CN102374534A - 用于燃料喷嘴的频率调节的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于燃料喷嘴的频率调节的装置和方法。一种燃烧衬套帽组件(30)，其包括悬臂式燃料喷嘴(2)安装在其内的柱形套筒(28)；和多个支承杆(20)。每个支承杆具有由柱形套筒支承的第一端(34)和构造成接触悬臂式燃料喷嘴的第二端(36)。每个支承杆能够调节有效长度以对悬臂式燃料喷嘴提供可调节压紧力。提供一种用于调节安装在柱形套筒中的悬臂式燃料喷嘴的谐振频率的方法。多个支承杆在柱形套筒与悬臂式燃料喷嘴之间延伸。相关的燃气涡轮具有至少一些所关心的燃烧和转子音调。该方法包括调节支承杆的有效长度，以调节对悬臂式燃料喷嘴施加的压紧力，从而将燃料喷嘴的谐振频率增加为大于所关心的燃烧和转子音调。

Description

用于燃料喷嘴的频率调节的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于燃料喷嘴的频率调节的装置和方法。
背景技术
为了确保能够接受的系统耐久性和可靠性，必须避免干式低NOx(DLN)燃烧系统内的过大的动压(或动态性)。随着DLN燃烧系统在排放和燃气涡轮循环方面变得更加有侵蚀性，燃烧器在面对这些燃烧器动压脉动(动态性)时倾向于变得较不坚固，并且可能产生由过大的动态性导致的系统失效。可实施对燃烧器动态性的连续监视以提供对过大的动态性的即时警告。
为监视燃烧器动态性，例如通过燃烧室内的动压传感器或者通过外部地安装在燃烧器外壳上的加速度计，对发生在燃烧室内的声学模式中的一个的音调(tone)频率进行探测。声学模式是以燃烧器的一个或多个自然频率或谐振频率发生的驻波，并且以横向于燃烧衬套的轴线的方向传播。声学模式的频率依赖于燃烧器的尺寸和燃烧室内部的音速，后者反过来依赖于燃烧室内部的气体。气体的音速可从气体的温度和特性确定。
燃料喷嘴的自然频率或多个自然频率是燃烧系统中常见的问题。期望在喷嘴的操作期间可能发生的对全部所关心的燃烧和转子音调调节自然频率或者多个自然频率，以防止对喷嘴的损坏，该损坏在如果燃烧器和/或转子音调频率与喷嘴的自然频率基本上相同时发生。然而，由于该区域内的有限的可利用空间，先前设计不能够充分地阻尼硬件。
发明内容
根据一个示范实施例，燃烧衬套帽组件包括悬臂式燃料喷嘴安装在其内的柱形套筒；和多个支承杆，每个支承杆具有由柱形套筒支承的第一端和构造成接触悬臂式燃料喷嘴的第二端，每个支承杆能够调节有效长度以对悬臂式燃料喷嘴提供可调节压紧力。
根据另一个示范实施例，燃烧衬套帽组件包括悬臂式燃料喷嘴安装在其内的柱形套筒；和用于对悬臂式燃料喷嘴提供可调节压紧力的装置。
根据又一个示范实施例，提供用于调节布置在燃气涡轮燃烧衬套帽组件中的燃料喷嘴的谐振频率的方法。燃烧衬套帽组件包括多个支承杆，其在柱形套筒与安装在套筒内的悬臂式燃料喷嘴之间延伸。相关的燃气涡轮具有至少一些所关心的燃烧和转子音调。该方法包括调节支承杆的有效长度以调节对悬臂式燃料喷嘴施加的压紧力，从而将燃料喷嘴的谐振频率增加为大于所关心的燃烧和转子音调。
附图说明
图1概略地描述了根据本发明的实施例的燃料喷嘴支承件；
图2概略地示出了根据本发明的实施例的燃烧衬套帽组件；
图3概略地描述了包括支承杆的图2中的燃烧衬套帽组件的一部分；
图4概略地描述了包括支承杆的图1中的燃料喷嘴支承件的一部分；
图5概略地描述了包括支承杆的图2中的燃烧衬套帽组件的一部分；
图6概略地描述了包括支承杆和套筒的图2中的燃烧衬套帽组件的一部分；并且
图7概略地描述了根据样本实施例的燃烧衬套帽组件的套筒。
部件列表
2中心燃料喷嘴
4凸缘组件
6同心管组件
8进口流调节器(薄板金属滤网)
10护罩
12轮毂
14扩散计量孔
16燃料喷嘴后尖端
18旋流叶片(旋流喷嘴)
20支承杆
22安装凸缘组件
24(多个)支柱
26(多个)外燃料喷嘴开口
28柱形外套筒
30燃烧衬套帽组件
32螺纹凸起部
34支承杆第一端
36支承杆第二端
38支承板
40套筒
42支承杆孔洞
44第一护罩区段
46第二护罩区段
48接头
具体实施方式
参考图1，燃烧器包括中心燃料喷嘴2。中心燃料喷嘴2包括在一端由凸缘组件4支承的同心管组件6。中心燃料喷嘴2还包括进口流调节器8，例如薄板金属滤网。围绕同心管组件6提供护罩10。如图1所示，中心燃料喷嘴2由凸缘组件4以悬臂方式支承。
同心管组件6包括在燃料喷嘴后尖端16具有扩散计量孔14的轮毂12。旋流叶片或者多个旋流叶片18(即旋流喷嘴(swozzle))可围绕同心管组件6设置在护罩10内。如图1所示，支承杆20可在从旋流喷嘴18下游的某点处接触中心燃料喷嘴2的护罩10，例如在大体上在同心管组件6和旋流喷嘴18上延伸的第一护罩区段44与大体上在轮毂12和燃料喷嘴后尖端16上延伸的第二护罩区段46之间的接头48处。
中心燃料喷嘴2的同心管组件6在护罩10内由设置在柱形外套筒28和护罩10的外表面之间的多个支承杆20支承。参考图6，支承杆20接触中心燃料喷嘴2的护罩10的外表面。虽然支承杆20例如在图4-6中示出为具有大体上矩形的横截面，但是应该理解支承杆20可具有任意的横截面。
参考图2和3，燃烧器的燃烧衬套帽组件30包括安装凸缘组件22，其同心地围绕柱形外套筒28。多个支柱24绕柱形外套筒28支承安装凸缘组件22。柱形外套筒28围绕多个外燃料喷嘴开口26，其同心地围绕中心燃料喷嘴2间隔开。
柱形外套筒28包括多个螺纹凸起部32。每个螺纹凸起部32接收相应支承杆20的第一端34。支承杆20的第一端34具有螺纹以与螺纹凸缘32螺纹接合。每个支承杆20的第一端34也包括成形端，例如六边形的或者八边形的，其可通过扳手或者其它工具接合以相对于螺纹凸起部32调节支承杆20的位置。
参考图4-7，支承杆20包括接触中心燃料喷嘴2的护罩10的第二端36。第二端36接触中心燃料喷嘴的护罩10，但是在该示例性实施例中不连接或紧固到中心燃料喷嘴的护罩10。如图4和6中所示，燃烧器还包括支承柱形外套筒28的支承板38。套筒40围绕护罩10设置，并且包括多个支承杆孔洞42，支承杆20的第二端36通过孔洞42延伸为接触护罩10。接触中心燃料喷嘴2的护罩10的支承杆20的第二端36可取决于操作状况而具有多种设计：裸金属、金属丝网、磨损涂层等。
为了提供附加的刚度至中心燃料喷嘴2的悬臂式安装，支承杆20被加到帽组件30，并且通过调节支承杆的第一端34与燃烧衬套帽组件30的螺纹凸起部32的螺纹接合而压紧中心燃料喷嘴2的护罩10。第一端34在螺纹凸起部32内调节以压紧在护罩10与燃烧衬套帽组件30的柱形外套筒28上的螺纹凸起部32之间的支承杆20。通过调节每个支承杆的第一端34与它的相应螺纹凸起部32之间的螺纹接合，每个支承杆20可压紧相同的量，或者每个支承杆可压紧不同的量。
传感器设置在燃烧器和涡轮内以监视燃烧器的燃烧动态性和涡轮的操作。传感器可为例如燃烧动压传感器、火焰传感器和/或加速度计。来自传感器的信号可被处理以识别所关心的音调或频率。例如，信号可如美国专利号7,278,266中所公开地处理，但是应该理解其它的信号处理也可利用。
支承杆20作为刚性弹簧与中心燃料喷嘴2的护罩10接触。支承杆20的压紧提供充分的阻尼以提高中心燃料喷嘴2的自然频率到超过可在燃烧器的操作期间发生的所关心的燃烧或者转子音调。支承杆20的压紧也通过增加的阻尼降低中心燃料喷嘴2的振幅响应，即振动。
支承杆20也可压紧以增加中心燃料喷嘴的自然频率到超过燃烧器可在具体的操作状况下经历的燃烧和/或转子音调。支承杆或者每个支承杆的压紧量可取决于操作状况而变化。不同的操作状况可要求支承杆的不同的压紧量，以增加中心燃料喷嘴的自然频率到超过可在特定的操作状况下发生的燃烧和转子音调。
所提供的支承杆的数量可依赖于燃烧器中可利用的空间量，例如燃烧衬套帽组件的外套筒与护罩之间可利用的空间。大体上，提供的支承杆越多，发生的阻尼越多。
支承杆20提供充分的刚度以提高中心燃料喷嘴的自然频率到超过所关心的燃烧和转子音调，并且通过增加的阻尼降低振幅响应。支承杆20可以以2与3之间的系数增加中心燃料喷嘴的自然频率。刚度的这种增加允许能够超越现有的硬件性能的更加坚固和耐久的燃料设计。
支承杆20可针对现有燃烧系统进行改进，其中如果存在的话，需要对中心燃料喷嘴进行少量设计改变。修改可包括为套筒40提供孔洞，或者在现有套筒中形成孔洞。燃烧衬套帽组件可通过对现有柱形外套筒增加螺纹凸起部或者为新柱形外套筒提供螺纹凸起部来修改。这允许外场硬件的回收利用。利用现有硬件允许用户继续操作直到达到零件寿命。
虽然本发明结合当前认为最实用和最优选的实施例进行了描述，但是应该理解本发明不受限于公开的实施例，而是恰恰相反，其意图涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的不同的修改和等价布置。

Claims (15)

1.一种燃烧衬套帽组件(30)，包括：
柱形套筒(28)，悬臂式燃料喷嘴(2)安装在所述柱形套筒内；和
多个支承杆(20)，每个支承杆具有由所述柱形套筒支承的第一端(34)和构造成接触所述悬臂式燃料喷嘴的第二端(36)，每个支承杆能够调节有效长度以对所述悬臂式燃料喷嘴提供可调节压紧力。
2.根据权利要求1所述的燃烧衬套帽组件，其特征在于，所述燃料喷嘴包括旋流叶片(18)，并且所述支承杆构造成在基本上邻接所述旋流叶片的区域处接触所述悬臂式燃料喷嘴。
3.根据权利要求1所述的燃烧衬套帽组件，其特征在于，所述悬臂式燃料喷嘴(2)在所述柱形套筒(28)内居中。
4.根据权利要求1所述的燃烧衬套帽组件，其特征在于，所述支承杆(20)围绕所述悬臂式燃料喷嘴(2)周向地间隔开。
5.根据权利要求1所述的燃烧衬套帽组件，其特征在于，所述支承杆的第二端(36)包括裸金属、金属丝网或者磨损涂层中的至少一个。
6.一种燃烧衬套帽组件(30)，包括：
柱形套筒(28)，悬臂式燃料喷嘴(2)安装在所述柱形套筒内；和
用于对所述悬臂式燃料喷嘴提供可调节压紧力的装置(20)。
7.根据权利要求6所述的燃烧衬套帽组件，其特征在于，所述燃料喷嘴包括旋流叶片(18)，并且所述提供可调节压紧力的装置(20)构造成在基本上邻接所述旋流叶片的区域处接触所述悬臂式燃料喷嘴(2)。
8.根据权利要求6所述的燃烧衬套帽组件，其特征在于，所述悬臂式燃料喷嘴(2)在所述柱形套筒(28)内居中。
9.根据权利要求6所述的燃烧衬套帽组件，其特征在于，所述提供可调节压紧力的装置(20)周向地围绕所述悬臂式燃料喷嘴(2)。
10.根据权利要求6所述的燃烧衬套帽组件，其特征在于，所述提供可调节压紧力的装置(20)经由裸金属、金属丝网或者磨损涂层中的至少一个接触所述悬臂式燃料喷嘴(2)。
11.一种用于燃气涡轮的燃烧器，包括：
根据权利要求1-10中的任一项所述的燃烧衬套帽组件(30)；
多个外燃料喷嘴，其围绕所述悬臂式燃料喷嘴设置；和
围绕并且支承所述柱形套筒的安装凸缘组件(22)。
12.一种用于调节布置在燃气涡轮燃烧衬套帽组件(30)中的燃料喷嘴(2)的谐振频率的方法，所述燃烧衬套帽组件包括多个支承杆(20)，其在柱形套筒(28)与安装在所述套筒内的悬臂式燃料喷嘴(2)之间延伸，相关的燃气涡轮具有至少一些所关心的燃烧和转子音调，所述方法包括：
调节所述支承杆(20)的有效长度，以调节对所述悬臂式燃料喷嘴(2)施加的压紧力，从而将所述燃料喷嘴的谐振频率增加为大于所关心的燃烧和转子音调。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述谐振频率被调节为所述所关心的燃烧和转子音调的最高频率的至少两倍。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述燃料喷嘴包括旋流叶片，并且所述支承杆构造成在基本上邻接所述旋流叶片的区域处接触所述悬臂式燃料喷嘴。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述支承杆围绕所述悬臂式燃料喷嘴周向地间隔开。
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