[發明專利]用于減輕燃氣渦輪機中的動態變化的共振器組件

有效

• 申請號: 201010213492.4
• 申請日: 2010-06-13
• 公開（公告）號: CN101922711A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: L·B·小戴維斯;韓飛;S·斯里尼瓦桑;K·K·辛赫;金冠佑;V·納拉
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F23D14/00
• 分類號: F23D14/00;F23D14/46;F23R3/42
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;譚祐祥

技術領域

本文公開的主題涉及燃燒動態變化控制，且更特別地，涉及用于使用共振器來減少多管式燃燒器內的動態變化的系統和方法。

背景技術

在燃氣渦輪發動機中，空氣在壓縮機中加壓，并與燃料在燃燒器中混合，以產生向下游流過渦輪級的熱燃燒氣體，能量在渦輪級處提取。大型工業動力發生燃氣渦輪發動機典型地包括管式燃燒器，該燃燒器具有一排單獨的燃燒器管，其中燃燒氣體被分別地產生并共同地排放。由于管式燃燒器是獨立并離散的部件，每個燃燒器均產生其各自的燃燒熱流，管的靜態和動態運行是相互影響的。

燃燒動態變化，即，運行中的動態不穩定性，對管式燃燒器發動機的有效運行具有特別的影響。高動態變化常由諸如燃燒器管內的排放氣體溫度(即，熱釋放)以及振蕩壓力水平等條件下的波動而引起。此類高動態變化會限制發動機的硬件壽命和/或系統可操作性，導致諸如機械和熱疲勞等問題。燃燒器硬件損傷可以以涉及燃料噴嘴、襯里、過渡件、過渡件側面、徑向密封件、沖擊套筒以及其它部件的機械問題的形式發生。這些問題會導致損傷，低效率，或者由于燃燒硬件損傷的爆裂(blow?out)。

因此，已經有多種嘗試來控制燃燒動態變化，從而防止系統性能的劣化。對于控制工業燃氣渦輪機燃燒系統中的燃燒動態變化有兩種基本的方法：被動控制和主動控制。如名稱所暗示的，被動控制指的是結合了某些設計特征和特性以降低動態壓力振蕩或熱釋放水平的系統。另一方面，主動控制結合了傳感器來感測例如壓力或溫度波動，并提供反饋信號，該反饋信號在由控制器適當地處理后向控制裝置提供輸入信號。控制裝置又運行以降低動態壓力振蕩或過高的熱釋放水平。

在考慮壓力波動和熱釋放兩者的動態效果時，已經認識到根據本主題的多個方面，在壓力振蕩和熱釋放振蕩之間存在構造性的聯系。特別是，當熱釋放和壓力波動彼此同相時燃燒動態變化增加。用來減輕被動動態變化的已知解決方案因而試圖通過一種或多種技術來減少動態變化，諸如使壓力和熱釋放振蕩分離(例如，通過改變火焰形狀、位置等來控制燃燒發動機內的熱釋放)，或者使壓力和熱釋放不同相。

用來解決各種應用中一些動態變化的擔憂的一種已知裝置是共振器。盡管已經使用了共振器組件，但它們的應用明顯限于通過純聲學能量的吸收來減弱高頻不穩定性。例如，四分之一波長共振器已經被用于抑制燃燒渦輪機動力設備中的聲學能量或用于改變航空應用中燃燒器的聲學特性。

本領域持續地尋求用來降低高燃燒動態變化，從而改善系統效率并延長燃氣渦輪發動機部件的有效壽命的改善的系統和方法。

發明內容

總體而言，本發明的示例性實施例提供了選擇性地聯接到燃氣渦輪發動機的燃燒部分內的燃燒器管上的多個共振器。所公開的共振器組件的選擇性布置和調整配置成通過吸收聲學能量以及通過改變相鄰管之間的頻率水平兩者來減少相對高的燃燒動態變化。

本發明的一個示例性實施例涉及用于燃氣渦輪機的燃燒器。該燃燒器包括多個連續地布置的燃燒器管，用于在其中產生各自的燃燒氣體流，并共同地排放燃燒氣體流。燃燒器還包括連接到燃燒器管中選定的燃燒器管上的多個共振器。共振器例如可附接到燃燒器管的連續布置中的每個管上、每兩個管上、每三個管上等。另外，共振器可選擇性地構造成抑制以一個或多個給定的運行頻率而發生的壓力振蕩。

本發明的另一個示例性實施例涉及用于抑制燃氣渦輪燃燒發動機中燃燒器管之間管的動態相互作用的一種方法。此類方法包括提供多個連續地布置的燃燒器管的步驟，燃燒器管用于在其中產生各自的燃燒氣體流，并共同地排放燃燒氣體流。提供了多個共振器以操作性地聯接到燃燒器管中選定的燃燒器管上。然后選擇性地調整多個共振器以抑制從多個連續地布置的燃燒器管中相鄰的管排出的流的一個或多個不同相和同相的動態相互作用。

附圖說明

在以下具體實施方式中，結合附圖，根據優選和示例性實施例更具體地描述了本發明以及其更進一步的優點，附圖中：

圖1是包括燃氣渦輪機的燃氣渦輪機系統的剖切視圖；

圖2是可與圖1中所示的燃氣渦輪發動機一起使用的示例性燃氣渦輪發動機燃燒器的橫截面的示意性圖示；

圖3是燃氣渦輪發動機內現有技術燃燒器管的示例性徑向布置的示意性圖示；

圖4是燃氣渦輪發動機內燃燒器管的示例性徑向布置的示意性圖示，包括連接到其上用于抑制燃燒動態變化的對應共振器的第一示例性布置；

圖5是燃氣渦輪發動機內燃燒器管的示例性徑向布置的示意性圖示，包括連接到其上用于抑制燃燒動態變化的對應共振器的第二示例性布置；