專利名稱：燃燒器系統(tǒng)和這種燃燒器系統(tǒng)的阻尼方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種燃燒器系統(tǒng)，它包括至少兩個彼此獨立的相鄰燃燒器，其中每一個燃燒器具有至少一個燃燒室和一個頂端，頂端包括至少一個燃料噴入裝置和一個燃料-空氣預混裝置，每個燃燒器有一個包括頭蓋側面和頭蓋上側的頭蓋，其中至少頭蓋上側沿流動方向看設在頂端前面，從而在頭蓋上側與頂端之間構成燃燒器氣腔。
背景技術：
在燃燒系統(tǒng)中，如燃氣輪機、航空發(fā)動機、火箭發(fā)動機和供暖設備中，可導致熱聲學誘發(fā)的燃燒振蕩。它們通過燃燒火焰和與之關聯(lián)具有聲壓波動的放熱的相互作用形成。 通過聲波激勵，可使火焰位置、火焰正面或混合物組成變動，這又導致放熱的波動。在結構性相位方面可導致正反饋和放大。如此放大的燃燒振蕩可導致嚴重的噪聲負擔和因振動而引起的破壞。通過燃燒室的聲學特性和由于在燃燒室進口、燃燒室出口以及燃燒室壁上存在的邊界條件，顯著影響熱聲學引起的不穩(wěn)定性。所述聲學特性可通過裝入亥姆霍茲諧振器改變。W093/1040IAl展示了一種抑制燃氣輪機裝置燃燒室內燃燒振蕩的裝置。亥姆霍茲諧振器與燃料輸送管流動連接。由此改變輸送管或聲學總系統(tǒng)的聲學特性，從而抑制燃燒振蕩。當然業(yè)已證明，所述措施并不是在所有工作狀態(tài)都能滿足要求，因為即使抑制了燃料輸送管內的振蕩，仍可能導致燃燒振蕩。W003/074936A1展示了一種燃氣輪機，它有一個匯入燃燒室內的燃燒器，在這里出口匯被亥姆霍茲諧振器環(huán)形地圍繞。由此通過與火焰狹窄地接觸，有效阻尼燃燒振蕩，與此同時避免溫度的不均勻性。在亥姆霍茲諧振器內安裝一些細管，它們促使頻率匹配。在EP0597138A1中介紹了一種燃氣輪機燃燒室，它在燃燒器的區(qū)域內有用空氣沖洗的亥姆霍茲諧振器。與之不同地，諧振器布置在燃燒器之間的燃燒室端側。通過諧振器吸收在燃燒室內產生的燃燒振蕩引起的振蕩能量并由此阻尼燃燒振蕩。每一個諧振器因功能需要有一個與燃燒室連接的孔，它必須在某一個空氣量時被阻塞。當諧振器安裝在燃燒室壁上時，這一空氣量不再能供燃燒使用，因為它在燃燒器旁流過。由此提高了火焰溫度和加大了 NOx排放量。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明套解決的技術問題是提供一種燃燒器系統(tǒng)，它可使用于阻尼燃燒振蕩以及避免上述疑難問題。按本發(fā)明，采用一種燃燒器系統(tǒng)，它包括至少兩個彼此獨立的相鄰燃燒器，其中每一個燃燒器有至少一個燃燒室和一個頂端，頂端包括至少一個燃料噴入裝置和一個燃料-空氣預混裝置。在這里每個燃燒器有一個包括頭蓋側面和頭蓋上側的頭蓋，其中至少頭蓋上側沿流動方向看設在頂端前面。頭蓋側面至少部分圍繞頂端設置，以及，頭蓋側面沿徑向與頂端隔開間距。由此在頭蓋上側與頂端之間構成燃燒器氣腔。眾所周知，在使用單管燃燒室時，由于在這些燃燒室產生熱聲學振蕩，限制了燃氣輪機的功率?，F(xiàn)在按本發(fā)明已知，尤其在單管燃燒室的情況下，重要的是兩個彼此獨立的相鄰燃燒器的聲學相互作用。在這里形成振蕩模，它們在渦輪前通過連通裝置從一個燃燒室傳播到另一個。聲壓分布的聲學分析證明，在這里形成一種振蕩模式，此時包括在燃燒室上游彼此獨立的氣腔在內的彼此獨立的相鄰燃燒器反相振蕩。現(xiàn)在按本發(fā)明所述至少兩個燃燒器氣腔具有聲波連通裝置。通過相鄰燃燒室或其氣腔在聲學上恰當設計的連接，可以抑制和阻止形成這種振蕩模式的可能性。因此可以阻尼或甚至基本上防止熱聲學振蕩。按優(yōu)選的擴展設計，通過頭蓋側面和頂端構成通道。壓縮空氣通過此通道導向氣腔。因此壓縮空氣冷卻燃燒室外側，并因而減小燃燒室過熱。由此理想地預熱壓縮空氣，從而能實施更穩(wěn)定的燃燒。優(yōu)選地，聲波連通裝置是連接燃燒器氣腔的管道，尤其設計為環(huán)形的管道或通道。 這種連通裝置在結構上可以簡單地變換。優(yōu)選地，每個燃燒器及其燃燒器氣腔具有一個與各相鄰燃燒器或燃燒器氣腔的聲波連通裝置。由此可以最佳地抑制所有存在的燃燒器形成振蕩模式。有利地，燃氣輪機包括這種燃燒器系統(tǒng)。有關方法的技術問題通過提供一種阻尼燃燒器系統(tǒng)振蕩的方法得以解決，此燃燒器系統(tǒng)包括至少兩個相鄰的燃燒器，其中每一個燃燒器有至少一個燃燒室和一個頂端，頂端包括至少一個燃料噴入裝置和一個燃料-空氣預混裝置，在這里每個燃燒器有一個包括頭蓋側面和頭蓋上側的頭蓋，其中至少頭蓋上側沿流動方向看設在頂端前面，因此在頭蓋上側與頂端之間構成燃燒器氣腔，以及在兩個相鄰燃燒器氣腔的聲波連通裝置，避免相鄰燃燒器及其燃燒器氣腔的反相振蕩。采用這種方法簡單地基本上防止或甚至避免熱聲學振蕩。因此，與現(xiàn)有技術相反， 可以阻尼產生的不同頻率。


由下面參見附圖對實施例的說明，得出本發(fā)明的其他特征、特性和優(yōu)點。圖1用局部縱剖面圖示意表示燃氣輪機；圖2表示一個有頭蓋的單管燃燒室；以及圖3示意表示在燃燒器氣腔之間按本發(fā)明的連通裝置。
具體實施例方式圖1用局部縱剖面圖舉例表示燃氣輪機1。燃氣輪機1在內部有一個繞旋轉軸線2旋轉支承的具有一根軸的轉子3，它也稱為渦輪轉子。沿轉子3的先后順序是進氣機匣4、壓氣機5、例如包括多個同軸排列的燃燒器7 的花托式燃燒室6，尤其單管燃燒室或環(huán)形燃燒室、渦輪8和排氣機匣9。
燃燒室6與例如環(huán)形熱燃氣通道11相連。在那里例如四個串聯(lián)的渦輪級12構成渦輪8。每個渦輪級12例如由兩個葉片環(huán)組成。沿工質13的流動方向看，由工作葉片20 構成的葉片組25在熱燃氣通道11內設在導向葉片組15之后。在燃氣輪機1運行期間，由壓氣機5通過進氣機匣4吸入空氣35并壓縮。壓氣機 5在渦輪一側的端部制備的壓縮空氣供給燃燒器7，并在那里與燃料混合?；旌衔锶缓笤谌紵?中燃燒形成工質13。工質13從那里出發(fā)沿熱燃氣通道11流過導向葉片30和工作葉片20。工質13在工作葉片20處傳輸沖量地膨脹，工作葉片20因此驅動轉子3，以及轉子3驅動與之連接的做功機械。優(yōu)選地，燃燒器7與所述單管燃燒室6 (圖2)結合使用。在這里，燃氣輪機1有多個彼此獨立排列成環(huán)形的單管燃燒室6，它們在流出側的開口在渦輪進口側匯入環(huán)形熱燃氣通道11中。在這里優(yōu)選地在每個單管燃燒室上，在單管燃燒室6的流出口的相對置端， 大多環(huán)形地圍繞控制燃燒器排列多個，例如8個燃燒器7。圖2局部示意性地表示出單管燃燒器7。此燃燒器7包括頂端51、引流通道 (Transition) 52以及在它們之間的襯里53。在這里燃燒器的燃料噴入裝置55/燃料-空氣預混裝置56的主要部分稱為“頂端(Head-End) 51”。襯里53以任意方式從頂端向引流通道 52延伸。通過襯里53和流動外套60形成一個環(huán)形過道57，通過它流入燃燒/冷卻空氣65。 在燃料噴入裝置陽或燃料/空氣預混裝置56前面的空腔稱為燃燒器氣腔(Plenum) 100。 燃燒器7有一個包括頭蓋側面150和頭蓋上側170的頭蓋110。其中至少頭蓋上側170沿流動方向看設在頂端51前面，從而在頭蓋上側170與頂端51之間構成燃燒器氣腔100。頭蓋110有面朝燃燒室的一端140和背對燃燒室的一端120(圖幻。頭蓋110將頭蓋側面150 似乎布置在機器外面。圖3示意表示按本發(fā)明有兩個彼此獨立的相鄰燃燒器7的燃燒器系統(tǒng)，其中每個燃燒器7有一個單管燃燒室6和一個頭蓋150。每個燃燒器7有一個包括頭蓋側面150和頭蓋上側170的頭蓋110。其中至少頭蓋上側170沿流動方向看設在頂端51前面，從而在頭蓋上側170與頂端51之間構成燃燒器氣腔100。在兩個相鄰的燃燒器氣腔100之間存在一個聲波連通裝置130。聲波連通裝置在這里有利地是環(huán)形，并因而將整個燃氣輪機的燃燒器7各自相鄰的燃燒器氣腔100互相連接。環(huán)形的連通裝置可例如借助將各個氣腔100 互相連接的管道實現(xiàn)。在氣腔100的區(qū)域內這種連通裝置130可以無需高的結構性化費實現(xiàn)。環(huán)形連通裝置終止在燃燒室氣腔100的開始處。因此不再形成在渦輪前通過連通裝置從一個燃燒室傳播到另一個的振蕩模式，這種振蕩模式使燃燒室及其氣腔反相振蕩。聲波連通裝置130抑制并阻止形成這種振蕩模式。
權利要求
1.一種燃燒器系統(tǒng)，它包括至少兩個彼此獨立的相鄰燃燒器(7)，其中每一個燃燒器具有至少一個燃燒室(6)和一個頂端(51)，其中頂端(51)包括至少一個燃料噴入裝置 (55)和一個燃料-空氣預混裝置(56)，每個燃燒器(7)具有一個包括頭蓋側面(150)和頭蓋上側(170)的頭蓋(110)，其中至少頭蓋上側(170)沿流動方向看設在頂端(51)前面，從而在頭蓋上側(170)與頂端(51)之間構成燃燒器氣腔(100)，頭蓋側面(150)至少部分圍繞頂端(51)設置，以及，頭蓋側面(150)沿徑向(r)與頂端(51)間隔距離，其特征為所述至少兩個燃燒器氣腔(100)具有聲波連通裝置(130)，聲波連通裝置(130)在這里是連接燃燒器氣腔(100)的管道。
2.按照權利要求2所述的燃燒器系統(tǒng)，其特征為，通過頭蓋側面(150)和頂端(51)構成一個通道(125)。
3.按照權利要求1-2所述的燃燒器系統(tǒng)，其特征為，聲波連通裝置(130)是環(huán)形的。
4.按照前列諸權利要求1-3之一所述的燃燒器系統(tǒng)，其特征為，聲波連通裝置(130)是連接燃燒器氣腔(100)的通道。
5.按照前列諸權利要求之一所述的燃燒器系統(tǒng)，其特征為，每個燃燒器(7)及其燃燒器氣腔(100)具有與各相鄰燃燒器(7)或燃燒器氣腔(100)連通的聲波連通裝置(130)。
6.一種燃氣輪機，包括壓氣機、渦輪和按照前列諸權利要求之一所述的燃燒器系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃燒器系統(tǒng)，它包括至少兩個彼此獨立的相鄰燃燒器(7)，其中每一個燃燒器具有至少一個燃燒室(6)和一個頂端(51)，其中頂端(51)包括至少一個燃料噴入裝置(55)和一個燃料-空氣預混裝置(56)，每個燃燒器(7)具有一個包括頭蓋側面(150)和頭蓋上側(170)的頭蓋(110)，其中至少頭蓋上側(170)沿流動方向看設在頂端(51)前面，從而在頭蓋上側(170)與頂端(51)之間構成燃燒器氣腔(100)，其中，所述至少兩個燃燒器氣腔(100)具有聲波連通裝置。此外，本發(fā)明還涉及這種燃燒器系統(tǒng)的阻尼方法。
文檔編號F23R3/28GK102472495SQ201180003126
公開日2012年5月23日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權日2010年4月28日
發(fā)明者S.貝斯克 申請人:西門子公司