[發明專利]基于地基式簡單循環脈沖爆震燃燒室的混合發動機

有效

• 申請號: 201010114979.7
• 申請日: 2010-01-29
• 公開（公告）號: CN101818704A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: A·拉希德;N·D·喬世;V·E·唐吉拉拉
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02K7/00
• 分類號: F02K7/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;劉華聯

技術領域

本發明涉及脈沖爆震系統，且更具體地講，涉及用于發電 的地基式簡單循環脈沖爆震燃燒發動機。

背景技術

隨著脈沖爆震燃燒室(PDC)和脈沖爆震發動機(PDE)最近的 發展，已經做出了各種努力來在實際應用(例如在航空器發動機)中使 用PDC/E，以及/或者將PDC/E用作產生額外的推力/推進力的手段(例 如在地基式發電系統中)。另外，努力將PDC/E裝置應用于使用傳統 燃氣輪機發動機技術和PDC/E技術兩者的組合的“混合”型發動機中， 以力求將運行效率提高到最大限度。以下論述將涉及這些應用中的任 一種。注意，以下論述將涉及“脈沖爆震燃燒室”(即PDC)。但是， 此術語的使用意圖包括脈沖爆震發動機等。

由于PDC最近的發展和對尋找實際應用和這些裝置的用途 的興趣增加，所以對提高PDC運行和性能效率以及以使對PDC的使 用實用化的方式結合PDC的興趣逐漸增加。

在一些應用中，已經試圖用PDC代替發動機的標準燃燒級。 但是，因為PDC的大規模不穩定性，所以使用針對穩流而設計的傳統 渦輪發動機構件將會是不合適的，會導致重大的性能損失。另外，由 于所涉及的力和應力，使用傳統渦輪發動機構件可能是不切實際的。 這是因為由PDC運行所產生的非常高的壓力和溫度峰值。

已知PDC的運行會在PDC和上下游構件兩者內產生非常 高的壓力峰值和振蕩，以及在PDC管和周圍的構件內產生高的瞬間熱 載荷。因為在PDC運行期間的這些高的溫度和壓力峰值以及振蕩，所 以難以開發出可經得住長期暴露于這些重復的高的溫度和壓力峰值/ 振蕩的操作系統。當試圖采用諸如高壓和低壓溫度級的傳統的渦輪發 動機構件時尤其是這樣。另外，使用傳統的燃氣輪機發動機構造會造 成發動機不啟動，特別是壓縮機部分。這是因為流動振蕩，流動振蕩 由于PDC運行可向上游傳播。

因此，存在對于解決上述缺陷的、在基于渦輪機的發動機 和發電裝置中實施PDC的改進的方法的需要。

發明內容

在本發明的一個實施例中，發動機包括壓縮流穿過其中的 壓縮機級、聯接到壓縮機級上且在壓縮機級的下游并接收壓縮流的壓 縮機氣室(plenum)，以及具有至少一個脈沖爆震燃燒室的脈沖爆震燃 燒室級，該脈沖爆震燃燒室級接收來自壓縮機氣室的壓縮流，且在至 少一個脈沖爆震燃燒室的運行中使用壓縮流的至少一部分。聯接到脈 沖爆震燃燒室級上的是包括至少一個出口噴嘴的出口噴嘴級，其中來 自至少一個脈沖爆震燃燒室的排氣被引導到至少一個出口噴嘴，且出 口噴嘴將接收到的排氣引導出出口噴嘴級。在出口噴嘴級下游的是至 少一個渦輪級，其中渦輪級接收被引導出出口噴嘴級的排氣。

如本文所用，“脈沖爆震燃燒室”PDC(還包括PDE)應理解 為表示由裝置內的一系列重復爆震或準爆震產生壓力升高和速度提 高兩者的任何裝置或系統。“準爆震”是產生比由爆燃波產生的壓力 升高和速度提高更大的壓力升高和速度提高的超聲波湍流燃燒過程。 PDC(和PDE)的實施例包括點燃燃料/氧化劑混合物(例如燃料/空氣混 合物)的器件和爆震室，在爆震室中，由點燃過程啟動的壓力波前聚結 而產生爆震波。各次爆震或準爆震由諸如火花放電或激光脈沖的外部 點火，或者由諸如沖擊聚集、自燃的氣動過程，或者由另一個爆震(即 交叉點火)啟動。

如本文所用，“發動機”意指用于產生推力和/或功率的任 何裝置。

附圖說明

在考慮過在附圖中示意性地闡述的本發明的說明性實施例 之后，本發明的優點、性質和各種額外特征將更加全面地顯現，其中：

圖1顯示了本發明的一個示例性實施例的圖示；

圖2A至2C顯示了根據本發明的各實施例的PDC出口噴 嘴的實施例的圖示；以及

圖3顯示了根據本發明的一個示例性實施例的過渡級的圖 示；以及