CN104180391A - 用于燃气涡轮的缓冲器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于燃气涡轮的缓冲器。本发明涉及一种用于减小燃气涡轮中的脉动的缓冲器，其包括：封壳；从封壳延伸的主颈部；设置在封壳中以将封壳分成第一腔和第二腔的分隔板；具有第一端和第二端而延伸经过分隔板以使第一腔和第二腔互连的内颈部，其中内颈部的第一端保持在第一腔中，且第二端保持在第二腔中，其特征在于，流偏转部件设置成邻近内颈部的第二端，以使经过内颈部的流偏转。利用本发明的解决方案，当根据本发明的实施例的缓冲器操作时，流场继而第二腔中的缓冲特征恒定，而不论封壳中的分隔板的调整。

Description

用于燃气涡轮的缓冲器
技术领域
本发明涉及燃气涡轮，并且更具体地涉及用于减小燃气涡轮中的脉动的缓冲器。
背景技术
在常规燃气涡轮中，声振荡通常在燃烧过程期间由于燃烧不稳定性和变化而出现于燃气涡轮的燃烧室中。这种声振荡可发展成极为显著的共振。也称为燃烧室脉动的此类振荡可采用使燃烧室自身经受严重的机械负载的振幅和相关联的压力波动，这可决定性地减少燃烧室的寿命，且在最坏的情况中，甚至可导致燃烧室的破坏。
大体上，称为亥姆霍兹缓冲器的一类缓冲器用于缓冲在燃气涡轮的燃烧室中生成的共振。
EP2397760A1中公开了一种缓冲器布置，其包括与第二缓冲器串联连接的第一缓冲器，第二缓冲器由活塞与第一缓冲器分开，其中第一缓冲器的共振频率接近第二缓冲器的共振频率。第一颈部使第一缓冲器和第二缓冲器的缓冲容量互连。杆连接到活塞上，以调节第一缓冲器和第二缓冲器的缓冲容量。
US2005/0103018A1中公开了一种缓冲器，其包括由固定缓冲容量和可变缓冲容量构成的缓冲容量。固定缓冲容量和可变缓冲容量由活塞分开，活塞可借助于螺纹杆形式的调整元件来位移。如果调整元件旋转，则活塞沿缓冲容量的圆柱轴线移动，且可采用各种位置。缓冲出现或达到其最大值的频率也与缓冲容量对应地变化。
一个类型的常规亥姆霍兹缓冲器的特征在于多个缓冲容量以提供宽带缓冲效率。独立的容量与小光管互连，即，所谓的内颈部。通常，内颈部中的平均流速高于将缓冲器连接到燃烧室上的主颈部的流速。尤其对于具有较小几何大小的高频缓冲器，如果内颈部和主颈部同轴地放置，则离开内颈部的流快速进入主颈部，或其冲击对置的结构构件导致复杂的流场。这可导致缓冲效率的急剧降低。此外，如果缓冲器是可调的，则缓冲器特征在于可动的分隔板或可互换的颈部，以将缓冲器调整至相应的脉动频率，其中缓冲特征较强地取决于所得的流场。缓冲器中的分隔板的位置变化对应于不同的流场，这使得不可能建立声学模型来推导出用于稳健性能的缓冲器设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于减小燃气涡轮中的脉动的缓冲器，其可保持缓冲器内的流场稳定且可预测，因此改善了可调谐的缓冲器在整个调谐范围中的性能。此外，根据本发明的缓冲器可提供可靠的布局和设计，尤其是对于小的和高频的缓冲器。
该目的通过一种减小燃气涡轮中的脉动的缓冲器来达到，该缓冲器包括：封壳；从封壳延伸的主颈部；设置在封壳中以将封壳分成第一腔和第二腔的分隔板；具有第一端和第二端而延伸经过分隔板以使第一腔和第二腔互连的内颈部，其中内颈部的第一端保持在第一腔中，且第二端保持在第二腔中，其特征在于，流偏转部件设置成邻近内颈部的第二端，以使经过内颈部的流偏转。
根据本发明的一个可能的实施例，流偏转部件包括设置在内颈部的邻近其第二端的外周表面上的至少一个孔，且内颈部的第二端被闭塞或被堵塞。
根据本发明的一个可能的实施例，至少一个孔包括围绕内颈部的外周表面均匀地设置的至少两个孔。
根据本发明的一个可能的实施例，流偏转部件包括设置成邻近内颈部的第二端的至少一个引导管，其中引导管的出口指向从内颈部的纵轴线转移的一定角。
根据本发明的一个可能的实施例，至少一个引导管包括围绕内颈部的外周表面均匀地设置的至少两个引导管。
根据本发明的一个可能的实施例，引导管的出口指向从内颈部的纵轴线起转移从0到90度的范围的角。
利用本发明的解决方案，当根据本发明的实施例的缓冲器操作时，流场进而第二腔中的缓冲特征恒定，而不论封壳中的分隔板的调整。
附图说明
在参照附图阅读仅为了举例的目的给出的其优选实施例的以下非限制性描述时，本发明的目的、优点和其它特征将变得更清楚，附图中类似的参考标号可用于指示类似的元件，且在附图中：
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的缓冲器的立面侧视图；
图2为根据本发明的另一个示例性实施例的缓冲器的立面侧视图；
图3为示出引导管的布置的沿图1中的线A-A截取的截面；
图4为根据本发明的备选实施例的缓冲器的立面侧视图；以及
图5为根据本发明的另一个备选实施例的缓冲器的立面侧视图。
零件清单
100 缓冲器
102 入口管
110 内颈部
112 内颈部的第一端
114 内颈部的第二端
116 孔
118 引导管
120 引导管的第一端
122 引导管的第二端
130 间隔板
140 主颈部
150 封壳
160 第一腔
170 第二腔。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的缓冲器100的立面侧视图。缓冲器100包括具有用作共振器的入口管102的封壳150；从封壳150延伸以用于连通封壳150和未示出的燃气涡轮的燃烧室的主颈部140；设置在封壳150中以将封壳分成第一腔160和第二腔170的分隔板130；具有第一端112和第二端114而延伸经过分隔板130来使第一腔160和第二腔170互连的内颈部110，其中内颈部110的第一端112保持在第一腔160中，且第二端114保持在第二腔170中。
本领域的技术人员应当注意的是，分隔板130可固定在封壳150中，在此情况下，第一腔160和第二腔170的容量保持恒定，因此它们可减小共振频率，或可移动地设置在封壳150中，在此情况下，第一腔160和第二腔170的容量可借助于已知方法调整。封壳150的入口管102连通封壳150外侧的仓室和第一腔160，以便提供流体进入和离开封壳150的流通路。本领域的技术人员将理解的是，根据特定实际应用，缓冲器100可超过一个主颈部140和/或超过一个内颈部110，和/或超过两个腔160,170。
根据本发明的实施例，缓冲器100包括设置成邻近内颈部110的第二端114的流偏转部件以偏转经过内颈部110的流体流。本领域的技术人员应当认识到的是，如本文使用的用语"邻近第二端"涵盖"第二端附近"和/或"第二端处"的意义。如图1中所示，流偏转部件可体现为设置在内颈部110的邻近其第二端114的外周表面上的孔116。在此情况下，内颈部110的第二端114可被闭塞或被堵塞，以便防止流体从该处泄漏。当缓冲器100操作时，从其第一端112经过内颈部110的流体将经由孔116而从该处存在，孔116从内颈部110指向旁边，这将保持流场继而第二腔170中的缓冲特征恒定，而不论封壳150中的分隔板130的调整。
根据本发明的优选实施例，流偏转部件可包括围绕内颈部110的邻近其第二端114的外周表面均匀地间隔开的多个孔116。例如，即使未示出，但流偏转部件可包括沿直径方向设置在内颈部110的邻近其第二端114的外周表面上的两个孔116。作为未示出的另一个示例，流偏转部件可包括设置和间隔开90度(即，均匀地)围绕内颈部110的邻近其第二端114的外周表面的四个孔116。在特定情形下，相邻的孔116的邻接部分可简化成从内颈部110的第二端114延伸的柱，且在第二端114处的内颈部110的末端可被认作是由四个柱支承的端盖。
图2为根据本发明的另一个示例性实施例的缓冲器100的立面侧视图。图2中所示的缓冲器与图1中所示的不同之处在于流偏转部件采用不同的结构。如图2中所示的缓冲器100的结构的其余部分与如图1中所示的缓冲器100类似。如图2中所示，流偏转部件包括设置在邻近内颈部110的第二端114的外周表面上的其第一端120处的至少一个引导管118，其中引导管118的出口即第二端112如图3中所示指向从内颈部110的纵轴线转移90度的角。即，引导管118的出口指向径向向外。本领域的技术人员应当理解的是，从内颈部的纵轴线转移的角当其在本文中提到时，是指从内颈部110的第二端114延伸至内颈部110的第一端112的方向与流偏转部件的自由端面向的方向之间的角。作为如图2中所示的流偏转部件的备选方案，引导管118可在其第一端120处与内颈部110在其第二端114处整体结合，以便产生一件式结构，其可与流偏转部件作用相同，即使这并未在图中示出。在此情况下，流偏转部件的流偏转效率可由于由管形状结构引入的更强的引导能力而改善。因此，在第二腔170中产生的流场将进一步保持稳定。
图3为示出引导管118的布置的沿图1中的线A-A截取的截面。根据本发明的优选实施例，流偏转部件可包括围绕内颈部110的外周表面均匀地间隔开且设置在邻近内颈部110的第二端114的外周表面上的四个引导管118。在此情况下，类似于图1中所示的情况，内颈部110的第二端114可被闭塞或被堵塞，以便防止流体从该处泄漏。
图4为根据本发明的备选实施例的缓冲器100的立面侧视图。如图4中所示的缓冲器100大体上类似于如图2中所示的缓冲器100。如图4中所示的缓冲器100的不同之处在于引导管118的出口指向从内颈部110的纵轴线转移45度的角，即，θ=45°。在此情况下，类似于图1中所示的情况，内颈部110的第二端114可被闭塞或被堵塞，以便防止流体从该处泄漏。根据未示出的本发明的优选实施例，流偏转部件可包括围绕内颈部118的外周表面均匀地间隔开且设置在邻近内颈部110的第二端114的外周表面上的两个或四个引导管118。
图5为根据本发明的另一个备选实施例的缓冲器100的立面侧视图。如图5中所示的缓冲器100大体上类似于如图2中所示的缓冲器100。如图5中所示的缓冲器100的不同之处在于引导管118由环形管的四分之一构成，其具有附接到内颈部100的邻近其第二端114的外周表面的第一端120，且第二端122指向分隔板130，即，相反地。换言之，引导管118的出口指向从内颈部110的纵轴线转移0度的角。根据未示出的本发明的优选实施例，流偏转部件可包括围绕内颈部118的外周表面均匀地间隔开且设置在邻近内颈部110的第二端114的外周表面上的两个或四个引导管118。在此情况下，类似于图1中所示的情况，内颈部110的第二端114可被闭塞或被堵塞，以便防止流体从该处泄漏。
作为未示出的简单的备选实施例，如图5中所示的引导管118可在其第一端120处与内颈部在其第二端114处整体结合。该结构甚至可适用于流偏转部件包括如图5中所示的多个引导部件118的情况。
本领域的技术人员应当注意的是，在需要的地方，引导管118的出口可确定为在从内颈部110的纵轴线转移0到90度的范围中，以便调整从该处产生的流场。
尽管已经仅结合有限数目的实施例描述了本发明，但将容易理解的是，本发明不限于此类公开的实施例。相反，本发明可改变来结合迄今未描述的任何数目的改型、修改、置换或等同布置，但其与本发明的精神和范围相当。此外，尽管已经描述了本发明的各种实施例，但将理解的是本发明的方面可仅包括所述的实施例中的一些。因此，本发明不应被看作是由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (6)

1. 一种用于减小燃气涡轮中的脉动的缓冲器，包括：
封壳；
从所述封壳延伸的主颈部；
设置在所述封壳中以将所述封壳分成第一腔和第二腔的分隔板；
具有第一端和第二端的内颈部，其延伸经过所述分隔板以将所述第一腔和所述第二腔互连，其中所述内颈部的所述第一端保持在所述第一腔中，并且所述第二端保持在所述第二腔中，其特征在于，
流偏转部件设置成邻近所述内颈部的所述第二端以使经过所述内颈部的流偏转。
2. 根据权利要求1所述的缓冲器，其特征在于，所述流偏转部件包括设置在所述内颈部的邻近其所述第二端的外周表面上的至少一个孔，且所述内颈部的所述第二端被闭塞或被堵塞。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的缓冲器，其特征在于，所述至少一个孔包括围绕所述内颈部的外周表面均匀地设置的至少两个孔。
4. 根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的缓冲器，其特征在于，所述流偏转部件包括设置成邻近所述内颈部的所述第二端的至少一个引导管，其中所述引导管的出口指向从所述内颈部的纵轴线转移的一定角。
5. 根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的缓冲器，其特征在于，所述至少一个引导管包括围绕所述内颈部的外周表面均匀地设置的至少两个引导管。
6. 根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的缓冲器，其特征在于，所述引导管的出口指向从所述内颈部的纵轴线起转移从0度到90度的范围的角。
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