CN107023393A - 用于燃料歧管的压力衰减装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于燃料歧管的压力衰减装置。具体而言，提供了一种歧管压力衰减组件(300)，其包括通过一个或多个限流器(308)与歧管(208)流连通地联接的一个或多个闭合容积(302)。

Description

用于燃料歧管的压力衰减装置
技术领域
本公开的领域大体涉及涡扇发动机，且更具体而言涉及用于在涡扇发动机的燃料歧管中抑制共振的方法和系统。
背景技术
在某些操作条件下，涡扇发动机经历到燃烧器中的高频燃料流振荡，其与燃料耦合的燃烧器动态相关联，可负面地影响发动机性能。通常，当燃烧器排放压力、燃料歧管的振动(尤其是在切向方向上)以及燃料歧管内的燃料压力脉动可彼此共振且形成不稳定循环时，燃料耦合的燃烧器动态可出现。例如，当燃烧器带有高主流分离在低燃烧器排放温度下操作时，燃烧器排放压力在声频范围处可具有高幅值，其驱动发动机(包括燃料歧管)的振动。燃料歧管在切向方向上的振动继而驱动高幅值歧管压力振荡，其继而驱动高幅值燃料流振荡到燃烧器中。
减轻燃料耦合的燃烧器动态的作用的一种现有的策略是限制流到燃烧器中的主燃料流的量以避免声学范围内的操作。然而，此途径可影响喷射和燃料消耗率(SFC)，因此使发动机的操作效率退化。另外，适合于避免不期望的声学的操作参数的识别通常通过发动机测试经验地绘制。虽然误差容限通常结合到所得的图中，但发动机仍易受发动机变化、操作环境、燃料性质变化等影响。
其它现有的策略结合主动调谐燃料歧管压力频率或直接修改燃烧过程的装置以减轻燃料耦合的燃烧器动态的作用。然而，这种装置给发动机和相关联的飞行器增加重量和成本，且可另外影响发动机性能。
发明内容
在一个方面，一种歧管压力衰减组件包括通过一个或多个限流器与歧管流连通地联接的一个或多个闭合容积。
在另一个方面，一种使歧管内的压力波动衰减的方法包括将一个或多个闭合容积通过一个或多个限流器与歧管流连通地联接。
在还有另一个方面，一种涡扇发动机包括歧管压力衰减组件。歧管压力衰减组件包括通过一个或多个限流器与歧管流连通地联接的一个或多个闭合容积。歧管包括第一端部、相对的第二端部以及在其之间延伸的伸长集管。集管包括与由集管分配的燃料源流连通地联接的一个或多个入口开口。集管还包括构造成将燃料分配至一个或多个相应燃料喷嘴的一个或多个出口开口。
技术方案1. 一种歧管压力衰减组件，包括歧管以及通过一个或多个限流器与所述歧管流连通地联接的一个或多个闭合容积。
技术方案2. 根据技术方案1所述的组件，其中，所述歧管包括第一端部、相对的第二端部以及在其之间延伸的伸长集管；所述集管包括与由所述集管分配的流体源流连通地联接的一个或多个入口开口，所述集管还包括构造成将所述流体分配至一个或多个相应负载的一个或多个出口开口。
技术方案3. 根据技术方案2所述的组件，其中，所述一个或多个相应负载中的至少一个在所述集管中引起声压振荡。
技术方案4. 根据技术方案3所述的组件，其中，所述闭合容积构造成使所述声压振荡衰减。
技术方案5. 根据技术方案2所述的组件，其中，所述一个或多个限流器中的各个限流器包括孔板以及具有相比于所述集管的直径较小的直径的管中的至少一者。
技术方案6. 根据技术方案1所述的组件，其中，所述组件还包括包围所述一个或多个闭合容积以及所述一个或多个限流器的隔离物。
技术方案7. 根据技术方案2所述的组件，其中，所述一个或多个负载包括一个或多个燃料喷嘴。
技术方案8. 一种使歧管内的压力波动衰减的方法，所述方法包括将一个或多个闭合容积通过一个或多个限流器与所述歧管流连通地联接。
技术方案9. 根据技术方案8所述的方法，其中，所述歧管包括第一端部、相对的第二端部以及在其之间延伸的伸长集管；所述集管包括与由所述集管分配的流体源流连通地联接的一个或多个入口开口，所述方法还包括将所述集管与构造成将所述流体分配至一个或多个相应负载的一个或多个出口开口流连通地联接。
技术方案10. 根据技术方案9所述的方法，其中，所述方法还包括使用通过所述一个或多个相应负载中的至少一者与所述歧管流连通的所述一个或多个闭合容积来减小所述集管中的声压振荡。
技术方案11. 根据技术方案9所述的方法，其中，将一个或多个闭合容积通过一个或多个限流器与所述歧管流连通地联接包括将一个或多个闭合容积通过一个或多个限流器与所述歧管流连通地联接，所述限流器包括孔板以及具有相比于所述集管的直径较小的直径的管中的至少一者。
技术方案12. 根据技术方案9所述的方法，其中，将所述一个或多个闭合容积与所述歧管流连通地联接包括：
将第一闭合容积通过第一限流器与所述伸长集管的第一端部流连通地联接；以及
将第二闭合容积通过第二限流器与所述伸长集管的第二端部流连通地联接。
技术方案13. 根据技术方案8所述的方法，其中，所述方法还包括将所述一个或多个闭合容积以及所述一个或多个限流器隔离。
技术方案14．一种包括歧管压力衰减组件的涡扇发动机，所述歧管压力衰减组件包括歧管以及通过一个或多个限流器与所述歧管流连通地联接的一个或多个闭合容积，所述歧管包括第一端部、相对的第二端部以及在其之间延伸的伸长集管，所述集管包括与由所述集管分配的燃料源流连通地联接的一个或多个入口开口，所述集管还包括构造成将所述流体分配至一个或多个相应燃料喷嘴的一个或多个出口开口。
技术方案15. 根据技术方案14所述的发动机，其中，所述歧管压力衰减组件构造成使由所述一个或多个相应燃料喷嘴引起的声压振荡衰减，所述声压振荡包括至少一个高于大约250Hz的频率。
技术方案16. 根据技术方案14所述的发动机，其中，所述一个或多个限流器中的各个限流器包括孔板以及具有相比于所述集管的直径较小的直径的管中的至少一者。
技术方案17. 根据技术方案14所述的发动机，其中，所述一个或多个闭合容积包括：
通过第一限流器与所述伸长集管的所述第一端部流连通地联接的第一闭合容积；以及
通过第二限流器与所述伸长集管的所述第二端部流连通地联接的第二闭合容积。
技术方案18. 根据技术方案17所述的发动机，其中，所述一个或多个限流器中的每一个包括范围从大约0.02英寸至大约0.07英寸的内径。
技术方案19. 根据技术方案18所述的发动机，其中，所述一个或多个限流器中的所述每一个包括范围从大约0.02英寸至大约0.03英寸的内径，且所述一个或多个闭合容积中的每一个包括范围从大约0.5 in3至大约1 in3的包围容积。
技术方案20. 根据技术方案14所述的发动机，其中，所述发动机还包括包围所述一个或多个闭合容积以及所述一个或多个限流器的隔离物。
附图说明
本公开的这些和其它特征、方面和优点在参照附图阅读以下详细描述时将变得更好理解，其中相似的符号贯穿附图表示相似的部分，在附图中：
图1是示例性涡扇发动机的示例的示意图；
图2是燃料传输系统的燃料回路的侧视图；
图3是图2中所示的燃料回路的歧管的透视图；且
图4是歧管和歧管压力衰减组件的示意图。
除非另外指出，本文提供的附图意在说明本公开的实施例的特征。相信这些特征可在包括本公开的一个或多个实施例的各类系统中应用。因而，附图不意在包括由本领域的普通技术人员已知对于本文公开的实施例的实践必需的所有常规特征。
零件清单
100 燃气涡轮发动机
102 风扇系统
104 核心系统
106 排气系统
108 压缩机组件
110 燃烧组件
112 高压涡轮组件
114 低压涡轮组件
200 燃料传输系统
202 燃料控制阀
204 燃料喷嘴
206 燃料管道配置
208 歧管
210 多个歧管入口管道
212 多个歧管出口管道
214 入口开口
216 出口开口
218 歧管的第一端部
220 歧管的第二端部
222 歧管的集管
224 流体源
226 一个或多个负载
300 歧管压力衰减组件
302 一个或多个闭合容积
304 第一闭合容积
306 第二闭合容积
308 一个或多个限流器
310 第一限流器
312 第二限流器。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求中，将对数个用语进行参照，其应限定成具有以下意义。
单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数参照，除非上下文另外清楚地指出。
“可选”或“可选地”意指随后描述的情况或情形可发生或可不发生，且描述包括情况发生的情形和其不发生的情形。
如本文贯穿说明书和权利要求使用的近似语言可用于修饰可允许在不导致其涉及的基本功能变化的情况下改变的任何数量表达。因此，由一个或多个诸如“大约”、“大概”和“大致”的用语修饰的值不限于指定的准确值。在至少一些情形下，近似语言可对应于用于测量值的器具的精度。这里以及贯穿说明书和权利要求，范围限制可组合和/或互换；此范围是确定的且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。
本文描述的歧管压力衰减组件的实施例提供用于在涡扇发动机的燃烧器的燃料歧管内使与燃料耦合的燃烧器动态相关联的高频燃料流振荡衰减的成本效率合算的方法。歧管压力衰减组件包括通过一个或多个限流器与歧管流连通地联接的一个或多个闭合容积。歧管压力衰减组件被动地操作，不需要任何类型的额外控制或调制，这是由于一个或多个闭合容积以及一个或多个限流器确定尺寸且在歧管上定位以便使压力振荡在歧管内的合适位置处在期望的频率范围内衰减，如本文在下面另外详细描述的那样。歧管压力衰减组件的元件的简单性和相对小的尺寸使此组件适合于结合到多种发动机燃料歧管以及与将流体从供应源供应到一个或多个负载相关联的其它歧管。歧管压力衰减组件到涡扇发动机的燃料歧管中的结合使发动机的操作能够相对地摆脱与避免高频燃料耦合的燃烧器动态相关联的操作限制，从而降低通过发动机控制器软件处理燃料耦合的声学以及另外提高发动机的操作效率的需要。这通过打破由燃烧器、发动机振动和燃料歧管形成的不稳定循环来实现。
图1是示例性燃气涡轮发动机100的示意图。燃气涡轮发动机100包括彼此成轴向流连通配置的风扇系统102、核心系统104和排气系统106。核心系统包括压缩机组件108、燃烧组件110、高压涡轮组件112和低压涡轮组件114。在操作期间，空气引导到压缩机组件108中，且空气被压缩且然后引导到燃烧组件110中。在燃烧组件110内，压缩的空气与燃料混合并点燃以产生燃烧气体，且燃烧气体随后引导通过高压涡轮组件112和低压涡轮组件114以用于经由排气系统106排放到环境空气中。在其它实施例中，燃气涡轮发动机100可包括以任何合适方式构造的任何合适的风扇系统、核心系统和/或排放系统。
图2是燃烧组件110的燃料传输系统200的透视图。燃料传输系统200包括燃料控制阀202、燃料喷嘴204以及将控制阀202与至少一个喷嘴204流连通地联接的燃料管道的配置206。控制阀202也流连通地联接至燃料源(未示出)。在其它实施例中，燃料传输系统200可以任何合适的方式构造。
燃料管道配置206包括歧管208、多个歧管入口管道210以及多个歧管出口管道212。在示例性实施例中，各个歧管出口管道212构造成用于流连通地联接至一个相应喷嘴204。来自燃料源的燃料经由歧管入口管道210、歧管208和歧管出口管道212引导至喷嘴204。在各个实施例中，燃料管道配置206可具有由任何合适的材料制造且以任何合适的方式配置的任何合适数目的管道和歧管以用于传输任何合适的燃料流。备选地，本文描述的管道配置206(尤其是歧管208)可适合于在涡扇发动机100中除了燃料传输之外使用。
图3是一个实施例中的歧管208的透视图，且图4是歧管208的示意图。歧管208包括第一端部218、相对的第二端部220以及在其之间延伸的伸长集管222。在一个实施例中，歧管208是弧形形状的，且集管222包括构造成用于流连通地联接至歧管入口管道210的入口开口214，以及构造成用于流连通地联接至歧管出口管道212的多个出口开口216。备选地，歧管208可具有任何合适的形状且可具有以任何合适的方式配置的任何合适数目的端口以用于任何合适的目的。
参照图3，歧管压力衰减组件300包括通过一个或多个限流器308与歧管208流连通地联接的一个或多个闭合容积302。在各个方面，歧管压力衰减组件300根据需要而不受限制地包括在歧管20的集管220上的任何位置处联接的任何数目的闭合容积。在一个实施例中，一个或多个闭合容积以及一个或多个限流器308构造成使歧管208内的压力振荡(特征在于高于大约250Hz的振荡频率)衰减。在不限于任何具体理论的情况下，与燃料耦合的燃烧器动态相关联的压力振荡通常包括高于大约250Hz的振荡频率。在另一实施例中，歧管压力衰减组件300构造成在不干扰至燃料喷嘴204的燃料流的情况下在高于大约250Hz的频率处使歧管208内的压力振荡衰减。
在各个方面，歧管压力衰减组件300的各个元件可使用已知方法确定尺寸和定位，以便使歧管208内的压力振荡(特征在于高于大约250Hz的振荡频率)衰减。在不限于任何具体理论的情况下，歧管压力衰减组件300的设计可由压缩机组件108和/或燃烧组件110的特性影响，包括但不限于：燃烧器声学的频率和幅值；歧管的振动特性，诸如共振频率；歧管的大小，诸如容积、截面面积和/或长度；歧管入口管道和/或歧管出口管道的截面面积；燃料压力和/或流率；以及环境温度。
在各个实施例中，表征歧管压力衰减组件300的一个或多个因素可调整，以便在不限制燃料流的情况下能够使歧管208内的压力振荡衰减。表征歧管压力衰减组件300的适合于操作的因素的非限制性示例包括：与歧管208流连通地联接的闭合容积302的数目；闭合容积302在歧管208的集管222上的位置；与集管222流连通地联接的闭合容积302的内部容积；限流器308的长度；以及限流器308的内径。
在各个实施例中，闭合容积的数目为至少一个、至少两个、至少三个、至少四个、至少五个、至少六个、至少七个以及至少八个。在一个实施例中，闭合容积的数目为一个。在一个示例性实施例中，如图3中所示，歧管压力衰减组件300包括两个闭合容积304。
任何闭合容积可不受限制地位于歧管208的集管222上的任何位置处。在不限于任何具体理论的情况下，一个或多个闭合容积位于集管222的特征在于超过大约250Hz频率的压力波动的区域附近，和/或被认为助于形成超过大约250Hz频率的压力波动的区域附近。在一个方面，歧管压力衰减组件300包括在集管220的相对端部处的闭合容积304。在此方面，歧管压力衰减组件300包括在第一端部218处通过第一流动限制器310与歧管208流连通地联接的第一闭合容积304。还在此方面，歧管压力衰减组件300还包括在第二端部220处通过第二流动限制器312与歧管208流连通地联接的第二闭合容积304。
任何闭合容积302的内部容积可不受限制地为适合于使高于大约250Hz的声学振荡衰减的任何容积。在一个方面，任何闭合容积302的内部容积可选择成配合在燃烧器组件110内的可用空间内。在示例性方面，歧管压力衰减组件300的各个闭合容积302的内部容积范围从大约0.5 in3(大约8.2cm3)至大约1 in3(大约16.4cm3)。在各个方面，闭合容积302可不受限制地具有任何形状，包括但不限于立方形、球形、圆柱形以及任何其它不受限制的合适形状。在各个其它方面，闭合容积302可设有隔离物以抑制焦化。
限流器308包括适合于将闭合容积302流连通地联接至集管222的任何管道，其特征在于内径小于集管222的相应内径。在不限于任何具体理论的情况下，闭合容积302和限流器308一起用作亥姆霍兹共振阻尼器，其中由限流器308内的流体的惯性引起的阻抗与闭合容积302内的流体的压缩和膨胀耦合结合以使集管222内的压力振荡衰减。在各个其它方面，限流器308可设有隔离物以抑制焦化。
在各个方面，限流器308的长度和内径可不受限制地为用于使集管222内的压力振荡衰减的任何合适尺寸。合适的限流器308的非限制性示例包括相比于集管222的直径具有较小的直径的管、孔板以及其任何组合。在一个示例性实施例中，限流器308是具有范围从大约0.02英寸(0.051cm)至大约0.03英寸(0.076cm)的内径的管。
在各个实施例中，歧管压力衰减组件300可结合到不受限制地包括歧管208的任何流体传输系统的设计中，包括但不限于涡扇发动机100内的燃烧组件108的燃料传输系统200。图4是与歧管208的集管222流连通地联接的歧管压力衰减组件400的示意图。在此实施例中，歧管208的集管222包括与由集管222分配的流体源224流连通地联接的一个或多个入口开口214。合适的流体源224的非限制性示例包括燃料罐。集管222还包括构造成将流体从集管222分配至一个或多个相应负载226的一个或多个出口开口216。合适的负载226的非限制性示例包括燃料喷嘴。
在各个额外实施例中，歧管压力衰减组件300可用在使歧管内的压力波动衰减的方法中。在一个实施例中，该方法包括将一个或多个闭合容积通过一个或多个限流器与歧管流连通地联接，如本文之前描述的那样。在一个示例性实施例中，将一个或多个闭合容积与歧管流连通地联接包括将第一闭合容积通过第一限流器与伸长集管的第一端部流连通地联接且将第二闭合容积通过第二限流器与伸长集管的第二端部流连通地联接，如本文之前描述的那样。在一个方面，该方法还可包括将一个或多个闭合容积和/或一个或多个限流器隔离以防止焦化。
歧管压力衰减系统的示例性实施例在上文详细描述。歧管压力衰减系统以及操作此系统和构件装置的方法不限于本文描述的特定实施例，而是，系统的构件和/或方法的步骤可与本文描述的其它构件和/或步骤独立地且单独地使用。例如，该方法也可与需要通过歧管将流体从一个或多个流体源传输至一个或多个负载的其它系统组合使用，且不限于仅关于如本文描述的系统和方法实践。而是，示例性实施例可与目前构造成接收和接受歧管压力衰减系统的许多其它机械应用结合而实施和使用。
虽然本公开的各个实施例的特定特征可在一些附图中示出且在其它附图中未示出，但这仅为了方便。根据本公开的原理，附图的任何特征可与任何其它附图的任何特征组合来参照和/或请求保护。
此书面描述使用示例来公开实施例，包括最佳模式，并且还使任何本领域的技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本公开可申请专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种歧管压力衰减组件(300)，包括歧管(208)以及通过一个或多个限流器(308)与所述歧管(208)流连通地联接的一个或多个闭合容积(302)。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述歧管(208)包括第一端部(218)、相对的第二端部(220)以及在其之间延伸的伸长集管(222)；所述集管(222)包括与由所述集管(222)分配的流体(224)源流连通地联接的一个或多个入口开口(214)，所述集管(222)还包括构造成将所述流体(224)分配至一个或多个相应负载(226)的一个或多个出口开口(216)。
3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述一个或多个相应负载(226)中的至少一个在所述集管(222)中引起声压振荡。
4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，所述闭合容积(302)构造成使所述声压振荡衰减。
5.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述一个或多个限流器(308)中的各个限流器(310,312)包括孔板以及具有相比于所述集管(222)的直径较小的直径的管中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件还包括包围所述一个或多个闭合容积(302)以及所述一个或多个限流器(308)的隔离物。
7.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述一个或多个负载(226)包括一个或多个燃料喷嘴(204)。
8.一种使歧管(208)内的压力波动衰减的方法，所述方法包括将一个或多个闭合容积(302)通过一个或多个限流器(308)与所述歧管(208)流连通地联接。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述歧管(208)包括第一端部(218)、相对的第二端部(220)以及在其之间延伸的伸长集管(222)；所述集管(222)包括与由所述集管(222)分配的流体(224)源流连通地联接的一个或多个入口开口(214)，所述方法还包括将所述集管(222)与构造成将所述流体(224)分配至一个或多个相应负载(226)的一个或多个出口开口(216)流连通地联接。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用通过所述一个或多个相应负载(226)中的至少一者与所述歧管(208)流连通的所述一个或多个闭合容积(302)来减小所述集管(222)中的声压振荡。
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