用于阻尼聲音的設(shè)備和方法
【專利說明】用于阻尼聲音的設(shè)備和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本PCT實(shí)用申請(qǐng)請(qǐng)求享有具有美國(guó)專利申請(qǐng)序列第61 / 865，361號(hào)的題為"Apparatusand Method for Dampening Acoustics〃且具有2013年8月13日的申請(qǐng)日的當(dāng)前未決臨時(shí)專利的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部通過引用并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本申請(qǐng)涉及渦輪，并且更具體地涉及控制燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器中的動(dòng)態(tài)壓力脈沖的聲阻尼設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003]破壞性聲壓振蕩或壓力脈沖可由于取決于燃料空氣化學(xué)計(jì)量、總質(zhì)量流和其它操作條件的正常操作條件在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器中生成。燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器設(shè)計(jì)朝滿足聯(lián)邦和地方空氣污染標(biāo)準(zhǔn)所需的低排放的當(dāng)前趨勢(shì)導(dǎo)致了使用貧預(yù)混燃燒系統(tǒng)，其中燃料和空氣在火焰反應(yīng)區(qū)域上游均一地混合。這些燃燒系統(tǒng)操作所處的燃料空氣比或當(dāng)量比相比于更常規(guī)的燃燒器更〃貧〃，以便保持低火焰溫度，這繼而又將不需要的氣態(tài)NOx排放的產(chǎn)生限制于可接受的水平。盡管在不使用水或蒸汽噴射的情況下實(shí)現(xiàn)低排放的該方法廣泛使用，但與低當(dāng)量比下的操作相關(guān)聯(lián)的燃燒不穩(wěn)定性也趨于在燃燒器中產(chǎn)生不可接受的高動(dòng)態(tài)壓力振蕩，這可導(dǎo)致硬件破壞和其它操作問題。非期望的聲音的共振頻率的變化也是壓力振蕩的結(jié)果。盡管本領(lǐng)域中的當(dāng)前裝置目的在于消除、防止或減小動(dòng)態(tài)壓力振蕩，但當(dāng)前裝置不能解決操作期間的自然頻率可變化且限于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的特定地點(diǎn)以便適當(dāng)起作用的情形。因此，所需的是一種解決本領(lǐng)域中的這些及其它問題的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為此，提供了一種設(shè)備，其構(gòu)造成在不同頻率下且不管設(shè)備的位置而阻尼關(guān)于燃燒器中的壓力改變的聲音。本發(fā)明目的在于以簡(jiǎn)單且有效的方式阻尼壓力，而不管設(shè)備關(guān)于燃燒器的放置，而非轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂脦в腥舾蓮?fù)雜和/或移動(dòng)零件的復(fù)雜系統(tǒng)，或?qū)⒃O(shè)備設(shè)計(jì)成包括設(shè)計(jì)成僅使用相位補(bǔ)償來阻尼壓力的特定大小(通過產(chǎn)生與來自燃燒過程的入射聲波異相的反射聲波)。
[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于阻尼由燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器的燃燒器壁部分地容納的氣流的聲壓力振蕩的設(shè)備。該設(shè)備包括帶有封閉端、開口端和它們之間的腔的至少一個(gè)諧振管。腔與燃燒器的內(nèi)部流體連通，使得氣流可流入和流出腔。設(shè)備還包括定位在開口端處且包括多個(gè)孔口的穿孔板，其中流入和流出腔的氣流行進(jìn)穿過孔口。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種可改造到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器的四分之一波形管(QWT)上的設(shè)備。設(shè)備適于相對(duì)于阻尼燃燒器中的聲壓振蕩增大四分之一波形管的有效性范圍，聲壓振蕩在諧振頻率下諧振。四分之一波形管改造成帶有構(gòu)造成阻尼目標(biāo)頻率下的聲壓振蕩的設(shè)備，其中目標(biāo)頻率在諧振頻率的大約250Hz內(nèi)。
[0007]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種阻尼由燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器的燃燒器壁部分地容納的氣流的聲壓振蕩的方法。該方法包括使諧振管的腔與燃燒器的內(nèi)部流體連通，使得氣流可流入和流出腔。燃燒器包括閉合端、開口端，以及它們之間的腔。該方法還包括將穿孔板定位在諧振管的開口端處，穿孔板包括多個(gè)孔口，其中流入和流出腔的氣流行進(jìn)穿過孔口。
【附圖說明】
[0008]圖1示出了用于阻尼包括殼體的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器中的聲音的設(shè)備的一部分。
[0009]圖2示出了圖1的設(shè)備的后部透視圖。
[00?0]圖3不出了圖1的設(shè)備的側(cè)視圖。
[0011]圖4示出了圖1的設(shè)備的截面透視圖，示出了腔。
[0012]圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備的阻尼聲音的有效性的圖表。
[0013]圖6示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的阻尼聲音的有效性的圖表。
[0014]圖7示出了以示意性形式示出的現(xiàn)有技術(shù)的裝置的至少氣流和溫度特征。
[0015]圖8示出了以示意性形式示出的與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的至少氣流和溫度特征的效果。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參看圖1-4，設(shè)備8包括用殼體12至少部分地包圍的諧振管10。所示殼體12是可選的，且在一些實(shí)施例中，可有助于關(guān)于燃燒器14附連諧振管10，使得諧振管10可阻尼由燃燒器14容納的氣流的聲壓振蕩。諧振管包括吹掃孔15 ο諧振管1包括閉合端16、開口端18和它們之間的腔20。諧振管10放置為與燃燒器14的內(nèi)部22流體連通，使得氣流可流入和流出腔
20。開口端18基本上與燃燒器14的內(nèi)表面24齊平。圖1-4僅示出了諧振管10的長(zhǎng)度的一部分，且將認(rèn)識(shí)到的是，諧振管10可具有比所示更長(zhǎng)的長(zhǎng)度(例如，見圖8)。
[0017]穿孔板26定位在開口端18處，且包括多個(gè)孔口28，使得流入和流出腔20的氣流行進(jìn)穿過孔口 28。盡管僅示出了一個(gè)穿孔板26，但有可能使用一個(gè)以上的穿孔板26。此外，有可能的是，在其它實(shí)施例中，穿孔板26可具有多于或少于所示的孔口 28，且孔口 28可為不同于所示的形狀。此外，穿孔板26可與諧振管10的其余部分整體結(jié)合，或可為固定在諧振管10的開口端18處或附近的單獨(dú)的構(gòu)件。例如，穿孔板26可改造在燃燒器的現(xiàn)有的四分之一波形管上。為此，穿孔板26的實(shí)施例將可改造在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒器的現(xiàn)有的四分之一波形管上或中。將認(rèn)識(shí)到的是，穿孔板26可改造在燃燒器的現(xiàn)有四分之一波形管上，以便提供與設(shè)備8的不同實(shí)施例相同或相似的利益。
[0018]將理解的是，與燃燒器的操作相關(guān)聯(lián)的動(dòng)態(tài)壓力脈沖或聲壓振蕩將過大的機(jī)械應(yīng)力施加到燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上。燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器設(shè)計(jì)朝滿足聯(lián)邦和地方空氣污染標(biāo)準(zhǔn)所需的低NOx排放的當(dāng)前趨勢(shì)導(dǎo)致了使用預(yù)混燃燒系統(tǒng)，其中燃料和空氣使用旋流混合器的相對(duì)開放的流動(dòng)類型在火焰反應(yīng)區(qū)域上游均一混合，這形成反饋環(huán)，反饋環(huán)繼而又允許聲振蕩或其壓力波在渦輪入口導(dǎo)葉的級(jí)與壓縮機(jī)出口導(dǎo)葉的級(jí)之間基本上無阻礙地且穿過燃燒器的全長(zhǎng)來回反彈。此燃燒器的實(shí)例在美國(guó)專利第7，059，135號(hào)中公開，該專利的全部通過引用并入本文中。這些燃燒系統(tǒng)操作所處的燃料空氣比或等量比相比于常規(guī)燃燒器更〃貧〃，以保持低火焰溫度來將氣態(tài)NOx排放限于所需的水平。盡管在不使用水或蒸汽噴射的情況下實(shí)現(xiàn)低排放的該方法廣泛使用，但與低當(dāng)量比下的操作相關(guān)聯(lián)的燃燒不穩(wěn)定性也趨于在燃燒器中產(chǎn)生不可接受的高動(dòng)態(tài)壓力振蕩，導(dǎo)致硬件破壞和其它操作問題。鑒于此本文所述的技術(shù)，開發(fā)出了用于壓制或衰減來自燃燒器內(nèi)的聲壓振蕩的壓力脈沖的設(shè)備。不同于本領(lǐng)域中的其它裝置，設(shè)備8可有效地用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的"冷側(cè)"或"熱側(cè)"上。如本文中所使用的，〃冷側(cè)〃意思是表示空氣/燃料混合器上游的區(qū)域，而〃熱側(cè)〃意思是表示空氣/燃料混合器的下游的區(qū)域。
[0019]圖5示出了示出如本領(lǐng)域中已知的典型的四分之一波形管的有效性的圖表。如圖所示，一旦燃燒器14中的聲壓振蕩的諧振或?qū)嶋H頻率不再在目標(biāo)頻率的大約25Hz內(nèi)，則吸收系數(shù)大體上小于0.4或40%。當(dāng)描述某一規(guī)定值(例如，頻率)是否在某一值的大約n(例如，Hz)內(nèi)時(shí)，這意味著規(guī)定值在加或減大約η內(nèi)，除非另外規(guī)定。如本文中所使用的，〃目標(biāo)頻率"意味著描述燃燒器14意在該處操作的范圍，或阻尼裝置設(shè)計(jì)成在該處最有效的頻率(即，在其中吸收系數(shù)為大約I，或100%)。"諧振頻率"意思是描述燃燒器14操作所處的實(shí)際頻率，包括發(fā)生聲壓振蕩的時(shí)間?，F(xiàn)有技術(shù)的典型的四分之一波形管阻尼100%的聲壓振蕩僅在很窄的范圍處有效，這示為在吸收系數(shù)等于I或100%的點(diǎn)處。
[0020]圖6示出了阻尼聲壓振蕩中的如本文所述的設(shè)備8的一個(gè)實(shí)施例的有效性的圖表。諧振管10構(gòu)造成阻尼在目標(biāo)頻率的大約250Hz內(nèi)諧振的聲壓振蕩，而非在目標(biāo)頻率的大約25Hz下有效。盡管有效性(由吸收系數(shù)所示)隨實(shí)際諧振頻率偏離目標(biāo)頻率減小，但如本文所述的諧振管10比本領(lǐng)域中已知的裝置更有效地阻尼聲壓振蕩。如圖所示，諧振管10構(gòu)造成在諧振頻率在目標(biāo)頻率的大約250Hz內(nèi)時(shí)，阻尼聲壓振蕩的至少40%。此外，諧振管10構(gòu)