用于控制燃烧系统中的燃烧动态的系统和方法与流程

本文中公开的主题大体上涉及燃气涡轮系统，并且更具体地，涉及用于减少燃烧动态的系统和方法，并且更特别地，用于减少燃气涡轮发动机内燃烧动态的模态耦合(modal coupling)。

背景技术：

燃气涡轮系统大体上包括具有压缩机区段、燃烧器区段、和涡轮机区段的燃气涡轮发动机。燃烧器区段可以包括一个或更多个燃烧器(例如，燃烧筒)，每个燃烧器具有主燃烧系统和在主燃烧系统下游的辅助燃烧系统(例如，延迟贫喷射(LLI)系统)。燃料和/或空气混合物可以通过燃料喷嘴被送入主和辅助燃烧系统，且每个燃烧系统可配置成燃烧燃料和空气的混合物，以产生驱动涡轮机区段中的一个或更多个涡轮级的热燃气。

热燃气的产生能创造多种燃烧动态，这在燃烧声波振荡与火焰动态(也被称为热释放的振荡构件)相互作用时发生，从而在燃烧器中产生自维持的压力振荡。燃烧动态能在多个离散的频率下或跨过一定频率范围而发生，且能相对于相应的燃烧器向上游以及下游行进。例如，压力波可以向下游行进到涡轮机区段中，例如通过一个或更多个涡轮级，或者向上游行进到燃料系统中。涡轮机系统的某些构件可潜在地对燃烧动态做出回应，尤其是如果由个别燃烧器产生的燃烧动态展现出与彼此同相位且相干的关系，且具有与构件的自然频率或谐振频率相同或相近的频率。在燃烧动态的语境下，“相干性”是指两种动态信号之间的线性关系的强度，且明显受到它们之间的频率重合程度的影响。在燃烧动态的语境下，“相干性”是燃烧系统所展现出来的模态耦合或者燃烧器与燃烧器的声学相互作用的衡量。

因此，需要控制燃烧动态和/或燃烧动态的模态耦合，以减低在涡轮系统中的构件的任何不期望的共振响应(例如，共振行为)的可能性。

技术实现要素：

在范围上与原来提出的发明相当的某些实施例在下文中概述。这些实施例不旨在限制提出的发明的范围，而相反，这些实施例仅旨在提供本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含可与下文所述实施例相似或不同的多种形式。

在第一实施例中，一种系统包括燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括具有第一燃料喷射器的第一燃烧器和具有第二燃料喷射器的第二燃烧器。燃气涡轮发动机还包括从第一孔延伸到第一燃料喷射器的第一燃料出口的第一燃料管道。第一燃料管道具有在第一孔和第一燃料出口之间的第一声学体积。燃气涡轮发动机还包括从第二孔延伸到第二燃料喷射器的第二燃料出口的第二燃料管道。第二燃料管道具有在第二孔和第二燃料出口之间的第二声学体积，且第一声学体积和第二声学体积彼此不同。

在第二实施例中，一种系统包括燃气涡轮系统的第一燃烧器。第一燃烧器包括具有第一燃料出口的第一燃料喷射器和具有第二燃料出口的第二燃料喷射器。第一燃烧器还包括从第一孔延伸到第一燃料喷射器的第一燃料出口的第一燃料管道。第一燃料管道具有在第一孔和第一燃料出口之间的第一管道几何形状，并且第一孔具有第一孔几何形状。第一燃烧器还包括从第二孔延伸到第二燃料喷射器的第二燃料出口的第二燃料管道。第二燃料管道具有在第二孔和第二燃料出口之间的第二管道几何形状，并且第二孔具有第二孔几何形状。第一管道几何形状和第二管道几何形状彼此不同，或者第一孔几何形状与第二孔几何形状彼此不同，或者它们的组合。

在第三实施例中，一种系统包括从第一孔延伸到燃气涡轮发动机的第一燃料喷射器的第一燃料出口的第一燃料管道。第一燃料管道具有在第一孔和第一燃料出口之间的第一管道几何形状，并且第一孔具有第一孔几何形状。系统还包括从第二孔延伸到燃气涡轮发动机的第二燃料喷射器的第二燃料出口的第二燃料管道。第二燃料管道具有在第二孔和第二燃料出口之间的第二管道几何形状。第二孔具有不同于第一孔几何形状的第二孔几何形状，或者第二管道几何形状不同于第一管道几何形状。

本发明的第一技术方案提供了一种系统，包括：燃气涡轮发动机，包括：包括第一燃料喷射器的第一燃烧器；包括第二燃料喷射器的第二燃烧器；从第一孔延伸至所述第一燃料喷射器的第一燃料出口的第一燃料管道，其中所述第一燃料管道具有在所述第一孔和所述第一燃料出口之间的第一声学体积；以及从第二孔延伸至所述第二燃料喷射器的第二燃料出口的第二燃料管道，其中所述第二燃料管道具有在所述第二孔和所述第二燃料出口之间的第二声学体积，其中所述第一声学体积和所述第二声学体积彼此不同。

本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述第一燃烧器包括在所述第一燃料喷射器上游的第一燃料喷嘴，并且所述第二燃烧器包括在所述第二燃料喷射器上游的第二燃料喷嘴。

本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，所述第一孔的第一几何形状与所述第二孔的第二几何形状之间的一个或更多个几何形状差异包括所述第一孔或所述第二孔的长度、宽度、或高度。

本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，所述第一孔包括第一孔，且所述第二孔包括第二孔，其中所述第一孔和所述第二孔之间的一个或更多个几何形状差异减少所述第一燃烧器和所述第二燃烧器之间的相干性，或者改变所述第一燃烧器和所述第二燃烧器之间的相位。

本发明的第五技术方案是在第四技术方案中，所述第一孔和所述第二孔之间的所述一个或更多个几何形状差异包括形状、厚度、尺寸、孔形、孔大小、孔数、或多个孔的布置。

本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，所述第一燃料管道包括第一管道几何形状，且所述第二燃料管道包括第二管道几何形状，并且其中所述第一管道几何形状与所述第二管道几何形状之间的一个或更多个几何形状差异改变所述第一燃烧器与所述第二燃烧器之间的相位和/或减少所述第一燃烧器与所述第二燃烧器之间的相干性。

本发明的第七技术方案是在第六技术方案中，所述第一管道几何形状与所述第二管道几何形状之间的所述一个或更多个几何形状差异包括长度、宽度、直径、声学体积、内表面、形状、或它们的任意组合。

本发明的第八技术方案提供了一种系统，包括：燃气涡轮系统的第一燃烧器，包括：包括第一燃料出口的第一燃料喷射器；包括第二燃料出口的第二燃料喷射器；从第一孔延伸至所述第一燃料喷射器的所述第一燃料出口的第一燃料管道，其中所述第一燃料管道具有在所述第一孔和所述第一燃料出口之间的第一管道几何形状，并且其中所述第一孔具有第一孔几何形状；以及从第二孔延伸至所述第二燃料喷射器的所述第二燃料出口的第二燃料管道，其中所述第二燃料管道具有在所述第二孔和所述第二燃料出口之间的第二管道几何形状，其中所述第二孔具有第二孔几何形状，其中所述第一管道几何形状和所述第二管道几何形状彼此不同，或者所述第一孔几何形状与所述第二孔几何形状彼此不同，或者它们的组合。

本发明的第九技术方案是在第八技术方案中，所述第一孔的所述第一孔几何形状和所述第二孔的所述第二孔几何形状之间的一个或更多个几何形状差异包括形状、厚度、孔形、孔大小、孔数、或多个孔的布置中的差异。

本发明的第十技术方案是在第八技术方案中，所述第一孔的所述第一孔几何形状和所述第二孔的所述第二孔几何形状之间的一个或更多个差异有助于改变所述第一燃料喷射器和所述第二燃料喷射器之间的热释放。

本发明的第十一技术方案是在第八技术方案中，所述第一燃料出口包括具有第三孔几何形状的第一燃料出口，并且所述第二燃料出口包括具有第四孔几何形状的第二燃料出口，其中所述第三孔几何形状与所述第四孔几何形状不同。

本发明的第十二技术方案是在第八技术方案中，在所述第一孔和所述第一燃料出口之间的所述第一管道几何形状对应于所述第一孔和所述第一燃料出口之间的第一声学体积，并且其中在所述第二孔和所述第二燃料出口之间的所述第二管道几何形状对应于所述第二孔和所述第二燃料出口之间的第二声学体积，并且其中所述第二声学体积与所述第一声学体积不同。

本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，所述第一声学体积与所述第二声学体积之间的一个或更多个差异有助于减少所述第一燃烧器的所述第一燃料喷射器和所述第二燃料喷射器之间的燃烧动态振幅。

本发明的第十四技术方案是在第八技术方案中，所述系统包括两个或更多个燃烧器，每个都装备一个或更多个燃料供应系统，并且其中每个燃烧器包括具有相对于另一个燃烧器的第二燃料供应系统的一个或更多个几何形状差异的第一燃料供应系统。

本发明的第十五技术方案提供了一种系统，包括：从第一孔延伸至燃气涡轮发动机的第一燃料喷射器的第一燃料出口的第一燃料管道，其中所述第一燃料管道具有在所述第一孔和所述第一燃料出口之间的第一管道几何形状，并且所述第一孔具有第一孔几何形状；以及从第二孔延伸至所述燃气涡轮发动机的第二燃料喷射器的第二燃料出口的第二燃料管道，其中所述第二燃料管道具有在所述第二孔和所述第二燃料出口之间的第二管道几何形状，其中所述第二孔具有不同于所述第一孔几何形状的第二孔几何形状，或者所述第二管道几何形状不同于所述第一管道几何形状。

本发明的第十六技术方案是在第十五技术方案中，所述第一管道几何形状不同于所述第二管道几何形状。

本发明的第十七技术方案是在第十六技术方案中，所述第一管道几何形状与所述第二管道几何形状之间的一个或更多个差异包括长度、宽度、直径、内表面、形状、或它们的任意组合。

本发明的第十八技术方案是在第十五技术方案中，第一和第二孔几何形状彼此不同。

本发明的第十九技术方案是在第十五技术方案中，第一和第二管道几何形状和/或所述第一和第二孔几何形状之间的一个或更多个差异有助于减少所述第一燃料喷射器和所述第二燃料喷射器之间的燃烧动态振幅。

本发明的第二十技术方案是在第十五技术方案中，所述第一燃料喷射器联接至第一燃烧器，且所述第二燃料喷射器联接至第二燃烧器。

附图说明

在参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相似的标号表示附图各处相似的部分，在附图中：

图1是具有多个燃烧器的燃气涡轮系统的实施例的示意图，其中每个燃烧器都装备了延迟贫喷射(LLI)燃料回路；

图2是图1的燃烧器中的一个的实施例的示意图，包括在LLI燃料回路内的一个或更多个燃料管线，其中每个燃料管线内的前孔的位置从一个燃料管线到另一个而改变，以有助于控制燃烧动态和/或燃烧动态的模态耦合，从而减少下游构件中非期望的振动响应的可能性；

图3是图2的燃烧器沿线3-3截取的截面图的实施例的截面示意图，示出了配置成将辅助燃料从前孔送到后孔的一个或更多个燃料管线；

图4是图1的燃气涡轮系统的实施例的示意图，示出了多个燃烧器，每个都具有一个或更多个燃料供应系统；

图5是联接到图4的燃烧器的两个燃料供应系统的实施例的示意图；以及

图6是图5的两个燃料供应系统的前孔(例如，第一前孔和第二前孔)的实施例的示意图。

具体实施方式

下文将描述本发明的一个或更多个特定实施例。为了提供这些实施例的简要描述，可在说明书中不描述实际实施方式的所有特征。应当认识到的是，在任何此类实际实施方式的开发中，如任何工程或设计项目中那样，必须进行许多实施方式特有的决定来实现开发者的特定目标，诸如符合系统相关和商业相关的约束，这可从一个实施方式到另一个不同。此外，应当认识到的是，此开发工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开内容的普通技术人员仍是设计、制造和生产的例行任务。

当介绍本发明的各种实施例的元件时，词语“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在意指存在一个或更多个元件。用语“包括”、“包含”和“具有”旨在为包含性的，且意思是可存在除所列元件之外的附加元件。

本公开针对减少燃烧动态和/或燃烧动态的模态耦合，以减少燃气涡轮系统的下游构件和/或燃烧器自身内的非期望的振动响应。由于燃烧过程、流入燃烧器的吸入流体(例如，燃料、氧化剂、稀释剂、等等)的特征、和各种其他因素，燃气涡轮燃烧器(或燃烧器组件)可能产生燃烧动态。燃烧动态可以被表征为压力波动、脉动、振荡、和/或某种频率下的波。流体流动特征可以包括速度、压力、速度和/或压力上的波动、流动路径的变化(例如，转弯、成形、中断等)、或者它们的任意组合。总之，燃烧动态能潜在地在燃烧器上游和/或下游的多种构件中以及燃烧器自身上引起振动响应和/或谐振行为。例如，燃烧动态(例如，在某些频率下、在某些频率范围内、在某些振幅下、在燃烧器与燃烧器的某些相位下等)能在燃气涡轮系统中向上游和下游行进。如果燃气涡轮燃烧器、上游构件、和/或下游构件具有被这些压力波动(即，燃烧动态)所驱动的自然或谐振频率，那么压力波动能潜在地引起振动、应力、疲劳等。构件可以包括燃烧器衬套、燃烧器流动套筒、燃烧器帽、燃料喷嘴、涡轮机喷嘴、涡轮机叶片、涡轮机护罩、涡轮机叶轮、轴承、燃料供应组件、或它们的任意组合。下游构件是要特别在意的，因为它们对同相位且相干的燃烧声波更敏感。因此，减少相干性、改变相位和/或减少燃烧动态的振幅尤其能减少下游构件上的非期望的振动的可能性。减少燃烧器间燃烧动态的相干性的一个方式是改变两个或更多个燃烧器之间的频率关系，从而消除燃烧器与燃烧器的任何耦合。随着一个燃烧器中的燃烧动态频率被驱动远离其他燃烧器的燃烧动态频率，燃烧动态的模态耦合减少，这继而降低了燃烧器声波在下游构件上引起振动响应的能力。减少模态耦合的另一种方法是通过在燃料喷嘴之间引起相位延迟来减少相同燃烧器内燃料喷嘴的结构性干涉，从而降低每个燃烧器上的振幅，并潜在地防止或减少燃烧器与燃烧器的耦合。另外，在燃烧器之间引起相位延迟，或以其它方式改变两个或更多个燃烧器之间的相位关系还可以有助于防止或减少在燃气涡轮系统中的非期望的振动。

如下面详细讨论那样，所公开的实施例可以改变燃料供应组件(例如，延迟贫喷射(LLI)燃料回路)的燃料管线中的前孔的物理特征，从而改变燃料系统的声学阻抗，这可以在一个或更多个燃烧器上导致相对于燃气涡轮系统中构件的任何谐振频率不同的、移相的、在更大的频率范围内散布或传播的、或它们的任意组合的燃烧动态频率。如之前所述，燃气涡轮系统可以包括一个或更多个燃烧器组件(例如，燃烧器筒、燃烧器等)，且每个燃烧器可以配置具有主燃烧区和辅助燃烧区。具体地，在一些实施例中，辅助燃烧区可以包括配置成将辅助燃料送入辅助燃烧区来用于燃烧的LLI燃料回路。在某些实施例中，每个LLI燃料回路包括沿着燃烧器的衬套或流动套筒延伸的一个或更多个燃料管线，且每个燃料管线配置成给将辅助燃料送入辅助燃烧区的一个或更多个燃料喷射器提供辅助燃料。具体地，一个或更多个LLI燃料管线中的每一个可以包括一个或更多个前孔，在LLI燃料回路中流动的燃料在到达LLI燃料喷嘴之前通过该前孔，其中燃料经一个或更多个后孔被喷入燃烧器。燃料喷嘴的燃料系统声学阻抗由前孔的几何形状、后孔的几何形状以及前后孔之间的体积共同限定。因此，改变LLI燃料回路内前孔的位置调整了前后孔之间的体积，以调整一个或更多个燃料喷嘴的燃料系统声学阻抗。此外，改变前孔上孔的尺寸、形状、和/或数量也可以改变一个或更多个燃料喷嘴的燃料系统声学阻抗。

在某些实施例中，单个燃烧器的LLI燃料回路内的每个燃料管线的前孔的物理特征(例如，位置、尺寸、形状、定位、有效面积等)可以不同于同一个LLI燃料回路内的另一个燃料管线的前孔的物理特征。例如，前孔沿LLI燃料管线的定位可以转移，使得它更靠近或更远离后孔，因此改变前后孔之间的声学体积，由此改变燃料系统阻抗。再例如，前孔相对于后孔的定位可以相对于同一燃烧器的其他燃料管线转移，因此改变前后孔之间的声学体积，且由此改变燃料系统阻抗。另外，在某些实施例中，单个燃烧器内的一个或更多个燃料管线的前孔的物理特征可以不同于燃气涡轮系统内另一个(例如，相邻的、交替的)燃烧器中的一个或更多个燃料管线的前孔的物理特征。例如，在与另一个燃烧器(例如，相邻燃烧器)的前孔相对于后孔的定位进行比较时，前孔沿第一燃烧器的LLI燃料管线相对于后孔的定位可以转移，由此改变前后孔之间的声学体积，且因此改变燃气涡轮系统内不同燃烧器之间的燃料系统阻抗。

在一些实施例中，通过改变燃烧器的LLI燃料回路内的一个或更多个燃料管线的前孔的物理特征(例如，定位、尺寸、位置、形状、有效面积等)，该燃料喷嘴的燃料系统阻抗的大小和相位将被改变，这影响了热释放的波动分量且因此燃烧器的燃烧动态。通过改变两个或更多个前孔的物理特征改变燃烧器内两个或更多个燃料管线之间的燃料系统阻抗导致不同燃料喷嘴的不同燃料系统的声学阻抗大小和相位。燃料喷嘴之间的燃料系统阻抗的相位差异导致与每个燃料喷嘴相关的热释放波动的破坏性干涉，从而减少了燃烧动态的振幅，并潜在地使燃烧动态的频率组成扩展到更宽的频率范围。

在一些实施例中，特定燃烧器内的每个燃料管线的前孔的物理特征(例如，定位、尺寸、位置、形状、有效面积等)可以相同，但可以相比系统内其他燃烧器内的燃料管线的前孔而改变。改变多个燃烧器的燃料管线的前孔的物理特征可以以一种减少燃烧动态振幅、改变燃烧动态频率、改变燃烧动态相位、和/或减少多个燃气涡轮燃烧器之间的燃烧动态模态耦合的方式改变燃烧器与燃烧器的燃料系统声学阻抗、且因此燃烧动态。在一些实施例中，前孔的物理特征可以在特定燃烧器内以及在系统的一个或更多个燃烧器内改变，以便减少动态振幅和系统燃烧器之内和/或燃烧器之间的相干性。例如，燃烧器的前孔的物理特征可以根据多种模式或分组来改变，如下面进一步解释那样。实际上，这些改变可能有助于减少燃烧动态的振幅和/或减少燃烧器的模态耦合的可能性，尤其是在与燃气涡轮系统的构件的谐振频率一致的频率下。

图1是具有多个燃烧器12和燃料供应回路14(诸如LLI燃料回路14)的燃气涡轮系统10的实施例的示意图。具体地，每个燃烧器12可与将液体和/或气体燃料送入燃烧器12的燃料回路14相关联。例如，燃料回路14可配置成将液体和/或气体辅助燃料16(例如，辅助燃料16，第二燃料16)送到燃烧器12的一个或更多个燃料供应系统18。燃烧器12的每个燃料供应系统18包括沿燃烧器12的燃料管道22(如图2中所示)设置的前孔20，以及沿燃料管道22设置且通常设置在燃料喷嘴(诸如燃烧器12的辅助燃料喷嘴(如图2中所示))内的后孔24。辅助燃料16可以从燃料回路14提供给燃烧器12。燃料离开燃料回路14，流过燃料管道22中的前孔20，且然后可以经一个或更多个后孔24引导通过辅助燃料喷嘴64。如之前所述，按之前所述那样改变前孔20的几何形状可以调整一个或更多个辅助喷嘴64的燃料系统声学阻抗，由此导致燃烧动态频率的改变、和/或所产生的燃烧动态的频率组成的更大变化、和/或减少燃烧动态的振幅。

燃气涡轮系统10包括一个或更多个具有燃料管线系统18的燃烧器12、压缩机26、以及涡轮机28。燃烧器12包括将主燃料32(例如，液体燃料和/或气体燃料、第一燃料等)送入燃烧器12以用于主燃烧区内的燃烧的主燃料喷嘴30。同样，燃烧器12包括将辅助燃料16送入燃烧器12以用于辅助燃烧区内的燃烧的辅助燃料喷嘴64(如图2所示)。具体地，每个燃烧器12与LLI燃料回路14相关联，该LLI燃料回路14配置成经由一个或更多个燃料管道22给一个或更多个辅助燃料喷嘴64提供辅助燃料16。燃烧器12点燃并燃烧空气-燃料混合物，然后热燃气34流入涡轮机28。涡轮机28包括联接到轴36的涡轮叶片，轴也联接到系统10内的多个其他构件。当燃气34流过涡轮机28中的涡轮叶片时，涡轮机28被驱动旋转，这促使轴36旋转。最终，燃气34经排气出口38离开涡轮系统10。另外，轴36可以联接到负载40，它由轴36的旋转供能。例如，负载40可以是经由涡轮系统10的旋转输出产生功率的任何合适的装置，诸如发电机组或外部机械负载。例如，负载40可以包括发电机、飞机推进器等。

在涡轮系统10的实施例中，压缩机叶片作为压缩机26的构件被包括。压缩机26内的叶片联接到轴36，并在轴36被涡轮28驱动旋转时转动，如之前所述。压缩机26内的叶片的旋转将来自吸气口42的空气43压缩成增压空气44。增压空气44然后被供入燃烧器12的主燃料喷嘴30。主燃料喷嘴30将增压空气44与燃料混合，以产生用于燃烧的合适的混合物比(例如，促使燃料更彻底焚烧的燃烧)，以便不浪费燃料或导致过多排放。

如下面更详细讨论的，前孔20的物理特征(例如，位置、尺寸、定位、形状、有效面积等)可以在相同燃烧器12的不同燃料管道22之间改变，和/或可以在同一燃气涡轮系统10的不同燃烧器12的不同燃料管道22之间改变。如之前所述，改变相同燃烧器12的不同燃料管道22之间的前孔20的物理特征和/或前孔与后孔24之间的体积可能有助于改变燃料系统声学阻抗，且由此有助于减少燃烧器内和/或系统10的下游构件中的非期望的振动响应。同样，改变不同燃烧器12的燃料管道22之间的前孔20的物理特征和/或前孔与后孔24之间的体积可能有助于改变燃料系统声学阻抗，由此有助于减少燃烧动态的振幅和/或相干性，和/或改变燃烧动态的相位。

在一些实施例中，特定燃料喷嘴的前孔20的物理特征的改变可以改变该燃料喷嘴的有效面积和/或压力比，这继而可以导致进入燃烧器12的辅助燃料16的质量流的变化。例如，前孔20的形状(例如，圆形、卵形、方形、多边形等)可以在两个和/或多个不同燃烧器12之间变化，以改变前孔20的有效面积和/或压力比，这将改变进入燃烧器12的辅助燃料16的质量流。再例如，转移前孔20相对于后孔24的定位(例如，更靠近后孔24或者更远离后孔24)可以增大或减小前孔20与后孔24之间的声学体积，由此导致一个或更多个辅助燃料喷嘴64之间的相位延迟，并引起由燃料喷嘴64所产生的当量比波动的破坏性干涉。通过这种方式，改变物理特征可以引起燃烧器内LLI喷射器的热释放之间的变化，由此增大了在火焰区中的动态频率组成的临时变化量，和/或增加了在火焰区中的动态频率组成的破坏性干涉，这可以导致燃烧器声波的振幅和/或燃烧动态的相干性的减小。

在一些实施例中，前孔20的尺寸和/或形状可以在同一燃烧器12的不同燃料管道22之间改变，和/或可以在同一燃气涡轮系统10的不同燃烧器12的不同燃料管道22之间改变。另外，尽管描述了在前孔20上的变化，但应当明白，后孔24的物理特征(例如，尺寸、形状、定位、位置、有效面积等)的改变也可以帮助减少系统10内的燃烧动态的振幅。同样，改变燃料管道22的物理特征(例如，长度、宽度、周长、直径、有效面积等)以便改变前孔20与后孔24之间的距离和声学体积可以帮助减少燃气涡轮系统10内的非期望的振动响应。

图2是图1中所描绘的燃烧器12中的一个的实施例的示意图，其中燃烧器12包括具有沿燃料管道22设置的前孔20和后孔24的燃料供应系统18(例如，第一燃料供应系统17、第二燃料供应系统19等)。应当明白在某些实施例中，前孔20可以沿燃料管道22设置在任意位置，如图2中所示。具体地，燃料供应系统18的构件(例如，前孔20、燃料管道22、以及后孔24)的物理特征(例如，定位、尺寸、形状、大小、位置)可以在燃烧器12的不同燃料供应系统18之间改变。例如，第一燃料供应系统17的前孔20相对于后孔24的位置(且因此中间距离和体积)可不同于第二燃料供应系统19的前孔20相对于后孔24的位置(且因此中间距离和体积)，如下面详细描述的。这样的变化可以改变相关联的辅助燃料喷嘴64的燃料系统声学阻抗，从而在燃料喷嘴64之间和/或燃烧器12之间产生不同的和/或相位转移的燃烧动态频率，由此减少了燃气涡轮系统10中非期望的振动响应。例如，当燃料喷嘴64之间的相位延迟接近180度时，燃料喷嘴64之间的最大破坏性干涉发生。

燃烧器12包括具有端盖52的头端50、燃烧器帽组件54、以及主燃烧区56。端盖52和燃烧器帽组件54可以配置成支撑头端50中的主燃料喷嘴30。在所示实施例中，主燃料喷嘴30给主燃烧区56输送主燃料32。燃烧器12包括围绕内壁(例如，燃烧衬套66)周向地设置的外壁(例如，流动套筒68)。内壁还可以包括过渡件69，其通常朝涡轮机28的第一级会聚。冲击套67围绕过渡件69周向地设置。此外，主燃料喷嘴30接收来自燃烧器12的环路58(例如，在过渡件69和冲击套67之间，以及在衬套66和流动套筒68之间)的增压空气44，并将增压空气44与主燃料32结合以形成在主燃烧区56中点燃并燃烧的空气/燃料混合物，从而产生燃气(例如，排气)。

燃气沿方向60流到辅助燃烧区62。LLI燃料回路14提供辅助燃料16，它经燃料管道22中的前孔20流到后孔24。具体地，辅助燃料喷嘴64中的后孔24接收来自燃料管道22的辅助燃料16，然后将辅助燃料16送入辅助燃烧区62，从而产生燃气流。此外，辅助燃料喷嘴64可以接受来自燃烧器12的环路58的增压空气44，并将增压空气44与辅助燃料16结合以形成空气/燃料混合物，其在辅助燃烧区62中点燃并燃烧以形成燃气。更具体地，增压空气44流经过渡件69与冲击套67之间的以及燃烧器12的衬套66和流动套筒68之间的环路58，从而到达头端50。燃气沿方向60流经燃烧器12的过渡件69，然后流入涡轮机28，如之前所述。

如上所述，主燃烧区56和辅助燃烧区62内的燃烧动态(例如，热燃气的产生)可能导致燃烧器12内非期望的振动响应。减少燃烧器12之内或之中的燃烧动态可能有助于减少非期望的振动响应。因此，在一些实施例中，改变燃烧器12之内和/或之间的前孔的物理特征可以帮助减少燃气涡轮系统10中的振动响应，以及使振动应力、磨损、性能退化、或者其他对燃气涡轮系统10的构件(例如，涡轮叶片、涡轮护罩、涡轮喷嘴、排气构件、燃烧器过渡件、燃烧器衬套等)的不期望的影响最小化。

在一些实施例中，前孔20相对于后孔24的位置(且因此中间距离和体积)可以在燃烧器12的燃料供应系统18之间改变，使得前孔20沿燃料管道22转移到更靠近或更远离后孔24和辅助燃料喷嘴64。例如，第一燃料供应系统17的前孔20和后孔24之间的第一距离72可以不同于(例如，更长、更短、更大、更小等)第二燃料供应系统19的前孔20和后孔24之间的第二距离74。实际上，该距离可以改变或者可以配置成基于前孔20沿燃料管道22的定位而改变。在某些实施例中，改变前孔20和后孔24之间的距离72，74可以经由一个或更多区段的法兰管增大或缩小前孔上游和下游的燃料管道22的长度来实现。在某些实施例中，燃料管道22的长度在燃料供应系统18之间可以是相同的，但是沿燃料管道22设置的前孔20的位置可以在燃料供应系统18之间改变。实际上，改变燃料供应系统18之间的距离(例如，前孔20相对于后孔24的第一距离72和第二距离74)可以导致燃料供应系统18之间的相位延迟，从而产生与每个燃料供应系统18关联的燃料喷嘴64的热释放波动的破坏性干涉，由此减少燃烧器声波的振幅以及可能地燃烧动态的相干性。

另外，在一些实施例中，燃料供应系统18的其他构件的物理特征(例如，位置、定位、大小、形状、尺寸、有效面积等)可以在不同的燃料供应系统18(例如，第一燃料供应系统17和第二燃料供应系统19)之间改变，如关于图3所描述的。例如，前孔20或后孔24的尺寸和/或有效面积(例如，前孔20或后孔24的开孔的直径)、前孔20或后孔24的开孔的形状(例如，卵形、圆形、矩形、任意几何形状等)、前孔20或后孔24的开孔的角度(例如，以一个角度向上倾斜、以一个角度向下倾斜等)等可以在燃料供应系统18之间改变。此外，在一些实施例中，前孔20和后孔24可以是孔的阵列或图案。在该实施例中，前孔20的孔和后孔24的孔的尺寸、形状、图案、和/或布置可以在燃烧器12的不同的燃料管道22之间改变。在一些实施例中，前孔20和/或后孔24可以在多个燃烧器12之间(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10，或更多燃烧器12)以不同的直径、形状、尺寸等来改变。

另外，燃料管道22的物理特征还可以在燃烧器12的不同的燃料管道22之间改变。例如，除了改变燃料管道22的长度(例如，第一距离72或第二距离74)，所公开的实施例还可以改变燃料管道22的直径等。实际上，所公开的实施例的一个或更多个物理特征还可以在燃烧器12的不同的燃料供应系统18之间改变燃料供应系统18内的每个构件，使得每个辅助燃料喷嘴64处的燃烧动态是不同的(在相位和/或频率方面)，以帮助减少燃气涡轮系统10内的非期望的振动响应。

在一些实施例中，通过改变多个燃烧器12之间的前孔的物理特征，动态振幅和相干性可以在系统10的不同的燃烧器12之间被降低，如关于图4所描述那样。例如，尽管在单个燃烧器12的多个燃料供应系统18之间前孔22相对于后孔24的位置可以是相同的，但是在系统10内的不同的燃烧器12的燃料供应系统18之间前孔22相对于后孔24的位置可以被改变。另外，燃料供应系统18的构件(例如，前孔20、燃料管道22、后孔24)的物理特征(例如，大小、位置、形状、定位、尺寸、有效面积等)可以在系统10的不同的燃烧器12之间改变。在一些实施例中，燃料供应系统18的构件的物理特征可以在相同燃烧器12的燃料管线18之间以及在不同的燃烧器12的燃料管线18之间改变。

图3是图2中所描绘的燃烧器12的实施例的截面视图，示出了一个或更多个燃料供应系统，每一个都接收辅助燃料16。具体地，辅助燃料16经前孔20、燃料管道22、和辅助燃料喷嘴64(如图2中所示)的后孔24被输送。由一个或更多区段法兰管构成的燃料管道22沿着燃烧器12的流动套筒68的外侧延伸，如图2所示，使得燃料管道22将辅助燃料16从前孔20送到一个或更多个辅助燃料喷嘴64。尽管图示的实施例描绘了具有交替大和小直径的燃料管道22，但如下面解释那样，应当明白在其他实施例中，燃料管道22可以具有任何尺寸的直径。

具体地，燃烧器12内的每个燃料供应系统18的构件的物理特征可以改变，使得大小、形状、尺寸、构型、位置、定位等在单个燃烧器12的燃料供应系统18之间和/或在相邻的燃烧器12之间是不同的。例如，在图示的实施例中，前孔20和燃料管道22的大小对于每个相邻燃料供应系统18是不同的。例如，第一燃料供应系统17的燃料管道22的第一直径78大于第二燃料供应系统19的燃料管道22的第二直径80。应当明白，尽管图示的实施例描绘了在前孔20和/或燃料管道22的物理特征方面有区别的交替和/或相邻的燃料供应系统18(例如，第一供应系统17和第二燃料供应系统19)，但在其他实施例中，燃料供应系统18的任意组合和/或样式可以具有不同的燃料供应系统18的构件的物理特征。另外，在任意两个燃料供应系统18之间可以存在一个或更多个物理特征差异。如之前所述，图示的实施例描绘了在第一直径78和第二直径80之间交替的燃料管道22。在其他实施例中，燃料管道22的直径大小可以在2、3、4、5、6、7、8、9、10、或更多个不同的大小、形状等之间变化。

图4是图1的燃气涡轮系统10的实施例的示意图，描绘了多个燃烧器12，每个都具有一个或更多个燃料供应系统18。具体地，每个燃料供应系统18包括多种构件，诸如前孔20、燃料管道22、以及后孔24，并且燃料供应系统18的一个或更多个构件的物理特征(例如，大小、位置、尺寸、定位、形状、几何特征等)可以在系统10的一个或更多个燃烧器12之内和/或之间改变。如之前所述，在单个燃烧器12的燃料供应系统18的构件之内的和/或在一个或更多个燃烧器12的燃料供应系统18的构件之间的变化导致一个或更多个燃料喷嘴64的燃料系统声学阻抗的变化，由此产生燃烧动态频率上的变化和/或在所得到的燃烧动态的频率组成方面的更大变化、和/或被减小的燃烧动态振幅、和/或在两个或更多个燃烧器12之间的燃烧动态的相位上的差别。具体地，图示的实施例描绘了在燃烧器12之内和/或在燃烧器12之间的燃料供应系统18的变化。

在图示的实施例中，燃气涡轮系统10包括联接到涡轮机28的四个燃烧器12。但是，在其他实施例中，燃气涡轮系统10包括任意数量的燃烧器12(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、或更多的燃烧器)。具体地，每个燃烧器12包括配置成给前孔20提供辅助燃料16的燃料回路14，前孔定位在燃烧器12的头部50附近的燃料管道22中。另外，辅助燃料16经前孔20、燃料管道22、后孔24输送。具体地，后孔24配置成将辅助燃料16从辅助燃料喷嘴64送入辅助燃烧区62。如之前所述，燃烧器12点燃并燃烧空气-燃料混合物(例如，辅助燃料16和/或增压空气44)，然后热燃气34流入涡轮机28。随着燃气34流过涡轮机28中的涡轮叶片，各种燃烧动态可能产生非期望的振动响应。

在一些实施例中，燃烧器12内的燃料供应系统18的构件在相同燃烧器12的燃料供应系统18的其他构件之间具有变化性。例如，在第一燃烧器75中，在第一燃料供应系统17的前孔20和后孔24之间的第一距离72(且由此声学体积)大于在第二燃料供应系统19的前孔20和后孔24之间的第二距离74(且由此声学体积)。具体地，在图示的实例中，前孔20沿着燃料管道22转移，使得它更靠近或更远离后孔24。如之前所述，改变前孔20和后孔24之间的距离改变了前孔20和后孔24之间的声学体积，这可以通过增加或减少构成燃料管道22的一个或更多区段管(例如，法兰管)的长度(和/或直径)来实现。前孔20可被包含在法兰(例如，夹板)之间，或者作为多个区段管道中的一个的一部分嵌入。通过改变定位在前孔20的上游和下游的燃料管道22的区段的长度，前孔和后孔之间的距离(和/或直径)能在燃料供应系统18之间改变。另外，改变相同燃烧器(例如，第一燃烧器75)内的不同的燃料供应系统18(例如，第一燃料供应系统17和第二燃料供应系统19)之间的声学体积可以帮助改变燃烧器12之间的燃料系统阻抗。应当明白，在其他实施例中，燃烧器12可以具有在其他燃料供应系统18构件之间的可变性，诸如前孔20或后孔24的尺寸和/或形状和/或有效面积、燃料管道22的长度、燃料管道22的直径、燃料管道22的体积、燃料供应系统18的构件的构成材料等。

在一些实施例中，燃烧器12内的燃料供应系统18的构件可以具有相比系统10内的其他燃烧器12之间的燃料供应系统18的构件的可变性。例如，尽管第二燃烧器77的燃料供应系统18的构件(例如，前孔20、燃料管道22、后孔24)的物理特征可以基本上相似的，但在一些实施例中，第二燃烧器77的燃料供应系统18的构件的物理特征可以不同于第一燃烧器75的燃料供应系统18(例如，第一燃料供应系统17和/或第二燃料供应系统19)的构件的物理特征。在图示的实施例中，第二燃烧器77的前孔20相对于后孔24的距离可以在第二燃烧器77的一个或更多个燃料供应系统18之间不同。换句话说，前孔20沿燃料管道22相对于后孔24的位置可以在第二燃烧器77的燃料供应系统18之间不同。实际上，应当明白，前孔20可以沿燃料管道22设置在任意位置，使得前孔20与后孔24之间沿燃料管道22的距离可以在燃料供应系统18之间不同，尽管该系统18具有基本相似长度的燃料管道22，如第二燃烧器77中所示。另外，在第二燃烧器77内的前孔20沿燃料管道22相对于后孔24的位置(例如，前孔20与后孔24之间的距离)不同于第一燃烧器75内的第一距离72和/或第二距离74。因此，第一燃烧器75相对于第二燃烧器77的燃烧动态和燃料系统声学阻抗是不同的，由此有助于减少燃烧动态振幅和/或在两个燃烧器12之间的可能的燃烧动态的模态耦合，和/或改变两个燃烧器12之间的相位延迟。

在一些实施例中，其他物理特征可以在相同燃烧器12内的燃料供应系统18的构件之间改变。例如，在图示的实施例中，第三燃烧器79的第三燃料供应系统21的第一直径78大于同一第三燃烧器79的第四燃料供应系统23的第二直径80。在一些实施例中，第三燃料供应系统21的第一距离72大于第四燃料供应系统23的第二距离74。另外，在一些实施例中，燃料供应系统18的形状或物理构型可以在燃烧器12之内和/或之间改变。例如，在第四燃烧器81中，燃料供应系统25内的燃料管道22的形状是朝第四燃烧器81的出口70凸出的弧形。在燃料供应系统18的其他物理构型中，燃料管道22的形状可以包括一个或更多个角(例如，锯齿形)、波浪、粗糙边缘等，使得燃料管道22的一个或更多个管段相比燃烧器12之内或之间的相邻燃料管道22不同地成形。例如，第四燃烧器81的燃料供应系统27包括波浪形的燃料管道22。另外，在一些实施例中，燃料管道22可以包括在燃料管道22的内表面84上的突起82(例如，波浪、粗糙边缘、角等)，其提供辅助燃料16的燃料流的变化。突起82可以由相同于燃料管道22的材料构成。如之前所述，燃料供应系统18的各种构件之间的物理特征的这些变化有助于减少燃烧器声波的振幅和/或燃烧动态的相干性。

图5是第三燃烧器79的第三燃料供应系统21和第四燃料供应系统23的实施例的示意图，其中第三燃烧器79在图4中示出。具体地，图示的实施例描绘了第三燃料供应系统21与第四燃料供应系统23之间的物理区别，诸如在前孔20与后孔24之间的距离上的区别，以及在燃料管道22的直径上的区别。例如，第三燃料供应系统21的前孔20与后孔24之间的第一距离72大于第四燃料供应系统23的前孔20与后孔24之间的第二距离74。另外，第三燃料供应系统21的燃料管道22的第一直径78大于第四燃料供应系统23的燃料管道22的第二直径80。因此，第三燃料供应系统21内的第一声学体积83可以大于第四燃料供应系统23内的第二声学体积85。应当明白，在其他实施例中，在特定燃料供应系统18内的第一声学体积83可以不同于另一个(例如，相邻的)燃料供应系统18内的第二声学体积85。

在一些实施例中，燃料供应系统18(例如，第三燃料供应系统21和第四燃料供应系统23)之间的其他变化可能存在。在某些实施例中，前孔20的宽度可以在不同的燃料供应系统18之间改变。例如，第三燃料供应系统21中的前孔20的第一宽度86(或直径、横截面积、形状等)可以大于第四燃料供应系统23中的前孔20的第二宽度88(或直径、横截面积、形状等)。类似地，第三燃料供应系统21的后孔24的第三宽度90(或直径、横截面积、形状等)可以大于第四燃料供应系统23的后孔24的第四宽度92(或直径、横截面积、形状等)。另外，在燃料供应系统18之内和/或之间(例如，在燃料供应系统21和23之间)，前孔20的宽度(例如，第一宽度86和/或第二宽度88)可以不同于后孔24的宽度(例如，第三宽度90和/或第四宽度92)。

在其他的实施例中，前孔20和/或后孔24可以具有在燃烧器12之内和/或之间的不同的物理特征(例如，形状、尺寸、孔、厚度、材料、布置、样式、孔形、孔大小等)。例如，第三燃料供应系统21的第一前孔94可以不同于第四燃料供应系统23的第二前孔96，如下面关于图6所解释那样。

图6是燃料供应系统18的前孔20的实施例的示意图。具体地，第三燃料供应系统21的前孔94可以具有与第四燃料供应系统23的前孔96不同的物理特征。例如，前孔94和96在孔形和样式方面有区别，这可以改变流经前孔94和96的辅助燃料16的质量流的有效面积和/或压力比。在图示的实施例中，前孔94可以包括以环形的样式围绕中心孔100布置的五个圆形孔。另外，前孔96可以包括以环形的样式围绕中心方孔104布置的五个三角形孔102。但是，应当明白，在其他的样式和构型中，任何数量的孔(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10等)可以以任意形状或图案(对称的、螺旋的、随机的、波浪的、棋盘格子的等)来布置，使得前孔94和96彼此不同。

本发明的技术效果包括通过改变在燃烧器12的一个或更多个燃料供应系统18内的前孔20的物理特征，以调整系统10内的燃料系统声学阻抗(振幅和相位)，从而在燃气涡轮系统10的燃烧器12之内或之间减少与燃烧动态相关的非期望的振动响应。例如，从一个燃料管道22到另一个，前孔20的位置可以沿燃料管道22转移，使得它更靠近或更远离后孔24，由此改变前孔20与后孔24之间的声学体积。在其他实施例中，燃料供应系统18的其他构件(例如，后孔24、燃料管道22、前孔20等)的物理特征可以在燃烧器12之内或之间改变。例如，燃料管道22的尺寸(例如，长度、宽度、直径、体积等)、前孔20和/或后孔24的尺寸和/或形状(例如，宽度、长度、直径、有效面积等)、前孔20或后孔24的样式或构型(例如，孔、孔的布置等)、燃料管道22的形状、燃料管道22的内表面等可以在相同燃烧器12之内或者不同的燃烧器12之间的一个或更多个燃料供应系统18之间改变。

本书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则此类其它实例意图在权利要求的范围内。