速度178造成的吹掃流110的位移。如圖所示，基線位移196是正的并且以恒定速率增大。然而，由于負速度178，位移198在時段200內(nèi)可以是負的。負位移的時段200可能造成吹掃流110和來自環(huán)形室144的燃料-空氣混合物流入隔熱罩156中。在圖示實施例中，吹掃流110經(jīng)歷負位移202。盡管在某些實施例中，負位移202可以處于大約1厘米至10厘米之間、2厘米至8厘米之間、或3厘米至6厘米之間，但是其它的范圍也是可能的。因此，對于圍繞限定了隔熱罩156與環(huán)形室144之間的流體通路的孔口 100布置的管延伸部90而言，長度116或134可以處于大約1厘米至10厘米、2厘米至8厘米、或3厘米至6厘米之間。因此，管延伸部90可以容納任何不期望的流體，例如由環(huán)形室144容納的燃料或燃料-空氣混合物，原因是可以基于期望的壓差168來選擇用于期望的負位移202的長度116或134。此外，可能期望增加長度116或134以適應(yīng)任何不期望的波動。例如，長度116或134可以處于大約3厘米至12厘米、4厘米至10厘米、或5厘米至8厘米之間。除了上文所討論的壓力和速度波動的大小之外，這些波動的頻率也可以影響回流裕度。在不同的頻率下，不期望的流體可獲得的行進穿過管延伸部90的時間不同。這可能需要不同的管延伸部90的長度以用于特定應(yīng)用。
[0038]如上文所描述的，某些實施例包括可以減少可能由于壓力波動而出現(xiàn)的流體(例如，第二流體96、燃料-空氣混合物、和/或熱氣體)回流到室(例如，第一室106和/或隔熱罩156)中的管延伸部90。管延伸部90可以至少部分地容納流體并且將該流體與容納在室中的任何流體(例如，空氣)分開。此外，如果流體進入管延伸部90的話，可以僅吹掃管延伸部90，而不是吹掃整個室。因此，可以減少所使用的吹掃流110的量。例如，可以將吹掃流110的量減少大約10-100%、30-95%、或50_90%。此外，如上所述，管延伸部90可以適用于可接收吹掃流110的任何通道和/或室。例如，管延伸部90可以沿被提供給熱氣體路徑、燃料噴射端口、燃料噴嘴、隔熱罩、燃燒器內(nèi)襯等的吹掃流110定位。
[0039]本說明書使用例子對本發(fā)明進行了公開(其中包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明(其中包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行所包含的任何方法)。本發(fā)明的可專利范圍通過權(quán)利要求進行限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的其它的例子。如果這種其它的例子具有與權(quán)利要求的字面語言沒有區(qū)別的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這種其它的例子包括與權(quán)利要求的字面語言沒有實質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則期望這種其它的例子落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:渦輪機，所述渦輪機包括:第一室，所述第一室被構(gòu)造成容納第一流體；第二室，所述第二室被構(gòu)造成容納第二流體；屏障，所述屏障布置于所述第一室與所述第二室之間，其中所述屏障被構(gòu)造成將所述第一流體與所述第二流體分開，其中所述屏障包括面對所述第一室的第一表面和面對所述第二室的第二表面；孔口，所述孔口從所述第一室延伸至所述第二室并且限定了流體通路；以及管，所述管包括第一端和第二端，其中所述第一端聯(lián)接到所述第一表面并且圍繞所述孔口的外周布置，其中所述管被構(gòu)造成至少部分地容納所述第二流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管包括所述第一端處的第一內(nèi)徑和所述第二端處的第二內(nèi)徑，并且其中所述第二內(nèi)徑大于所述第一內(nèi)徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管的內(nèi)徑從所述第一端至所述第二端沿所述管的長度逐漸增大。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管的長度處于大約2至6厘米之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管的內(nèi)徑從所述第一端至所述第二端沿所述管的長度是恒定的，并且其中所述內(nèi)徑與所述長度的比大于大約2:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括燃燒器，其中所述第一室包括隔熱罩區(qū)域，所述隔熱罩區(qū)域被布置成鄰近所述燃燒器的外壁，并且其中吹掃通路被構(gòu)造成向所述隔熱罩區(qū)域提供吹掃流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括吹掃源，所述吹掃源被構(gòu)造成向第一區(qū)域供給吹掃流，其中所述孔口限定了吹掃通路，所述吹掃通路被構(gòu)造成從所述第一區(qū)域向第二區(qū)域提供吹掃流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述孔口包括內(nèi)襯冷卻孔、沿?zé)釟怏w路徑的孔口、燃料噴射端口孔、或燃料噴嘴孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管包括內(nèi)徑和外徑，其中所述內(nèi)徑從所述第一端至所述第二端沿所述管的長度增大，并且所述外徑從所述第一端至所述第二端沿所述管的長度減小。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，與所述管的軸線交叉的橫截面包括圓形、橢圓形、或多邊形形狀。
11.一種方法，所述方法包括:通過渦輪機的屏障將第一流體與第二流體分開，其中所述屏障包括面對所述第一流體的第一表面和面對所述第二流體的第二表面；使得流體能夠通過所述屏障中的孔口和從所述屏障的第一表面延伸的管；以及將所述第二流體容納在所述管中，其中通過將所述第二流體容納在所述管中來增大回流裕度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括:在第一壓力下供給所述第一流體；以及在第二壓力下供給所述第二流體，其中所述第一壓力小于所述第二壓力。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括使所述第一壓力或所述第二壓力振蕩。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一流體包括吹掃流，并且其中所述第二流體包括熱氣體或燃料。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述孔口包括內(nèi)襯冷卻孔、沿?zé)釟怏w路徑的孔口、燃料噴射端口孔、或燃料噴嘴孔。
16.—種系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括:燃燒器；第一室，所述第一室布置于所述燃燒器中并且被構(gòu)造成使燃料流動；第二室，所述第二室被布置成鄰近所述第一室并且被構(gòu)造成接收吹掃流；孔口，所述孔口在所述第一室與所述第二室之間延伸，其中所述孔口被構(gòu)造成將吹掃流從所述第二室引導(dǎo)至所述第一室；以及管，所述管圍繞所述孔口的外 周布置并且聯(lián)接到所述第二室，其中所述管被構(gòu)造成至少部分地容納燃料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二室包括隔熱罩，并且其中所述隔熱罩布置于所述第一室與所述燃燒器的外壁之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管包括第一端和第二端，其中所述第一端聯(lián)接到所述第二室，并且其中所述管的直徑從所述第一端至所述第二端沿所述管的長度增大。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管的長度處于大約2厘米至6厘米之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管是至少部分地彎曲的。
【文檔編號】F02C7/22GK103727561SQ201310470177
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月10日
【發(fā)明者】M.K.博巴, R.M.瓦沙姆 申請人:通用電氣公司