用于调整共振器的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于调整共振器的系统和方法。具体而言，该系统包括燃烧器，该燃烧器具有燃烧室和燃烧器供应通道，该燃烧器供应通道构造成将流体流供应到该燃烧室中。该系统还包括共振器，该共振器构造成接收流体流的至少一部分。该共振器包括频率调节器，该频率调节器构造成改变该共振器的衰减频率。
【专利说明】
用于调整共振器的系统和方法
技术领域
[0001]本文中公开的主旨涉及燃气涡轮系统，且更具体而言，涉及用于对共振进行衰减的系统和方法。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮系统大体上包括燃气涡轮发动机，其具有压缩机区段、燃烧器区段、和涡轮区段。燃烧器区段可包括一个或更多个燃烧器(例如，燃烧筒)，其在各燃烧器的燃烧室中接收且利用氧化剂燃烧燃料(例如空气)。在燃烧发生在各燃烧器中时，热燃烧气体流入且驱动涡轮区段中一个或更多个涡轮级。遗憾的是，燃气涡轮系统可易受由各种驱动器引起的共振状态的影响，诸如氧化剂、燃料或供应至燃烧器的其他流体的共振频率。随着时间变化，共振频率可在燃气涡轮系统中变化。
【发明内容】
[0003]在下面总结了在范围上与原始要求保护的公开相称的某些实施例。这些实施例不意图限制要求保护的公开的范围，相反这些实施例仅意图提供本公开的可能形式的简要总结。事实上，本公开可涵盖可与在下面阐述的实施例相似或不同的多种形式。
[0004]在第一实施例中，系统包括燃烧器，该燃烧器具有燃烧室和燃烧器供应通道，该燃烧器供应通道构造成将流体流供应到该燃烧室中。该系统还包括共振器，该共振器构造成接收流体流的至少一部分。该共振器包括频率调节器，该频率调节器构造成改变该共振器的衰减频率。
[0005]在第二实施例中，系统包括共振器，该共振器构造成接收供应至燃烧器的燃烧室的流体流的至少一部分。该共振器包括频率调节器，该频率调节器构造成改变该共振器的衰减频率。该系统还包括控制器，该控制器包括操作地联接至处理器的存储器，该处理器构造成存储数据和指令。该控制器构造成将指令传送至频率调节器，以改变共振器的衰减频率。
[0006]在第三实施例中，方法包括调节共振器的衰减频率，该共振器联接至燃烧器供应通道，该燃烧器供应通道构造成将流体流供应到燃烧器的燃烧室中。该共振器构造成接收该流体流的至少一部分。
[0007]技术方案1:一种系统，其包括:
燃烧器，其具有燃烧室和燃烧器供应通道，所述燃烧器供应通道构造成将流体流供应到所述燃烧室中；和
共振器，其构造成接收所述流体流的至少一部分，其中，所述共振器包括频率调节器，所述频率调节器构造成改变所述共振器的衰减频率。
[0008]技术方案2:根据技术方案I所述的系统，其中，所述燃烧器包括燃气涡轮燃烧器。
[0009]技术方案3:根据技术方案2所述的系统，包括燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机具有所述燃气涡轮燃烧器。
[0010]技术方案4:根据技术方案2所述的系统，其中，所述燃烧器供应通道包括所述燃气涡轮燃烧器的头端室、在燃烧衬套与流动套管之间的通道、或它们的组合。
[0011 ]技术方案5:根据技术方案I所述的系统，其中，所述流体流包括氧化剂。
[0012]技术方案6:根据技术方案I所述的系统，其中，所述频率调节器包括活塞，所述活塞配置在所述共振器的管中。
[0013]技术方案7:根据技术方案6所述的系统，其中，所述频率调节器包括促动器，所述促动器构造成调节所述活塞在所述管中的位置，以改变所述共振器的共振器室。
[0014]技术方案8:根据技术方案7所述的系统，其中，所述促动器包括电动驱动器、气动驱动器、液压驱动器、或它们的组合。
[0015]技术方案9:根据技术方案6所述的系统，其中，所述促动器包括气动系统、控制阀、和释放阀，所述气动系统具有气体供应，所述气体供应构造成供应气体以改变所述活塞的位置，所述控制阀构造成控制气体的供应以沿第一方向偏压所述活塞，所述释放阀构造成控制气体的释放以使所述活塞能够沿第二方向移动。
[0016]技术方案10:根据技术方案6所述的系统，其中，所述频率调节器包括弹簧，所述弹簧构造成偏压所述活塞。
[0017]技术方案11:根据技术方案10所述的系统，其中，所述频率调节器包括压缩部件，所述压缩部件构造成相对于所述弹簧和所述活塞而移动。
[0018]技术方案12:根据技术方案7所述的系统，其中，所述频率调节器包括在所述活塞与所述促动器之间的蜗形齿轮组、齿条和小齿轮齿轮组、或它们的组合。
[0019]技术方案13:根据技术方案I所述的系统，包括具有穿孔的板，所述板定位在所述共振器的第一轴向端部处，其中，所述穿孔构造成导致进入所述共振器的所述流体流的粘性阻尼。
[0020]技术方案14:根据技术方案I所述的系统，包括控制器，所述控制器通信地联接至所述频率调节器且构造成将指令发送至所述频率调节器，以改变所述共振器的衰减频率。
[0021]技术方案15:—种系统，其包括:
共振器，其构造成接收供应至燃烧器的燃烧室的流体流的至少一部分，其中，所述共振器包括频率调节器，所述频率调节器构造成改变所述共振器的衰减频率;和
控制器，其包括存储器，所述存储器操作地联接至处理器，所述处理器构造成储存数据和指令，其中，所述控制器构造成将指令传送至所述频率调节器以改变所述共振器的衰减频率。
[0022]技术方案16:根据技术方案15所述的系统，包括通信地联接至所述控制器的传感器，其中，所述传感器将信号发送至所述控制器，所述信号指示具有所述燃烧器和所述共振器的燃气涡轮系统的操作参数，且所述控制器构造成命令所述频率调节器以基于所述操作参数来改变所述衰减频率。
[0023]技术方案17:根据技术方案15所述的系统，其中，所述频率调节器包括活塞和促动器，所述活塞配置在所述共振器的管中，所述促动器构造成调节所述活塞在所述管中的位置以改变所述共振器的共振器室，其中，所述控制器通信地联接至所述促动器。
[0024]技术方案18:—种方法，其包括:
调节联接至燃烧器供应通道的共振器的衰减频率，所述燃烧器供应通道构造成将流体流供应到燃烧器的燃烧室中，其中，所述共振器构造成接收所述流体流的至少一部分。
[0025]技术方案19:根据技术方案18所述的方法，其中，调节包括促动配置在所述共振器的管中的活塞的移动以改变共振器室的长度。
[0026]技术方案20:根据技术方案18所述的系统，其中，调节包括响应于传感器反馈，所述传感器反馈指示具有所述燃烧器和所述共振器的燃气涡轮系统的至少一个操作参数。
[0027]技术方案21:根据技术方案18所述的方法，其中，所述流体流包括供应至所述燃烧器的燃烧室的氧化剂流。
【附图说明】
[0028]当参照附图阅读下列详细描述时，本公开的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中遍及附图，类似的字符代表类似的部分，在附图中:
图1为具有共振衰减系统的燃气涡轮系统的实施例的示意图，该共振衰减系统具有多个共振器(例如，可调节的共振器)；
图2为具有共振衰减系统的燃烧器的实施例的径向截面示意图，该共振衰减系统具有多个共振器(例如，可调节的共振器)；
图3是具有调节机构的可调节共振器的实施例的轴向截面图；
图4是具有调节机构的可调节共振器的实施例的轴向截面图；
图5是具有调节机构的可调节共振器的实施例的轴向截面图；
图6是具有调节机构的可调节共振器的实施例的轴向截面图;且图7是用于调节可调节共振器的衰减长度的方法的实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0029]下面将描述本公开的一个或更多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实现方式的所有特征。应当理解的是，在任何这种实际实现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，必须作出许多实现方式特定的决定，以实现开发者的特定目标，诸如服从与系统相关和与商业相关的约束，这可从一个实现方式到另一个而。而且，应当理解的是，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但对于享有本公开的益处的本领域技术人员而言仍应是设计、制造和加工的例行任务。
[0030]当介绍本公开的各种实施例的要素时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意指存在一个或更多个要素。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包含性的，且指可存在除所列出元件以外的额外元件。
[0031]本公开的实施例涉及用于通过可调节地衰减流动流体(例如，燃料、氧化剂诸如空气、蒸汽、不活泼气体诸如氮、燃烧气体、或它们的任意组合)的共振来调节燃烧条件的系统和方法，从而有助于增加易燃性、改善火焰的稳定性、减少排放、和控制燃烧动态。例如，燃气涡轮系统可包括共振衰减系统，该共振衰减系统与一个或更多个燃烧器(诸如环形燃烧器或围绕旋转轴线周向地间隔的多个筒环形燃烧器)相关。共振衰减系统可包括与各燃烧器相关的一个或更多个共振器(例如，可调节共振器)。例如，该共振器可构造成衰减或阻尼与一个或更多个流体流(例如，气体和/或液体流)相关的共振频率，诸如燃烧器上游、燃烧器内或燃烧器下游的流体流。该流体流可包括燃料(例如，液体和/或气体燃料)、氧化剂(例如，氧气、空气、富氧空气、少氧空气或任何其他含氧混合物)、蒸汽、不活泼气体(例如，氮)、再循环排出气体、或它们的任意组合的供应源。该流体流还可包括燃烧气体。然而，在接下来的论述和例示的实施例中，共振器存在于在燃烧器上游、燃烧器处、或燃烧器内的氧化剂流(例如，空气流)的上下文中。例如，该共振器可以与流(例如，氧化剂流)流体连通地安装在燃烧器的衬套与流动套管之间，穿过燃烧器的头端室，或它们的任意组合。该共振器沿该共振器的衰减长度使流体流的至少一部分转向，以使共振频率衰减且引起阻尼。在某些实施例中，衰减长度对应于具体选择的频率。
[0032]共振器可包括调节机构(例如，频率调节器)，该调节机构构造成在燃气涡轮系统的操作之前、期间、和/或之后调节共振器的一个或更多个参数，从而将共振器修整至可随着时间和燃气涡轮系统的使用而改变的共振频率。在某些实施例中，该共振器包括具有可调节长度的四分之一波长管(QWT)共振器。在其他实施例中，该共振器可包括具有调节的其他类型的共振器，以改变共振器的衰减频率。例如，该调节机构可实现对体积(例如，长度)的调节且因此实现在制作期间、在操作测试和调整期间、在正常操作期间、在停工期间、在维修或保养期间或在任何其他合适的时间对共振器衰减频率的调节。例如，调节机构可包括手动调节器和/或有动力调节器，诸如自动或半自动调节器。该有动力调节器还可联接至控制系统和监测系统，从而有助于实现响应于燃气涡轮系统中的共振频率的改变的自动调节。例如，该调节机构可基于信号来调节衰减长度，该信号是从检测燃烧器的各种操作条件的传感器接收的。结果，共振器的调整可使排放稳定，降低燃烧动态，并且/或者使燃烧条件稳定。
[0033]考虑前述，图1是具有共振衰减系统11(例如，可调节的共振衰减系统)的燃气涡轮系统10的实施例的示意图，该共振衰减系统11与燃烧器区段的一个或更多个燃烧器12相关。如在下面论述的，共振衰减系统11可包括直接联接至燃烧器12、通向燃烧器12的供应通道、或任何合适的场所的多个共振器13(例如，频率可调节的共振器)。例如，共振衰减系统11可包括共振器13，该共振器13联接至各燃烧器12的头端区段14和/或燃烧区段15，诸如沿氧化剂(例如，空气)流动路径沿头端区段14和/或燃烧区段15。在某些实施例中，一个或更多个共振器13可在燃料喷嘴16的上游联接至氧化剂流动路径，燃料喷嘴16安装在燃烧器12的头端区段14中。然而，在某些实施例中，一个或更多个共振器13可在燃烧器12的头端区段14中联接至燃料喷嘴16，一个或更多个共振器13可在燃料喷嘴16的下游流体地联接至燃烧室17，或任何它们的组合，该燃烧室17在燃烧区段15的内侧。
[0034]燃烧器12可呈现单个环形燃烧器，其围绕涡轮系统10的旋转轴线周向地延伸。通过又一示例，燃烧器12可呈现多个(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个)燃烧器，该多个燃烧器围绕涡轮系统1的旋转轴线周向地间隔。在某些实施例中，可在涡轮系统1中提供任意数量的(例如，I到20个或更多个)燃烧器12。共振衰减系统11的共振器13可以以均匀的布置或不均匀的布置联接至各燃烧器12，且共振器13的布置可从一个燃烧器12到另一个均匀或不均匀。例如，共振器12的数量、间隔、和衰减频率可从一个燃烧器12到另一个相同或不同。
[0035]涡轮系统10可使用液态或气态燃料(诸如天然气和/或合成气体)来驱动涡轮系统
10。在例示的实施例中，一个或更多个燃料喷嘴16(例如，主燃料喷嘴、一个或更多个四个一组的注射器或柱栓(peg)、和/或一个或更多个迟贫注射器)吸入燃料18的供应(例如，液态燃料供应、气态燃料供应、液体/气体混合物燃料供应)O多个燃烧器12中的各个包括一个或更多个燃料喷嘴16(例如，1、2、3、4、5、6或更多个)。燃料18的示例包括但不限于烃基液态燃料，诸如柴油燃料、喷气燃料、汽油、石脑油、燃料油、液化石油气体等。而且，燃料18可包括烃基气态燃料，诸如天然气、合成气体等。在例示的实施例中，涡轮系统10可沿在燃料喷嘴16的上游的燃料路径20发送燃料18。在某些实施例中，燃料喷嘴16可包括预混合燃料喷嘴和/或扩散火焰燃料喷嘴。例如，燃料喷嘴16可将燃料18与氧化剂(例如，空气)预混合以产成预混合火焰，并且/或者使燃料18和氧化剂分开地流到燃烧器12中以生成扩散火焰。
[0036]燃料18与氧化剂(例如，空气)在燃烧器17中的各个内的燃烧室17中燃烧，从而形成热加压排放气体。燃烧器12穿过涡轮或涡轮区段22朝排放出口 24引导排放气体。涡轮区段22可包括一个或更多个涡轮级(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、或更多个)，它们各自具有多个涡轮叶片，该多个涡轮叶片联接至涡轮转子和轴26。在排放气体行进穿过涡轮22时，气体推动涡轮叶片以使轴26沿涡轮系统10的旋转轴线旋转。如所例示的，轴26连接至涡轮系统10的各种构件，包括压缩机或压缩机区段28。压缩机区段28可包括一个或更多个压缩机级(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、或更多个)，压缩机级各自具有多个压缩机叶片，该多个压缩机叶片联接至压缩机转子和轴，例如，轴26。在轴26旋转时，压缩机28内的叶片也旋转，从而压缩来自氧化剂进口(例如，空气进口 30)的氧化剂(例如，空气)穿过压缩机28且进入燃料喷嘴16和/或燃烧器12中。轴26还可连接至负载31，负载31可为车辆或静止负载，例如，诸如发电站中的发电机或飞行器上的推进器。负载31可包括能够通过涡轮系统10的旋转输出而被供能的任何合适的装置。
[0037]在下面的论述中，可对燃烧器12的轴向方向或轴线42(例如，纵向轴线)、相对于燃烧器12的轴线42径向地延伸的径向方向或轴线44、和围绕燃烧器12的轴线42周向地延伸的周向方向或轴线46进行参考。如在下面详细地论述的，在某些实施例中，涡轮系统10包括可调节的共振器13(例如，四分之一波长管共振器)，该可调节的共振器13在燃烧器12上定位在各种场所处，诸如通过共振器13A、13B、13C和13D指示的。例如，共振器13可沿燃烧器12(例如，在燃烧室17的外部)、头端区段14中的头端室33、或它们的组合而与流动路径32流体连通地联接至各燃烧器12。例如，流动路径32可与头端室33和来自压缩机28的压缩机排出室流体地连通，从而将压缩气体流(例如，压缩的氧化剂，诸如空气)沿燃烧器发送穿过流动路径32(例如，用于冷却目的)、通过头端室33，且到燃烧室17中(例如，穿过燃料喷嘴16)以用于燃烧目的。在某些实施例中，穿过流动路径32和头端室33(例如，在燃料喷嘴16的上游)的流体流可包括或不包括任何一种或更多种氧化剂(例如，空气、氧、富氧空气、少氧空气等)、排放气体再循环(EGR)气体、蒸汽、不活泼气体(例如，氮)、和/或一些量的燃料(例如，在燃料喷嘴16上游的辅助燃料注射)。在某些实施例中，流动路径32可围绕限定燃烧器12的边界的至少一个壁周向地配置，该至少一个壁诸如围绕燃烧室17和/或头端室33的至少一部分周向地配置的第一壁34(例如，燃烧衬套)。流动路径32还可由第二壁35(例如，流动套管)界定，该第二壁35围绕第一壁34周向地配置。第二壁35还可围绕头端区段14的头端室33周向地配置。
[0038]在例示的实施例中，共振器13(例如，13A、13B、13C和13D)联接至限定燃烧器12边界的壁中的至少一个。例如，共振器13A联接至围绕头端室33配置的壁35，共振器13B在燃烧器区段15与头端区段14之间的过渡区域处联接至围绕头端室33和/或流动路径35配置的壁35，且共振器13C和13D联接至配置流动路径35、第一壁34、和燃烧器区段15的燃烧室17的壁35。此外，如在图1中所例示的，共振器13沿燃烧器12的轴向长度36布置在不同的轴向位置处，诸如接近第一(例如，上游)轴向端部38、第二 (例如，下游)轴向端部40、或在第一和第二轴向端部38和40之间的各种中间位置处。然而，在其他实施例中，共振器13可不沿燃烧器12的轴向长度36布置。例如，共振器13可仅定位在第一轴向端部38和/或头端区段14附近，以衰减在燃料喷嘴16和燃料和氧化剂到燃烧器12的燃烧室17中的进口附近(例如，在其正上游)的共振频率。例如，在某些实施例中，共振器13(例如，共振器13A)可定位为接近燃料喷嘴16的轴向上游并且/或者与燃料喷嘴16轴向地重叠。共振器13还可在不同的径向位置、不同的周向位置、不同的轴向位置、或它们的任何组合处与彼此间隔开。在例示的实施例中，共振器13构造成使来自空气进口 30的流体流的共振衰减，例如，在行进穿过压缩机28之后。
[0039]涡轮系统10还可具有与共振衰减系统11的共振器13相关的各种监测和控制装备。在例示的实施例中，涡轮系统10可包括一个或更多个传感器48，以检测燃烧过程、氧化剂流、燃料流、涡轮速度、压缩机供给、燃烧器温度、燃烧动态、声学噪声、或涡轮系统10的各种其他操作参数。例如，一个或更多个振动传感器50可在一个或更多个共振器13之间定位在燃烧器12上。振动传感器50可探测燃烧器12内的振动。例如，高于设定值水平的振动可提供调整共振器13可提供改善的燃烧特性的指示。如在下面将描述的，在某些实施例中，共振器13可为可调整的，以使得能够在燃气涡轮系统10的操作(例如，在维护期间)之前、期间、和/或之后调节。
[0040]传感器48、50可构造成将信号发送至控制器52(例如，电子控制器)。在例示的实施例中，控制器52包括存储器54和处理器56 ο存储器54可为大容量装置、FLASH存储器装置、可移除存储器、或任何其他非易失性计算机可读介质(例如，不仅是信号)。此外和/或备选地，指令可储存在额外合适的制造物品中，该制造物品包括至少一个有形的、非易失性的计算机可读介质，该介质以与上述存储器54类似的方式至少共同地储存这些指令或例程。控制器52可构造成接收来自传感器48、50的信号，该信号指示燃气涡轮系统10的操作参数(例如，温度、压力、燃料/空气比率、声学、振动)。可通过处理器56使用储存在存储器54上的指令来评估该信号。此外，控制器52可将信号发送至燃气涡轮系统10的各种构件(例如，共振器13、空气进口 30、燃烧器12等)，以基于从传感器48、50接收的信号来调节燃气涡轮系统10的操作条件(例如，包括对共振器13的调节)。
[0041]图2为具有共振器13的燃烧器12的实施例的示意径向截面图，该共振器13围绕燃烧器12的壁35周向地46配置。在例示的实施例中，八个共振器13沿燃烧器12的圆周58基本上对称地(例如，在近似正或负15度之内)定位。然而，在其他实施例中，可围绕壁35周向地46包括更多的一些共振器13。例如，1、2、3、4、5、6、7、9、10、15、20、30、40、50、或任何合适数量的共振器13(例如I到100)可定位在燃烧器12上。而且，共振器13可沿燃烧器12的圆周58定位在不同场所处。例如，某些操作条件可在燃烧器12的一侧上产生增大的振动。结果，更多个共振器13可放置在具有增大的振动的侧面上，以衰减空气流。如在上面提及的，振动传感器50可以通信地联接至控制器52以发送指示燃烧器12的操作的信号。而且，在例示的实施例中，共振器13通信地联接至控制器52。如在下面将描述的，控制器52可指示共振器13，以在操作之前、期间、和/或之后以调整燃烧器12。
[0042]在操作期间，共振器13构造成从空气进口30接收空气流的一部分且将该空气流的该部分引导到共振器13的主体中。例如，在例示的实施例中，各共振器13包括共振器管60和调节机构62(例如，频率调节器)，以改变管60中的共振器室64，从而调节共振器13的衰减频率。调节机构62可包括配置在管60中的柱塞或活塞66、联接至活塞66的驱动轴或杆68、和联接至杆68的促动器70。各促动器70又联接至控制器52且由其控制。管60可为限定缸的中空圆柱形管，而活塞66可为圆柱形活塞。然而，管60和活塞66可具有其他形状。活塞66还可包括一个或更多个密封件(例如，环形密封圈)，以相对于管60的内壁密封。促动器70构造成驱动杆68的移动，杆68又驱动活塞66在官60中的移动。促动器70可包括手动促动器，诸如手轮、曲柄杠杆、工具对接件(例如，与扳手对接的螺栓头部)、或任何其他合适的手动促动特征。促动器70还可包括有动力的促动器，诸如电动驱动器或马达、气动驱动器、水力驱动器、或它们的任何组合。促动器70(例如，手动、有动力的、或二者)可引起杆68的旋转和/或轴向移动，杆68又引起活塞66的轴向移动，以沿燃烧器12的壁35改变在活塞66与开放的内端部分之间的，管60内的共振器室64的衰减长度71。
[0043]如所例示的，共振器室64的衰减长度71围绕燃烧器12壁35的圆周58从一个共振器13到另一个而改变。具体地选择各共振器13的共振器室64的衰减长度71，以衰减(例如，调整)来自空气进口 30的空气流的部分的具体频率或频率范围。因此，如在例示的实施例中例示出的，共振器13可具有不同的衰减长度，以衰减不同的频率。然而，在例示的实施例中，在所有共振器13之中各管60的总体长度和直径可为不变(或一致)，从而能够简化共振器13的构造，同时共振器13仍能够衰减燃烧器12的不同频率。结果，类似的部分可用于制作和维修共振器13。而且，由于共振器13的可调节性，共振器13可在更大的频率范围内使用，从而在燃气涡轮系统10中的条件和共振频率变化时增大它们的效用。
[0044]图3是具有调节机构62的共振器13的实施例的轴向截面侧视图。在例示的实施例中，共振器13的管60包括由大体上圆柱形的壁72限定的缸。然而，在其他实施例中，壁72可为椭圆形、多边形等。壁72可构造成联接至燃烧器12的侧壁74，诸如图1和2中例示的壁35。例如，壁72可包括螺纹，该螺纹接合侧壁74中的匹配螺纹，从而将共振器13联接至燃烧器12。然而，在其他实施例中，壁72可通过可移除的联接件或固定的联接件而焊接、栓接、夹紧、或以其他方式联接至侧壁74。在一些实施例中，管60的壁72可与燃烧器12的侧壁74—体地形成为一件。
[0045]在例示的实施例中，共振器13具有主体长度76(例如，管60的总长度)，该主体长度76沿共振器纵向轴线82从第一轴向端部78(例如，端部开口或面)延伸至第二轴向端部80(例如，端部开孔、密封端部、或面)。在例示的实施例中，共振器纵向轴线82相对于燃烧器12的纵向轴线42垂直或基本上垂直(例如，90度加或减1、2、3、4、5、6、7、8、9或10度)。然而，在其他实施例中，共振器纵向轴线82可相对于纵向轴线42成角度(例如，10到80、20到70、30到60、或40到50度)交叉地定位。在操作中，管60的第一轴向端部78(例如，端部开口)从被引导至燃烧器12的流体供应接收气体流84 (例如，氧化剂诸如空气、EGR气体、蒸汽、不活泼气体诸如氮、气态燃料、燃料/空气混合物等)且将气体流84引导到共振器13中。在某些实施例中，气体流84不包括直接来自燃烧室17的燃烧气体，但可包括诸如穿过头端区段14被引导到燃烧室17中的任何流体流。在其他实施例中，气体流84可包括直接来自燃烧室17的燃烧气体。然而，在例示的实施例中，气体流84可至少包括来自空气进口 30的大量(例如，按照体积大于百分之50、60、70、80、90、或95)氧化剂流，例如，在由压缩机28压缩之后。如在上面提及的，共振器13构造成通过衰减气体流84中的任何共振频率来减少燃烧系统中的共振。在例示的实施例中，共振器13衰减气体流84的频率与共振器13的衰减长度71直接相关。衰减长度71代表气体流84在朝燃烧器12折回之前可行进通过共振器13的距离。换言之，衰减长度86为共振器13的管60中的第一轴向端部78与活塞66之间的距离。在某些实施例中，衰减长度71可在主体长度76的百分之O和100、5和95、10和90、15和85、以及20和80之间连续地和/或递增地(例如，以递增的步骤)改变。例如，衰减长度71可以以递增的步骤改变管60的总主体长度76的近似百分之1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。如在下面将描述的，可对共振器13的衰减长度71进行调节，以能够在一定频率范围内衰减。
[0046]因为衰减燃烧器12中的频率范围可能是合乎需要的，故调节机构62(例如，活塞66、杆68、和促动器70)构造成调节共振器13的衰减长度71。在例示的实施例中，调节机构62包括活塞66、杆68、和促动器70。例如，促动器70可包括驱动器或马达(例如，电动、气动、和/或液压的)，其驱动杆68，以沿共振器纵向轴线82改变活塞66的轴向位置。结果，共振器13的管60中的活塞66具有不同的轴向位置，从而调节衰减长度71。在例示的实施例中，活塞66包括密封件94(例如，环形密封圈)，该密封件94构造成将有效区段96(例如，共振器室64)与无效区段98(例如，相对的室99)流体地隔离。有效区段96可接收气体流84，而由于由活塞66提供的阻塞和由密封件94提供的密封，无效区段98不可接收气体流84。
[0047]调节机构62可通过沿共振器纵向轴线82的驱动活塞66轴向运动的促动器70调节衰减长度71，且因此调节有效区段96和无效区段98的相应体积。即，调节机构62可沿第一方向100或沿第二方向102驱动活塞66的移动，该第一方向100径向向内朝燃烧器12的纵向轴线42，该第二方向102径向向外远离燃烧器12的纵向轴线42。例如，促动器70可引起杆68的轴向平移(即，轴向移动而不旋转)，从而驱动活塞66在管60中的轴向平移。通过又一示例，促动器可引起杆68的旋转(具有或不具有轴向移动)，从而驱动活塞66在管60中的轴向移动(例如，通过穿过活塞66中的螺纹插孔拧杆68，同时通过轴向导向特征来阻止活塞66旋转)。通过另一示例，促动器70可驱动活塞66的旋转，以与壁72的内表面104上的对应螺纹、脊、或齿轮齿接合，从而引起活塞66螺旋地旋转且沿壁72轴向地移动以改变其轴向位置。与促动机构62的具体构造无关，活塞66在管60中移动以改变衰减长度71，从而调节共振器13以衰减不同的频率而无需更换共振器13。而且，调节机构62可在燃气涡轮系统10的操作期间调节衰减长度71(例如，通过手动调节和/或控制器52的控制)，从而减少系统停工时间且实现燃气涡轮系统10的实时或近实时调整。
[0048]在例示的实施例中，共振器13包括第一轴向端部78处的板106。板106可包括穿孔108(例如，孔口、开口、槽道等)，以对进入共振器13有效区段96的气体流84进行约束和/或节流。例如，板106和穿孔108可减小穿过第一轴向端部78的开口的截面面积，从而减少进入有效区段96的气体流84。此外，板106中的穿孔108使得能够通过迫使气体流84在进入共振器13之前穿过穿孔108来对进入共振器13的气体流84进行粘性阻尼，从而导致去往气体流84的能量的损失。例如，在气体流84进入共振器13时，由于跨过板106的压力下降，气体流84的压力可降低。
[0049]图4是定位在共振器13上的调节机构62的实施例的轴向截面图。在例示的实施例中，调节机构62包括活塞66，该活塞66通过促动器70的气动系统110而被驱动，以沿第一方向100和第二方向102沿共振器纵向轴线82轴向地移动。气动系统110包括控制阀112，该控制阀112构造成将供应空气114 (或任何其他合适的气体)从空气供应系统116 (例如，仪表空气系统、空气进口 30等)引导到无效区段98(例如，室99)中。无效区段98中的供应空气114的压力可沿第一方向100驱动活塞66，从而降低衰减长度71且减小有效区段96的体积。此外，释放阀118可构造成从无效区段98(例如，室99)选择性地释放供应空气114且使活塞66能够沿第二方向102移动，例如，通过使进入共振器室64的气体流84的压力能够克服室99中的气体(例如，空气)的压力。在例示的实施例中，控制器52可将信号发送至控制阀112，从而引导控制阀112打开且使供应空气114能够进入无效区段98。此外，控制器52可将信号发送至释放阀118以引导释放阀118打开，以降低无效区段98中的压力以使活塞66能够沿第二方向102移动。因此，控制器52可将信号发送至控制阀112和释放阀118，以调节活塞66的轴向位置。结果，共振器13能够在燃气涡轮系统10的操作之前、期间、和/或之后(例如，在维护期间)调整，以调节以用于改变操作条件(例如，燃料成分、环境温度等)、燃气涡轮系统10上的逐渐老化和磨损、以及燃气涡轮系统10中的共振频率的各种改变。
[0050]图5是定位在共振器13上的调节机构62的实施例的轴向截面图。在例示的实施例中，调节机构62包括齿轮组120，该齿轮组120具有与第二齿轮124(例如，圆形齿轮)对接的第一齿轮122(例如，细长齿轮或齿轮轴68) ο在促动器70 (例如，马达或驱动器130)驱动第二齿轮124的旋转时，第二齿轮124的齿轮齿126与第一齿轮122的齿轮齿128接合，以将第二齿轮124的旋转移动转变为第一齿轮122的移动，从而驱动活塞66沿管60移动且改变衰减长度71。
[0051 ] 例如，齿轮组120可为齿条(rack)和小齿轮(pin1n)齿轮组，其中，第一齿轮122为线性齿轮条或齿条且第二齿轮124为圆形齿轮或小齿轮。因此，在促动器70(例如，马达或驱动器130)驱动小齿轮124的旋转时，小齿轮124的齿轮齿126与齿条122的齿轮齿(或螺纹)128接合，以将小齿轮124的旋转移动转变为齿条122且因此活塞66的轴向移动。
[0052]通过另一示例，齿轮组120可为蜗形齿轮组，其中，第一齿轮122为蜗杆(例如，细长螺纹蜗杆轴68)且第二齿轮124为蜗形齿轮。因此，在促动器70(例如，马达或驱动器130)驱动蜗形齿轮124的旋转时，蜗杆124的齿轮齿126与蜗杆122的齿轮齿(或螺纹)128接合，以将蜗形齿轮124的旋转移动转变为蜗杆122且因此活塞66的移动。例如，蜗形齿轮124可驱动蜗杆122的旋转，蜗杆122然后在活塞66中的螺纹开孔内旋转螺纹以引起活塞66的轴向移动，或者沿内部表面104沿螺纹界面旋转活塞66、或另一合适的布置。通过另一示例，蜗形齿轮124可驱动蜗杆122的轴向移动，从而驱动活塞66的轴向移动。
[0053]结果，活塞66可响应于通过促动器70(例如，驱动器130)进行的齿轮组120的促动而沿第一和第二方向100、102移动。与上面的论述类似，驱动器130可包括电动、气动、和/或液压驱动器或马达。如所示出的，齿轮124可联接至共振器13的壁72。然而，在其他实施例中，齿轮124可包括分开的壳体，该壳体联接至燃烧器12的侧壁74。如上所述，控制器52可将信号发送至调节机构62，从而指示调节机构61改变衰减长度71。
[0054]图6是定位在共振器13上的调节机构62的实施例的轴向截面图。在例示的实施例中，调节机构包括偏压部件132(例如，机械弹簧、彼此磁性地排斥的相对磁体、可压缩流体、或它们的任何组合)和压缩部件134(例如，辅助活塞)。偏压部件132构造成沿第一方向100径向向内朝燃烧器12的纵向轴线42驱动活塞66。在例示的实施例中，偏压部件132包括弹簧，该弹簧具有构造成返回与由反作用力导致的弹簧长度的改变基本上成比例的力的弹簧常数。例如，弹簧常数可特别选择为使弹簧132能够压缩，且因此使活塞66能沿第二方向102移动，以形成基于燃烧器12的预期操作压力而特别选择的衰减长度71。此外，可控制促动器70以移动压缩部件134(例如，移动至不同的轴向位置)，以预拉伸偏压部件132，从而限制活塞66(例如，浮动活塞或弹簧偏压活塞)沿第二方向102的总移动。例如，可控制促动器70以沿第一方向100和/或第二方向102移动压缩部件134，以更改无效区段98的体积。结果，可通过压缩部件134的活塞、偏压部件132的弹簧常数、和/或燃烧器12的操作压力来控制衰减长度71。在某些实施例中，控制器52可通信地联接至促动器70，以控制压缩部件134的移动，且控制器52可联接至与压缩部件134、活塞66、或二者相关的一个或更多个传感器136。例如，传感器136可监测室64和/或99中的压力、压缩部件134和/或活塞66的位置、或它们的任何组合。活塞和/或压力反馈可使控制器52能够通过促动器70而更精确地控制压缩部件134和/或活塞66的位置。
[0055]图7是用于控制共振器13的衰减长度71的方法140的实施例的流程图。如在上面提及的，可改变共振器13的衰减长度71，以调节由共振器13衰减的频率。结果，可在燃气涡轮系统10的操作之前、期间、和/或之后衰减经由第一轴向端部78(例如，开放端部)流到共振器13中的气体流84的不同频率。在框142处确定初始衰减长度71。例如，初始衰减长度71可基于预期操作条件和/或穿过燃烧器12的气体流84的频率来具体地选择。在框144处，第一控制信号从控制器52传送至调节机构62。例如，操作者可基于燃气涡轮系统10的以前的操作循环来输入预设定的初始衰减长度71。控制器52可将第一控制信号传送至调节机构62，以命令调节机构62驱动活塞66的移动，以在共振器13内设立初始衰减长度71。在框146处通过调节机构62接收第一控制信号。如上所述，调节机构62可通信地联接至控制器52，以使调节机构62能够开始从控制器52接收的指令。例如，在接收将活塞66设定在初始衰减长度71处的指令之后，调节机构62的促动器70可沿第一方向100驱动活塞62。在框148处，控制器52可接收来自传感器48、50的操作输入。例如，振动传感器50可将信号传送至控制器52，该信号指示燃烧器12中的非期望的振动(例如，燃料喷嘴16中的振动、沿燃烧器12轴向长度36的振动等)。在框150处，控制器52可将第二控制信号传送至调节机构62。例如，第二控制信号可为基于从传感器48、50接收的信号改变衰减长度71的指令。在框152处，调节机构62可接收第二控制信号。例如，调节机构62的促动器70可驱动活塞66沿第二方向102的运动，以将衰减长度71调节至操作长度，且因此调节可被衰减的频率。结果，可在燃气涡轮系统10的操作之前和/或期间调整共振器13。
[0056]如在上面详细地描述的，燃气涡轮系统10可包括定位在燃烧器12上的共振器13，以衰减行进穿过燃烧器12的气体流84中的频率。例如，共振器13可沿燃烧器12的周向轴线46周向地和/或沿燃烧器12的轴向长度36轴向地定位。在某些实施例中，共振器13可构造成衰减气体流84的与共振器13的衰减长度71有关的频率。例如，在某些实施例中，共振器13可包括活塞66，该活塞66构造成用于将共振器13分成有效区段96和无效区段98。有效区段96接收气体流84，且无效区段98不接收。而且，活塞66能够沿共振器纵向轴线82移动，以使得能够在燃烧器12的操作之前、期间、和/或之后调节衰减长度71。例如，共振器13可包括调节机构70，该调节机构70构造成驱动活塞66在共振器13内的移动，且因此调节衰减长度71。此夕卜，调节机构70可接收来自控制器52的指令，以设定期望的衰减长度。而且，可基于从遍及燃气涡轮系统1分布的传感器48、50接收的操作参数来调节衰减长度71。因此，可在操作之前、期间、和/或之后调整燃烧器12，以使排放稳定、降低燃烧动态、使燃烧条件稳定等。
[0057]本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，并执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其他示例。如果此种其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果此种其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则此种其他示例意图在权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种系统，其包括: 燃烧器，其具有燃烧室和燃烧器供应通道，所述燃烧器供应通道构造成将流体流供应到所述燃烧室中；和 共振器，其构造成接收所述流体流的至少一部分，其中，所述共振器包括频率调节器，所述频率调节器构造成改变所述共振器的衰减频率。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述燃烧器包括燃气涡轮燃烧器。3.根据权利要求2所述的系统，包括燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机具有所述燃气祸轮燃烧器。4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述燃烧器供应通道包括所述燃气涡轮燃烧器的头端室、在燃烧衬套与流动套管之间的通道、或它们的组合。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流体流包括氧化剂。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述频率调节器包括活塞，所述活塞配置在所述共振器的管中。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述频率调节器包括促动器，所述促动器构造成调节所述活塞在所述管中的位置，以改变所述共振器的共振器室。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述促动器包括电动驱动器、气动驱动器、液压驱动器、或它们的组合。9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述促动器包括气动系统、控制阀、和释放阀，所述气动系统具有气体供应，所述气体供应构造成供应气体以改变所述活塞的位置，所述控制阀构造成控制气体的供应以沿第一方向偏压所述活塞，所述释放阀构造成控制气体的释放以使所述活塞能够沿第二方向移动。10.根据权利要求6所述的系统，其中，所述频率调节器包括弹簧，所述弹簧构造成偏压所述活塞。
【文档编号】F23R3/42GK106051766SQ201610213044
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月7日 公开号201610213044.1, CN 106051766 A, CN 106051766A, CN 201610213044, CN-A-106051766, CN106051766 A, CN106051766A, CN201610213044, CN201610213044.1
【发明人】Q.H.阮, 金冠佑, W.埃珀森, P.E.帕斯特基, M.A.米勒
【申请人】通用电气公司