專利名稱：用于對渦輪機燃燒器中的振蕩進行阻尼的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本說明書所公開的主題涉及渦輪機燃燒器，并且更具體地，涉及用于對渦輪機燃燒器中的振蕩進行阻尼的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃氣渦輪發(fā)動機燃燒燃燒器中的燃料-空氣混合物，并且接著通過所得到的熱燃燒氣體驅(qū)動一個或多個渦輪。渦輪機燃燒器可以使用干式低NOx(DLN)燃燒。在DLN燃燒中，燃料和空氣在點火之前預(yù)混合，從而減少排放物。然而，稀薄(lean)預(yù)混合燃燒過程容易受到流擾動和聲壓波的影響。例如，聲壓波可能行進穿過由襯套和過渡件形成的渦輪機燃燒器的熱分段、相對于襯套位于上游處的渦輪機燃燒器的冷分段和相對于渦輪機燃燒器中的燃料噴嘴位于上游處的集氣室。流擾動和聲壓波能夠?qū)е绿幱诟鞣N頻率的自持壓力振 蕩。這些壓力振蕩可以稱作燃燒動力學(xué)。燃燒動力學(xué)能夠造成結(jié)構(gòu)振動、磨損和其它的性能退化。遺憾的是，DLN燃燒器具有某些設(shè)計特征，所述某些設(shè)計特征能夠使這些壓力振蕩的降低復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
以下說明書對與原始要求保護的發(fā)明的范圍相符的某些實施例進行概述。這些實施例并不旨在對所要求保護的發(fā)明的范圍構(gòu)成限制，相反，這些實施例僅僅旨在提供本發(fā)明的可能形式的簡要概括。事實上，本發(fā)明可以包括多種形式，這些形式可以與以下說明書所闡述的實施例相似或不同。在第一實施例中，一種系統(tǒng)包括渦輪機燃燒器，該渦輪機燃燒器具有第一燃料噴嘴、構(gòu)造成對振蕩進行阻尼的共振器(resonator)和通過共振器延伸到第一燃料噴嘴中的
第一空氣路徑。進一步的，所述渦輪機燃燒器包括燃燒室、頭部端室和布置在所述燃燒室與所述頭部端室之間的分隔板，其中所述第一燃料噴嘴和所述共振器布置在所述頭部端室中。進一步的，所述共振器布置在離開所述分隔板一偏置距離處。進一步的，所述共振器包括共振室，所述共振室布置在圍繞所述第一燃料噴嘴延伸的第一板與第二板之間。進一步的，所述系統(tǒng)包括第二燃料噴嘴，其中所述共振室布置在圍繞所述第一燃料噴嘴和所述第二燃料噴嘴延伸的所述第一板與所述第二板之間。進一步的，所述第一板包括多個第一開口。進一步的，所述第二板包括多個第二開口。進一步的，氣流室限定在所述分隔板與所述第一板之間，其中所述第一空氣路徑通過所述氣流室并且通過所述第一板中的第一開口延伸到所述共振室中。進一步的，所述渦輪機燃燒器包括延伸到所述第一燃料噴嘴中的第二空氣路徑，其中所述第一空氣路徑通過所述共振室并且通過一個或多個開口延伸到所述第二空氣路徑中。進一步的，所述一個或多個開口包括所述第二板中的第二開口、所述第一燃料噴嘴的第一壁中的第三開口、第二燃料噴嘴的第二壁中的第四開口、布置在所述渦輪機燃燒器的殼體壁內(nèi)側(cè)的第五壁、或者它們的組合。進一步的，所述第一板與所述第二板之間的距離構(gòu)造成將所述共振室調(diào)諧成振蕩頻率。進一步的，所述系統(tǒng)包括燃氣渦輪發(fā)動機，所述燃氣渦輪發(fā)動機具有渦輪機燃燒器。在第二實施例中，一種系統(tǒng)包括渦輪機燃燒器，該渦輪機燃燒器具有燃燒室、頭部端室、布置在燃燒室與頭部端室之間的分隔板、布置在頭部端室中的第一燃料噴嘴和布置 在頭部端室中的共振器。該共振器包括共振室，共振室布置在圍繞第一燃料噴嘴的第一板與第二板之間，并且共振室布置在離開分隔板一偏置距離處。進一步的，所述第一燃料噴嘴包括第一壁，所述第一壁具有鄰近所述共振室布置的第一開口。進一步的，所述系統(tǒng)包括布置在所述頭部端室中的第二燃料噴嘴，其中所述共振室布置在圍繞所述第一燃料噴嘴和所述第二燃料噴嘴的所述第一板與所述第二板之間，并且所述第二燃料噴嘴包括第二壁，所述第二壁具有鄰近所述共振室布置的第二開口。進一步的，所述頭部端室包括布置在殼體壁內(nèi)側(cè)的內(nèi)壁，并且所述內(nèi)壁包括鄰近所述共振室布置的第二開口。進一步的，所述第一燃料噴嘴包括具有燃料路徑的內(nèi)體部、圍繞所述內(nèi)體部布置以限定空氣路徑的外體部和多個燃料噴射端口，所述燃料噴射端口構(gòu)造成將燃料從所述燃料路徑噴射到所述空氣路徑中，其中所述共振室聯(lián)接至相對于所述多個燃料噴射端口位于上游處的所述空氣路徑。在第三實施例中，一種系統(tǒng)包括渦輪機燃燒器，該渦輪機燃燒器具有頭部端室和燃燒室，所述頭部端室與燃燒室通過分隔板彼此分開；以及布置在頭部端室中的共振器，其中該共振器包括布置在第一板與第二板之間的共振室，并且共振室布置在尚開分隔板一偏置距離處。該渦輪機燃燒器還包括進入頭部端室的第一空氣路徑和進入共振器的第二空氣路徑，其中第二空氣路徑通過共振室延伸到第一路徑中。進一步的，所述渦輪機燃燒器包括燃料噴嘴，所述燃料噴嘴構(gòu)造成接收來自所述第一空氣路徑和所述第二空氣路徑的空氣，并且所述第一板和所述第二板布置成圍繞所述燃料噴嘴。進一步的，所述系統(tǒng)包括襯套，所述襯套布置成圍繞所述燃燒室；流套筒，所述流套筒布置成圍繞所述襯套以限定第一空氣通路；外壁，所述外壁布置成圍繞所述頭部端室；內(nèi)壁，所述內(nèi)壁布置在所述外壁內(nèi)以限定第二空氣通路，所述第二空氣通路聯(lián)接至所述第一空氣通路，其中所述第一空氣通路和所述第二空氣通路限定進入所述頭部端室的第一空氣路徑；以及第三空氣通路，所述第三空氣通路通過所述內(nèi)壁和所述外壁延伸至位于所述第一板與所述分隔板之間的室，其中所述第二空氣路徑通過所述室并且通過所述第一板中的第一開口從所述第三空氣通路延伸到所述共振室中。


當(dāng)參照附圖閱讀以下說明書的具體實施方式
時，本發(fā)明的這些以及其它的特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記在所有視圖中代表相同部件，其中圖I是具有多個渦輪機燃燒器的燃氣渦輪機系統(tǒng)的實施例示意圖，每個渦輪機燃燒器都具有頭部端共振器，所述頭部端共振器構(gòu)造成對與燃燒動力學(xué)相關(guān)的振蕩進行阻尼；圖2是圖I的渦輪機燃燒器中的一個渦輪機燃燒器的實施例的橫截面?zhèn)纫暿疽鈭D，其示出頭部端共振器的實施例；圖3是沿線3-3截取的圖2的渦輪機燃燒器頭部端的實施例的橫截面?zhèn)纫暿疽鈭D，其進一步示出圍繞和穿過頭部端共振器的路徑；
圖4是沿線3-3截取的圖2的渦輪機燃燒器的橫截面?zhèn)纫暿疽鈭D，其進一步示出被頭部端共振器阻尼的壓力振蕩；圖5是沿線3-3截取的圖2的渦輪機燃燒器的橫截面?zhèn)纫暿疽鈭D，其示出多個頭部端共振器；圖6是被共振器包繞的燃料噴嘴的實施例的部分透視圖。
具體實施例方式以下說明書將對本發(fā)明的一個或多個特定實施例進行描述。為了提供對這些實施例的簡明描述，說明書中可能不會對實際實施方式的所有特征進行描述。應(yīng)當(dāng)理解，在開發(fā)任何這種實際實施方式的過程中，如在任何工程或設(shè)計項目中，必須進行多種實現(xiàn)方法特定的決策，以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)(例如遵守系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束)，所述特定目標(biāo)隨著實施方式而發(fā)生變化。此外，應(yīng)當(dāng)理解，這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗時的，但是無論如何，對于受益于本公開的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，這是設(shè)計、加工和制造的常規(guī)任務(wù)。當(dāng)引入本發(fā)明的各種實施例的元件時，冠詞“一個”和“所述”意在表示具有元件中的一個或多個元件。術(shù)語“包括”和“具有”意為包含的并且意味著除了列出的元件還可能具有另外的元件。所公開的實施例主要涉及用于渦輪機燃燒器頭部端的可調(diào)諧的共振器。如上所述，燃氣渦輪機系統(tǒng)包括可以使用DLN或其它燃燒過程的渦輪機燃燒器，所述DLN或其它燃燒過程容易受到流擾動和/或聲壓波的影響。例如，聲壓波可以行進穿過由渦輪機燃燒器的襯套和過渡件形成的熱分段、位于襯套上游的冷分段和位于渦輪機燃燒器的頭部端中燃料噴嘴上游的集氣室。渦輪機燃燒器的燃燒動力學(xué)能夠?qū)е伦猿謮毫φ袷?，所述自持壓力振蕩可能?dǎo)致結(jié)構(gòu)振動、磨損、機械疲勞、熱疲勞和渦輪機燃燒器中的其它性能退化。提供根據(jù)所公開實施例的可調(diào)諧的共振器以對渦輪機燃燒器中的燃燒動力學(xué)進行阻尼，并且所述可調(diào)諧的共振器可以與各種頭部端部件(例如，燃料噴嘴、空氣通路和DLN特定設(shè)計)一體形成。共振器包括封閉體積，當(dāng)適當(dāng)調(diào)節(jié)時，所述封閉體積能夠減少或降低燃燒過程所產(chǎn)生的聲壓波的傳輸。具體而言，共振器操作成衰減和吸收渦輪機燃燒器所產(chǎn)生的壓力波。此夕卜，燃燒過程所產(chǎn)生的聲壓波能夠出現(xiàn)在各種頻率處。由所公開的可調(diào)諧的共振器封閉的體積可以發(fā)生變化，以調(diào)節(jié)其有效頻率范圍，由此使得共振器能夠衰減和吸收渦輪機燃燒器在各種頻率處所產(chǎn)生的聲壓波。共振器的某些實施例可以設(shè)計成用于渦輪機燃燒器的頭部端，并且可以包括由頭部端中的前板和背板限定的體積。前板和背板均具有多個孔以使氣流通過。具體而言，氣流可以是通過前板、封閉體積和背板從而進入渦輪機燃燒器的頭部端室的冷卻氣流。冷卻氣流接著與由頭部端中的燃料噴嘴供給的燃料混合，以用于在渦輪機燃燒器中燃燒。此外，如上所述，渦輪機燃燒器內(nèi)的燃燒過程產(chǎn)生聲壓波，所述聲壓波可能干擾渦輪機燃燒器的操作。在某些實施例中，渦輪機燃燒器的頭部端室中的聲壓波流入由前板和背板限定的體積中。將前板和背板分開可變的偏置距離，使得封閉體積被調(diào)諧成吸收期望范圍的聲壓波頻率。通過吸收聲壓波，由前板和背板限定的體積能夠抑制渦輪機燃燒器的頭部端中的壓力波動。此外，抑制頭部端中的壓力波動可以有助于減少渦輪機燃燒器的燃燒室中的壓力波動、減少燃燒室下游的壓力波動，并且還進一步減少頭部端上游處的壓力波動?，F(xiàn)在參照附圖，圖I示出燃氣渦輪機系統(tǒng)10的實施例的方框圖。系統(tǒng)10包括壓縮機12、渦輪機燃燒器14和渦輪16。渦輪機燃燒器14包括燃料噴嘴18，燃料噴嘴18使液 體燃料和/或氣體燃料(例如天然氣或合成氣)進入渦輪機燃燒器14。如圖所示，每個渦輪機燃燒器14都可以具有多個燃料噴嘴18。更具體地，每個渦輪機燃燒器14均可以包括具有初級燃料噴嘴20的初級燃料噴射系統(tǒng)和具有次級燃料噴嘴22的次級燃料噴射系統(tǒng)。如以下說明書詳細描述的，每個渦輪機燃燒器14都還可以包括頭部端共振器，所述頭部端共振器構(gòu)造成接收氣流并且將流導(dǎo)入渦輪機燃燒器14的頭部端室中。此外，每個渦輪機燃燒器14的頭部端共振器構(gòu)造成降低聲波并且抑制渦輪機燃燒器14中的壓力波動。渦輪機燃燒器14點燃并且燃燒空氣-燃料混合物，并且接著使熱加壓燃燒氣體24 (例如，排氣)流入渦輪16中。渦輪輪葉聯(lián)接至軸26，軸26在整個渦輪機系統(tǒng)10中還聯(lián)接至若干其它的部件。隨著燃燒氣體24流過渦輪16中的渦輪輪葉，渦輪16受到驅(qū)動進行旋轉(zhuǎn)，從而使得軸26旋轉(zhuǎn)。最終，燃燒氣體24通過排氣出口 28離開渦輪機系統(tǒng)10。此夕卜,軸26可以聯(lián)接至負載30，負載30由軸26的旋轉(zhuǎn)供給動力。例如，負載30可以是任何合適的裝置該裝置可以通過渦輪機系統(tǒng)10的旋轉(zhuǎn)輸出產(chǎn)生電力/動力，例如發(fā)電機、飛機的螺旋槳等。壓縮機輪葉作為壓縮機12的部件被包括。壓縮機12內(nèi)的輪葉聯(lián)接至軸26，并且將隨著軸26被渦輪16驅(qū)動旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，如上所述。輪葉在壓縮機12內(nèi)的旋轉(zhuǎn)將來自空氣進口 32的空氣壓縮成加壓空氣34。加壓空氣34接著被供給到渦輪機燃燒器14的燃料噴嘴18中。燃料噴嘴18將加壓空氣34與燃料混合，以產(chǎn)生用于燃燒(例如，使得燃料燃燒地更完全的燃燒)的合適的混合率，以便不會浪費燃料或者造成過量排放物。如以下說明書所討論的，壓縮空氣可以穿過和/或圍繞相對于燃料噴射處于上游的每個燃燒器14中的頭部端共振器而流動，同時聲壓波能夠進入共振器并且在共振器中變成受到阻尼。圖2是圖I的渦輪機燃燒器14中的一個渦輪機燃燒器的實施例示意圖，其示出布置在渦輪機燃燒器14的頭部端52內(nèi)的頭部端共振器50。如上所述，壓縮機12接收來自空氣進口 32的空氣、對空氣進行壓縮并且產(chǎn)生壓縮空氣流34以用于渦輪機燃燒器14內(nèi)的燃燒過程。如圖示實施例中所示，加壓空氣34被壓縮機排出部54接收，壓縮機排出部54操作性地聯(lián)接至渦輪機燃燒器14。如箭頭56所表示的，加壓空氣34從壓縮機排出部54朝向渦輪機燃燒器14的頭部端52流動。更具體地，加壓空氣34流經(jīng)渦輪機燃燒器14的襯套62與流套筒64之間的環(huán)形部60，以到達頭部端52。在某些實施例中，頭部端52包括端板66，端板66可以支承圖I所示的初級燃料噴嘴20。在所示實施例中，頭部端52具有單個初級燃料噴嘴20和相關(guān)聯(lián)的共振器50。然而，如以下說明書所討論的，頭部端52可以包括多個燃料噴嘴20和相關(guān)聯(lián)的共振器50。初級燃料供給部68向初級燃料噴嘴20提供燃料70。此外，氣流路徑72通過初級燃料噴嘴20輸送來自渦輪機燃燒器14的環(huán)形部60的加壓空氣34。初級燃料噴嘴20使加壓空氣34與由初級燃料供給部68提供的燃料70相結(jié)合，以形成空氣/燃料混合物。具體而言，可以通過多個旋流葉片74將燃料70噴射到氣流路徑72中?？諝?燃料混合物從氣流路徑72流入燃燒室76中，空氣/燃料混合物在燃燒室76處被點燃并且燃燒以形成燃燒氣體(例如，排氣)。燃燒氣體沿方向78朝向渦輪機燃燒器14的過渡件80流動。燃燒氣體朝向渦輪16流過過渡件80 (如箭頭82所表示)，燃燒氣體在渦輪16處驅(qū)動輪葉在渦輪16內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
渦輪機燃燒器14還包括頭部端共振器50。如上所述，燃燒過程產(chǎn)生多種壓力波、聲波和被稱作燃燒動力學(xué)的其它振蕩。燃燒動力學(xué)可能造成渦輪機燃燒器14中的性能退化、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、以及機械疲勞或熱疲勞。因此，渦輪機燃燒器14可以包括一個或多個共振器50，以有助于降低燃燒動力學(xué)在渦輪機燃燒器14中的影響。在所示實施例中，頭部端共振器50布置在渦輪機燃燒器14的頭部端室84內(nèi)。如圖所示，頭部端室84通過帽、蓋板、或分隔板86與燃燒室76分開。頭部端共振器50包括部分地由前板90和背板92限定的體積88。如圖所示，前板90和背板92都沿上游方向相對于分隔板86偏置。此外，氣流路徑94通過頭部端共振器50的體積88。如以下說明書詳細討論的，冷卻空氣96流經(jīng)氣流路徑94、流經(jīng)頭部端共振器50的體積88、并且流入氣流路徑72，冷卻空氣96在氣流路徑72處與燃料70和加壓空氣34混合。在某些實施例中，冷卻空氣96可以是來自壓縮機12或另一個源的加壓空氣34。此外，頭部端共振器50的體積88構(gòu)造成吸收渦輪機燃燒器14中的燃燒過程所產(chǎn)生的聲壓波。如以下說明書所討論的，來自燃燒室76的聲壓波可以朝向渦輪機燃燒器14的頭部端52行進，如箭頭98所表示的。具體而言，聲壓波行進穿過氣流路徑72并且進入頭部端共振器50的體積88，聲壓波在頭部端共振器50的體積88處被抑制。此外，可以將前板90和/或背板92調(diào)節(jié)和定位成使得體積88的尺寸被調(diào)諧成能夠吸收期望范圍的聲壓波頻率。圖3是沿圖2的線3-3截取的渦輪機燃燒器14的頭部端52的實施例示意圖，其示出布置在頭部端室84內(nèi)的頭部端共振器50和初級燃料噴嘴20。在所示實施例中，頭部端共振器50包括前板90和背板92，前板90和背板92部分地限定頭部端共振器50的體積88。如上所述，氣流路徑72接收來自渦輪機燃燒器14的環(huán)形部60的加壓空氣34。如圖所示，氣流路徑72包括第一部120和第二部122，并且第一部120和第二部122操作性地聯(lián)接。氣流路徑72的第一部120由渦輪機燃燒器14的外壁124(例如，頭部端殼體)和內(nèi)壁126 (例如，頭部端套筒)限定。氣流路徑72的第二部122由燃料噴嘴20的外殼128和內(nèi)殼130限定。如箭頭132所表示的，來自環(huán)形部60的加壓空氣34首先沿上游方向流經(jīng)氣流路徑72的第一部120，并且接著沿下游方向流經(jīng)氣流路徑72的第二部122。隨后，力口壓空氣34圍繞旋流葉片74流動。如上文所討論的，燃料70通過旋流葉片74被釋放到加壓空氣34中。具體而言，燃料70沿燃料噴嘴20的內(nèi)殼130內(nèi)的燃料路徑134向下流動，如箭頭136所代表的。燃料70從燃料路徑134進入旋流葉片74(如箭頭138所代表的)，并且通過旋流葉片74中的燃料端口 140離開旋流葉片74 (如箭頭142所代表的)。燃料70與加壓空氣34混合以產(chǎn)生空氣/燃料混合物?？諝?燃料混合物朝向燃燒室76向下游流動，如箭頭144所表示的。在所示實施例中，分隔板86包括開口 146，開口 146操作性地連接頭部端室84和燃燒室76。如上所述，渦輪機燃燒器14的頭部端52包括頭部端共振器50，頭部端共振器50接收來自氣流路徑94的冷卻空氣96。具體而言，冷卻空氣96通過冷卻空氣入口 148進入渦輪機燃燒器14的頭部端室84。例如，冷卻空氣96可以由壓縮機排出部54供給。盡管所示實施例示出兩個冷卻空氣入口 148，但是其它實施例可以包括更少或更多的冷卻空氣入口 148。例如，渦輪機燃燒器14可以具有I個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、或者更多的冷卻空氣入口 148。氣流路徑94接收來自冷卻空氣入口 148的冷卻空氣96并且朝向頭部端共振器50沿上游方向引導(dǎo)冷卻空氣96，如箭頭150所表示。此外，可以朝向分隔板86 中的開孔151引導(dǎo)冷卻空氣96，如箭頭155所表示的。在某些實施例中，開孔151可以是直孔或具有角度的孔。冷卻空氣96可以通過開孔151，由此對分隔板86進行冷卻并且進入燃燒室76。在所示實施例中，氣流路徑94由渦輪機燃燒器14的內(nèi)壁126和燃料噴嘴20的外殼128限定。應(yīng)當(dāng)理解，氣流路徑94是圍繞燃料噴嘴20延伸的環(huán)形路徑。通過流過形成在頭部端共振器50的前板90中的開孔152，冷卻空氣96進入頭部端共振器50的體積88，如箭頭153所示。開孔152的形狀、尺寸和數(shù)量可以變化。例如，開孔152可以是圓形、橢圓形、三角形、正方形或其它多邊形形狀。此外，可以具有任何數(shù)量的開孔152。例如，可以具有形成在前板90中的大約I至1000個、I至500個、I至250個、I至100個、I至50個、I至25個或5至10個開孔152。在某些實施例中，前板90中的開孔152可以具有相同尺寸，并且在其它實施例中，開口 152可以具有不同尺寸。一旦冷卻空氣96通過前板90的開口 152進入頭部端共振器50的體積88，則冷卻空氣96流過體積88并且離開頭部端共振器50進入氣流72。如圖所示，頭部端共振器50的體積88由前板90、背板92、燃料噴嘴20的外殼128的部分154和渦輪機燃燒器14的內(nèi)壁126的部分156限定。如圖所示，背板92包括開孔158，開孔158操作性地連接體積88和位于燃料噴嘴20的外殼128與渦輪機燃燒器14的內(nèi)壁126之間的腔160。體積88內(nèi)的冷卻空氣96流過形成在背板92中的開孔158并且進入腔160，如箭頭162所示。冷卻空氣96接著通過開口 163(開口 163可以具有任何尺寸或形狀)離開腔160，并且流入氣流路徑72，冷卻空氣96通過旋流葉片74在氣流路徑72處與加壓空氣34相結(jié)合并且與存入氣流路徑72中的燃料70相結(jié)合，如上所述。此外，部分地限定體積88的燃料噴嘴20的外殼128的部分154類似地包括開孔164，開孔164操作性地連接氣流路徑72和體積88。頭部端共振器50的體積88內(nèi)的冷卻空氣96流過開孔164并且流入氣流路徑72 (如箭頭166所示)，冷卻空氣96在氣流路徑72處與加壓空氣34和燃料70混合。此外，渦輪機燃燒器14的內(nèi)壁126的部分156包括開孔168，開孔168操作性地連接氣流路徑72和體積88。冷卻空氣96還可以流過開孔168并且流入氣流路徑72 (如箭頭170所示)，冷卻空氣96在氣流路徑72處與加壓空氣34和燃料70混合。像前板90的開孔152 —樣，開孔158、164和168的形狀、尺寸和數(shù)量可以變化。如上所述，冷卻空氣96從氣流路徑94流入氣流路徑72有助于實現(xiàn)渦輪機燃燒器14的頭部端室84中的改進的空氣/燃料混合，由此改進燃燒過程的性能和效率。例如，除了能夠產(chǎn)生空氣/燃料混合物的加壓空氣34的流動，冷卻空氣96的流動在使用DLN燃燒過程的渦輪機燃燒器14中可能是有用的。此外，冷卻空氣96還可以對分隔板86進行冷卻。應(yīng)當(dāng)理解，分隔板86在發(fā)生燃燒過程的位置處抵接熱燃燒區(qū)域76。因此，流過氣流路徑94并且鄰近分隔板86的冷卻空氣96可以在流向頭部端共振器50之前對分隔板86進行冷卻。應(yīng)當(dāng)理解，從冷卻空氣入口148流出的冷卻空氣96可能比其它空氣(例如，壓縮空氣34)更冷，由此為分隔板86提供額外的冷卻。如上所述，頭部端共振器50與渦輪機燃燒器14的頭部端52和燃料噴嘴20 —體形成。即，頭部端共振器50的結(jié)構(gòu)部分地同時由頭部端52和燃料噴嘴20的部分限定。類 似地，頭部端共振器50與頭部端52中的氣流路徑72的第一部120和第二部122 —體形成。因此，頭部端共振器50可以在渦輪機燃燒器14的某些現(xiàn)有的設(shè)計中實施。此外，頭部端共振器50的其它實施例可以與渦輪機燃燒器14的頭部端52內(nèi)的其它氣流路徑一體形成。此外，盡管圖示實施例示出位于燃料噴射上游處(即，相對于旋流葉片74位于上游處)的頭部端共振器50，但是其它實施例可以包括位于燃料噴射下游處的一個或多個頭部端共振器50。類似地，開孔158、164和168相對于頭部端52內(nèi)的燃料噴射位于上游處。然而，在其它實施例中，開孔158、164和168中的一些或全部開孔可以相對于頭部端52內(nèi)的燃料噴射位于下游處(即，相對于旋流葉片74位于下游處)。因此，全部或部分的冷卻氣流96可以從頭部端共振器50流入位于頭部端52中的燃料噴射的下游處的氣流72中。圖4是沿圖2的線3-3截取的渦輪機燃燒器14的頭部端52的實施例示意圖，其示出布置在頭部端室84內(nèi)的頭部端共振器50和初級燃料噴嘴20。圖示實施例示出渦輪機燃燒器14的頭部端室84內(nèi)的聲壓波的流動和振蕩。具體而言，聲壓波和振蕩通過頭部端共振器50而衰減和受到阻尼。如上所述，渦輪機燃燒器14內(nèi)的燃燒過程產(chǎn)生聲壓波和振蕩，所述聲壓波和振蕩能夠降低渦輪機燃燒器14的性能。具體而言，流擾動和聲壓波能夠?qū)е绿幱诟鞣N頻率的自持壓力振蕩，所述自持壓力振蕩能夠造成渦輪機燃燒器14中的結(jié)構(gòu)振動、磨損和其它的性能退化。在所示實施例中，聲壓波從燃燒室76朝向渦輪機燃燒器14的頭部端52沿上游方向流動，如箭頭200所示。在到達分隔板86時，聲壓波繼續(xù)在燃料噴嘴20內(nèi)側(cè)的氣流路徑72中向上游行進，如箭頭202所示。然而，聲壓波并不通過分隔板86直接進入氣流路徑94或共振器50的體積88。同樣，氣流路徑94沿分隔板86提供冷卻氣流96，以對鄰近燃燒室76的板86進行冷卻。在燃料噴嘴20內(nèi)側(cè)，聲壓波繼續(xù)通過位于旋流葉片74上游處的氣流路徑72，如箭頭203所示。隨著聲壓波通過氣流路徑72繼續(xù)向上游傳播，聲壓波被頭部端共振器50吸收。更具體地，聲壓波通過頭部端共振器50的開孔158、164和/或168并且進入頭部端共振器50的體積88。如上文所討論的，共振器可以包括封閉體積以及構(gòu)造成吸收聲波和振蕩的一個或多個頸部。在所示實施例中，開孔158、164和168用作頭部端共振器50的“頸部”。例如，聲壓波通過形成在燃料噴嘴20的外殼128的部分154中的開孔164進入體積88，如箭頭206所示。類似地，聲壓波通過開口 163進入腔160 (如箭頭208所示)，并且通過形成在頭部端共振器50的背板92中的開孔158。聲壓波進一步流經(jīng)氣流路徑72并且通過形成在渦輪機燃燒器14的內(nèi)壁126的部分156中的開孔168進入頭部端共振器50的體積88，如箭頭210所示?？梢詫㈤_孔158、164和168 (即，頭部端共振器50的“頸部”)的尺寸、形狀和長度選擇成吸收期望頻率范圍的聲壓波。例如，可以基于由開孔158吸收的聲壓波的頻率范圍來選擇背板92的厚度212 (即，開孔158的“長度”)?？梢灶愃频剡x擇燃料噴嘴20的外殼128和渦輪機燃燒器14的內(nèi)壁126的厚度，從而分別確定開孔164和168的長度。此外，每組開孔158、164和168都可以調(diào)諧成吸收相同的頻率范圍或不同的頻率范圍。例如，開口158可以具有確定的直徑、長度、數(shù)量等以用于吸收第一頻率范圍，并且開孔164和168可以具有不同的直徑、長度、數(shù)量等以用于分別吸收第二頻率范圍和第三頻率范圍。此外，如上所述，可以改變和調(diào)諧頭部端共振器50的體積88的尺寸以用于吸收期望頻率范圍的聲壓波。具體而言，可以通過增大或減小頭部端共振器50的前板90與背板92之間的距離214來調(diào)節(jié)體積88的尺寸。例如，通過使板90朝向分隔板86移動，使體積88的尺寸增大，由此使分隔板86與前板90之間的偏置距離216減小。例如，距離214與距離 216 的比可以為大約 1/1 至 1/500,1/1 至 1/250,1/1 至 1/100,1/1 至 1/80,1/1 至 1/60、`1/1 至 1/40,1/1 至 1/20,1/1 至 1/10,1/1 至 1/8、1/1 至 1/6、1/1 至 1/4、或 1/1 至 1/2。類似地，通過使背板92朝向渦輪機燃燒器14的端板66移動，使體積88的尺寸增大，由此使背板92與腔160的開口 163之間的偏置距離218減小。例如，距離214與距離218的比可以為大約 1/1 至 1/500,1/1 至 1/250,1/1 至 1/100,1/1 至 1/80,1/1 至 1/60,1/1 至 1/40、1/1 至 1/20、1/1 至 1/10、1/1 至 1/8、1/1 至 1/6、1/1 至 1/4 或 1/1 至 1/2。通過使體積 88的尺寸增大或減小，可以將頭部端共振器50調(diào)節(jié)成吸收燃燒過程所產(chǎn)生的期望頻率范圍的聲壓波。此外，渦輪機燃燒器14的某些實施例可以包括多于一個的頭部端共振器50(即，多于一個的體積88)。具體而言，渦輪機燃燒器14的頭部端52可以包括額外的前板90或背板92，由此限定多于一個的體積88。例如，頭部端共振器50可以包括大約I至100個、2至50個、3至40個、4至30個、5至20個、或6至10個體積88。在某些實施例中，多個體積88可以調(diào)諧成吸收相同頻率范圍的聲壓波，而其它實施例可以具有調(diào)諧成吸收不同頻率范圍的聲壓波的多個體積88。圖5是沿圖2的線3-3截取的渦輪機燃燒器14的頭部端52的實施例示意圖，其示出布置在頭部端室84內(nèi)的頭部端共振器50以及多個燃料噴嘴20。例如，燃料噴嘴20可以包括中心燃料噴嘴和多個包繞燃料噴嘴(例如，2至10個)。在所示實施例中，頭部端共振器50包括前板90和背板92，前板90和背板92部分地限定頭部端共振器50的體積88。如上所討論的，前板90和背板92布置成圍繞燃料噴嘴20。因此，體積88是部分地包繞燃料噴嘴20的連續(xù)體積。類似地，形成在燃料噴嘴20之間的氣流路徑94是連續(xù)路徑，氣流路徑94接收來自冷卻空氣入口 148的冷卻空氣96并且將冷卻空氣96導(dǎo)入頭部端共振器50的體積88。如上所述，體積88中的冷卻空氣96的至少一部分可以通過背板92中的開孔158離開頭部端共振器50。類似地，背板92中的開孔158構(gòu)造成吸收燃燒過程所產(chǎn)生的聲壓波。在所示實施例中，每個燃料噴嘴20都包括開口 164，以使冷卻空氣96從頭部端共振器50的體積88流入氣流路徑72中。此外，開孔164和體積88吸收流入頭部端室84內(nèi)的由燃燒過程所產(chǎn)生的聲壓波。此外，包繞燃料噴嘴20的渦輪機燃燒器14的內(nèi)壁126包括開孔168。如上所討論的，開孔168使冷卻空氣96從體積88流出并且吸收燃燒過程所產(chǎn)生的聲壓波。圖6是具有頭部端共振器50的燃料噴嘴20的實施例的部分透視圖，頭部端共振器50具有部分地由前板90和背板92形成的體積88。如上所討論的，前板90和背板92布置成圍繞燃料噴嘴20的外殼128，并且頭部端共振器50的體積88形成在前板90與背板92之間。此外，前板90包括開孔152，開孔152接收來自氣流路徑94的冷卻空氣96。類似地，背板92具有開孔158，并且燃料噴嘴20的外殼128的部分154具有開孔164，以使冷卻空氣96流出體積88并且進入氣流路徑72。開孔158和164還接收并且吸收在渦輪機燃燒器14的頭部端室84內(nèi)行進的聲壓波。具體而言，聲壓波通過開孔158和164流入頭部端共振器50的體積88中，聲壓波在體積88處被抑制。如上所討論的，開孔152、158和164可以具有不同的形狀、尺寸、數(shù)量等，以使得頭部端共振器50調(diào)諧成降低期望頻率范圍的聲壓波。本書面描述使用示例對本發(fā)明進行公開(其中包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域 內(nèi)的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明(其中包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行所包含的任何方法)。本發(fā)明的可專利范圍通過權(quán)利要求進行限定，并且可以包括本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠想到的其它示例。如果這種其它的示例包括與權(quán)利要求的字面語言沒有區(qū)別的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這種其它的示例包括與權(quán)利要求的字面語言沒有實質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它的示例旨在落入權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 渦輪機燃燒器，所述渦輪機燃燒器包括 第一燃料噴嘴； 共振器，所述共振器構(gòu)造成對振蕩進行阻尼；以及 第一空氣路徑，所述第一空氣路徑通過所述共振器延伸到所述第一燃料噴嘴中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪機燃燒器包括燃燒室、頭部端室和布置在所述燃燒室與所述頭部端室之間的分隔板，其中所述第一燃料噴嘴和所述共振器布置在所述頭部端室中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述共振器布置在離開所述分隔板一偏置距離處。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述共振器包括共振室，所述共振室布置在圍繞所述第一燃料噴嘴延伸的第一板與第二板之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括第二燃料噴嘴，其中所述共振室布置在圍繞所述第一燃料噴嘴和所述第二燃料噴嘴延伸的所述第一板與所述第二板之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一板包括多個第一開口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二板包括多個第二開口。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，氣流室限定在所述分隔板與所述第一板之間，其中所述第一空氣路徑通過所述氣流室并且通過所述第一板中的第一開口延伸到所述共振室中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪機燃燒器包括延伸到所述第一燃料噴嘴中的第二空氣路徑，其中所述第一空氣路徑通過所述共振室并且通過一個或多個開口延伸到所述第二空氣路徑中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或多個開口包括所述第二板中的第二開口、所述第一燃料噴嘴的第一壁中的第三開口、第二燃料噴嘴的第二壁中的第四開口、布置在所述渦輪機燃燒器的殼體壁內(nèi)側(cè)的第五壁、或者上述部分的組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一板與所述第二板之間的距離構(gòu)造成將所述共振室調(diào)諧成振蕩頻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括燃氣渦輪發(fā)動機，所述燃氣渦輪發(fā)動機具有渦輪機燃燒器。
13.—種系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括 渦輪機燃燒器，所述渦輪機燃燒器包括 燃燒室； 頭部％5室； 分隔板，所述分隔板布置在所述燃燒室與所述頭部端室之間； 第一燃料噴嘴，所述第一燃料噴嘴布置在所述頭部端室中；以及 共振器，所述共振器布置在所述頭部端室中，其中所述共振器包括布置在圍繞所述第一燃料噴嘴的第一板與第二板之間的共振室，并且所述共振室布置在尚開所述分隔板一偏置距離處。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一燃料噴嘴包括第一壁，所述第一壁具有鄰近所述共振室布置的第一開口。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括布置在所述頭部端室中的第二燃料噴嘴，其中所述共振室布置在圍繞所述第一燃料噴嘴和所述第二燃料噴嘴的所述第一板與所述第二板之間，并且所述第二燃料噴嘴包括第二壁，所述第二壁具有鄰近所述共振室布置的第二開口。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述頭部端室包括布置在殼體壁內(nèi)側(cè)的內(nèi)壁，并且所述內(nèi)壁包括鄰近所述共振室布置的第二開口。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一燃料噴嘴包括具有燃料路徑的內(nèi)體部、圍繞所述內(nèi)體部布置以限定空氣路徑的外體部和多個燃料噴射端口，所述燃料噴射端口構(gòu)造成將燃料從所述燃料路徑噴射到所述空氣路徑中，其中所述共振室聯(lián)接至相對于所述多個燃料噴射端口位于上游處的所述空氣路徑。
18.—種系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括 渦輪機燃燒器，所述渦輪機燃燒器包括 頭部端室和燃燒室，所述頭部端室和所述燃燒室通過分隔板彼此分開； 共振器，所述共振器布置在所述頭部端室中，其中所述共振器包括布置在第一板與第二板之間的共振室，并且所述共振室布置在離開所述分隔板一偏置位置處； 第一空氣路徑，所述第一空氣路徑進入所述頭部端室；以及 第二空氣路徑，所述第二空氣路徑進入所述共振器，其中所述第二空氣路徑延伸通過所述共振室并且進入所述第一空氣路徑。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪機燃燒器包括燃料噴嘴，所述燃料噴嘴構(gòu)造成接收來自所述第一空氣路徑和所述第二空氣路徑的空氣，并且所述第一板和所述第二板布置成圍繞所述燃料噴嘴。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 襯套，所述襯套布置成圍繞所述燃燒室； 流套筒，所述流套筒布置成圍繞所述襯套以限定第一空氣通路； 外壁，所述外壁布置成圍繞所述頭部端室； 內(nèi)壁，所述內(nèi)壁布置在所述外壁內(nèi)以限定第二空氣通路，所述第二空氣通路聯(lián)接至所述第一空氣通路，其中所述第一空氣通路和所述第二空氣通路限定進入所述頭部端室的第一空氣路徑；以及 第三空氣通路，所述第三空氣通路通過所述內(nèi)壁和所述外壁延伸至位于所述第一板與所述分隔板之間的室，其中所述第二空氣路徑通過所述室并且通過所述第一板中的第一開口從所述第三空氣通路延伸到所述共振室中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對渦輪機燃燒器中的振蕩進行阻尼的系統(tǒng)，某些實施例包括用于渦輪機燃燒器的頭部端的共振器。該共振器部分地由第一板和第二板限定，所述第一板和第二板布置成圍繞渦輪機燃燒器的頭部端中的燃料噴嘴。該共振器進一步構(gòu)造成接收這樣的氣流該氣流延伸通過共振器并且進入燃料噴嘴。
文檔編號F23R3/20GK102889613SQ201210254600
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者金冠佑, P.K.B.賈因, V.納拉, S.G.貝思克 申請人:通用電氣公司