改变喷射器以减小燃烧系统中的相干性的系统和方法_2

文档序号:9414434阅读:来源:国知局
不同的周向构造或者它们的组合。
[0026]技术方案18.—种方法,包括:
控制第一燃烧器的第一燃烧动态特性或所述第一燃烧器的第一组燃料喷射器的第一火焰动态特性,其中第一组燃料喷射器为第一布置;以及
控制第二燃烧器的第二燃烧动态特性或所述第二燃烧器的第二组燃料喷射器的第二火焰动态特性,其中第二组燃料喷射器为第二布置,其中,所述第一布置相对于所述第二布置包括至少一个区别。
[0027]技术方案19.根据技术方案18所述的方法,其特征在于,所述至少一个区别包括下者中的至少一个:不同的轴向构造或不同的周向构造或者它们的组合。
[0028]技术方案20.根据技术方案19所述的方法,其特征在于,在所述第一布置和所述第二布置之间的所述至少一个区别构造成降低所述第一燃烧器和所述第二燃烧器之间的相干性或模态耦合。
【附图说明】
[0029]当参照附图来阐述以下详细描述时,本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解,相同符号在图中表示相同部件,其中:
图1是具有多个燃烧器的燃气涡轮系统的实施例的示意图,其中,多个燃烧器中的各个燃烧器都配备有迟贫喷射(LLI)燃料回路,LLI燃料回路具有处于LLI喷射器布置的多个LLI喷射器;
图2是图1的一个燃烧器的实施例的横截面图,其中,燃烧器可操作地联接到LLI燃料回路和控制器上;
图3是图1的燃气涡轮系统的实施例的示意图,其示出各自具有多个迟贫喷射器的多个燃烧器,其中,迟贫喷射器在多个燃烧器中的各个中的布置由于燃烧器的不同而改变,以控制燃烧动态特性,并且因此控制燃烧动态特性的模态耦合,从而降低在下游构件中有不合需要的振动响应的可能性;
图4是图3的系统中的第一燃烧器的实施例的横截面图,其中,第一燃烧器包括呈第一周向分布的喷射器;
图5是图3的系统中的第二燃烧器的实施例的横截面图,其中,第二燃烧器包括呈与第一周向分布不同的第二周向分布的喷射器;以及
图6是图3的系统中的第三燃烧器的实施例的横截面图,其中,第三燃烧器包括呈与第一和第二周向分布不同的第三周向分布的喷射器18。
【具体实施方式】
[0030]下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述,可能不会在说明书中对实际实现的所有特征进行描述。应当理解,当例如在任何工程或设计项目中开发任何这种实际实现时,必须作出许多对实现而言专有的决定来实现开发者的具体目标,例如符合与系统有关及与商业有关的约束,开发人员的具体目标可根据不同的实现彼此有所改变。此外,应当理解,这种开发工作可能是复杂和耗时的,但尽管如此,对受益于本公开的普通技术人员来说,这种开发工作将是设计、生产和制造的例行任务。
[0031]当介绍本发明的各实施例的元件时,冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”和“具有”意图为包括性的,并且表示除了列出的元件之外,可存在另外的元件。
[0032]本公开涉及减小燃烧动态特性和/或燃烧动态特性的模态耦合,以降低下游构件中的不合需要的振动响应。如上面描述的那样,燃气涡轮系统内的燃烧器燃烧氧化剂-燃料混合物,以产生热的燃烧气体,热的燃烧气体驱动燃气涡轮中的一个或多个涡轮级。在一些情形中,燃烧系统可由于燃烧过程、进入到燃烧器中的进入流体流(例如,燃料、氧化剂等)和各种其它因素而产生燃烧动态特性。燃烧动态特性的特征可为处于某些频率的压力波动、脉动、振荡和/或波。总的来说,燃烧动态特性可潜在地在燃烧器上游和/或下游的各种构件中引起振动响应和/或共振行为。例如,燃烧动态特性(例如,处于某些频率、频率范围、幅度、燃烧器-燃烧器相位等)可在燃气涡轮系统中向上游和下游传播。如果燃气涡轮燃烧器、上游构件和/或下游构件具有由这些压力波动(即,燃烧动态特性)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。构件可包括燃烧器衬套、燃烧器流动套管、燃烧器帽、燃料喷嘴、涡轮喷嘴、涡轮叶片、涡轮护罩、涡轮轮、轴承、燃料供应组件或者它们的任何组合。特别关注下游构件,因为它们对同相和相干的燃烧谐频(tone)更敏感。因而,降低相干性特别地会降低在下游构件中有不合需要的振动的可能性。
[0033]如下面详细论述的那样,公开的实施例可改变燃气涡轮系统的一个或多个燃烧器内、之间和/或之中的燃料供应组件(例如,迟贫喷射(LLI)燃料回路)内的一个或多个喷射器(例如,迟贫喷射器)的定位和/或位置。更特别地,公开的实施例可通过轴向交错和/或周向分组来改变迟贫喷射器的位置,以修改各个喷射器或成组的喷射器的燃料-空气比率,以及/或者热释放的分布,从而修改燃气涡轮燃烧器的火焰动态特性,并且因此修改燃烧动态特性(例如,改变频率、幅度、频率范围或者它们的任何组合)。另外,修改迟贫喷射器的布置还可改变燃料空间的几何构造,并且因此,可改变燃料系统的声学响应。在现有技术中称为燃料系统阻抗(impedance),修改迟贫喷射器声学响应的声学响应可影响火焰动态特性和燃烧器的声学响应之间的相互作用,这又可改变燃烧动态特性幅度和/或频率、相干性、频率范围或者它们的任何组合)。如上面提到的那样,燃气涡轮系统可包括一个或多个燃烧器(例如,燃烧器罐、燃烧器等),而且各个燃烧器可构造有一级燃烧区和二级燃烧区。特别地,在一些实施例中,二级燃烧区可包括LLI燃料回路,LLI燃料回路构造成将二级燃料发送到二级燃烧区中供燃烧。在某些实施例中,各个LLI燃料回路包括一个或多个燃料管线,燃料管线构造成对一个或多个燃料喷射器(例如,LLI喷射器)提供二级燃料,燃料喷射器将二级燃料发送到二级燃烧区中。特别地,可相对于相同燃烧器内的其它LLI喷射器,在相邻燃烧器的LLI喷射器之间,以及/或者燃气涡轮系统内的多个燃烧器中的任一个的LLI喷射器之中改变多个LLI喷射器之中的各个LLI喷射器在燃烧器内的位置。在一些实施例中,可通过轴向交错来改变LLI喷射器,使得LLI喷射器在燃烧器内和/或燃烧器之间沿着轴向轴线移动。在一些实施例中,可通过周向分组来改变LLI喷射器,使得LLI喷射器在燃烧器内和/或燃烧器之间在周向方向上的平面上不同地分布或分组。
[0034]在某些实施例中,改变燃气涡轮系统的LLI喷射器的布置、构造和/或功能可改变热释放能量分布和/或火焰形状,从而在各个燃烧器中驱动不同的火焰动态特性行为,以及使燃烧动态特性频率在系统的燃烧器之间有改变。由于相干性可表示燃烧器之间的燃烧动态特性频率的相似性,所以使燃烧动态特性频率在系统的燃烧器之间有改变可减小燃烧器之间的相干性。在某些实施中,燃烧器谐频可在较大的频率范围内散布或展开,从而减小燃烧动态特性幅度,以及潜在地减小相干性。特别地,相对于系统内的另一个燃烧器的LLI喷射器来改变特定燃烧器的LLI喷射器的布置可相对于其它燃烧器来改变热释放分布,以及那个特定燃烧器的燃料侧阻抗氧化剂,从而改变声学和热释放扰动之间的耦合,驱动不同于系统的一个或多个其它燃烧器的火焰动态特性行为的火焰动态特性行为。因此,在燃烧器之间产生的燃烧动态特性频率是不同的,从而减小燃烧器的相干性,并且因此减小模态親合。
[0035]考虑到前述内容,图1是具有多个燃烧器12的燃气涡轮系统10的实施例的示意图,其中,各个燃烧器12配备有二级燃料回路,诸如LLI燃料回路14。在某些实施例中,系统10的燃烧器12中的一个或多个可不配备有二级燃料回路。LLI燃料回路14可构造成将二级燃料16 (诸如液体和/或气体燃料)发送到燃烧器12中。例如,二级燃料16可发送到燃烧器12的一个或多个二级燃料喷射器,诸如LLI燃料喷射器18。特别地,可相对于系统10内的其它燃烧器12的LLI燃料喷射器18来改变各个燃烧器12的LLI燃料喷射器18的布置。如上面提到以及下面进一步详细描述的那样,改变LLI喷射器18在系统10内的布置和/或构造可改变燃烧器12之间的热释放能量分布和/或火焰形状,从而在各个燃烧器12中驱动不同的火焰动态特性行为,以及使燃烧动态特性频率在系统10的燃烧器12之间有改变。因此,在燃烧器12之间产生的燃烧动态特性频率是不同的,从而减小燃烧器12的相干性,并且因此减小模态耦合。
[0036]燃气涡轮系统10包括具有多个喷射器18(例如,1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个喷射器18)的一个或多个燃烧器12、压缩机20和涡轮22。燃烧器12包括一级燃料喷嘴24,一级燃料喷嘴24将一级燃料26 (诸如液体燃料和/或气体燃料)发送到燃烧器12中,以使其在一级燃烧区28内燃烧。同样,燃烧器12包括LLI喷射器18,LLI喷射器18将二级燃料16发送到燃烧器12中,以使其二级燃烧区30在内燃烧。燃烧器12点燃和燃烧氧化剂-燃料混合物,然后热的燃烧气体32传送到涡轮22中。涡轮22包括联接到轴34上的涡轮叶片,轴34还联接到系统10中的若干其它构件上。随着燃烧气体32通过涡轮叶片传送到涡轮22中,涡轮22被驱动旋转,这使轴34旋转。最终,燃烧气体32通过排气出口36离开涡轮系统10。另外,轴34可联接到负载38上,通过轴34的旋转对负载38
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