[发明专利]基于地基式简单循环脉冲爆震燃烧室的混合发动机

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲爆震系统，且更具体地讲，涉及用于发电 的地基式简单循环脉冲爆震燃烧发动机。

背景技术

随着脉冲爆震燃烧室(PDC)和脉冲爆震发动机(PDE)最近的 发展，已经做出了各种努力来在实际应用(例如在航空器发动机)中使 用PDC/E，以及/或者将PDC/E用作产生额外的推力/推进力的手段(例 如在地基式发电系统中)。另外，努力将PDC/E装置应用于使用传统 燃气轮机发动机技术和PDC/E技术两者的组合的“混合”型发动机中， 以力求将运行效率提高到最大限度。以下论述将涉及这些应用中的任 一种。注意，以下论述将涉及“脉冲爆震燃烧室”(即PDC)。但是， 此术语的使用意图包括脉冲爆震发动机等。

由于PDC最近的发展和对寻找实际应用和这些装置的用途 的兴趣增加，所以对提高PDC运行和性能效率以及以使对PDC的使 用实用化的方式结合PDC的兴趣逐渐增加。

在一些应用中，已经试图用PDC代替发动机的标准燃烧级。 但是，因为PDC的大规模不稳定性，所以使用针对稳流而设计的传统 涡轮发动机构件将会是不合适的，会导致重大的性能损失。另外，由 于所涉及的力和应力，使用传统涡轮发动机构件可能是不切实际的。 这是因为由PDC运行所产生的非常高的压力和温度峰值。

已知PDC的运行会在PDC和上下游构件两者内产生非常 高的压力峰值和振荡，以及在PDC管和周围的构件内产生高的瞬间热 载荷。因为在PDC运行期间的这些高的温度和压力峰值以及振荡，所 以难以开发出可经得住长期暴露于这些重复的高的温度和压力峰值/ 振荡的操作系统。当试图采用诸如高压和低压温度级的传统的涡轮发 动机构件时尤其是这样。另外，使用传统的燃气轮机发动机构造会造 成发动机不启动，特别是压缩机部分。这是因为流动振荡，流动振荡 由于PDC运行可向上游传播。

因此，存在对于解决上述缺陷的、在基于涡轮机的发动机 和发电装置中实施PDC的改进的方法的需要。

发明内容

在本发明的一个实施例中，发动机包括压缩流穿过其中的 压缩机级、联接到压缩机级上且在压缩机级的下游并接收压缩流的压 缩机气室(plenum)，以及具有至少一个脉冲爆震燃烧室的脉冲爆震燃 烧室级，该脉冲爆震燃烧室级接收来自压缩机气室的压缩流，且在至 少一个脉冲爆震燃烧室的运行中使用压缩流的至少一部分。联接到脉 冲爆震燃烧室级上的是包括至少一个出口喷嘴的出口喷嘴级，其中来 自至少一个脉冲爆震燃烧室的排气被引导到至少一个出口喷嘴，且出 口喷嘴将接收到的排气引导出出口喷嘴级。在出口喷嘴级下游的是至 少一个涡轮级，其中涡轮级接收被引导出出口喷嘴级的排气。

如本文所用，“脉冲爆震燃烧室”PDC(还包括PDE)应理解 为表示由装置内的一系列重复爆震或准爆震产生压力升高和速度提 高两者的任何装置或系统。“准爆震”是产生比由爆燃波产生的压力 升高和速度提高更大的压力升高和速度提高的超声波湍流燃烧过程。 PDC(和PDE)的实施例包括点燃燃料/氧化剂混合物(例如燃料/空气混 合物)的器件和爆震室，在爆震室中，由点燃过程启动的压力波前聚结 而产生爆震波。各次爆震或准爆震由诸如火花放电或激光脉冲的外部 点火，或者由诸如冲击聚集、自燃的气动过程，或者由另一个爆震(即 交叉点火)启动。

如本文所用，“发动机”意指用于产生推力和/或功率的任 何装置。

附图说明

在考虑过在附图中示意性地阐述的本发明的说明性实施例 之后，本发明的优点、性质和各种额外特征将更加全面地显现，其中：

图1显示了本发明的一个示例性实施例的图示；

图2A至2C显示了根据本发明的各实施例的PDC出口喷 嘴的实施例的图示；以及

图3显示了根据本发明的一个示例性实施例的过渡级的图 示；以及