專利名稱：烴膜保護的耐火碳化物構(gòu)件及其使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開大體涉及用于使高溫度燃燒氣體環(huán)境中的耐火碳化物穩(wěn)定的方法。
背景技術(shù)：
不論是用于陸地用途、海洋用途還是航空用途的目前的燃?xì)鉁u輪性能都受到容許的熱區(qū)段材料溫度和保持那些材料的完整性所需的冷卻損耗的限制。在傳統(tǒng)渦輪系統(tǒng)中，例如，壓縮機排出空氣可用作用于熱氣路徑構(gòu)件的冷卻劑。這些渦輪系統(tǒng)的“熱氣路徑”包括構(gòu)件，諸如燃燒器襯套和攏焰節(jié)段、高壓渦輪級的固定導(dǎo)葉和旋轉(zhuǎn)葉片，以及在旋轉(zhuǎn)葉片周圍的護罩。多年來已經(jīng)開發(fā)出復(fù)合材料和單塊材料，以對這些熱氣路徑構(gòu)件提供較高的溫度能力，從而產(chǎn)生較高的燃燒溫度和發(fā)動機效率。耐火碳化物(諸如耐火金屬碳化物(MC)和陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料(CMC))就是這樣的材料。耐火碳化物具有非常高的熔點。陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料(CMC)通常由在SiC-Si的基質(zhì)內(nèi)的連續(xù)的SiC增強纖維構(gòu)成，這使用熔融硅浸潤工藝來制造。CMC的合乎需要的屬性包括高導(dǎo)熱性、高基質(zhì)致裂應(yīng)力、高層間強度，以及良好的環(huán)境穩(wěn)定性。雖然CMC提供較高的溫度能力，高達至少2800 °F，但它們?nèi)匀皇艿叫枰獙ｉT的涂層和冷卻的環(huán)境因素的限制。具體而言，對于高于2200 °F的溫度，未經(jīng)涂覆的CMC會遭受過度氧化和衰退。目前，CMC利用基于莫來石和Ba-Sr-鋁矽酸鹽陶瓷化學(xué)的環(huán)境結(jié)合涂層(EBC)。EBC防止CMC材料由于衰退而有損耗，但仍然有關(guān)于涂層受損或損耗的相關(guān)聯(lián)的擔(dān)憂。所有傳統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機均采用單獨的燃燒系統(tǒng)和必須緊密接近燃燒器的渦輪。燃燒器的設(shè)計和可操作性(不管是擴散模式、預(yù)混合模式或聯(lián)合模式，是氣體燃料或液態(tài)燃料)對渦輪的熱管理有巨大影響。另外，燃燒器系統(tǒng)的熱管理本身就可顯著地影響引起的氣體溫度輪廓和型式因素(pattern factor)、燃燒不穩(wěn)定性和排放。隨著技術(shù)轉(zhuǎn)移到排放較低和零排放的發(fā)動機，新的燃燒策略要求對燃燒器和渦輪結(jié)構(gòu)有創(chuàng)新。另外，需要一種用于在保持渦輪構(gòu)件的完整性和性能的同時允許運行溫度提高的系統(tǒng)和運行方法。

發(fā)明內(nèi)容
本公開大體涉及用高碳活度氣體使熱氣路徑構(gòu)件穩(wěn)定的系統(tǒng)和方法。更具體而言，本公開屬于燃?xì)鉁u輪功率發(fā)生系統(tǒng)的領(lǐng)域。在一個實施例中，本公開涉及一種用于使耐火碳化物熱氣路徑構(gòu)件穩(wěn)定的方法。在此方法中，燃料在燃燒器中燃燒。高碳活度氣體輸送到熱聯(lián)接到熱氣路徑上的熱氣路徑的構(gòu)件的至少一部分。熱氣路徑構(gòu)件的至少一部分包含耐火碳化物。在一個實施例中，本公開涉及一種渦輪功率發(fā)生系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括熱聯(lián)接到熱氣路徑上的許多熱氣路徑構(gòu)件。熱氣路徑構(gòu)件中的至少一個的至少一部分包含耐火碳化物或陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料(CMC)。燃燒器構(gòu)造成燃燒空氣與燃料的混合物，以產(chǎn)生排氣流。渦輪構(gòu)造成將這個排氣流的能量轉(zhuǎn)化成有用的機械能。高碳活度氣體被管道輸送到熱氣路徑構(gòu)件中的至少一個。
在一個實施例中，本公開涉及一種用于熱氣路徑構(gòu)件的冷卻系統(tǒng)。這個系統(tǒng)包括熱氣路徑構(gòu)件，以及將高碳活度氣體輸送到熱氣路徑構(gòu)件的至少一部分的第一管道。這個高碳活度氣體在至少一個熱氣路徑構(gòu)件的表面上形成覆蓋氣體膜。為了本公開的目的，“表面”可指示熱氣路徑構(gòu)件的任何表面，包括內(nèi)表面或外表面。以下詳細(xì)描述和附圖舉例說明了上面描述的特征和其它特征。


當(dāng)參照附圖來閱讀以下詳細(xì)描述時，本系統(tǒng)的這些和其它特征、方面與優(yōu)點將變得更好理解，在附圖中，相同符號在所有圖中表示相同部件，其中:
圖1是根據(jù)一個實施例的渦輪功率發(fā)生系統(tǒng)的工藝流程圖，該系統(tǒng)適于將高碳活度氣體用作渦輪構(gòu)件穩(wěn)定源。圖2是根據(jù)一個實施例的渦輪功率發(fā)生系統(tǒng)的工藝流程圖，該系統(tǒng)適于將包括封存(sequester)的二氧化碳的高碳活度氣體用作潤輪構(gòu)件穩(wěn)定源。圖3示出了一個實施例中的航空高壓燃?xì)鉁u輪和燃燒器的示例的示意圖。
具體實施例方式下面介紹的各個實施例有利于闡明本公開的某些方面，并且不應(yīng)解釋為限制本公開的范圍。此外，如在整個說明書和權(quán)利要求中使用的那樣，近似語可應(yīng)用于修飾在得到許可的情況下可改變的任何數(shù)量表示，而不會導(dǎo)致與其有關(guān)的基本功能有變化。因此，由用語或多個用語(諸如“大約”)所修飾的值不限于規(guī)定的確切值。在一些情況下，近似語可對應(yīng)于用于測量該值的儀器的精度。在以下說明書和權(quán)利要求中，單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”包括復(fù)數(shù)個所指對象，除非上下文清楚地另有規(guī)定。如本文所用，用語“可”和“可能”表示可能發(fā)生在一組情形內(nèi)；擁有規(guī)定的屬性、特性或功能；以及/或者通過表達與所限定的動詞相關(guān)聯(lián)的能力、接受力或可能性中的一個或多個來限定另一個動詞。因此，對“可”和“可能”的使用表示修飾的用語對于所表示的能力、功能或使用明顯是合適的、適用的或適當(dāng)?shù)?，同時考慮到在一些情況下，修飾的用語有時可能不合適的、不適用的或不適當(dāng)?shù)摹８鶕?jù)一個示例，本公開利用耐火碳化物材料和系統(tǒng)來產(chǎn)生能夠經(jīng)受住至少大約3000 T的熱氣路徑構(gòu)件。在此公開中，通過在熱氣路徑構(gòu)件的表面上引入持續(xù)更新、在化學(xué)上穩(wěn)定的高碳活度氣體膜來抑制渦輪熱氣路徑構(gòu)件的氧化和氣化。這些氣體對耐火碳化物提供穩(wěn)定，不論是在外表面上還是在內(nèi)表面上。這里，對熱氣路徑構(gòu)件的表面的至少一部分提供高碳活度氣體，而且尤其是由耐火碳化物構(gòu)成的部分，以保護其不受燃燒后氣體的影響。這個保護層用來最大程度地減小碳化物的衰退。本公開允許在極高的溫度下(在一個示例中>3000 T )使用耐火碳化物。也可使耐火碳化物適應(yīng)其它溫度范圍。用于在熱氣路徑構(gòu)件中使用的碳化物將擁有高熔點，并且將在高溫下具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強度。這樣的耐火碳化物的示例包括(但不限于)TiC、ZrC、HfC, TaC、SiC、NbC和B4C。為了本公開的目的，用語“耐火碳化物”、“耐火金屬碳化物”和“陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料”可與可適用于基質(zhì)和增強構(gòu)件兩者的用語互換地使用。雖然在本文的示例中描述了基于碳化硅的CMC，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可使用擁有類似的屬性的其它耐火碳化物復(fù)合材料以及單塊材料。氧化物將不適于在本文描述的方法和系統(tǒng)中使用。碳活度是環(huán)境中的碳分壓與石墨中的為1.0的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)碳活度的熱力學(xué)比率。因此，高碳活度氣體是其中氣體中的碳的分壓高于構(gòu)件的表面處的耐火碳化物中的碳的活度的那些。為了本公開的目的，碳活度的實際值介于大約0.1和大約1.0之間。技術(shù)人員將理解，雖然以下描述例示了燃?xì)鉁u輪系統(tǒng)，但利用在燃燒期間可氧化和衰退的耐火碳化物構(gòu)件的任何系統(tǒng)均可利用本公開的實施例。噴氣發(fā)動機、基于地面的渦輪或火箭噴嘴、后燃燒裝置或馬達是這樣的備選系統(tǒng)的示例。本公開的方法和系統(tǒng)對于功率發(fā)生渦輪、航改發(fā)動機和航海推進發(fā)動機是有用的。圖1示出了利用使渦輪的熱氣路徑構(gòu)件穩(wěn)定的高碳活度氣體25的渦輪功率發(fā)生系統(tǒng)100。渦輪功率發(fā)生系統(tǒng)包括空氣壓縮機12、燃燒器66、渦輪14和發(fā)電機16。壓縮機
12、渦輪14和發(fā)電機16可由兩個軸18和20連接。應(yīng)當(dāng)注意，軸18和20也可為同一軸。軸(一個或多個)允許由渦輪14產(chǎn)生的機械能被發(fā)電機16和壓縮機12利用。在空氣壓縮機12的入口處進入的空氣10被壓縮。然后離開空氣壓縮機12的出口的壓縮空氣54可供應(yīng)給燃燒器66 ;在下面詳細(xì)地描述了可利用的多種燃燒器實施例。在某些實施例中，完全覆蓋熱氣路徑構(gòu)件可為有利的，而在其它實施例中，可能期望不覆蓋那么多。不同的燃燒器系統(tǒng)和在混合室上的控制閥的可用性允許控制高碳活度氣體噴射速率。目前的渦輪膜冷卻完全依靠使用相對于表面以淺角度定向的離散膜孔排。這些膜排的有效設(shè)計和位置可致使有完全覆蓋的保護氣體層。在現(xiàn)今的燃燒器中，使用多孔式全覆蓋膜冷卻或其它形式的完整槽口型膜冷卻來實現(xiàn)目標(biāo)是普遍的。因此，存在在全熱氣路徑構(gòu)件上面引入高碳活度保護層的技術(shù)。在極端的幾何區(qū)域(諸如翼型后緣、葉片尖部，以及構(gòu)件之間的面間槽口，以及高度擾動的流動流)中提供充分覆蓋，仍然存在挑戰(zhàn)。對于這樣的區(qū)域，也可使用與針對多孔壁所獲得的蒸騰冷卻類似的蒸騰冷卻的工程方案?？舍槍Χ喾N程度和位置而訂制氣體的分配和膜覆蓋，以有益于最佳功抽取和發(fā)動機效率。例如通過將傳統(tǒng)的燃燒器的下游的受到高碳活度氣體保護的導(dǎo)葉和/或葉片或者僅用作燃燒器，或者用作燃燒器和導(dǎo)葉系統(tǒng)，或者用作在若干構(gòu)件中的分布式燃燒系統(tǒng)，該方法可用來增強系統(tǒng)中的燃燒。為了本公開的目的，可使用燃燒系統(tǒng)的許多另外的實施例。航空發(fā)動機典型地使用環(huán)形燃燒器，而基于地面的功率渦輪發(fā)動機使用罐式環(huán)形燃燒器。高級的航空器發(fā)動機燃燒器渦輪系統(tǒng)可能已經(jīng)在噴嘴導(dǎo)葉周圍經(jīng)歷的一定水平的燃燒。翼型膜冷卻可未燃燒的燃料反應(yīng)而在熱氣路徑的表面附近產(chǎn)生膜加熱。一些燃燒系統(tǒng)試圖將燃燒器和渦輪入口導(dǎo)葉并入到單個系統(tǒng)中。這種聯(lián)合的燃燒器和渦輪入口導(dǎo)引噴嘴將燃料噴射到噴嘴的表面上。燃料冷卻噴嘴，并且在噴嘴的下游發(fā)生燃燒。例如，分級燃燒器可在上游引入一次燃燒區(qū)，并且正好在渦輪入口導(dǎo)葉前面或者在其中引入二次燃燒區(qū)。駐渦燃燒(TVC)是將再循環(huán)壁腔體用作弓I燃燃燒裝置的分級燃燒形式。TVC裝置產(chǎn)生火焰穩(wěn)定區(qū)，從而通過混合熱產(chǎn)物以及燃燒氣體與進入的燃料來提供持續(xù)的點燃源。在其中CMC受到高碳活度氣體的保護的情況下，可在傳統(tǒng)燃燒器后面使用CMC3000導(dǎo)葉(具有保護膜的CMC)，從而從導(dǎo)葉上消除所有壓縮機排氣。這個系統(tǒng)允許有較高的燃燒溫度，或者允許當(dāng)前燃燒溫度有較低的火焰溫度(排放較低)。高活度碳?xì)怏w會增強燃燒器系統(tǒng)，以提供較多級系統(tǒng)，如在下面的示例中描述的那樣。在一個非限制性示例中，傳統(tǒng)的燃燒器和渦輪入口導(dǎo)葉可由諸如公開號為US20080134685和US 20080078181的美國專利中描述的CMC柯恩達(Coanda)噴嘴代替。這個新系統(tǒng)實現(xiàn)燃燒器的功能和入口導(dǎo)葉的功能兩者，同時是由CMC制成的。簡要地說，在這個燃燒器中，燃料以受控制的型式與曲線壁相切地噴射，柯恩達效應(yīng)會使射流粘在表面上。在使用氣態(tài)燃料的應(yīng)用中，例如CH4可為主燃料噴射和CMC的保護氣體兩者。在使用液態(tài)燃料(諸如射流燃料)的應(yīng)用中，烴燃料將在CMC構(gòu)件的內(nèi)部霧化，然后被用作噴射的氣態(tài)燃料，以形成CMC保護層。在兩個應(yīng)用中，燃燒可在空氣流道中和噴嘴的下游兩者進行。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在一些情況下，在將壓縮空氣54饋送到燃燒器66之前，在回?zé)崞髦蓄A(yù)熱壓縮空氣54可為合乎需要的。也將燃料24供應(yīng)給燃燒器66。燃料流可由流量控制閥控制。燃料可被噴射噴嘴噴射到燃燒器66中。對于高壓燃?xì)鉁u輪應(yīng)用，利用圍繞渦輪的旋轉(zhuǎn)軸線而沿周向定位的多個燃燒室或罐來燃燒燃料24和壓縮空氣54也是有利的。在燃燒器66的內(nèi)部，燃料24和壓縮空氣54混合，并且被點燃器點燃，以產(chǎn)生發(fā)熱反應(yīng)。在燃燒之后，由燃燒產(chǎn)生的熱的膨脹氣體56被引導(dǎo)到渦輪14的入口噴嘴。當(dāng)通過渦輪14而膨脹時，熱氣產(chǎn)生渦輪軸功率。渦輪功率又驅(qū)動空氣壓縮機12。渦輪排氣26離開潤輪。在一些實施例中，渦輪排氣26可饋送到蒸汽發(fā)生器30。在回?zé)嵯到y(tǒng)中，渦輪排氣26首先可饋送通過回?zé)崞?，以在排氣傳輸?shù)筋~外的熱回收級之前，加熱燃燒空氣。使用饋送給蒸汽發(fā)生器30的渦輪排氣26來加熱水28和產(chǎn)生蒸汽32。蒸汽32饋送到蒸汽發(fā)生器36，以產(chǎn)生額外的電功率38，蒸汽發(fā)生器36可為由蒸汽渦輪提供功率的發(fā)電機。為了允許燃燒器66在較高的溫度下燃燒，高碳活度氣體25通過第一管道68供應(yīng)到熱氣路徑，以冷卻和/或保護渦輪系統(tǒng)100的熱氣路徑構(gòu)件。在一些實施例中，可存在調(diào)控器74(諸如閥或壓蓋密封件)，以可選擇性地控制分配給熱氣路徑的高碳活度氣體的量。高碳活度氣體可為與前面論述的相同的燃料24，但可備選地來自單獨的源。流體烴燃料(諸如(但不限于)甲烷、石油精、丁烷、汽油、射流燃料、生物燃料或天然氣)將適于這個用途。在一些實施例中，高碳活度氣體作為噴霧或者以氣化形式輸送到熱氣路徑構(gòu)件。如本文所用，用語“熱氣路徑構(gòu)件”大體表示暴露于由燃燒器66產(chǎn)生的熱氣的硬件構(gòu)件。這些熱氣路徑構(gòu)件可為固定的或旋轉(zhuǎn)的。這樣的熱氣路徑構(gòu)件的示例包括(但不限于)燃燒器(包括燃燒器構(gòu)件，例如燃燒器襯套或攏焰節(jié)段)、護罩、渦輪的導(dǎo)葉或葉片、火箭、沖壓噴氣發(fā)動機或超音速燃燒沖壓發(fā)動機。高碳活度氣體25可輸送到渦輪系統(tǒng)100中的、允許充分地冷卻和/或保護熱氣路徑構(gòu)件的任何地方。作為非限制性示例，圖顯示了高碳活度氣體25直接輸送到渦輪14。備選地，高碳活度氣體25可輸送到燃燒器66或軸20，在其中，高碳活度氣體25可分配在整個渦輪14中。在一些實施例中，高碳活度氣體25可與來自壓縮機12的空氣混合而形成冷卻齊U。在其它實施例中，高碳活度氣體25可保護渦輪14的一部分，同時壓縮機抽取空氣冷卻另一個部分(不管是金屬還是CMC)。在一些實施例中，可更換渦輪中的旋轉(zhuǎn)葉片。這里，將在CMC葉片中使用高碳活度氣體，從而從葉片上完全消除可造成負(fù)擔(dān)的空氣。所得出的旋轉(zhuǎn)燃燒器系統(tǒng)將對后面的渦輪級產(chǎn)生混合均勻的高溫氣體。使用燃料作為高碳活度氣體將導(dǎo)致后面進一步的燃燒，而不像單獨使用CO2或其它非反應(yīng)性氣體那樣。在一些情況下，高碳活度氣體可與耐火碳化物的某些相反應(yīng)；但是，在許多情況下，這些氣體將混合，并且在耐火碳化物表面的下游或遠(yuǎn)離它進行反應(yīng)。渦輪功率也可驅(qū)動發(fā)電機16。發(fā)電機16使用機械能來產(chǎn)生電功率22。本發(fā)明也可構(gòu)造成沒有發(fā)電機16。將直接傳輸和應(yīng)用渦輪功率，如在以機械的方式驅(qū)動的應(yīng)用的情況中那樣。在某些狀況中，在輸送到熱氣路徑之前，混合高碳活度氣體與二氧化碳可為合乎需要的。圖2示出了利用與二氧化碳混合的高碳活度氣體25的渦輪功率發(fā)生系統(tǒng)。在這個實施例中，高碳活度氣體25通過第一管道68被傳輸?shù)交旌鲜?2。二氧化碳通過第二管道46從源中供應(yīng)到混合室72?；旌鲜?2不必如圖中示出的那樣是單獨的構(gòu)件，而是可為第二管道46和第一管道68的合流部，只要二氧化碳可與高碳活度氣體25混合在一起即可。在一些實施例中，可存在閥(未顯示)，以選擇性地控制被混合且分配給熱氣路徑的二氧化碳的量和高碳活度氣體的量。這個閥允許改變輸送到熱氣路徑構(gòu)件的高碳活度氣體和/或二氧化碳的濃度。在一些實施例中，可從冷卻排氣42中移除二氧化碳，并且可選地將二氧化碳存儲在貯存器44中，如所顯示的那樣。可使用許多不同的工藝來從排氣42中移除二氧化碳。例如，可使用隔膜分離器或二氧化碳洗滌器來從排氣流中過濾或以別的方式分離二氧化碳。因為本方法和系統(tǒng)可與任何二氧化碳封存工藝一起使用，所以在本文中未提供二氧化碳封存的進一步論述?？赏ㄟ^在高碳活度氣體25中添加封存的二氧化碳來實現(xiàn)若干優(yōu)點。在一些情況下，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機將不再需要使用壓縮機旁通空氣來進行冷卻。因而，所有壓縮機空氣然后可饋送到燃燒器。這允許⑴使用較小的壓縮機來降低在轉(zhuǎn)動壓縮機時引起的“寄生”能量損失，以及/或者(2)有較多空氣饋送到燃燒器，以產(chǎn)生較強烈的燃燒。這兩種變化都將改進輸出和效率。而且，在一些情況下，添加封存的二氧化碳可增加渦輪的總質(zhì)量流。這進一步增加了燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的輸出。這個功率增加將幫助抵銷移動二氧化碳的能量成本。盡管必須在二氧化碳引入到熱氣路徑中之前壓縮二氧化碳，在恰當(dāng)?shù)臈l件下，允許使用封存的二氧化碳的系統(tǒng)(諸如所描述的系統(tǒng))可為合乎需要的。圖3示出了一個實施例中的傳統(tǒng)的航空高壓燃?xì)鉁u輪和燃燒器的示例的示意圖。通過將保護烴氣體噴射到熱氣路徑構(gòu)件，從而在構(gòu)件的表面上形成保護層，來建立使耐火碳化物(諸如用于目前利用的CMC系統(tǒng)的SiC)穩(wěn)定所需的碳的化學(xué)活度。這個烴層必須做三件事，以便有效地保護熱氣路徑構(gòu)件。第一是除去水蒸氣。不用遵守任一個理論，相信通過借助于保護層限制水蒸氣擴散來完成這個動作。另外，相信這些層與可用的H2O反應(yīng)，而降低金屬碳化物構(gòu)件的表面處的H2O有效蒸氣壓力。保護層的第二個功能是降低O2的分壓，以便限制金屬碳化物的直接氧化的速率。如果以及當(dāng)氧化物種類或者從燃燒氣體或者作為添加物而自己進入到保護層中時，必須減少氧化物種類，以限制在非常高的溫度下的氧化速率。對于這個所需要的O2勢是所關(guān)注的耐火碳化物以及溫度兩者的函數(shù)。一旦實現(xiàn)這兩個功能，膜的第三個目的是將碳活度保持在足夠高的水平處，以最大程度地降低耐火碳化物的蒸發(fā)，并且從而使耐火碳化物穩(wěn)定。最后，因為典型地將在比燃燒氣體低得多的溫度下供應(yīng)高碳活度氣體，所以高碳活度氣體可作為內(nèi)部冷卻和膜冷卻兩者對熱氣路徑構(gòu)件提供冷卻，從而允許有較高的燃燒溫度。但是，不必將耐火碳化物保持在比燃燒氣體更低的溫度下，只要MC完全穩(wěn)定即可。將氮用作覆蓋氣體的系統(tǒng)可成功地去除水蒸氣。但是，實際上不可使氮具有低得足以防止直接氧化的氧含量，這在溫度高于2500 T時是個問題。如果SiO蒸氣壓力的提高，SiO2可分解和蒸發(fā)，并且在CMC上形成的SiO2玻璃的粘性降低到一次性保護氧化物將被移除的點。此外，不是所有MC氧化物都有保護性。這些可在一形成時就蒸發(fā)或散裂。在這些情況下，必須使覆蓋氣體的氧含量保持足夠低，以限制大量的直接氧化，即使在去除水蒸氣的情況下。 在一個示例中，在燃燒氣體產(chǎn)物(CO2)與烴(例如甲烷或射流燃料)混合之后被重新引入到熱的區(qū)段構(gòu)件，以調(diào)節(jié)氣體中的碳勢。對于沒有涂層的基于SiC的CMC材料，CO2可根據(jù)等式Ia.)使SiC氧化:
權(quán)利要求
1.一種用于使耐火碳化物熱氣路徑構(gòu)件穩(wěn)定的方法，包括: 在燃燒器中燃燒燃料；以及 將高碳活度氣體輸送到熱聯(lián)接到熱氣路徑上的熱氣路徑構(gòu)件的至少一部分， 其中所述熱氣路徑構(gòu)件的至少一部分包含耐火碳化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括選擇性地控制通往所述熱氣路徑的所述高碳活度氣體的流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱氣路徑構(gòu)件選自燃燒器、導(dǎo)葉、葉片、火箭、沖壓噴氣發(fā)動機、超音速燃燒沖壓發(fā)動機和護罩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱氣路徑構(gòu)件包括渦輪系統(tǒng)的一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述渦輪系統(tǒng)包括: 所述燃燒器，其構(gòu)造成燃燒空氣與燃料以產(chǎn)生排氣流； 渦輪，其構(gòu)造成將所述排氣流的能量轉(zhuǎn)化成有用的機械能；以及 第一管道，其構(gòu)造成將所述高碳活度氣體輸送到所述熱氣路徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述渦輪系統(tǒng)進一步包括下者中的至少一個: 構(gòu)造成壓縮空氣的壓 縮機； 構(gòu)造成選擇性地控制分配給所述熱氣路徑的所述高碳活度氣體的量的閥； 構(gòu)造成將由所述渦輪產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機；以及軸，其連接所述壓縮機、所述渦輪和所述發(fā)電機，以允許由所述渦輪產(chǎn)生的機械能被所述發(fā)電機和所述壓縮機利用。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述輸送所述高碳活度氣體會在所述熱氣路徑構(gòu)件的表面上形成覆蓋氣體膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高碳活度氣體包括至少一種烴燃料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述高碳活度氣體進一步包括二氧化碳。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括將所述渦輪系統(tǒng)的排氣流中的二氧化碳封存在貯存器中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐火碳化物包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料。
12.—種渦輪功率發(fā)生系統(tǒng),包括: 包括燃燒器和渦輪的多個熱氣路徑構(gòu)件，所述燃燒器構(gòu)造成燃燒空氣與燃料的混合物，以產(chǎn)生排氣流，并且所述渦輪構(gòu)造成將所述排氣流的能量轉(zhuǎn)化成有用的機械能；以及其中，所述多個熱氣路徑構(gòu)件熱聯(lián)接到熱氣路徑上；以及 構(gòu)造成將高碳活度氣體輸送到所述多個熱氣路徑構(gòu)件中的至少一個熱氣路徑構(gòu)件的第一管道； 其中，耐火碳化物包括所述多個熱氣路徑構(gòu)件的至少一部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪功率發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪功率發(fā)生系統(tǒng)進一步包括構(gòu)造成選擇性地控制輸送到所述熱氣路徑的所述高碳活度氣體的量的閥。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪功率發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述燃燒器包括柯恩達噴嘴。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪功率發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪功率發(fā)生系統(tǒng)進一步包括下者中的至少一個: 構(gòu)造成壓縮空氣的壓縮機； 構(gòu)造成將由所述渦輪產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機；以及軸，其連接所述壓縮機、所述渦輪和所述發(fā)電機，以允許由所述渦輪產(chǎn)生的機械能被所述發(fā)電機和所述壓縮機利用。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所 述的渦輪功率發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述耐火碳化物包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料。
17.一種用于熱氣路徑構(gòu)件的冷卻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 熱氣路徑構(gòu)件；以及 構(gòu)造成將高碳活度氣體輸送到所述熱氣路徑構(gòu)件的第一管道， 其中，所述高碳活度氣體在所述熱氣路徑構(gòu)件的表面上形成覆蓋氣體膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述熱氣路徑構(gòu)件選自燃燒器、導(dǎo)葉、葉片、火箭、沖壓噴氣發(fā)動機、超音速燃燒沖壓發(fā)動機和護罩。
全文摘要
本發(fā)明涉及烴膜保護的耐火碳化物及其使用。公開一種具有由來自高碳活度氣體的烴提供的增強的耐火碳化物穩(wěn)定的渦輪功率發(fā)生系統(tǒng)。本公開也包括一種使用高碳活度氣體來使熱氣路徑構(gòu)件穩(wěn)定的方法。
文檔編號F02C7/00GK103161577SQ201210540580
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者W.P.米尼爾, R.S.班克, N.D.喬希, A.T.埃武萊特 申請人:通用電氣公司