用于控制燃烧系统中的燃烧动力的系统及方法_2

文档序号:9198470阅读:来源:国知局
使用第一燃料喷射器将第二燃料喷射到所述第一燃料喷嘴上游的所述氧化剂,或所述第一燃料喷嘴下游的所述第一燃烧室,或它们的任何组合中的至少一个中;
使用设置在所述第二燃烧器的第二头端室中的第二燃料喷嘴将所述第一燃料和所述氧化剂喷射到第二燃烧器的第二燃烧室中;
使用第二燃料喷射器将所述第二燃料喷射到所述第二燃料喷嘴上游的所述氧化剂,或所述第二燃料喷嘴下游的所述第二燃烧室,或它们的任何组合中的至少一个中;以及
利用设置在所述第二燃料喷射器上游的第二燃料通路的第二孔板控制所述第二燃烧器中的第二燃烧动力,其中所述第二孔板构造成有助于减小所述第一燃烧器与所述第二燃烧器之间的模态親合。
[0023]技术方案17.根据技术方案16所述的方法,其特征在于,所述方法包括利用设置在所述第一燃料喷射器上游的所述第二燃料通路中的第一孔板控制所述第一燃烧器中的第一燃烧动力,其中所述第一孔板构造成有助于减小所述第一燃烧器与所述第二燃烧器之间的模态耦合。
[0024]技术方案18.根据技术方案16所述的方法,其特征在于,所述方法包括利用设置在所述第一燃料喷嘴上游的第一燃料通路中的第三孔板来控制所述第一燃烧器中的第一燃烧动力,其中所述第三孔板构造成有助于减小所述第一燃烧器与所述第二燃烧器之间的模态親合。
[0025]技术方案19.根据技术方案18所述的方法,其特征在于,所述方法包括使用所述第二孔板和所述第三孔板将至所述第一燃烧器的第一总燃料流保持在至所述第二燃烧器的第二总燃料流的范围内,其中所述第一总燃料流包括至所述第一燃烧器的所述第一燃料和所述第二燃料,并且所述第二总燃料流包括至所述第二燃烧器的所述第一燃料和所述第二燃料。
[0026]技术方案20.根据技术方案16所述的方法,其特征在于,所述方法包括经由所述第一孔板与所述第二孔板之间的至少一个差异减小所述第一燃烧器与所述第二燃烧器之间的模态耦合。
【附图说明】
[0027]当参考附图阅读下列详细描述时,将更好地理解本发明的这些和其它的特征、方面和优点,其中,同样的标记在所有附图中表示同样的部件,其中:
图1为具有多个燃烧器的燃气涡轮系统的实施例的示意图,其中孔板构造成控制燃烧动力和/或燃烧动力的模态耦合,以减小下游构件中的不需要的振动响应的可能性;
图2为图1的燃烧器中的一个的实施例的截面示意图,其中燃烧器具有孔板,该孔板构造成控制燃烧动力和/或燃烧动力的模态耦合,以减小下游构件中的不需要的振动响应的可能性; 图3为具有多个燃烧器的燃气涡轮系统的示意图,各个燃烧器配备有孔板,该孔板构造成控制燃烧动力和/或燃烧动力的模态耦合,以减小下游构件中的不需要的振动响应的可能性;以及
图4为具有第一多个第一燃烧器和第二多个第二燃烧器的燃气涡轮系统的示意图,该第一多个第一燃烧器和第二多个第二燃烧器以一种模式布置来控制燃烧动力和/或燃烧动力的模态耦合,以减小下游构件中的不需要的振动响应的可能性。
【具体实施方式】
[0028]将在下面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明描述,可不在说明书中描述实际实施的所有特征。应当认识到,在任何这种实际实施的开发中,如在任何工程或设计项目中,必须作出许多特定实施决定以实现开发者的特定目的,诸如符合系统相关且商业相关的约束,这可从一个实施变化到另一个实施。此外,应当认识到,这种开发努力可为复杂且耗时的,但是对于受益于本公开的技术人员而言,仍将是设计、制作和制造的日常工作。
[0029]当介绍本申请的各种实施例的元件时,冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图表示存在元件中的一个或更多个。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包含的,并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。
[0030]公开的实施例针对通过改变一个或更多个涡轮燃烧器的几何形状来减小燃烧动力和/或燃料动力的模态耦合,以减小燃气涡轮系统中的下游构件中的不需要的振动响应,例如,在一个或更多个燃料喷嘴上游将孔板设置在燃料通路中,设置一个或更多个四元(例如,四级)钉,和/或设置一个或更多个延迟贫喷射器,其围绕涡轮燃烧器的衬套沿周向设置,并且沿轴向设置在设置于涡轮燃烧器的头端中的燃料喷嘴下游。如本文使用的,"孔板"可限定为具有穿过其的一个或更多个孔或孔口的板,该一个或更多个孔或孔口限制穿过孔板的流体流。燃气涡轮燃烧器(或燃烧器组件)可由于燃烧过程、进入燃烧器的入口流体流(例如,燃料、氧化剂、稀释剂等)的特征和各种其它因素而生成燃烧动力。燃烧动力的特征可为一定频率下的压力波动、脉动、振荡和/或波。入口流体流特征可包括速度、压力、速度和/或压力的波动、流动通路中的变化(例如,转向、形状、中断等)或它们的任何组合。共同地,燃烧动力可潜在地引起燃烧器下游的各种构件中的振动响应和/或共振行为。例如,燃烧动力(例如,在一定频率、频率范围、振幅等下)可在燃气涡轮系统中向下游行进。如果下游构件具有由这些压力波动(例如,燃烧动力)驱动的自然或共振频率,则压力波动可潜在地引起振动、应力、疲劳等。构件可包括涡轮喷嘴、涡轮叶片、涡轮护罩、涡轮叶轮、轴承或它们的任何组合。下游构件为特别感兴趣的,因为它们对同相和相干的燃烧声调更敏感。因此,减小相干性具体会减小下游构件中的不需要的振动的可能性。
[0031]如下文详细所述,公开的实施例可向一个或更多个燃气涡轮燃烧器装备孔板,该孔板在燃料喷射器上游设置在燃料通路中,以修改燃料至燃烧器中的各种燃料回路的分配。燃料回路可包括燃烧器的头端中的一个或更多个燃料喷嘴、位于燃烧器的后壳中的一个或更多个四级钉,以及/或围绕衬套沿周向设置的、沿轴向位于头端下游的延迟贫燃料喷射器。具体而言,孔板可相比于另一个燃烧器在独立燃烧器处改变燃料分流,从而改变至头端中的给定燃料喷嘴、四级钉或定位在头端下游的延迟贫燃料喷射器的燃料流。由至给定燃料喷嘴、燃料喷嘴组、四级钉或延迟贫燃料喷射器的燃料流率中的差异引起的燃料喷嘴压力比和/或当量比的变化可直接地影响一个或更多个燃烧器中的燃烧不稳定频率和/或振幅。当一个或更多个燃烧器中的燃烧动力的频率被驱动远离其它燃烧器的频率时,减小了燃烧动力的相干性和因此模态耦合。结果,本发明的各种实施例可降低燃烧器声调引起下游构件中的振动响应的能力。
[0032]公开的实施例可改变多个燃气涡轮燃烧器之间的孔板构造,因此以一种方式改变从燃烧器到燃烧器的燃烧动力,以减小多个燃气涡轮燃烧器之间的燃烧动力的燃烧动力振幅和/或模态耦合。例如,由孔板构造引起的燃料分流中的变化可导致燃料分流和因此燃烧动力频率中的燃烧器到燃烧器的变化,从而减小了燃烧器的模态耦合的可能性,特别是在与燃气涡轮系统的构件的共振频率对准的频率下。因此,通过改变多个燃气涡轮燃烧器的孔板的有效孔口面积,频率可从燃烧器到燃烧器转移,破坏了模态耦合。换言之,通过减小多个燃气涡轮燃烧器中的频率的相似性,可减小相干性。
[0033]因此,燃气涡轮发动机可使用多种孔板构造来改变燃烧器的燃料分流,从而改变燃烧器的燃烧动力,并且因此减轻由燃烧器中的燃烧动力引起的燃气涡轮系统构件中的不需要的振动响应。例如,一个或更多个燃气涡轮燃烧器的孔板的几何形状可包括一个或更多个成角的表面、弯曲表面(例如,凹面、凸面、恒定曲率或变化曲率)、平表面、凹口、凸起、多边形表面(例如,三角形表面、五边形表面、六边形表面或四边形表面)、阶梯或Z字形表面、卷绕表面、不规则表面(例如,不一致、不平或不对称;波形表面、齿形表面、点状表面或锯齿表面),或它们的任何组合。在一些实施例中,涡轮燃烧器中的至少一些(例如,2,3,4,5,6,7,8,9或10)或所有具有不同的孔板,如,不同的成角孔板、不同的弯曲孔板、不同的平孔板、不同的孔口构造,或它们的任何组合。在一些实施例中,供应不同燃烧器的燃料管线中的孔板的孔口之间的几何特征(例如,高度、宽度、深度、长度、角度、角特征、曲率半径、几何特征定向等)可为不同的。具体而言,在一些实施例中,与不同燃烧器相关联的燃烧器孔板可具有不同几何形状、不同几何特征、不同几何布置或它们的任何组合中的任—个°
[0034]因此,使用具有一个或更多个不同孔板的一个或更多个燃烧器的公开实施例有助于改变一个或更多个燃烧器的燃料分流,从而改变燃烧器内和相邻或不相邻燃烧器之间的燃烧动力。公开实施例的使用有助于减轻燃烧器的模态耦合,这减小燃烧器下游的构件以及燃烧器自身中的不需要的振动响应的可能性。例如,相比于其它燃烧器中的一个或更多个,向一个或更多个燃烧器提供具有不同几何形状(例如,不同几何形状、特征或布置)的燃料供应管线中的孔板可提供从燃烧器到燃烧器的不同燃料分流,从而改变从燃烧器到燃烧器的燃烧动力,减小燃气涡轮系统的燃烧器的相干行为的可能性。
[0035]鉴于前文,图1为具有多个燃烧器12的燃气涡轮系统10的实施例的示意图,其中一个或更多个燃烧器12配备有燃烧器孔板13,其具有不同于至少一个其它燃烧器12的燃烧器孔板13的构造和/或几何形状。应当注意的是,在某些实施例中,并非所有燃烧器12具有燃烧器孔板13。如下文所述,孔板13可设置在将第二燃料6传送至燃烧器12的第二燃料通路8中。在某些实施例中,附加的孔板13可设置在一个或更多个燃料回路中,该一个或更多个燃料回路将燃料供应至燃烧器12的头端中的燃料喷嘴。如上文所述,各个孔板13包括一个或更多个孔或孔口,其限制第二燃料6穿过孔板13的流动。各个孔板13中的孔共同地限定穿过孔板13的有效孔口面积,其确定穿过孔板13的、横跨孔板13的给定压差下的流体(例如,第二燃料6)的质量流。孔板13的有效孔口面积为第二燃料6穿过其的组合面积,并且可计算为孔板13中的孔的总截面面积乘以流量系数或排放效率。流量系数可代表穿过孔板13的实际和理论最大流的比率。
[0036]在图1中所示的燃烧器12中的一个或更多个中,孔板13可具有构造成改变特定燃烧器12中
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