CN102472495A - 燃烧器系统和这种燃烧器系统的阻尼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃烧器系统，它包括至少两个彼此独立的相邻燃烧器(7)，其中每一个燃烧器具有至少一个燃烧室(6)和一个顶端(51)，其中顶端(51)包括至少一个燃料喷入装置(55)和一个燃料-空气预混装置(56)，每个燃烧器(7)具有一个包括头盖侧面(150)和头盖上侧(170)的头盖(110)，其中至少头盖上侧(170)沿流动方向看设在顶端(51)前面，从而在头盖上侧(170)与顶端(51)之间构成燃烧器气腔(100)，其中，所述至少两个燃烧器气腔(100)具有声波连通装置。此外，本发明还涉及这种燃烧器系统的阻尼方法。

Description

燃烧器系统和这种燃烧器系统的阻尼方法
技术领域
本发明涉及一种燃烧器系统，它包括至少两个彼此独立的相邻燃烧器，其中每一个燃烧器具有至少一个燃烧室和一个顶端，顶端包括至少一个燃料喷入装置和一个燃料-空气预混装置，每个燃烧器有一个包括头盖侧面和头盖上侧的头盖，其中至少头盖上侧沿流动方向看设在顶端前面，从而在头盖上侧与顶端之间构成燃烧器气腔。
背景技术
在燃烧系统中，如燃气轮机、航空发动机、火箭发动机和供暖设备中，可导致热声学诱发的燃烧振荡。它们通过燃烧火焰和与之关联具有声压波动的放热的相互作用形成。通过声波激励，可使火焰位置、火焰正面或混合物组成变动，这又导致放热的波动。在结构性相位方面可导致正反馈和放大。如此放大的燃烧振荡可导致严重的噪声负担和因振动而引起的破坏。
通过燃烧室的声学特性和由于在燃烧室进口、燃烧室出口以及燃烧室壁上存在的边界条件，显著影响热声学引起的不稳定性。所述声学特性可通过装入亥姆霍兹谐振器改变。
WO93/10401A1展示了一种抑制燃气轮机装置燃烧室内燃烧振荡的装置。亥姆霍兹谐振器与燃料输送管流动连接。由此改变输送管或声学总系统的声学特性，从而抑制燃烧振荡。当然业已证明，所述措施并不是在所有工作状态都能满足要求，因为即使抑制了燃料输送管内的振荡，仍可能导致燃烧振荡。
WO03/074936A1展示了一种燃气轮机，它有一个汇入燃烧室内的燃烧器，在这里出口汇被亥姆霍兹谐振器环形地围绕。由此通过与火焰狭窄地接触，有效阻尼燃烧振荡，与此同时避免温度的不均匀性。在亥姆霍兹谐振器内安装一些细管，它们促使频率匹配。
在EP0597138A1中介绍了一种燃气轮机燃烧室，它在燃烧器的区域内有用空气冲洗的亥姆霍兹谐振器。与之不同地，谐振器布置在燃烧器之间的燃烧室端侧。通过谐振器吸收在燃烧室内产生的燃烧振荡引起的振荡能量并由此阻尼燃烧振荡。
每一个谐振器因功能需要有一个与燃烧室连接的孔，它必须在某一个空气量时被阻塞。当谐振器安装在燃烧室壁上时，这一空气量不再能供燃烧使用，因为它在燃烧器旁流过。由此提高了火焰温度和加大了NOx排放量。
发明内容
因此本发明套解决的技术问题是提供一种燃烧器系统，它可使用于阻尼燃烧振荡以及避免上述疑难问题。
按本发明，采用一种燃烧器系统，它包括至少两个彼此独立的相邻燃烧器，其中每一个燃烧器有至少一个燃烧室和一个顶端，顶端包括至少一个燃料喷入装置和一个燃料-空气预混装置。在这里每个燃烧器有一个包括头盖侧面和头盖上侧的头盖，其中至少头盖上侧沿流动方向看设在顶端前面。头盖侧面至少部分围绕顶端设置，以及，头盖侧面沿径向与顶端隔开间距。由此在头盖上侧与顶端之间构成燃烧器气腔。
众所周知，在使用单管燃烧室时，由于在这些燃烧室产生热声学振荡，限制了燃气轮机的功率。现在按本发明已知，尤其在单管燃烧室的情况下，重要的是两个彼此独立的相邻燃烧器的声学相互作用。在这里形成振荡模，它们在涡轮前通过连通装置从一个燃烧室传播到另一个。
声压分布的声学分析证明，在这里形成一种振荡模式，此时包括在燃烧室上游彼此独立的气腔在内的彼此独立的相邻燃烧器反相振荡。现在按本发明所述至少两个燃烧器气腔具有声波连通装置。
通过相邻燃烧室或其气腔在声学上恰当设计的连接，可以抑制和阻止形成这种振荡模式的可能性。因此可以阻尼或甚至基本上防止热声学振荡。
按优选的扩展设计，通过头盖侧面和顶端构成通道。压缩空气通过此通道导向气腔。因此压缩空气冷却燃烧室外侧，并因而减小燃烧室过热。由此理想地预热压缩空气，从而能实施更稳定的燃烧。
优选地，声波连通装置是连接燃烧器气腔的管道，尤其设计为环形的管道或通道。这种连通装置在结构上可以简单地变换。
优选地，每个燃烧器及其燃烧器气腔具有一个与各相邻燃烧器或燃烧器气腔的声波连通装置。由此可以最佳地抑制所有存在的燃烧器形成振荡模式。
有利地，燃气轮机包括这种燃烧器系统。
有关方法的技术问题通过提供一种阻尼燃烧器系统振荡的方法得以解决，此燃烧器系统包括至少两个相邻的燃烧器，其中每一个燃烧器有至少一个燃烧室和一个顶端，顶端包括至少一个燃料喷入装置和一个燃料-空气预混装置，在这里每个燃烧器有一个包括头盖侧面和头盖上侧的头盖，其中至少头盖上侧沿流动方向看设在顶端前面，因此在头盖上侧与顶端之间构成燃烧器气腔，以及在两个相邻燃烧器气腔的声波连通装置，避免相邻燃烧器及其燃烧器气腔的反相振荡。
采用这种方法简单地基本上防止或甚至避免热声学振荡。因此，与现有技术相反，可以阻尼产生的不同频率。
附图说明
由下面参见附图对实施例的说明，得出本发明的其他特征、特性和优点。
图1用局部纵剖面图示意表示燃气轮机；
图2表示一个有头盖的单管燃烧室；以及
图3示意表示在燃烧器气腔之间按本发明的连通装置。
具体实施方式
图1用局部纵剖面图举例表示燃气轮机1。
燃气轮机1在内部有一个绕旋转轴线2旋转支承的具有一根轴的转子3，它也称为涡轮转子。
沿转子3的先后顺序是进气机匣4、压气机5、例如包括多个同轴排列的燃烧器7的花托式燃烧室6，尤其单管燃烧室或环形燃烧室、涡轮8和排气机匣9。
燃烧室6与例如环形热燃气通道11相连。在那里例如四个串联的涡轮级12构成涡轮8。
每个涡轮级12例如由两个叶片环组成。沿工质13的流动方向看，由工作叶片20构成的叶片组25在热燃气通道11内设在导向叶片组15之后。
在燃气轮机1运行期间，由压气机5通过进气机匣4吸入空气35并压缩。压气机5在涡轮一侧的端部制备的压缩空气供给燃烧器7，并在那里与燃料混合。混合物然后在燃烧室6中燃烧形成工质13。工质13从那里出发沿热燃气通道11流过导向叶片30和工作叶片20。工质13在工作叶片20处传输冲量地膨胀，工作叶片20因此驱动转子3，以及转子3驱动与之连接的做功机械。
优选地，燃烧器7与所述单管燃烧室6(图2)结合使用。在这里，燃气轮机1有多个彼此独立排列成环形的单管燃烧室6，它们在流出侧的开口在涡轮进口侧汇入环形热燃气通道11中。在这里优选地在每个单管燃烧室上，在单管燃烧室6的流出口的相对置端，大多环形地围绕控制燃烧器排列多个，例如8个燃烧器7。
图2局部示意性地表示出单管燃烧器7。此燃烧器7包括顶端51、引流通道(Transition)52以及在它们之间的衬里53。在这里燃烧器的燃料喷入装置55/燃料-空气预混装置56的主要部分称为“顶端(Head-End)51”。衬里53以任意方式从顶端向引流通道52延伸。通过衬里53和流动外套60形成一个环形过道57，通过它流入燃烧/冷却空气65。在燃料喷入装置55或燃料/空气预混装置56前面的空腔称为燃烧器气腔(Plenum)100。燃烧器7有一个包括头盖侧面150和头盖上侧170的头盖110。其中至少头盖上侧170沿流动方向看设在顶端51前面，从而在头盖上侧170与顶端51之间构成燃烧器气腔100。头盖110有面朝燃烧室的一端140和背对燃烧室的一端120(图3)。头盖110将头盖侧面150似乎布置在机器外面。
图3示意表示按本发明有两个彼此独立的相邻燃烧器7的燃烧器系统，其中每个燃烧器7有一个单管燃烧室6和一个头盖150。每个燃烧器7有一个包括头盖侧面150和头盖上侧170的头盖110。其中至少头盖上侧170沿流动方向看设在顶端51前面，从而在头盖上侧170与顶端51之间构成燃烧器气腔100。在两个相邻的燃烧器气腔100之间存在一个声波连通装置130。声波连通装置在这里有利地是环形，并因而将整个燃气轮机的燃烧器7各自相邻的燃烧器气腔100互相连接。环形的连通装置可例如借助将各个气腔100互相连接的管道实现。在气腔100的区域内这种连通装置130可以无需高的结构性化费实现。环形连通装置终止在燃烧室气腔100的开始处。因此不再形成在涡轮前通过连通装置从一个燃烧室传播到另一个的振荡模式，这种振荡模式使燃烧室及其气腔反相振荡。声波连通装置130抑制并阻止形成这种振荡模式。

Claims (6)

1.一种燃烧器系统，它包括至少两个彼此独立的相邻燃烧器(7)，其中每一个燃烧器具有至少一个燃烧室(6)和一个顶端(51)，其中顶端(51)包括至少一个燃料喷入装置(55)和一个燃料-空气预混装置(56)，每个燃烧器(7)具有一个包括头盖侧面(150)和头盖上侧(170)的头盖(110)，其中至少头盖上侧(170)沿流动方向看设在顶端(51)前面，从而在头盖上侧(170)与顶端(51)之间构成燃烧器气腔(100)，头盖侧面(150)至少部分围绕顶端(51)设置，以及，头盖侧面(150)沿径向(r)与顶端(51)间隔距离，其特征为：所述至少两个燃烧器气腔(100)具有声波连通装置(130)，声波连通装置(130)在这里是连接燃烧器气腔(100)的管道。
2.按照权利要求2所述的燃烧器系统，其特征为，通过头盖侧面(150)和顶端(51)构成一个通道(125)。
3.按照权利要求1-2所述的燃烧器系统，其特征为，声波连通装置(130)是环形的。
4.按照前列诸权利要求1-3之一所述的燃烧器系统，其特征为，声波连通装置(130)是连接燃烧器气腔(100)的通道。
5.按照前列诸权利要求之一所述的燃烧器系统，其特征为，每个燃烧器(7)及其燃烧器气腔(100)具有与各相邻燃烧器(7)或燃烧器气腔(100)连通的声波连通装置(130)。
6.一种燃气轮机，包括压气机、涡轮和按照前列诸权利要求之一所述的燃烧器系统。
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