用于控制燃烧系统中的燃烧动态的系统的制作方法_3

文档序号:10077280阅读:来源:国知局
线11)周向地46旋转,来相对燃气涡轮系统10的燃料喷嘴18、燃烧室19、以及轴26改动端盖13的朝向。
[0038]端盖13可大体构造为使来自燃料源的液体燃料、气体燃料、和/或混合燃料前进并经由一个或更多燃料喷嘴18进入燃烧室19。燃气涡轮燃烧器12在燃烧室19内点燃且使加压的空气和燃料的混合物(例如,空气-燃料混合物)燃烧,并然后使所得的热加压燃烧气体24 (例如,废气)在下游方向69上行进入涡轮16。在某些实施例中,改变端盖13的几何结构可改变穿过头部端50供应入燃烧室19的空气和燃料的入口条件,并且可改变、调整、或使燃烧器的声学响应和因此燃烧器12的燃烧动态变化,来减少在燃气涡轮系统10中的不想要的振动响应。
[0039]图3是沿着线3-3截取的图1的燃气涡轮系统10的实施例的剖面示意图,其示出了各配备有修改的端盖13的多个燃烧器12,该端盖13从一个燃烧器12到另一个改变,来改变在系统10的燃烧器12之间的声学性和因此燃烧动态,以减少在燃烧器10中的燃烧动态振幅和/或燃烧动态的模态耦合。例如,端盖几何结构从一个燃烧器12到另一个可具有至少一个几何差异。应当注意的是,任意数量的燃烧器12(例如,0、1、2、3、4、5、或更多)可包括修改的端盖13,使得带有修改的端盖13的燃烧器12中的至少一个产生与不带有修改的端盖13的燃烧器12的声学响应不同的声学响应。由此,虽然在下列描述中利用在相邻燃烧器12之间的变化作为说明性实施例,但是应当注意的是,可利用任意的单独的燃烧器12,来产生不同于其它燃烧器12的其自身独特的声学响应。此外,可利用带有修改的端盖13、带有或不带有特定空间配置(例如,相邻或交替)的多组燃烧器12,来产生独特的声学响应,因而减少在燃烧器12之间的模态耦合。
[0040]在一些实施例中,系统10可包括一个或更多组(例如,1、2、3、4、5、或更多组)燃烧器12,其中,各组燃烧器12包括一个或更多燃烧器12 (例如,1、2、3、4、5、或更多)。在一些情况下,各组燃烧器12可包括相同的燃烧器12,其与系统10内的一个或更多其它组燃烧器12不同。例如,第一组燃烧器12可包括具有第一端盖13几何结构的相同的燃烧器12,而第二组燃烧器12可包括具有第二端盖几何结构的相同的燃烧器12。此外,第一端盖13几何结构可在一种或更多种方式上不同于第二端盖13几何结构。由此,如在下面进一步说明的,第一组燃烧器12可产生与系统10内的第二组燃烧器12的声学响应不同的声学响应。
[0041]示出的实施例绘出了环绕燃气涡轮系统10,多个端盖13的几何结构如何在几何特性、几何配置、和/或几何形状上改变。例如,多个端盖13可具有不同的几何特性,例如在尺寸(例如,高度、宽度、长度、深度等)、角21 (例如,端盖13的角度和/或倾斜度)等上的差异。此外,端盖13可具有不同的几何配置,例如在旋转朝向(例如,相对于相邻端盖13的绕其轴线的端盖13的旋转度)等上的差异。此外,端盖13可具有不同的几何形状,例如如下端盖13:有角度、凹入、凸起、凹入有角度、凸起有角度、与各种多边形(例如,三角形、四边形、五边形、六边形等)相似地成形、无规则地成形(例如,波形、有凹口、不平整、有尖角、锯齿状等)、无规则有角度、或它们的任何组合。
[0042]在示出的实施例中,燃气涡轮系统10包括联接至涡轮16的八个燃烧器12。但是,在其它实施例中,燃气涡轮系统10包括任意数量的燃烧器12(例如,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、或更多燃烧器)或任意数量组的燃烧器12 (例如,1、2、3、4、5、或更多)。尤其是,各个燃烧器12具有头部端腔室51,其由端盖13部分地界定,该端盖13可具有修改的和/或与另一燃烧器12的端盖13的几何结构不同的几何结构(例如,几何特性、形状、和/或配置),使得在燃烧器12之间存在至少一个几何差异。端盖13可构造为使来自燃料源的燃料行进至一个或更多燃料喷嘴18。燃料喷嘴18转而使燃料行进至燃烧器12的燃烧室19,从而将其与氧化剂混合,使得空气-燃料混合物可在燃烧室19内燃烧,并且所得的燃烧气体可在下游流动方向69 (例如,向涡轮16内)上流动穿过过渡件66。如在上面所描述的,端盖13的几何结构可改变、调整、或使燃烧室19内的声学响应和因此燃烧动态变化。修改燃烧动态转而可降低在燃烧器12、上游部件、和/或下游部件中的不想要的振动响应的可能性。
[0043]燃气涡轮系统10的所示示意图绘出了在相邻和不相邻的燃烧器12的端盖13之间的变化性。例如,相对基线端盖70 (例如,不带有在几何结构上的改变的平坦端盖),在相邻燃烧器12上的相邻端盖72 (或在系统10内的任何燃烧器12上的端盖72)可修改为带有不同的几何特征,例如在几何形状和/或几何特性上的差异。例如,相对具有垂直于燃烧器12的轴线11的平坦形状(例如,平坦圆形盘)的基线端盖70,端盖72是具有三角形构造的有角度端盖。有角度端盖72可包括联接至圆柱形侧壁17 (例如,73)从而限定大体三角形剖面的有角度端壁15 (例如,71)。有角度端盖72限定在有角度端壁71和帽组件54之间的头部端腔室51的可变轴向长度75,而不是如由基线端盖70提供的不变轴向长度75。在示出的实施例中,端盖72的有角度端壁71可根据燃烧器12的各种尺寸,将头部端腔室51的轴向长度75改变大约百分之1至50、2至40、3至30、4至20、或5至15。端盖72的有角度端壁71可具有角21,例如,大约1至60、2至40、3至30、或4至15度的不变角。角21也可改变轴向长度75的范围。有角度端盖72的角21和可变轴向长度75 —起,有助于改变燃烧器12的声学响应和因此在燃烧器12的燃烧室19中的燃烧动态。例如,有角度端盖72可导致在燃烧器12中的不同、移相、消冲或在更大的频率范围上展开的频率。这些频率可通过改变角21、相关的轴向长度75、以及角21的朝向(例如,绕轴线11的周向46朝向)而调整或调节以用于各个燃烧器12。
[0044]在一些实施例中,相邻和不相邻的端盖13 (例如,有角度端盖74和有角度端盖76)可具有不同的几何配置。例如,有角度端盖74可具有可变的轴向长度75和角21,而有角度端盖76可具有可变轴向长度和角21。在一些实施例中,在相邻的燃烧器12之间的长度75和角21可基本相同或相等,而有角度端盖74和76 (例如,有角度端壁15)可绕它们的轴线11周向地46旋转,来在各个相应的燃烧器12内改动长度75和角21的角度朝向。示出的端盖74和76旋转大约180度,而其它实施例可提供大约5、10、15、20、25、30、45、60、75、90、120、150、或180度的旋转偏移。实际上,旋转有角度端盖13 (例如,有角度端盖74和有角度端盖76)可改变在相邻燃烧器12中的声学性,使得各个燃烧器12的燃烧动态频率、频率范围、和/或振幅不同,因而减少了尤其是在与燃气涡轮系统10的部件的共振频率匹配的频率下的燃烧器12的模态耦合的可能性。实际上,在这种实施例中,系统的燃烧器12可具有基本相同的性能和操作特性,但是可产生不同的声学性和/或燃烧动态。例如,在某些实施例中,燃烧器12可除端盖13之外均相同。简而言之,改变系统10内的任何燃烧器端盖13的几何配置(例如旋转)可提供在该燃烧器12和系统10内的其它燃烧器12之间的声学性和/或燃烧动态差异,但是可保持相邻燃烧器12的性能和设计功能性。
[0045]在一些实施例中,两个或更多端盖13 (例如,有角度端盖78和有角度端盖80)可具有不同的几何形状。例如,弯曲的端盖78可具有联接至有角度端壁15的侧壁17,该端壁15至少部分地弯曲来限定可变角21 (例如,77),例如凹入端壁部分79。相反地,有角度端盖80具有侧壁17,其联接至限定不变角21的有角度端壁15。弯曲端盖78的可变角77和有角度端盖80的不变角21可导致在两个燃烧器12中的不同声学响应,因而有助于降低在燃烧器12之间的模态耦合的可能性。
[0046]如在上面所注意到的,系统10可包括一组或更多组燃烧器12,其中,各组燃烧器12包括一个或更多燃烧器12。在一些实施例中,可将在各组内的燃烧器12 —起修改,使得该组燃烧器12产生与系统10的一个或更多其它组的声学响应不同的声学响应,使得各组燃烧器12可产生独特的声学响应。由此,对于系统10内的各个单独的燃烧器12,可不必为了有助于减少连贯性和模态耦合而产生其自身的独特的声学响应。而是,可在一组或更多组内一起修改燃烧器12,使得各组燃烧器12产生与系统10内的一个或更多其它组的燃烧器12的声学响应不同的声学响应。
[0047]例如,第一组燃烧器12可包括具有第一端盖13几何结构的相同的燃烧器12,第二组燃烧器12可包括具有第二端盖几何结构的相同的燃烧器12,而第三组燃烧器12可包括具有第三端盖13几何结构的相同的燃烧器12。此外,如在下面关于图4至图11所描述,各组燃烧器的端盖13几何结构可以一种或更多种方式彼此不同。由此,可调整和/或调节第一组燃烧器12 (例如,基线构造),来实现第一声学响应,可调整和/或调节第二组燃烧器12至不同于基线构造的构造,来实现第二声学响应,并且可调整和/或调节第三组燃烧器12为不同于基线构造,来实现第三声学响应。第一、第二以及第三声学响应可彼此不同。作为结果,与燃烧器12相关联的声学响应不可连贯地或构造地彼此干涉,从而减少模态耦合和因此燃烧器系统驱动在系统10的下游部件中的共鸣振动的能力。尽管描述了三个组和三个频率,但是应当清楚的是,可采用任意数量的组和/或频率。
[0048]应当注意到,如关于图4至图11详细所描述的,端盖13可形成有任何形状。在一些实施例中,相邻的端盖13(例如,有角度端盖82和有角度端盖84)可具有不同的几何特性,例如,在角21、轴向长度75、曲率、表面纹理、沿着表面的振动、或它们的任何组合上的差异。例如,有角度端盖82的角21可小于有角度端盖84的角21,例如,大约1至60、2至40,3至30、4至15、或5至10度的差异。同样,有角度端盖82可限定头部端腔室51的可变轴向长度75,而有角度端盖84可限定头部端腔室51的可变轴向长度75。在示出的实施例中,由于角21的差异,因而可变轴向长度75具有比在相邻燃烧器12内的可变轴向长度75更小的范围或改变。如在上面所描述的,端盖13之间的可变几何特性,例如角21和轴向长度75,可导致在声学响应和因此燃烧动态频率上的在燃烧器12中的改变。以这种方式,端盖13上的变化性有助于减少系统10中的燃烧器12的模态耦合,并且减小在系统10的部件(例如,涡轮叶片、涡轮护罩、涡轮喷嘴等)之间的振动应力、磨损、性能损失、或其它不期望的交互作用。
[0049]图4至图11是燃烧器12的剖面示意图,该燃烧器12具有燃烧器端盖13的各种实施例,其带有不同的形状、朝向、或构造来控制声学性和/或燃烧动态。例如,端盖13中的每一个可具有多种有角度部分、弯曲部分、平坦部分、阶梯状部分、带纹理部分、平滑部分、突起、凹部、或它们的任何组合。有角度部分可包括彼此相同或不同的一个或更多不变角。弯曲部分可包括一个或更多凸起部分、凹入部分、波形部分、或它们的任何组合。共同地,各种形状可限定端盖13的剖面,例如,多边形剖面(例如,三角形、四边形、五边形、六边形等)。端盖13还可具有一个或更多
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