用于控制燃烧系统中的燃烧动力的系统及方法_3

文档序号:9198470阅读:来源:国知局
的燃烧动力的构造,从而有助于减小燃烧器12下游的构件中的任何不需要的振动响应。例如,孔板构造可包括改变孔板的几何形状或有效孔口面积的几何特征,从而改变穿过燃料回路的流,并且最终改变燃烧器中的燃料分流,并且最终改变由给定燃烧器生成的燃烧动力的振幅和频率。此外,公开的实施例可改变多个燃烧器12之间的孔板13的几何形状,以有助于减小或避免多个燃烧器12之间的燃烧动力的任何模态耦合,从而有助于减小多个燃烧器12下游的燃气涡轮构件的任何不需要的振动响应。例如,公开的实施例可改变多个燃烧器12之间的孔板13的几何形状(例如,成角的、弯曲的、梯级的、凹入、凸出或平的)、几何特征(例如,高度、宽度、深度、长度、角度、角特征、曲率半径、孔口之间的距离)、几何布置(例如,规则的、不规则的等),或它们的任何组合。结果,燃烧器12之间的孔板13的不一致的几何构造可有助于改变从一个燃烧器12到另一个的燃烧动力频率。因此,由多个燃烧器12生成的燃烧动力不太可能导致可潜在地引起燃气涡轮系统10中的不需要的振动响应的相干行为。
[0037]在所示的实施例中,涡轮系统10具有多个燃烧器12 (例如,12a和12b),其具有配备有设置在第二燃料通路8中的孔板13的燃烧器12中的一个或更多个。这些孔板13可从一个燃烧器12到另一个不同,如关于存在于孔板13中的(多个)孔口的数量、布置、直径、形状、总有效孔口面积或它们的任何组合。以该方式,相邻孔板13的几何布置可改变,从而减小燃烧器的模态耦合,和因此下游构件中的任何不合乎需要的振动响应。在一些实施例中,孔板13的几何形状可从一个燃烧器12到另一个改变几何形状、特征和/或布置。在某些实施例中,孔板13在各个燃烧器12中并非不同,并且/或者各个燃烧器12并不具有设置在燃料回路中的孔板13,该燃料回路向燃烧器12提供第二燃料6。在公开实施例中,燃烧器12的子集或组的一个或更多个孔板13不同于燃烧器12的另一个子集或另一个组的一个或更多个孔板13。子集或组可包括一个或更多个燃烧器12,并且可存在高达包括在燃气涡轮系统10中的燃烧器12的数量的、任何数量的燃烧器12(例如,2、3、4、5、6个或更多)的组或子集,。
[0038]燃气涡轮系统10包括压缩机14、具有设置在第二燃料通路8中的孔板13的一个或更多个燃烧器12,以及涡轮16。燃气涡轮燃烧器12中的一个或更多个可包括设置在第二燃料通路8中的孔板13,其可构造成将第二燃料6流或第二燃料6与其它材料的混合物从第二燃料6源引导至一个或更多个燃料喷嘴18 (例如,1、2、3、4、5、6个或更多)或燃烧器12内的燃烧室19。例如,孔板13构造成将第二燃料6从第二燃料6源发送,并且经由燃料喷嘴18发送到相应的燃烧室19中(例如,使用设置在燃料喷嘴18上游的四元燃料喷射器,即,在后壳15中),或直接发送至相应的燃烧室19,而不穿过燃料喷嘴18 (例如,使用围绕衬套沿周向46设置在头端中的燃料喷嘴18下游的延迟贫喷射器或LLI),这在图2中进一步描述。此外,第一燃料4可沿第一燃料通路5发送至燃料喷嘴18。燃气涡轮燃烧器12在燃烧室19内点燃和燃烧加压氧化剂(例如,空气)和燃料混合物(例如,空气与第一燃料4和/或第二燃料6的混合物),并且接着将所得的热加压燃烧气体24 (例如,排气)传递到涡轮16中。具体而言,改变孔板13的几何形状可改变从第二燃料6源发送至燃烧室19的四级钉和/或延迟贫燃料喷射器中的一个或更多个的第二燃料6的流率。此外,改变一个或更多个燃料回路(经由第一燃料流动通路5和/或第二燃料流动通路8)到一个或更多个燃烧器12的流率可改变、调整或更改至一个或更多个燃烧器12的燃料分流,和因此,一个或更多个燃烧器12的燃烧室19内的燃烧动力。相比于其余燃烧器12,改变一个或更多个燃烧器12中的燃烧动力,具体是频率,可减小燃烧器12之间的模态耦合的可能性,并且因此可减小下游构件中的不需要的振动响应。如下文进一步详细论述的,孔板13可用于保持总燃料流率(例如,第一燃料4的流率和第二燃料6的流率的和)与多个燃烧器12中的各个大致相同(例如,在一定范围内,如,在10%、5%、3%、2%、1%内或小于彼此)。例如,如果孔板13设置在第一组燃烧器12的第二燃料流动通路8中,则第一燃料4的流率可增大至第一组燃烧器12,以有助于保持至燃烧器12的总燃料流率大致相同(例如,在彼此的一定范围内),同时仍改变燃烧器水平处的燃料分流,并且因此控制燃烧器水平处的频率(燃烧动力),以便引起频率差,并且因此减小燃烧系统的相干或模态耦合。增大第一燃料4至第一组燃烧器12的燃料流率的一种方式在于将孔板13设置在第二组燃烧器12的第一燃料流动通路5中,而不是将孔板13设置在第一组燃烧器12的第一燃料流动通路5中。此外,第一组燃烧器12的孔板13可引起第二燃料6至不具有设置在第二燃料流动通路8中的孔板13的第二组燃烧器的流率的增大。因此,第一燃料4的流率可减小至第二组燃烧器12,以有助于保持至燃烧器12的总燃料流率大致相同(例如,在彼此的一定范围内)。孔板13的其它布置是可能的,并且在下文中详细描述。
[0039]涡轮16内的涡轮叶片联接于燃气涡轮系统10的轴26,其还可联接于遍及涡轮系统10的若干其它构件。当燃烧气体24相对于涡轮16的涡轮叶片流动并且在其间流动时,涡轮16被驱动来旋转,这引起轴26旋转。最后,燃烧气体24经由排气出口 28离开涡轮系统10。此外,在所示的实施例中,轴26联接于负载30,负载30经由轴26的旋转供能。负载30可为经由涡轮系统10的转矩生成功率的任何适合的装置,如,发电机、飞机的螺旋桨或其它负载。
[0040]燃气涡轮系统10的压缩机14包括压缩机叶片。压缩机14内的压缩机叶片联接于轴26,并且将在轴26由涡轮16驱动而旋转时旋转,如上文所述。当压缩机叶片在压缩机14内旋转时,压缩机14压缩从空气入口 32接收的空气(或任何适合的氧化剂),以产生加压空气34 (例如,加压氧化剂)。加压空气(例如,加压氧化剂)34接着给送到燃烧器12的燃料喷嘴18中。如上文提到的,燃料喷嘴18使加压空气(例如,加压氧化剂)34和第一燃料4和/或第二燃料6混合来产生适合的混合比用于燃烧。在以下论述中,可参照燃烧器12的轴向方向或轴线42 (例如,纵轴线)、燃烧器12的径向方向或轴线44,以及燃烧器12的周向方向或轴线46。
[0041]图2为图1的燃烧器12中的一个的实施例的截面视图,其包括设置在第二燃料通路8中的孔板13。燃烧器12包括头端50、端盖52、燃烧器盖组件54和燃烧室19。燃烧器12的头端50大体上包围盖组件54以及沿轴向定位在端盖52与燃烧室19之间的头端室51中的燃料喷嘴18。燃烧器盖组件54大体上包含燃料喷嘴18。燃料喷嘴18将第一燃料4和/或第二燃料6、氧化剂和有时其它流体发送至燃烧室19。燃烧器12具有沿周向46围绕燃烧室19和燃烧器12的轴线42延伸的一个或更多个壁,并且大体上表示多个燃烧器12中的一个,其设置在沿周向围绕燃气涡轮系统10的旋转轴线(例如,轴26)的间隔布置中。在某些实施例中,孔板13的几何形状可在燃烧器12中的两个或更多个(或所有)之间变化,以改变燃料分流,和因此燃烧器12之间的燃烧动力。例如,不同燃烧器12或不同燃烧器12组中的孔板13可包括板和/或板的(多个)孔口的几何形状、几何特征和/或几何布置的差异。具体而言,如下文详细论述的,孔板13中的可变性有助于改变燃料分流,和因此多个燃烧器12中的燃烧动力,使得一个或更多个燃烧器12的燃烧动态频率和可能的振幅不同于燃气涡轮系统10内的至少一个其它燃烧器12或燃烧器12组。以该方式,孔板13中的可变性有助于减小燃气涡轮系统10中的不需要的振动响应,并且因此最小化燃气涡轮系统10的振动应力、磨损和/或性能退化。
[0042]在所示的实施例中,一个或更多个燃料喷嘴18附接于端盖52,并且穿过燃烧器盖组件54至燃烧室19。例如,燃烧器盖组件54包含一个或更多个燃料喷嘴18 (例如,1、2、3、4、5、6个或更多),并且可向各个燃料喷嘴18提供支承。燃烧器盖组件54沿燃料喷嘴18的长度的一部分设置,将燃料喷嘴18收纳在燃烧器12内。各个燃料喷嘴18便于加压氧化剂和燃料(例如,第一燃料4和/或第二燃料6)的混合,并且将混合物通过燃烧器盖组件54引导到燃烧室19中。氧化剂燃料混合物接着可在室19的主燃烧区62中燃烧,从而产生热加压排出气体。这些加压排出气体驱动叶片在涡轮16内旋转。
[0043]各个燃烧器12包括沿周向围绕内壁(例如,燃烧器衬套60)设置的外壁(例如,流动套筒58),以限定中间流动通路或空间64,同时燃烧器衬套60沿周向围绕燃烧室19延伸。内壁60还可包括过渡件66,其大体上朝涡轮16的第一级汇聚。冲击套筒59沿周向46围绕过渡件66设置。衬套60限定燃烧器12的内表面,其直接面向并且暴露于燃烧室19。流动套筒58和/或冲击套筒59可包括多个穿孔61,其将氧化剂流67 (例如,空气流)从压缩机排气口 68引导到流动通路64中,同时还使空气相对于衬套60和过渡件66冲击用于冲击冷却的目的。流动通路64接着沿上游方向朝头端50 (例如,关于热燃烧气体的下游方向69)引导氧化剂流67,使得氧化剂流67在流过头端室51、穿过燃料喷嘴18和进入燃烧室19之前进一步冷却衬套60。
[0044]孔板13可具有特定几何形状,如,(多个)孔口的几何形状、特征或布置,其可构造成改变燃烧器12的燃料分流,从而改变燃烧器12内的燃烧动力(例如,压力脉动、波动或振荡)。例如,头端室51由端盖52、沿轴向42偏离端盖52的燃烧器盖组件54和沿周向46围绕室51延伸的壁53限定或界定。沿通向设置在室51中的四级喷射器70 (例如,侧壁喷射器、二级喷射器、仅燃料的喷射器等)的第二燃料通路8设置的孔板13的几何变化可通过在燃料氧化剂混合物进入燃料喷嘴18之前使第二燃料6与氧化剂预混来改变穿过头端室51中的燃料喷嘴18的第二燃料6的
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