时标燃烧器筒阵列的制作方法
【专利摘要】本发明涉及时标燃烧器筒阵列。具体而言，本申请提供了一种用于燃气涡轮发动机中的相干性降低的时标燃烧器筒阵列。该时标燃烧器阵列可包括定位成周向阵列的若干燃烧器筒。第一组燃烧器筒可具有第一定向，且第二组燃烧器筒可具有第二定向。
【专利说明】时标燃烧器筒阵列
【技术领域】
[0001]本申请和所得专利大体涉及燃气涡轮发动机，且更特定地涉及以时标(clocked)配置布置的非圆形头端燃烧器的阵列以用于相干性降低(coherence reduction)和增加的构件寿命。
【背景技术】
[0002]呈多筒阵列的燃烧器筒(combustor can)彼此可声音连通。当热释放波动与燃烧器筒声音音调(tone)稱合时,可导致大的压力振荡(也称为燃烧动态)。这些燃烧器筒声音音调中的一些可与相邻筒的音调同相(in-phase)，而其它音调可异相。如果音调与叶片的固有频率一致，则同相音调可激励热气通路中的涡轮叶片。当不同燃烧器筒中的不稳定性相干时(即，在一个筒到下一筒的不稳定性的频率和振幅上的较强关系)，同相音调可能特别受关注。这样的相干同相音调可激励涡轮动叶，以至于导致耐久性问题且由此限制燃气涡轮发动机的可操作性。
[0003]对这些潜在的破坏性同相相干音调的当前解决方案集中在燃烧器调谐上。与典型的设计实践限制相比，这种调谐可提供不同体积和长度的筒，以便限制接近动叶固有频率的同相相干音调的振幅。因此，这些调谐技术可意味着，整体可操作性空间可受同相相干音调限制。此外，可能需要大量的时间和资源来实现燃烧器和涡轮构件之间的频率回避(frequency avoidance)。此外,频率回避可仅如用来达到此的预测能力那样准确。
[0004]因此，期望有改进的系统和方法以用于燃烧器构件和涡轮构件之间的相干性降低，而无需燃烧器调谐和其它类型的常规频率回避技术。优选地，这种系统和方法可降低整体相干性以便改进构件寿命，而不会危害系统效率和输出且无需大量改变。
【发明内容】
[0005]本申请和所得专利可提供一种用于燃气涡轮发动机中的相干性降低的时标燃烧器筒阵列。该时标燃烧器阵列可包括定位成周向阵列的若干燃烧器筒。第一组燃烧器筒可具有第一定向，且第二组燃烧器筒可具有第二定向。
[0006]本申请和所得专利还可提供一种以降低的相干性操作燃烧器筒阵列的方法。该方法可包括下列步骤:以第一定向定位第一组燃烧器筒；以第一音调操作第一组燃烧器筒；以第二定向定位第二组燃烧器筒；以及以第二音调操作第二组燃烧器筒。
[0007]本申请和所得专利可提供一种用于燃气涡轮发动机中的相干性降低的时标燃烧器筒阵列。该时标燃烧器阵列可包括定位成周向阵列的若干燃烧器筒。燃烧器筒中的每一个可包括非圆形头端。第一组燃烧器筒可具有第一定向，且第二组燃烧器筒可具有第二定向。
[0008]根据一方面，本发明提供了一种用于燃气涡轮发动机中的相干性降低的时标燃烧器筒阵列，其包括:定位成周向阵列的多个燃烧器筒；
包括第一定向的第一组多个燃烧器筒；以及包括第二定向的第二组多个燃烧器筒。[0009]优选地，多个燃烧器中的每一个包括非圆形头端。
[0010]优选地，非圆形头端包括卵形头端或椭圆形头端。
[0011]优选地，第一定向包括水平定向。
[0012]优选地，第一组燃烧器筒包括面向周向阵列的中心点的长边。
[0013]优选地，第一定向包括竖直定向。
[0014]优选地，第一组燃烧器筒包括面向周向阵列的中心点的短边。
[0015]优选地，第一定向包括与第二定向成大约九十度的时标位置。
[0016]优选地，第一定向包括在其上带有顺时针方向静叶的多个燃料喷嘴。
[0017]优选地，第一定向包括在其上带有逆时针方向静叶的多个燃料喷嘴。
[0018]优选地，第一定向包括在其上带有顺时针方向静叶和逆时针方向静叶的多个燃料喷嘴。
[0019]优选地，多个燃烧器筒包括六(6)绕零(O)配置。
[0020]优选地，多个燃烧器筒包括五(5)绕一(I)配置。
[0021]优选地，多个燃烧器筒包括一件式燃烧器筒。
[0022]根据另一方面，本发明提供了一种以降低的相干性操作燃烧器筒阵列的方法，包括:将第一组燃烧器筒定位成第一定向；以第一音调操作第一组燃烧器筒；将第二组燃烧器筒定位成第二定向；以及以第二音调操作第二组燃烧器筒。
[0023]根据又一方面，本发明提供了一种用于燃气涡轮发动机中的相干性降低的时标燃烧器筒阵列，其包括:定位成周向阵列的多个燃烧器筒；多个燃烧器中的每一个包括非圆形头端；包括第一定向的第一组多个燃烧器筒；以及包括第二定向的第二组多个燃烧器筒。
[0024]优选地，第一定向包括水平定向。
[0025]优选地，第一组燃烧器筒包括面向周向阵列的中心点的长边。
[0026]优选地，第一定向包括竖直定向。
[0027]优选地，第一组燃烧器筒包括面向周向阵列的中心点的短边。
[0028]对本领域普通技术人员而言，在结合一些附图和所附权利要求来回顾下面的详细描述后，本申请和所得专利的这些及其它特征和改进将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是带有压缩机、燃烧器、涡轮和负载的燃气涡轮发动机的示意图。
[0030]图2是可与图1的燃气涡轮发动机一起使用的燃烧器的示意图。
[0031]图3是可如本文中所述的带有非圆形头端的燃烧器的局部透视图。
[0032]图4是图3的燃烧器的非圆形头端的局部剖视图。
[0033]图5是燃烧器筒阵列的示意图。
[0034]图6是燃烧器筒阵列的备选实施例的示意图。
[0035]图7是可如本文中所述的时标燃烧器筒阵列的示意图。
[0036]图8是可如本文中所述的时标燃烧器筒阵列的备选实施例的示意图。
[0037]图9是带有顺时针方向旋流喷嘴(swozzle)静叶的燃料喷嘴的局部透视图。
[0038]图10是带有逆时针方向旋流喷嘴静叶的燃料喷嘴的局部透视图。[0039]图11是燃烧器的示意图，其中燃料喷嘴呈六(6)绕零(O)配置并带有顺时针方向旋流喷嘴静叶。
[0040]图12是燃烧器的示意图，其中燃料喷嘴呈五(5)绕一(I)配置并带有顺时针方向旋流喷嘴静叶。
[0041]图13是燃烧器的示意图，其中燃料喷嘴呈六(6)绕零(O)配置，且燃料喷嘴具有交替的顺时针方向旋流喷嘴静叶和逆时针方向旋流喷嘴静叶。
[0042]图14是燃烧器的示意图，其中燃料喷嘴呈五(5)绕一(I)配置，并带有具有逆时针方向旋流喷嘴静叶的中心燃料喷嘴和具有顺时针方向旋流喷嘴静叶的外部燃料喷嘴。
[0043]图15是燃烧器的周向阵列的示意图，其中燃料喷嘴呈五(5)绕一⑴配置并带有顺时针方向旋流喷嘴静叶。
[0044]图16是燃烧器的周向阵列的示意图，其中燃料喷嘴呈五(5)绕一(I)配置且其中一些中心燃料喷嘴具有逆时针定向。
[0045]图17是燃烧器的周向阵列的示意图，其中燃料喷嘴呈六(6)绕零(O)配置，且其中一些燃烧器具有带有交替的顺时针方向旋流喷嘴静叶和逆时针方向旋流喷嘴静叶的燃料喷嘴。
【具体实施方式】
[0046]现在参照附图，其中在所有附图中相似的标号表示相似的元件，图1示出可用于本文中的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可包括压缩机15。压缩机15压缩进入的空气流20。压缩机15将压缩的空气流20传送至若干燃烧器筒25。燃烧器筒25使压缩的空气流20与加压的燃料流30混合并点燃混合物以形成热燃烧气体流35。虽然仅示出单个燃烧器筒25，但是，燃气涡轮发动机10可包括任何数量的燃烧器筒25。热燃烧气体流35继而被传送至涡轮40。热燃烧气体流35驱动涡轮40以便产生机械功。涡轮40中产生的机械功经由轴45驱动压缩机15以及诸如发电机等的外部负载50。
[0047]燃气涡轮发动机10可使用天然气、各种合成气和/或其它类型的燃料。燃气涡轮发动机10可为由纽约州斯卡奈塔第市(Schenectady)的通用电气公司提供的若干不同燃气涡轮发动机中的任何一种，包括但不限于诸如7系或9系重型燃气涡轮发动机等的那些。燃气涡轮发动机10可具有不同配置并可使用其它类型的构件。这里也可使用其它类型的燃气涡轮发动机。多个燃气涡轮发动机、其它类型的涡轮以及其它类型的发电设备还可在本文中一起使用。
[0048]图2示出可与燃气涡轮发动机10 —起使用的燃烧器筒25的示例。燃烧器筒25可包括带有定位在端盖70和圆形帽75之间的若干燃料喷嘴65的头端60。过渡件80和衬套82可彼此附连并可从圆形帽75延伸至靠近涡轮40的第一级喷嘴静叶90的后端85。冲击套筒95可围绕过渡件80和衬套82以向其提供冷却空气流。本文所描述的燃烧器筒25仅仅用于示例的目的。本文中可使用带有其它构件和其它配置的燃烧器筒。
[0049]图3和图4示出可如本文中所述的燃烧器筒100的一部分。如上所述，燃烧器筒100可为带有过渡件80、衬套82和第一级喷嘴静叶90的集成配置的一件式燃烧器筒110。其它类型的燃烧器100可带有其它构件和其它配置在本文中使用。
[0050]燃烧器筒110可包括头端120。若干燃料喷嘴130可从端盖(未示出)延伸至帽140。燃烧器筒110还可配置为集成件150。如上所述，集成件150可包括衬套、过渡件和第一级喷嘴。集成件150可围绕涡轮40的第一级动叶叶片170等从头端120延伸至后端160。冲击套筒180可围绕集成件150，以便从压缩机15或其它地方向其提供冷却空气流20。本文中还可使用其它构件和其它配置。
[0051]头端120可具有大致非圆形配置190。非圆形配置190并不限于任何特定形状。因此，头端120可为卵形头端200、椭圆形头端210或任何类型的大致非圆形头端220。类似地，帽140也可具有非圆形配置190。结果，帽140可为卵形帽230、椭圆形帽240或任何类型的大致非圆形帽250。同样，集成件150的围绕头端120的过渡件155在过渡成任何其它形状之前也可具有非圆形配置190。结果，本文中可使用卵形过渡件260、椭圆形过渡件270或者任何类型的大致非圆形过渡件280。带有具有非圆形配置190的头端120的燃烧器筒110因而可促进热燃烧气体流35到涡轮40的第一级动叶170的更有效过渡并带有较低的总压力损失。本文中还可使用其它构件和其它配置。
[0052]图5示出燃烧器筒阵列290的示例。燃烧器筒阵列290可包括任何数量的燃烧器筒110。燃烧器筒110中的每一个可具有带有如上所述非圆形配置190的头端120。燃烧器筒110可定位成周向阵列300。在该示例中，燃烧器筒阵列290的燃烧器筒110可具有水平位置310，其中非圆形配置190的长边320面向周向阵列300的中心点330。图6示出燃烧器筒阵列340的又一不例。在该不例中，燃烧器筒110可具有大体竖直位置350,其中非圆形配置的短边360面向中心点330。本文中可使用其它构件和其它配置。
[0053]图7示出可如本文中所述的时标燃烧器筒阵列370的示例。在该示例中，时标燃烧器筒阵列370可包括处于第一定向385的第一组375时标燃烧器筒380。与图5的燃烧器筒阵列290或图6的燃烧器筒阵列340相比，时标燃烧器筒380可被“调整时标”或旋转大约90度(90° )，而第二组390燃烧器筒处于原始定向或第二定向400。虽然示出六(6)个时标燃烧器筒320，但是可在任何角度使用任意数量。
[0054]例如，图8示出带有可与图7的时标燃烧器筒阵列370的配置相反的配置的时标燃烧器筒阵列410。在该示例中，其中十(10)个燃烧器筒110可为呈第一定向385的时标燃烧器筒380，而其余六(6)个燃烧器筒110可处于它们的原始或第二定向400。本文中可使用处于任何定向的燃烧器筒Iio的任何组合。本文中可使用其它构件和其它配置。
[0055]在使用中，时标燃烧器筒380可减轻燃烧器音调与涡轮动叶之间的相互作用。与其中可能需要不同体积和长度的燃烧器筒以降低相干性的传统燃烧器调谐方法相对，本文所描述的时标燃烧器阵列维持均匀的燃烧器尺寸，同时改变燃烧器筒110的时标。通过相对于相邻燃烧器筒110改变周向定向，可有效地改变个别燃烧器筒的相对火焰特性以用于降低的相干性。
[0056]图9和图10示出可与本文所描述的燃烧器筒一起使用的燃料喷嘴130的示例。燃料喷嘴130可在其上具有若干旋流喷嘴静叶420。旋流喷嘴(旋流器+喷嘴)静叶420可具有若干燃料端口，其绕若干延伸静叶定位，以便将燃料流30喷射到空气流20中以促进良好的预混合。图9示出若干顺时针方向旋流喷嘴静叶430。图10示出若干逆时针方向旋流喷嘴静叶440。顺时针或逆时针方向的静叶430、440因而将该方向赋予穿过其的空气流20。旋流喷嘴静叶420可具有任何尺寸、形状或配置。本文中还可使用类似定向的旋流器静叶。同样，还可使用微混合器。[0057]图11示出燃烧器筒450，其中六(6)个带有顺时针方向旋流喷嘴静叶430的燃料喷嘴130呈六(6)绕零(O)配置460。图12示出带有五(5)绕一⑴配置480的燃烧器筒470。在这些示例中，所有燃料喷嘴130可具有顺时针方向旋流喷嘴静叶430。图13示出带有六(6)绕零(O)配置460的燃烧器筒490。在该示例中，燃料喷嘴130可具有交替的逆时针方向旋流喷嘴静叶440和顺时针方向旋流喷嘴静叶430。图14示出带有五(5)绕一(I)配置480的燃烧器筒500。在该示例中，中心燃料喷嘴510可具有逆时针方向旋流喷嘴静叶440，而若干外部燃料喷嘴520可具有顺时针方向旋流喷嘴静叶430。本文所描述的燃烧器中的任何燃料喷嘴130可具有处于任何数量或位置的顺时针配置430或逆时针配置440。
[0058]同样，燃烧器筒的整个阵列可类似地定向。图15示出带有呈五(5)绕一⑴配置480的若干燃烧器筒540的周向阵列530，其具有带有顺时针配置430的燃料喷嘴130。图16示出带有具有五(5)绕一(I)定向480的若干燃烧器筒560的周向阵列550，其中若干中心燃料喷嘴510具有逆时针定向440，而外部燃料喷嘴520具有顺时针定向430。图17示出带有呈六(6)绕零(O)定向460的若干燃烧器筒580的周向阵列570。在该示例中，某些燃烧器筒500的燃料喷嘴130可具有顺时针方向配置430，而其它具有逆时针方向配置440。因此，周向阵列可具有带有任何配置和带有任何类型的处于任意数量、位置或方向的燃料喷嘴和旋流喷嘴静叶的燃烧器筒。
[0059]在使用中，旋流喷嘴静叶420可改变火焰特性、火焰至火焰相互作用以及个别燃烧器或周向阵列中的对应动态行为。具体而言，可改变旋流喷嘴静叶或其它类型静叶的方向，而其余硬件配置可保持基本不变。因此，与带有不同体积和长度的燃烧器相对，旋流喷嘴静叶等的使用可为备选方案和用于相干性破坏的较低成本方案。
[0060]应当显而易见的是，上述内容仅涉及该申请和所得专利的某些实施例。在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的一般精神和范围的情形下，众多修改和变型可由本领域普通技术人员在其中做出。
【权利要求】
1.一种用于燃气涡轮发动机中的相干性降低的时标燃烧器筒阵列，包括: 定位成周向阵列的多个燃烧器筒； 包括第一定向的第一组多个燃烧器筒；以及 包括第二定向的第二组多个燃烧器筒。
2.根据权利要求1所述的时标燃烧器筒阵列，其特征在于，所述多个燃烧器中的每一个包括非圆形头端。
3.根据权利要求2所述的时标燃烧器筒阵列，其特征在于，所述非圆形头端包括卵形头端或椭圆形头端。
4.根据权利要求1所述的时标燃烧器筒阵列，其特征在于，所述第一定向包括水平定向。
5.根据权利要求1所述的时标燃烧器筒阵列，其特征在于，所述第一组燃烧器筒包括面向所述周向阵列的中心点的长边。
6.根据权利要求1所述的时标燃烧器筒阵列，其特征在于，所述第一定向包括竖直定向。
7.根据权利要求1所述的时标燃烧器筒阵列，其特征在于，所述第一组燃烧器筒包括面向所述周向阵列的中心点的短边。
8.根据权利要求1所述的时标燃烧器筒阵列，其特征在于，所述第一定向包括与所述第二定向成大约九十度的时标位置。
9.根据权利要求1所述的时标燃烧器筒阵列，其特征在于，所述第一定向包括在其上带有顺时针方向静叶的多个燃料喷嘴。
10.根据权利要求1所述的时标燃烧器筒阵列，其特征在于，所述第一定向包括在其上带有逆时针方向静叶的多个燃料喷嘴。
【文档编号】F02C3/14GK103835809SQ201310426757
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2012年11月20日
【发明者】金沅郁, S.K.斯里尼瓦桑, K.W.麦克马汉 申请人:通用电气公司