專利名稱：用于增強(qiáng)噴嘴中的流動的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及用于增強(qiáng)噴嘴中的流動的系統(tǒng)和方法。特別地，本發(fā)明的實施例可以提供一種用于減少或防止火焰穩(wěn)定(flame holding)發(fā)生在噴嘴中的特定位置的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中，已知燃燒器用于點燃燃料與空氣而產(chǎn)生具有高溫和高壓的燃燒氣體。例如，燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)、飛行器發(fā)動機(jī)以及眾多其它的基于燃燒的系統(tǒng)，包括將諸如空氣的工作流體與燃料混合并點燃該混合物而產(chǎn)生高溫高壓的燃燒氣體的一個或更多的燃燒器。各個燃燒器通常包括在燃燒之前混合工作流體與燃料的一個或更多噴嘴。眾所周知，基于燃燒的系統(tǒng)的熱力學(xué)效率通常隨著運轉(zhuǎn)溫度即燃燒氣體溫度增加而增加。然而，如果燃料和空氣在燃燒之前未均勻地混合，那么局部化的熱點可能形成于燃燒器中。局部化的熱點增加了燃燒器中的火焰閃回(flash back)至噴嘴中且/或附于噴嘴內(nèi)的可能性，這可能損壞噴嘴。雖然火焰閃回和火焰穩(wěn)定可能伴隨著任何燃料而發(fā)生，但是它們更加容易伴隨著具有更高的燃燒速率和更寬的可燃范圍的諸如氫的高活性燃料而發(fā)生。存在著多種技術(shù)，以允許更高的運轉(zhuǎn)溫度并減小閃回和火焰穩(wěn)定。這些技術(shù)中的很多試圖減少局部化的熱點且/或減少低流動區(qū)域，以減少或防止閃回或火焰穩(wěn)定的發(fā)生。例如，噴嘴設(shè)計的不斷改進(jìn)，導(dǎo)致了燃料和空氣在燃燒之前更加均勻地混合，以減少或防止局部化的熱點形成于燃燒器中。作為備選，或另外，噴嘴已經(jīng)設(shè)計成確保通過噴嘴的燃料和/或空氣的最小流動速率，以防止燃燒器火焰閃回至噴嘴中。噴嘴設(shè)計的不斷改進(jìn)以及減少低流動區(qū)域和流分離區(qū)域的方法將是有用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點在下面的描述中被闡述，或者通過該描述而可能是明顯的， 或者可以是通過本發(fā)明的實踐來學(xué)習(xí)的。本發(fā)明的一個實施例是一種噴嘴，該噴嘴包括護(hù)罩和限定軸向中心線的中心體， 該護(hù)罩周向地圍繞中心體的至少一部分而在中心體和護(hù)罩之間限定環(huán)形通道。該噴嘴還包括位于中心體和護(hù)罩之間的多個葉片，其中，多個葉片之中的各個葉片包括與護(hù)罩分離的徑向朝外部。本發(fā)明的另一實施例是一種噴嘴，該噴嘴包括護(hù)罩和限定軸向中心線的中心體， 該護(hù)罩周向地圍繞中心體的至少一部分而在中心體和護(hù)罩之間限定環(huán)形通道。該噴嘴還包括位于中心體和護(hù)罩之間的多個葉片，其中，多個葉片之中的各個葉片包括壓力側(cè)和真空側(cè)。護(hù)罩中的多個端口靠近多個葉片之中的各個葉片的真空側(cè)。本發(fā)明還包括一種用于增強(qiáng)穿過噴嘴的流動的方法。該方法包括使燃料流動穿過中心體并使流體流流動穿過位于中心體和圍繞該中心體的至少一部分的護(hù)罩之間的葉片。該方法還包括使流體流在葉片的徑向朝外部和護(hù)罩之間流動，其中，葉片的徑向朝外部與護(hù)罩分離。通過回顧說明書，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將更好地領(lǐng)悟這種實施例的特征和方面以及其它。


本發(fā)明的完整且可行的公開，包括對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言的其最佳模式，更加特定地在說明書的剩余部分進(jìn)行了闡述，包括參照附圖，在附圖中構(gòu)件列表
10噴嘴
12中心體
14護(hù)罩
16葉片
18軸向中心線
20環(huán)形通道
22葉片的前緣
24葉片的后緣
26葉片的壓力側(cè)
28葉片的真空側(cè)
30工作流體
32室
34燃料
36燃料端口
38彎曲表面
40徑向朝外部
42徑向朝外部中的開口
44護(hù)罩中的通道
46流體流
48護(hù)罩中的端口
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)地參照本發(fā)明的所呈現(xiàn)的實施例，實施例的一個或更多的示例顯示在附圖中。詳細(xì)的描述使用數(shù)字標(biāo)記和字母標(biāo)記來引用圖中的特征。圖和說明書中的相同或相似的標(biāo)記已經(jīng)用于引用本發(fā)明的相同或相似的部分。
以解釋本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明的方式提供了各個示例。事實上，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見地，在不脫離本發(fā)明的范圍或要旨的情況下，在本發(fā)明中能夠做出各種修改和變化。例如，顯示或描述為一個實施例的部分的特征能夠用于另一實施例而產(chǎn)生又一實施例。因此，當(dāng)這種修改和變化落入所附的權(quán)利要求及其等同的范圍之內(nèi)時，本發(fā)明意圖覆蓋這種修改和變化。圖I顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的噴嘴10的透視圖。如圖I所示，噴嘴10通常包括中心體12、護(hù)罩14以及多個葉片16。中心體12通常沿著噴嘴10的軸向中心線18 延伸，并限定該軸向中心線18。護(hù)罩14周向地圍繞中心體12的至少一部分而在中心體12 和護(hù)罩14之間限定環(huán)形通道20。葉片16通常包括前緣22 (圖I中不可見)和后緣24，并在環(huán)形通道20中徑向地延伸在中心體12和護(hù)罩14之間。在特定實施例中，葉片16可以是彎曲的或者相對于軸向中心線18呈一定角度，導(dǎo)致了各個葉片16的壓力側(cè)26和真空側(cè) 28。諸如空氣的工作流體30可以流入環(huán)形通道20中并流過葉片16。中心體12中的室32 可以將燃料34供應(yīng)至中心體12和/或葉片16。中心體12和/或葉片16中的燃料端口 36可以為燃料34提供流體連通，以從室32流入環(huán)形通道20中。以這種方式，燃料34可以流動穿過中心體12和/或葉片16中的燃料端口 36，并且，葉片16可以引導(dǎo)燃料34和/ 或工作流體30，并且/或者使燃料34和/或工作流體30旋流，以增強(qiáng)環(huán)形通道20中的燃料34和/或工作流體30在離開噴嘴10之前的混合。操作經(jīng)驗、測試以及計算機(jī)的流體動力計算指出，葉片16可以產(chǎn)生有益于火焰穩(wěn)定的環(huán)境。特別地，葉片16的真空側(cè)28和/或后緣24可以產(chǎn)生有益于火焰穩(wěn)定的低流動區(qū)域或流分離區(qū)域。本發(fā)明的各種實施例提供了增加的流動和/或噴嘴表面的成形 (contouring),以減少火焰穩(wěn)定的發(fā)生,并且，如果火焰穩(wěn)定發(fā)生，則減少和/或防止對噴嘴表面的任何損壞。以這種方式，本發(fā)明的各種實施例可以減少與葉片16相關(guān)聯(lián)的低流速區(qū)域而減少噴嘴10中的火焰穩(wěn)定的可能性和/或后果。如圖I所示，各個葉片16可以包括將切向速度或旋流賦予流過葉片16的燃料34 和/或工作流體30的彎曲表面38。如圖I所示，葉片16還可以包括與護(hù)罩14分離的徑向朝外部40。徑向朝外部40可以是彎曲的或者遠(yuǎn)離護(hù)罩14而成形，使得葉片16的后緣24 從護(hù)罩14徑向朝內(nèi)地漸縮。在該配置中，燃料34和/或工作流體30可以在徑向朝外部40 和護(hù)罩14之間流動而增加了位于真空側(cè)28的流分離區(qū)域的流體流動和/或葉片16的后緣24附近的流體流動。圖2提供了根據(jù)本發(fā)明的備選實施例的中心體12、護(hù)罩14以及葉片16的放大透視圖。在該特定實施例中，葉片16通常包括相對于軸向中心線18呈一定角度的筆直表面， 以將切向速度或旋流賦予流過葉片16的燃料34和/或工作流體30。如前面關(guān)于圖I所示的實施例而描述的，葉片16還包括與護(hù)罩14分離的徑向朝外部40。另外，葉片16包括徑向朝外部40和/或葉片16的壓力側(cè)26或真空側(cè)28之中的一者或兩者中的開口 42、開孔、端口、通道或者孔。如本文中使用的，術(shù)語“開口”、“開孔”、“端口”、“通道”以及“孔”意圖在含義上大致等同，并可以用作彼此的同義詞。圖3提供了彎曲葉片16的側(cè)視截面圖， 該彎曲葉片16顯示了徑向朝外部40中的開口 42和壓力側(cè)26及真空側(cè)28。如圖2所示， 護(hù)罩14和葉片16之間或者中心體12和葉片16之間的通道44可以為流體流46提供流體連通，以流動穿過葉片16并流出徑向朝外部40中的開口 42。例如，流體流46可以包括工作流體30、蒸汽、惰性氣體、稀釋劑或者本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的另一合適的流體。以這種方式，流體流46提供了流過葉片16的后緣24和/或壓力側(cè)26或真空側(cè)28的另外的流動。另外，計算機(jī)的流體動力計算指出，穿過徑向朝外部40和/或壓力側(cè)26及真空側(cè)28 中的開口 42的流體流46的另外的流動可以減少位于葉片16的后緣24的任一側(cè)的低流通的區(qū)域。圖4提供了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的中心體12、護(hù)罩14以及葉片16的放大透視圖。在該特定實施例中，葉片16通常包括與軸向中心線18對齊的筆直表面，以引導(dǎo)流過葉片16的燃料34和/或工作流體30。如前面關(guān)于圖I和圖2所示的實施例而描述的，葉片16還包括與護(hù)罩14分離的徑向朝外部40。另外，葉片16還包括徑向朝外部40中的開口 42，以允許流體流46流動穿過葉片16，并對葉片16的徑向朝外部40和/或后緣24提供另外的流動。圖5提供了根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的中心體12、護(hù)罩14以及葉片16的放大透視圖。如前面關(guān)于圖I所示的實施例而描述的，各個葉片16通常包括彎曲表面38，該彎曲表面38將切向速度或旋流賦予流過葉片16的燃料34和/或工作流體30。然而，代替呈現(xiàn)在前述實施例中的徑向朝外部40，葉片16在中心體12和護(hù)罩14之間徑向地延伸而橫貫整個環(huán)形通道20。在該特定實施例中，護(hù)罩14包括靠近彎曲表面38的真空側(cè)28的多個端口 48。多個端口 48可以朝向彎曲表面38的真空側(cè)28呈一定角度，從而為流體流46提供流體連通而靠著彎曲表面38流動。以這種方式，流體流46可以激發(fā)低速區(qū)域而增加流速，以減少或防止火焰穩(wěn)定發(fā)生于彎曲表面38的真空側(cè)28。前文所述且圖I至圖5所示的實施例還提供了用于增強(qiáng)穿過噴嘴10的流動的方法。該方法可以包括使燃料34流動穿過中心體12和/或葉片16，并使流體流46流動橫貫葉片16，例如如圖3和圖5所示。該方法還可以包括使流體流46在葉片16的徑向朝外部 40之間流動，例如如圖2和圖4所示。在特定實施例中，該方法可以包括使流體流46流動穿過徑向朝外部40中的開口 42且/或使流體流46流動穿過護(hù)罩14且靠著葉片16的真空側(cè)28。該書面描述使用了示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且，也使得本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何合并的方法。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可以包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它示例。這種其它的示例意圖落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)，如果它們具有與權(quán)利要求的字面語言無差異的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實質(zhì)性差異的等同結(jié)構(gòu)要素的話。
權(quán)利要求
1.一種噴嘴(10),包括中心體(12)，其中，所述中心體(12)限定軸向中心線(18)；護(hù)罩(14)，周向地圍繞所述中心體(12)的至少一部分，以在所述中心體(12)和所述護(hù)罩(14)之間限定環(huán)形通道(20);以及多個葉片(16)，位于所述中心體(12)和所述護(hù)罩(14)之間，其中，所述多個葉片(16) 之中的各個葉片包括與所述護(hù)罩(14)分離的徑向朝外部(40)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴嘴(10)，其特征在于，所述多個葉片(16)之中的各個葉片包括相對于所述軸向中心線(18)呈一定角度的筆直表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴嘴(10)，其特征在于，所述多個葉片(16)之中的各個葉片包括彎曲表面(38)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴嘴(10)，個葉片中的至少一個燃料端口(36)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴嘴(10)，的所述徑向朝外部(40)從所述護(hù)罩(14)
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴嘴(10)，個葉片的所述徑向朝外部(40)中的開口
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴嘴(10)，包括壓力側(cè)(26)和真空側(cè)(28)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的噴嘴(10)，個葉片的所述壓力側(cè)(26)或所述真空側(cè)
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的噴嘴(10)，其特征在于，還包括所述多個葉片(16)之中的各其特征在于，所述多個葉片(16)之中的各個葉片徑向朝內(nèi)地漸縮。其特征在于，還包括所述多個葉片(16)之中的各 (42)。其特征在于，所述多個葉片(16)之中的各個葉片,其特征在于，還包括所述多個葉片(16)之中的各 (28)之中的至少一個中的開孔(42)。,其特征在于，還包括所述護(hù)罩(14)中的多個端口 (48)，其中，所述護(hù)罩(14)中的所述多個端口(48)之中的各個端口靠近所述多個葉片(16) 之中的各個葉片的所述真空側(cè)(28)。
10.一種用于增強(qiáng)穿過噴嘴(10)的流動的方法，包括使燃料(34)流動穿過中心體(12)；使流體流(46)流動橫貫葉片(16)，所述葉片(16)位于所述中心體(12)和圍繞所述中心體(12)的至少一部分的護(hù)罩(14)之間；以及使所述流體流(46)在所述葉片(16)的徑向朝外部(40)和所述護(hù)罩(14)之間流動， 其中，所述葉片(16)的所述徑向朝外部(40)與所述護(hù)罩(14)分離。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括使所述流體流(46)流動穿過所述葉片(16)的所述徑向朝外部(40)中的開口(42)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括使所述流體流(46)流動穿過所述護(hù)罩(14)且靠著所述葉片(16)的真空側(cè)(28)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括使所述燃料(34)流動穿過所述葉片(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于增強(qiáng)噴嘴中的流動的系統(tǒng)和方法。具體而言，一種噴嘴(10)包括護(hù)罩(14)和限定軸向中心線(18)的中心體(12)，該護(hù)罩(14)周向地圍繞中心體(12)的至少一部分而在中心體(12)和護(hù)罩(14)之間限定了環(huán)形通道(20)。中心體(12)和護(hù)罩(14)之間的多個葉片(16)包括與護(hù)罩(14)分離的徑向朝外部(40)。一種用于增強(qiáng)穿過噴嘴(10)的流動的方法，包括使燃料(34)流動穿過中心體(12)并使流體流(46)流動橫貫葉片(16)，該葉片(16)位于中心體(12)和圍繞中心體(12)的至少一部分的護(hù)罩(14)之間。該方法還包括使流體流(46)在葉片(16)的徑向朝外部(40)和護(hù)罩(14)之間流動，其中，葉片(16)的徑向朝外部(40)與護(hù)罩(14)分離。
文檔編號F23D17/00GK102588975SQ20121001408
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者M·巴蒂納, W·S·齊明斯基 申請人:通用電氣公司