TWI238871B - Augmentor - Google Patents

Description

1238871 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 係關於渦輪機引 本發明係關於渦輪機引擎，且詳言之 擎增強器。 【先前技術】 在工業中，補燃器（afterburner)或推力增強器係已知的 其存在著衆多組態。在-典型組態中，來自渦輪機：廢氣 越過-增強器“體。將額外之燃料引至接近財心體處 並使其燃燒以-提供額外推力。在某些組態中，該增強^ = 心體與渦輪機中心體相整合。在其它組態中，增‘“心 體與渦輪機中心體分離’其間具卜環繞此兩相^間^ 的導管。第5风U0號與第5,385，G15號美國專利展示例: 性之整合增強器。 該增強器可能以用於引起額外燃料燃燒之衆多火焰穩定 器f件為特徵。引«置用於穩定火焰穩定器上之火焰， 而-亥等火焰穩定器將火焰分佈在中心體周圍之流道上。 【發明内容】 因此，本發明之一態樣涉及一種渦輪機引擎增強器。增 強器中心體可位於氣體流道中。_至少部分徑向延伸之: 焰穩定器位於該流道中’且可位於中心體外侧。可能位於 中ν體内之-燃燒器具有__用於排出第—引燃燃料之燃燒 產物的出π。引燃燃料管道安置有_出口以將補充之引燃 ‘:；斗引入至排出之燃燒産物以提供引燃火焰。可將衆多該 寺燃燒器出口以引擎軸為中心圓周地排列，且將其安置以 91905.doc 1238871 與相關聯之火焰穩定器相接觸地放置相關聯之引燃火焰。 該燃燒器可具有一外殼及該外殼内之一内殼。每—辨婷哭 出口可包含-在自外殼延伸之外殼出口管内從内殼延^ 内殼出口1。可存在衆多該等引燃燃料管道，每個管道均 延伸至該等燃燒器出口中之一相關出口的内殼出口管中。 該中心體可包含—尾錐體與該尾錐體前面或上游之1 區燃燒盗出口可位於該凹區内。凹區可係非環形隔室。 引Μ料管道出σ可位於凹區内。引燃燃料管道可包含— 於火焰穩定器、内部延伸之噴射管（sparybar)之遠端部分。 本發明之另—態樣涉及於引擎之核心流道内具有一中心 體之渦輪機引擎增強器。火焰穩定器位於該核心流道中並 在:心體外側徑向延伸。-燃燒器位於中心體内部。該燃 燒器具有-外殼、—用於接收含氧氣體之上游人口、一用 於引起引燃燃料與該氣體燃燒之點火器以及一處於外殼内 以用於引導燃燒産物至下游之有孔内殼。衆多有孔出口管 道至少部分地自内殼向外側徑向延伸以引導産物朝向核心 流道。衆多冷卻管道中之每一個均環繞相關聯之一出口管 道。引燃燃:料管道安置有—出口以將補充之引燃燃料引入 至排出之燃燒産物，從而提高排出産物之引燃效應。 本奄月之另一怨樣係氣體渴輪機引擎。壓縮機壓縮引入 之空氣。燃燒室自壓縮機接收壓縮空氣並燃燒此壓縮空氣 與燃料之混合物。渦輪機自燃燒産物中提取功（w〇rk)以驅 動壓縮機並將産物作為廢氣排出。一增強器位於排氣路徑 中且具有一用於接收旁通空氣之管道以及一用於燃燒該旁 91905.doc !238871 通空氣之第一部分的燃燒器。該增強器包括_用於燃燒旁 通空氣之第一部分與燃燒器燃料且將該第一部分與燃燒器 燃料之燃燒産物排放成廢氣的燃燒器。增強器具有一用於 引導旁通线之第二部分的空氣管道。引燃燃料管道引導 引燃燃料且將該引燃燃料管道相對於空氣管道及燃燒器而 女置，從而允許來自第一部分旁通氣體與燃燒器燃料之燃 燒産物之熱量來點燃引燃燃料與旁通空氣之第二部分的混 合物。 本發明之又-一態樣涉及一種用於操作渦輪機引擎增強器 之方法。促使廢氣自渦輪機引擎流向增強器。促使第一引 燃燃料燃燒以產生燃燒産物。燃燒產物流與廢氣流相接 合。將補充引燃燃料引入至燃燒産物流。 本發明之一個或多個實施例之細節陳述於隨附圖式及以 下描述中。自以下描述與圖式以及申請專利範圍可明瞭本 發明之其它特徵、目標及優點。 【實施方式】 圖1展示具有中心縱向轴5〇〇之例示性動力裝置2〇。該動 力凌置自上游至下游包括具有一下游渦輪機廢氣盒 (TEC)24之渦輪機引擎22。延伸導管（duct extensi〇n)26自 TEC 24延伸以與增強器32之外殼3〇相接合。推力導向喷嘴 總成34自外殼30向下游延伸。增強器32包括藉由徑向延伸 之葉片40而安裝於氣體流道中心位置之中心體38。每一例 不性葉片40均包含一前部/上游結構部分及後部/下游火焰 穩定器元件42。 91905.doc 1238871 中心體38大致上以軸500為中心對稱。該中心體具有—前 部頂端（forward tip)50，一連續彎曲凸狀前體或尖頂部52自 該刖部頂端50向後延伸直至到達與火焰穩定器42相鄰之縱 向或接近縱向過渡區54為止。在該過渡區之後部，尾錐體 表面58延伸至中心體之後端。 圖2展示增強器之例示性引燃器（pil〇t)6〇之其他細節。該 引燃益包括安裝於中心體内之一個或多個燃燒器62。在該 例示性建構中，單個燃燒器安裝於中心體内之中心位置Y 該燃燒器包括翁將线自外殼之内部與外部元件間之風 道65(如圖i所示）引導至燃燒器外殼66之上游末端的一個或 多個上游管道64。在-例示性建構中，該（等）管祕藉由相 關聯之葉片40徑向延伸以自風道#向向内引導空氣。在該 例示性建構中，外殼66具有—與管道64縱向連接之上游末 端、-縱向延伸之側壁以及一封閉式下游末端。外殼“含 有一有孔内殼70。該内殼7〇具有―空氣旋轉器_安裝至 之上游末端、一縱向延伸之側壁以及—封閉式下游末端。 一個或多個引燃燃料管道74中之每個管道均於旋轉器⑽ 具有-下游出口以用於將引燃燃料輸送至燃燒器。如同該 (等）空氣管道64—樣，該（等）引烬辦料总 # ”、、M枓官逼74可藉由相關聯 ^右干葉片或火焰狀器而延伸。點火器76安裝於内殼7〇 ^且藉由線路78使該點火器通電。該線_可藉由一個 或多個葉片而延伸。 ^行過程中，H由管道64而輸送之空氣之—部分藉由 ㈣mu㈣L卜部分藉由内殼中之孔進入，其 91905.doc 1238871 =括自内殼與外殼側壁間之環形間隔8g而穿過内殼之一 部：。使空氣之主要部分與來自管道74之燃料燃燒，以回 應藉由點火器76之點火。穿 , 、疋将杰之空虱舆燃料之混合 物可此相對數量衆多，且導 了丨从处々 守个凡王燃燒。穿過内殼中之 艺山社 円双且其易於使主要燃燒産物向外 溢出。接，内殼及外殼之下游末端處各具有_徑向延伸之 同軸出口管84及86之圓周陣列，$等 紗夕“ 相軸出口管於内殼與 外殼之各自側壁處具有近 ^ aa ^ _ 汉遮知出口 88與90。在該 Λ月性貫施例、中，每一出口 * 勝*山 遂、4为大出超過相關 如之出口管86的出口端90。當自内 ό 足 田目円"又内口Ρ退出之燃燒產物 /瓜牙過母個出口管84時，來 |自出口官84與相關聯之出口管 的核形間隔92的其他空氣穿過出口⑽之孔。最 初猎由管道64而引入之最後一 Μ 士山 口丨刀工乳退出每個外殼出口 官末4 90與相關聯之内殼出口管84之間的環形出口。在例 2貫施例中，每對出口管84與86的“末端均處於中心 ㈣口管96的⑽末端部分内’該出口㈣於過渡區⑽ =打開的外側出口端98。因此該等中心體出口㈣界定 二：：㈣(該例示性實施例中為圓形區)凹區或隔室，相 外之出口管84與86延伸至此該等凹區或隔室中。 j置額外之引燃燃料管道100以將額外之燃料引至姆燒 1出，。在該例示性實施例中，大致將額外之燃料引入 目96中。详5之，將其引人至内殼出口管84之出口 端部分中。為達成此目的，該例示性管道1〇〇藉由内殼出 口官料中之孔穴101穿透内殼出口管料並且恰巧於外殼出 91905.doc -10- 1238871 口管86之出口末端9〇的下游並恰巧於内 Ί双® 口官84之出口 末端88的上游處的出口管84内具有若干排放開口 1⑽。在例 示性實施例中，管道1〇〇形成為一藉由相關聯 〜朱乃徑向延 伸之噴射管103(用實線標記）之遠端部分。該噴射管於每一 側上均具有一將燃料引入中心體周圍之氣體流道中的圓周 引導噴嘴104之陣列。空氣出口與空氣管道（未圖示）亦可同 樣提供於每個葉片中（諸如第5,685，14〇號美國專利）。 在運行過程中，一旦將額外之引燃燃料引入至燃燒器輸 出端，其便會、燃燒並産生包含接觸並在徑向向外方向中沿 火焰穩定器流動之高反應性物質（諸如氧原子及烴碎體）的 火焰，該火焰點燃由喷嘴104所發射之增強器燃料。該等物 質可能存在時間較短，以使得由主要引燃燃料燃燒而產生 之相似物質將於到達火焰穩定器之前即大量消逝。 在一例示性製造方法中，正如在此項技術中或其他技術 中所已知，該燃燒器可被預先組裝並設置於中心體内。使 内殼出口管84之孔穴ιοί與管道100之形狀互補。在相對於 中心體設置葉片/火焰穩定器的情況下，可藉由起初將噴射 管103向内插入並平行於葉片/火焰穩定器後邊緣（traili% edge)106直至其達到虛線位置為止來設置該喷射管。此 後，可橫切於後邊緣106來移動該喷射管，以導致管道1〇〇 穿過實線所示之孔穴101。其後可建立機械及外部管路連接 (plumbing connection)。 上文已描述本發明之一個或多個實施例。然而，應理解 在不脫離本發明之精神及範疇之情況下，可以進行各種修 91905.doc -11 - 1238871 ^例如，本發明之引燃機可應用於其它現有之引擎之改 /在此狀况下，本引燃機之各種屬性將受 到現有之引擎結構影響。雖鈇 躍…、已關於例不性遠端增強器之 情形來說明本發明，作e哕笠 v 疋忒荨原理可應用於非遠端增強 為’亦可應用於其中嫁、诗哭、里 + 平从燒杰置於中心體外部（若存在此種情 况)及/或1充引燃燃料藉由中心體而引入之增強器中。因 -、匕貝紅例均屬於如下中請專利範圍之範嘴。 【圖式簡單說明】 圖1為一飛機動力裝置之示意縱向剖視圖。 圖2為-用於圖i之動力裝置中 分、斷面、车-立 日强μ m的部 丰不思、縱向剖視圖。 相同參考數字與標識於不同圖中指示相同元件。 【圖式代表符號說明】 20 動力裝置 22 24 26 30 渦輪機引擎 渦輪機廢氣盒（TEC) 延伸導管 外殼 32 34 38 40 增強器 推力導向噴管總成 中心體 葉片 火焰穩定器 前部頂端 91905.doc -12· 連續彎曲凸狀前體或尖頂部 過渡區 尾錐體表面 引燃器 燃燒器 上游管道 風道 燃燒器外殼 有孔内殼 旋轉器 引燃燃料管道 點火器 線路 環形間隔 出口管 出口管 近端入口 遠端出口 環形間隔 中心體出口管 外側出口端 引燃燃料管道 孔穴 排放開口 -13- 1238871 103 喷射管 104 喷嘴 106 後邊緣 500 軸 91905.doc -14

Claims (1)

1238871 拾、申請專利範圚·· 一種'輪機”增強器，其包括： 一氟體流道； 火焰穩定， 一燃燒linl安置於該氣體流道之中； 產物之出口· /、 一用於排出一第一引燃燃料之燃燒 ，及 一引燃燃料管道， 、 引入5兮榮 ’/、有一被安置為將一補充引燃燃料 弓丨入至㈣排出之燃燒産物的出口。 .如申請專利範圍第J 數個火焰穩定号中之笛其中该火焰穩定器係複 引燃燃料管道h 該引燃燃料管道係複數個 0m r之弟—個，每個管道均與該等複數個火 一個相關聯火焰穩定器對準。 3 ·如申5青專利範圍第1工苜夕+w ty 弟員之^強态，其中該燃燒器之該出口 係以該引擎之_紅& & 孕為中心呈圓周排列之複數個燃燒器出 口中的第一出口。 4. 5. 、曾胃專利fe圍第1項之增強器，其進—步包括該氣體流 C内之中心體、被安置於該中心體内之該燃燒器及被 安置於該中心體外側之該火焰穩定器。 如申請專利範圍第4項之增強器，其中： 該燃燒器包括一外殼及在該外殼内之一内殼；以及 該等複數個燃燒器出口中之每一個均包含一自該内殼 延伸且處於自該外殼延伸之一外殼出口管内的一内殼出 口管。 6.如申請專利範圍第5項之增強器，其中該引燃燃料管道係 91905.doc 1238871 複數個弓丨燃燃料管道中之第-管道，每-管道均延伸至 該等燃燒器出π中之—相關聯出口之該内殼出口管中。 7.如申請專利範圍第j項之增強器，其中該中心體具有一尾 錐體及在該尾錐體上游之—凹區，且其中該燃燒器之該 出口被安置於該凹區内。 8·如申請專利範圍第7項之增強器，其中該凹區係一非環形 隔室。 9·如申請專利範圍第7項之增強器，纟中該引燃燃料管道之 该出口被安置於該凹區内。 10·如申請專利範圍第丨項之增強器，其中該引燃燃料管道包 括一在與該火焰穩定器相關聯之一葉片中延伸之一喷射 管之一遠端部分。 11 ·如申请專利範圍第i項之增強器，其中該燃燒器包括： 一外殼； 一上游入口’其用於接收含氧氣體； 一點火器，其用於引起該第一引燃燃料與該含氧氣體 燃燒； 一有孔内殼’其被安置於該外殼内以將該等燃燒産物 引導至下游； 複數個有孔出口管道，其自該内殼至少部分地徑向向 外延伸以將該等燃燒産物引導向該氣體流道；及 複數個冷卻管道，其中每個管道均環繞該等出口管道 中之一相關聯管道。 12.如申請專利範圍第1項之增強器，其中·· 91905.doc 1238871 一管道接收旁通空氣； 該燃燒器燃燒該旁通空氣之一第一部分與該 料： 弓I燃 而被安 燃燃料 一空氣管道引導該旁通空氣之一第二部分；且 該引燃_管道相對於該空氣管道及該燃燒器 置彳之而允許來自該等燃燒産物之熱量點燃該^ 與u亥方通空氣之該第二部分之一混合物。 13. 種燃氣屑輪機引擎，其包括·· 一壓縮機、，其壓縮引入之空氣； -燃燒室，其自該壓縮機接收壓縮空氣並燃燒 空氣與一燃料之一混合物； 7渴輪機’其自該燃燒之産物中提取功以驅動該壓縮 機並將該等產物作為廢氣排出；及 如申睛專利範圍第1項之增強器。 14· 一種用於操作如中請專利範圍第1項之增強器的方法，立 包括： /' 促使廢氣流沿該氣體流道自一渦輪機引擎流至該增 強器； ~ 0 促使該第一引燃燃料燃燒以産生該等燃燒産物，該等 燃燒産物之一流與該廢氣流相接合；且 將该補充引燃燃料引入至該等燃燒産物之該流。 15. —種渦輪機引擎增強器，其包括·· 一中心體，其處於該引擎之一核心流道内； 一火培穩定器，其被安置於該核心流道中且在該中心 91905.doc 1238871 體之外側徑向延伸； 一燃燒器，其處於該中心體内並具有： 一外殼； 一上游入口，其用於接收含氧氣體； 一點火器，其用於引起第一引燃燃料與該含氧氣體燃 燒； 一有孔内殼，其被安置於該外殼内以將該燃燒之産物 引導至下游； 複數個有孔出口管道，其自該内殼至少部分地徑向向 外延伸以將該等産物引導向該核心流道；及 複數個冷卻管道，每個管道均環繞該等出口管道中之 一相關聯管道；及 一引燃燃料管道，其有一被安置為將一補充引燃燃料 引入至該等排出之燃燒産物。 16.如申請專利範圍第15項之增強器，其中該燃燒器之該出 口係以该中心體之一軸為中心呈圓周排列之複數個燃燒 器出口中之一第一出口。 17· —種燃氣渦輪機引擎，其包括： 一壓縮機，其壓縮引入之空氣； 一燃燒室’其自該壓縮機接收壓縮空氣並燃燒該壓縮 空氣與一燃料之一混合物； 一渴輪機，其自該燃燒之産物中提取功以驅動該壓縮 機並將該等産物作為廢氣排出；及 一增強器，其處於該廢氣之一路徑内且具有： 91905.doc -4- 1238871 —管道，其用於接收旁通空氣； -燃燒器’其用於燃燒該旁通 燃燒器燃料，並將哕羔、5户麯 弟刀舁 ιΜ4. μ 將°亥万通氣體之該第—部分與該燃燒器 燃枓之燃燒產物排放成廢氣； -空氣管道’其料引導該㈣空氣之—第二部分；及 _ —引燃燃料管道，其引導一引燃燃料並相對於該空氣 ^道及該燃燒器而安置，你 ^ 置攸而允终來自該旁通空氣之該 弟-部分與該燃燒器燃料之該等燃燒産物的熱量點燃該 引燃燃料與該旁通空氣之該第二部分之一混合物。 18. -種用於操作-渦輪機引擎增強器之方法，其包括： 促使一廢氣流自一渦輪機引擎流向一增強器； 促使-第-引燃燃料燃燒以産生燃燒産物，該等燃燒 産物之一流與該廢氣流相接合；且 將一補充引燃燃料引入至該等燃燒產物之該流。 19·如申請專利範圍第18項之方法，其中該第一引燃燃料於 一增強器中心體中燃燒，且其中該等燃燒産物之該流退 出該中心體。 20.如申請專利範圍第19項之方法，其中將該補充引燃燃料 引入該中心體中之一凹區内；且 該燃燒出現於一在該廢氣流内大致前後延伸之中心體 中 ° 91905.doc