[發明專利]尤其在燃氣輪機內阻尼熱聲振蕩的方法和裝置

有效

• 申請號: 200680033299.4
• 申請日: 2006-08-08
• 公開（公告）號: CN101263343A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 斯文·貝思克
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F23M13/00
• 分類號: F23M13/00;G10K11/175
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 郝俊梅;謝強

技術領域

本發明涉及一種借助諧振器阻尼熱聲振蕩的方法，諧振器有一個諧振容積；以及涉及一種阻尼在能振蕩的空腔內的熱聲振蕩的裝置，包括有諧振容積和空腔的諧振器。

背景技術

本方法和裝置應可使用在燃氣輪機的燃燒室內。

燃氣輪機裝置包括例如壓氣機、燃燒室和渦輪。吸入的空氣在壓氣機內進行壓縮，接著在空氣內混合燃料。混合物在燃燒室內燃燒，其中，將燃氣供給渦輪。燃氣被渦輪提取熱能并轉化為機械能。

混合物燃燒時在燃燒室內產生熱聲振蕩，它們傳入軸內。在燃燒室內構成一種有諧振頻率的駐波，這種諧振頻率不可逆地損害燃燒室。所述的熱聲問題意味著是在設計和運行此類燃氣輪機的新燃燒室、燃燒室零件和燃燒器時面臨的問題。

因此，在現有技術中為了減小熱聲振蕩使用例如亥姆霍茲諧振器來阻尼振蕩。亥姆霍茲諧振器通常包括一個容積，它具有處于其中的空氣或其他氣體。與此容積連接一根管子，即所謂的諧振器管，在管內同樣有空氣或氣體，以及使該管子通入燃燒室內。容積內和諧振器管內的空氣或氣體構成一個彈簧-質量系統，其中，容積內的空氣或氣體形成彈簧以及諧振器管內的空氣或氣體形成質量。當彈簧-質量系統以通過容積、諧振器管的橫截面積和諧振器管的長度確定的諧振頻率振蕩時，亥姆霍茲諧振器如同一個無限長的孔，它能阻止具有諧振頻率的駐波。

然而亥姆霍茲諧振器有固定的諧振頻率。形成的熱聲振蕩只有用那些與亥姆霍茲諧振器的諧振頻率一致或處于其附近的頻率才能有效抑制。對于那些與之不同的頻率，亥姆霍茲諧振器的效用明顯下降。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種改進的用于阻尼熱聲振蕩的方法和裝置，它們有有效的作用和靈活地面對要阻尼的熱聲振蕩的變化。所述方法和裝置應能使用于燃氣輪機的燃燒室。

涉及方法方面的技術問題按照本發明通過一種借助諧振器阻尼熱聲振蕩的方法得以解決，該諧振器有一個諧振容積，其中，在一個傾向于熱聲振蕩的空腔內誘發熱聲振蕩，以及至少部分熱聲振蕩從空腔輸出耦合并輸入耦合到諧振容積內，從而在諧振容積內產生阻尼振蕩，它與熱聲振蕩調諧，其中，至少部分阻尼振蕩以這樣的方式輸入耦合到空腔內，即，使得阻尼振蕩與熱聲振蕩在一個重疊區疊加，以及其中，至少在重疊區內基本上消除這些振蕩。

本發明基于以下認識，在一個能振蕩的空腔內的熱聲振蕩的實際頻率與諧振器的事先計算的諧振頻率之差，通過阻尼時明顯的功效損失表征。這些偏差可例如由于空腔，例如燃燒室在機械方面改變或通常的熱干擾或其他的干擾引起。由此也減小聲阻尼，從而增大熱聲振蕩。在這種情況下會導致熱與聲干擾之間相互激勵的作用，這引起空腔、例如燃燒室的高負荷。迄今使用的諧振器按固定和預定的諧振頻率設計，并因而在能振蕩的空腔的聲學特性改變時不再能達到期望的阻尼效果。

現在從這一認識出發，第一次采用按本發明的用于阻尼空腔內熱聲振蕩的方法，防止在阻尼時出現不希望的效應下降。這通過諧振器的諧振頻率與空腔內熱聲振蕩瞬時存在的頻率相匹配實現。

本發明的基本原理在于，一方面進行有目的地激勵諧振器，另一方面所述的激勵借助熱聲振蕩本身發生。在這種情況下諧振器的表現又如同一個理想諧振器。這通過使部分熱聲振蕩以這樣的方式在諧振器內輸入耦合實現，即，使諧振器產生在諧振器內的阻尼振蕩激勵，確切地說，在產生的阻尼振蕩反饋時，在空腔內至少在熱聲振蕩與阻尼振蕩重疊區內基本消除這些振蕩。空腔的部分熱聲振蕩本身用于激勵諧振器容積。因此在熱聲振蕩的頻率改變時也造成在諧振器內振蕩的輸出耦合和輸入耦合頻率的變化，與之同時也改變了諧振器產生的阻尼振蕩。此外，先前發生的熱聲振蕩的輸出耦合，促使諧振器相對于熱聲振蕩延時激勵。這種延時以這樣的方式調整，即，使得產生的阻尼振蕩在重疊區用熱聲振蕩消除(毀滅性干涉)。所述延時由熱聲振蕩輸出耦合的部分從空腔到諧振器的傳播時間造成。

因此這種方法允許諧振器與空腔內當時存在的熱聲振蕩進行事后調諧。通過阻尼振蕩與聲振蕩及局部消振的這種匹配，即使由于外部影響使熱聲振蕩的頻率與諧振器必要的諧振事先計算的頻率不同時，也能防止可能在空腔內形成有諧振頻率的駐波。由此在空腔內不再可能發生會損壞空腔或構成空腔邊界的壁的諧振災難。

此外，將空腔振蕩利用于激勵諧振器容積意味著是諧振器激勵的一種便利而簡單的方案。不需要其他用于諧振器的激勵器。

按優選的設計，阻尼振蕩相對于熱聲振蕩反相調諧。由此導致阻尼熱聲振蕩。

優選地，阻尼振蕩在頻率、相位和波長方面加以調整。由此導致在重疊區完全消除這兩種振蕩。