专利名称：构造为用于减轻高频动态性的涡轮燃烧器及相关方法
技术领域：
本发明大体上涉及燃气涡轮燃烧技术，且更具体而言，涉及燃料喷射微混合器喷嘴装置，该装置设计为用于燃烧高浓度氢燃料和减轻高频动态音。
背景技术：
燃烧不稳定性/动态性是使用贫预混合燃烧的涡轮机中的一种现象。根据燃烧室模式的激励性质，燃烧不稳定可由高频或低频动态场引起。低频燃烧动态场典型地由轴向模式的激励引起，而高频动态场一般由通常称为“振荡燃烧”的燃烧过程产生的径向模式、 方位角模式和轴向模式的激励引起。高频动态场包括燃烧中涉及的所有燃烧器部件。在某些运行条件下，燃烧分量和声学分量结合以产生高频和/或低频动态场，高频和/或低频动态场对于各种涡轮机部件具有负面影响，并且有损坏硬件的可能。从燃烧器传出的动态场也可激励可导致对下游涡轮机部件的损坏的这些下游涡轮机部件的模式。例如已经知道来自燃料喷嘴的具有一定燃料/空气比的燃气涡轮燃料中的高氢和氮可导致频率大于1.0kHz的高振幅振荡燃烧音动态性。这类高频音可传递强振动能到燃烧器部件，这种振动能可导致硬件损坏。为了解决这个问题，涡轮机可在低于最佳水平下运行，即避免某些运行条件，以便避免助长燃烧不稳定性的环境。尽管在抑制燃烧不稳定性方面是有效的，但避免这些运行条件限制了涡轮机的总运行包络。对燃烧不稳定性问题的另一个解决办法是改变燃烧器输入条件。更具体地，已知燃料空气比的波动会弓I起导致燃烧不稳定性的燃烧动态性。通过改变燃料流率在燃料空气混合物中产生扰动能使燃烧场与声学场分离以便抑制燃烧不稳定性。尽管上述两种解决办法在抑制燃烧不稳定性方面都是有效的，但避免各种运行条件限制了涡轮机的总运行包络，而操纵燃料空气比需要复杂的控制方案，并且可导致低效的燃烧。
发明内容
根据一个示例性但非限制性实施例，本发明涉及一种涡轮机燃烧器，其包括燃烧室；安装到燃烧室端盖上的多个微混合器喷嘴，各个微混合器喷嘴包括固定到位于燃烧室内的喷嘴主体上的燃料供应管，各个喷嘴主体包括由上游端面、下游端面和在二者间延伸的周壁形成的大致中空的主体，其中各个大致中空的主体设有多个沿轴向延伸穿过大致中空的主体的预混合管或通道，从而允许来自供应管的燃料在排入燃烧室之前在喷嘴主体内与空气混合；并且其中，该多个微混合器喷嘴中的至少一些喷嘴主体具有与其它喷嘴主体的轴向长度尺寸不同的轴向长度尺寸。
根据另一个示例性但非限制性实施例，本发明涉及一种涡轮机燃烧器，其包括燃烧室；支承在燃烧室内并连接到相应的燃料供应管的多个喷嘴主体，其中来自供应管的燃料在排入燃烧室之前在喷嘴主体内与空气混合；其中该多个喷嘴主体包括中央喷嘴主体和围绕中央喷嘴主体的环形阵列的径向外喷嘴主体，该多个喷嘴主体中的各个和中央喷嘴主体包括由上游端面、下游端面和在二者间延伸的周壁形成的大致中空的主体，其中各个大致中空的主体设有多个沿轴向延伸穿过大致中空的主体的预混合管或通道；中央喷嘴主体具有第一轴向长度，并且环形阵列的径向外喷嘴主体具有不同于第一轴向长度的至少第二和第三轴向长度。在另外的又一方面，本发明涉及一种在包括多个大致平行地布置的微混合器喷嘴的涡轮燃烧器内减轻高频动态性的方法，各个微混合器喷嘴具有在其后端处的喷嘴主体，该方法包括将该多个微混合器喷嘴布置成围绕中央微混合器喷嘴的径向外微混合器喷嘴的阵列；径向外微混合器喷嘴主体中的各个和中央微混合器喷嘴主体包括由上游端面、下游端面和在二者间延伸的周壁形成的大致中空的主体，其中多个预混合管或通道沿轴向延伸穿过该大致中空的主体；以及将该多个微混合器喷嘴中的至少一些形成为具有分别有不同的轴向长度尺寸的喷嘴主体。 现在将结合以下标识的附图更详细地描述本发明。
图I是根据第一示例性但非限制性实施例的包括多个微混合器喷嘴的燃烧器的局部简化示意图；图2是图I的燃烧器中的微混合器喷嘴的示意性后端视图；图3是图I的燃烧器中使用的微混合器喷嘴主体的局部侧剖面图，示出了喷嘴主体的示例性的不同长度；图4是根据其它示例性但非限制性实施例的微混合器喷嘴主体构造的局部侧剖面图；以及图5是本文所述的发明所适用于的微混合器喷嘴的备选构造的示意性后端视图。部件列表
权利要求
1.一种涡轮机燃烧器(10)，包括 燃烧室(30)； 安装到所述燃烧室的端盖(12)上的多个微混合器喷嘴(14)，各个微混合器喷嘴包括固定到位于所述燃烧室内的喷嘴主体(28)上的燃料供应管(26)，各个喷嘴主体包括由上游端面(34)、下游端面(36)和在此二者间延伸的周壁(38)形成的大致中空的主体，其中各个大致中空的主体设有多个沿轴向延伸穿过所述大致中空的主体的预混合管或通道(40)，从而允许来自所述供应管的燃料在排入所述燃烧室之前在所述喷嘴主体内与空气混合；并且 其中，所述多个微混合器喷嘴(14)的至少ー些喷嘴主体(28)具有与所述喷嘴主体中的其它喷嘴主体的轴向长度尺寸不同的轴向长度尺寸。
2.根据权利要求I所述的涡轮机燃烧器，其特征在于，所述多个微混合器喷嘴包括中央喷嘴(32A)和围绕所述中央喷嘴的环形阵列的径向外喷嘴(32B-32G)。
3.根据权利要求2所述的涡轮机燃烧器，其特征在于，所述环形阵列的径向外喷嘴(32B-32G)中的每隔ー个喷嘴主体具有第一轴向长度尺寸，并且其中，所述环形阵列的所述径向外喷嘴中的剩余喷嘴主体具有大于或小于所述第一轴向长度尺寸的第二轴向长度尺寸。
4.根据权利要求3所述的涡轮机燃烧器，其特征在于，所述中央喷嘴(32A)的所述喷嘴主体(28)具有等于或不同于所述第一和第二轴向长度尺寸的轴向长度尺寸。
5.根据权利要求I所述的涡轮机燃烧器，其特征在于，所述多个微混合器喷嘴主体(28)的所述轴向长度尺寸全不相同。
6.根据权利要求I所述的涡轮机，其特征在于，所述多个微混合器喷嘴的ー个或多个的所述喷嘴主体被形成为包括由沿径向定向的肩部(44)连接的具有第一直径的径向外部(46)和具有小于所述第一直径的第二直径的至少ー个径向内部(48)，并且其中所述径向外部和径向内部具有不同的轴向长度。
7.根据权利要求6所述的涡轮机，其特征在于，所述径向外部(46)内的预混合管(40)具有小于所述至少ー个径向内部(48)内的预混合管的轴向长度尺寸的轴向长度尺寸。
8.根据权利要求6所述的涡轮机，其特征在于，所述径向外部(50)内的预混合管(40)具有大于所述至少一个径向内部(52)内的预混合管的轴向长度尺寸的轴向长度尺寸。
9.ー种在包括多个大致平行地布置的微混合器喷嘴(14)的涡轮燃烧器(10)内减轻高频动态性的方法，各个微混合器喷嘴具有在其后端处的喷嘴主体(28)，所述方法包括 a.将所述多个微混合器喷嘴布置成围绕中央微混合器喷嘴主体(32A)的径向外微混合器喷嘴主体(32B-32G)的阵列，所述径向外微混合器喷嘴主体中的各个和所述中央微混合器喷嘴主体包括由上游端面(34)、下游端面(36)和在此二者间延伸的周壁(38)形成的大致中空的主体，其中多个预混合管或通道(40)沿轴向延伸穿过所述大致中空的主体；以及 b.将所述多个微混合器喷嘴(14)中的至少ー些形成为具有分别有不同的轴向长度尺寸的喷嘴主体(28)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤b.包括将径向外微混合器喷嘴(32B-32G)的所述阵列的每隔ー个喷嘴主体形成为具有第一轴向长度尺寸，以及将径向外微混合器喷嘴的所述阵列的剩余喷嘴主体形成为具有大于或小于所述第一轴向长度尺寸的第二轴向长度尺寸。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤b.包括将所述中央喷嘴(32A)形成为具有喷嘴主体，所述喷嘴主体具有不同于第一和第二轴向长度尺寸的第三轴向长度尺寸。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多个微混合器喷嘴中的各个的轴向长度尺寸不同。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多个微混合器喷嘴中的一个或多个的所述喷嘴主体被形成为至少包括由肩部(44)相连的第一和第二沿轴向延伸的部分(46、48)，使得所述至少第一和第二沿轴向延伸的部分具有不同的轴向长度。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多个喷嘴主体中的相邻喷嘴主体(28)都不具有相同的轴向长度。
15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，径向外微混合器喷嘴主体的所述阵列中的各个径向外微混合器喷嘴主体(54)为扇形的，并且所述中央微混合器喷嘴主体(56)为圆形的。
全文摘要
本发明涉及一种构造为用于减轻高频动态性的涡轮燃烧器及相关方法。一种涡轮机燃烧器(10)包括燃烧室(30)；安装到燃烧室端盖上的多个微混合器喷嘴(14)，各个微混合器喷嘴包括固定到位于燃烧室内的喷嘴主体(28)的燃料供应管(26)，其中来自供应管的燃料在排入燃烧室之前在喷嘴主体内与空气混合；并且其中，该多个微混合器喷嘴(14)的喷嘴主体(28)中的至少一些具有不同于喷嘴主体中其它喷嘴主体的轴向长度尺寸的轴向长度尺寸。
文档编号F23D14/02GK102628592SQ20111041100
公开日2012年8月8日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年2月4日
发明者S·斯里尼瓦桑, W·D·约克, 严钟昊, 左柏芳 申请人:通用电气公司