CN104180396B - 用于燃气涡轮的阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃气涡轮的阻尼器。具体而言，本发明涉及一种阻尼器，该阻尼器用于减小燃气涡轮的燃烧室中的脉动，其中该阻尼器包括：共振腔，其具有入口和与燃烧室和共振腔的内部流动连通的颈管，和补偿组件，其与颈管可枢转地连接，且插入共振腔与燃烧室之间，以允许燃烧室与共振腔之间的相对旋转。利用根据本发明的阻尼器，通过提供补偿组件，确保补偿燃烧室与共振腔之间的相对旋转，从而延长操作寿命。

Description

用于燃气涡轮的阻尼器
技术领域
本发明涉及一种燃气涡轮，更具体而言，涉及一种用于减小燃气涡轮的燃烧室中的脉动(pulsation)的阻尼器。
背景技术
在常规燃气涡轮中，通常在燃烧过程期间由于燃烧不稳定性和变化而在燃气涡轮的燃烧室中发生声振荡。该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受到严重的机械负载的振幅和相关联的压力波动，这可决定性地缩短燃烧室的寿命，且在最坏的情况中，甚至可导致燃烧室的破坏。
通常，称为亥姆霍兹(Helmholtz)阻尼器的一类阻尼器用于阻尼燃气涡轮的燃烧室中生成的脉动。当前，使用此类阻尼器方面的一个主要困难在于对这些阻尼器而言可用的空间有限。解决此情形的一种可能的途径是将阻尼器置于燃烧室的外侧。实际上，构成燃烧室的不同层的热膨胀妨碍了直接地应用此类阻尼器。
US2004/0248053A1中公开了一种用于减小燃气涡轮的燃烧室中的共振的阻尼布置，其中，燃烧室包括外壁表面部分和面对燃烧室的内壁表面部分，气密性地包围中间空间，冷却空气可出于燃烧室壁的对流冷却目的而给送到该中间空间中。提供了至少一个第三壁表面部分，其与外壁表面部分一起包围气密性容积。该气密性容积通过至少一个连接管线气密性地连接于燃烧室。垫圈焊接到连接管线的端部处，其位于气密性容积中，且覆盖外壁表面部分来提供气密性。利用该垫圈和连接管线，阻尼布置可补偿一个方向上的外壁表面部分与内壁表面部分之间的热膨胀差。
US2006/0123791A1中提供了适用于燃气涡轮发动机的燃烧室，其包括至少一个亥姆霍兹共振器，该亥姆霍兹共振器具有共振腔和与室内部流动连通的共振器颈部。亥姆霍兹共振器固定于燃烧室的内壳，其中共振器颈部穿过燃烧室的内壁上的开口穿透到燃烧室的内部中。环形密封部件围绕颈部的外周提供，以提供颈部与开口之间的气密性密封。颈部提供了颈部相对于燃烧室的有限的相对轴向移动，以便在发动机操作期间基本没有负载从共振器颈部传递至燃烧室。
WO2012/057994A2中公开了包括至少一个共振器的燃气涡轮的燃烧器，其包括外衬套和内衬套。共振器联接于外衬套。燃烧器衬套包括喉部，该喉部从共振器的底座延伸并穿过内衬套和外衬套穿透到燃烧室中。燃烧器衬套还包括垫环(grommet)组件，其允许邻近喉部的内衬套与外衬套之间在沿喉部的轴线的第一方向和垂直于第一方向的第二方向上的相对热膨胀。
甚至在脉动阻尼领域中的前文提到的发展方案的情况下，存在较大的空间来改善补偿效应，以消除热膨胀差。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于燃气涡轮的阻尼器，其可补偿在燃烧室与阻尼器(特别是阻尼器的共振腔)之间由于热膨胀差异而发生的相对旋转。
该目的通过如下阻尼器来达到，该阻尼器用于减小燃气涡轮的燃烧室中的脉动，其中该阻尼器包括：共振腔，其具有入口和与燃烧室和共振腔的内部流动连通的颈管，和补偿组件，其与颈管可枢转地连接，且插入共振腔与燃烧室之间，以允许燃烧室与共振腔之间的相对旋转。
根据一个可能的实施例，颈管在其第一端处气密性地附接到燃烧室的壁，补偿组件与颈管的第二端可枢转地连接，其中补偿组件包括形成在颈管的第二端上的球状部分和与球状部分气密性地配合的承窝部分，以提供燃烧室与共振腔之间的相对旋转。
根据另一个可能的实施例，补偿组件还包括形成在承窝部分上的第一滑动部分和与第一滑动部分气密性地配合的第二滑动部分，以提供沿平行于颈管的纵轴线的方向在第一滑动部分与第二滑动部分之间的相对滑动。
根据另一个可能的实施例，补偿组件还包括形成在第二滑动部分上的第三滑动部分和形成在共振腔的入口上的第四滑动部分，第四滑动部分与第三滑动部分气密性地配合，以提供沿横穿颈管的纵轴线的方向在第三滑动部分与第四滑动部分之间的相对滑动。
根据另一个可能的实施例，燃烧室的壁包括外壁和位于外壁的径向内侧的内壁，且颈管在其第一端处气密性地附接到燃烧室的内壁，且行进穿过外壁上的开口，其中垫环气密性地附接到颈管的周边以便覆盖外壁上的开口。
根据另一个可能的实施例，第三滑动部分包括形成在其上的凸起，其中允许凸起抵靠第四滑动部分气密性地滑动。
根据另一个可能的实施例，颈管在其第一端处气密性地附接到共振腔的入口，补偿组件与颈管的第二端可枢转地连接，其中补偿组件包括形成在管颈的第二端上的球状部分和与球状部分气密性地配合的承窝部分，以提供燃烧室与共振腔之间的相对旋转。
根据另一个可能的实施例，补偿组件还包括形成在承窝部分上的第一滑动部分和与第一滑动部分气密性地配合的第二滑动部分，以提供沿平行于颈管的纵轴线的方向在第一滑动部分与第二滑动部分之间的相对滑动。
根据另一个可能的实施例，补偿组件还包括形成在第二滑动部分上的第三滑动部分和形成在燃烧室的壁上的第四滑动部分，第四滑动部分与第三滑动部分气密性地配合，以提供沿横穿颈管的纵轴线的方向在第三滑动部分与第四滑动部分之间的相对滑动。
根据另一个可能的实施例，第三滑动部分包括形成在其上的凸起，其中允许凸起抵靠第四滑动部分气密性地滑动。
利用根据本发明的阻尼器，通过提供补偿组件，确保补偿燃烧室与共振腔之间的相对旋转，从而延长操作寿命。
附图说明
在参照附图阅读仅为了举例目的而给出的本发明的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，贯穿附图，相似的参考标号可用于表示相似的元件，且在附图中：
图1示出根据本发明的一个实施例的具有燃气涡轮的燃烧室的部分的阻尼器的示意性截面视图，其中为了清楚的目的切去了一些部分；
图2示出根据本发明的另一个实施例的具有燃气涡轮的燃烧室的部分的阻尼器的示意性截面视图，其中为了清楚的目的切去了一些部分。
参考标号列表
100 阻尼器
102 周壁
104 入口
106 结构
108 第四滑动部分
110 共振腔
120 颈管
122 第一端
124 第二端
126 球状部分
130 补偿组件
132 承窝部分
134 第一滑动部分
136 第二滑动部分
138 第三滑动部分
200 燃烧室
202 内壁
204 外壁
206 开口
208 垫环
210 壁。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施例的具有燃气涡轮的燃烧室200的一部分的阻尼器100的示意性截面视图，其中为了清楚的目的切去了一些部分。阻尼器100包括共振腔110，共振腔110具有如由周壁102和入口104界定的盒形或柱形。如图1所示，切去了共振腔110的主要部分，因为这不会妨碍本发明的技术解决方案的完整和完全的理解。另外，为了清楚和简明，图1仅示出燃烧室200的与本发明紧密相关的部分。共振腔110由图1未示出的紧固件气密性地附接到燃烧室200的结构106。在本发明的示例性实施方案中，燃烧室200的结构106可为燃烧室200的壳。本领域技术人员将认识到，结构106提供了用于共振腔110的载体，且不应限于如本文所述的燃烧室的壳。此外，阻尼器100包括颈管120，颈管120穿过根据本发明的补偿组件130与共振腔110流动连通，以便补偿共振腔110与燃烧室200之间的相对移动。
根据一个示例性实施例，颈管120在其第一端122处气密性地附接于燃烧室200的壁。例如，颈管120的第一端122可焊接于燃烧室200的壁。作为可应用在双壁燃烧室中的一个可能的实施方案，其中燃烧室200包括内壁202和位于内壁202的径向外侧的外壁204，颈管120的第一端122可气密性地附接于燃烧室200的内壁202，其中颈管120延伸穿过外壁204上的开口206。在此情况下，垫环208可气密性地附接(诸如焊接)于颈管120的周边，以便覆盖在颈管120与开口206之间生成的间隙，从而提供气密性。
作为备选实施例，当本发明应用在单壁燃烧室中时，可免除垫环208。
根据本发明的一个示例性实施例，补偿组件130可与颈管120可枢转地连接，且插入共振腔110与燃烧室200之间，以允许燃烧室200与共振腔110之间的相对旋转。在该实施例中，补偿组件130可与颈管120的和第一端122相反的第二端124可枢转地连接。具体而言，补偿组件130可包括形成在第二端124上的球状部分126和与球状部分126气密性地配合的承窝部分132，以提供燃烧室200与共振腔110之间的相对旋转。在燃气涡轮操作期间，燃烧室200与共振腔110之间由不同的热膨胀引起的相对旋转可由补偿组件130补偿或吸收，以便防止可能的结构破坏。
此外，补偿组件130可包括形成在承窝部分132上与其相反的一侧上的第一滑动部分134、和与第一滑动部分134气密性地配合的第二滑动部分136，以提供沿平行于颈管120的纵轴线的方向在第一滑动部分134与第二滑动部分136之间的相对滑动。在燃气涡轮的操作期间，第一滑动部分与第二滑动部分之间的相对滑动可补偿沿颈管120的纵轴线在燃烧室200与共振腔110之间由不同热膨胀引起的相对移动。
此外，补偿组件130可包括形成在第二滑动部分136上与第一滑动部分134相反的第三滑动部分138、和形成在共振腔110的入口104上的第四滑动部分108，第四滑动部分108与第三滑动部分138气密性地配合，以提供沿横穿颈管122的纵轴线的方向在第三滑动部分138与第四滑动部分108之间的相对滑动。在燃气涡轮操作期间，第三滑动部分138与第四滑动部分108之间的相对滑动可补偿沿横穿颈管120的纵轴线的方向在燃烧室200与共振腔110之间由不同热膨胀引起的相对移动。
如图1所示，第四滑动部分108可由入口104的端面提供，其可表示可由本领域的技术人员采用的一种可能的解决方案。然而，等同结构可用作第四滑动部分108。例如，当共振腔110借助于中间构件，诸如未图示的板（该板具有开口以调整入口104的尺寸和大小），附接到燃烧室200的结构106时，第四滑动部分108可由该板提供。作为另一个实例，假如结构106具体地定形为提供入口104下方的凹口（第三滑动部分138可抵靠该凹口滑动），则甚至可利用燃烧室200的结构106的一部分来提供第四滑动部分108。
作为一个可能的实施方案，共振腔110可为具有圆形入口104的柱形。在此情况下，圆形入口104包括围绕其设置的凸缘，共振腔110通过该凸缘附接到燃烧室200的壳。在该实施方案中，球状部分126可围绕颈管120的第二端124形成，其中管形状在尺寸方面设置为适应某些应用。补偿组件130的承窝部分132和第一滑动部分134可由具有一定宽度和厚度的环提供，其中承窝部分132将形成为环中的内周表面上的圆形凹槽，且第一滑动部分134将为环的外周表面。在此情况下，图1可表示补偿组件130的截面视图。补偿组件130的第二滑动部分136可由具有一定内径的套筒提供，以与环的外径气密性地配合，以便提供环与套筒之间的相对滑动。此外，第三滑动部分138可由圆板提供，该圆板在其外周处具有凸起。该圆板可与套筒整体结合。可允许圆板的凸起抵靠凸缘的端面气密性地滑动来作为第四滑动部分，以便提供圆板与共振腔之间的相对滑动。本领域技术人员应认识到，以上实施方案仅意图为一个实例，且不应理解为对本发明的范围和应用的任何限制。根据本公开中的教导，本领域技术人员可将本发明适用于不同的应用，其中共振腔、补偿组件和颈管的形状、大小和结构可不同，这些中的全部都应认为落入本发明的保护范围中。
如图2所示，根据另一个示例实施例，提供了根据本发明的阻尼器100的断面示意性截面视图。阻尼器100包括共振腔110，共振腔110具有如由周壁102和入口104界定的盒形或柱形。共振腔110由图2未示出的紧固件气密性地附接到燃烧室200的结构106。在本发明的示例实施方案中，燃烧室200的结构106可为燃烧室200的壳。本领域技术人员将认识到，结构106提供了用于共振腔110的载体，且不应限于如本文所述的燃烧室的壳。此外，阻尼器100包括颈管120，颈管120穿过根据本发明的补偿组件130与共振腔110流动连通，以便补偿共振腔110与燃烧室200之间的相对移动。作为图2所示的实施例，颈管120在第一端122处气密性地附接到共振腔110的入口104。例如，颈管120的第一端122与共振腔110的入口104整体结合。作为另一个实例，颈管120的第一端122可与共振腔110的入口104焊接在一起。在该实施例中，补偿组件130与颈管120的第二端124可枢转地连接。
根据本发明的一个示例实施例，补偿组件130可包括旋转补偿结构。具体而言，补偿组件130可包括球状部分126和承窝部分132，球状部分126形成在第二端124上，与颈管120的第一端122相反，承窝部分132与球状部分126气密性地配合，以提供燃烧室200与共振腔110之间的相对旋转。在燃气涡轮操作期间，燃烧室200与共振腔110之间由不同的热膨胀引起的相对旋转可由补偿组件130补偿或吸收，以便防止可能的结构破坏。
此外，补偿组件130可包括形成在承窝部分132上与其相反的一侧上的第一滑动部分134、和与第一滑动部分134气密性地配合的第二滑动部分136，以提供沿平行于颈管120的纵轴线的方向在第一滑动部分134与第二滑动部分136之间的相对滑动。在燃气涡轮的操作期间，第一滑动部分与第二滑动部分之间的相对滑动可补偿沿颈管120的纵轴线在燃烧室200与共振腔110之间由不同热膨胀引起的相对移动。
此外，补偿组件130可包括第三滑动部分138和第四滑动部分108，第三滑动部分138形成在第二滑动部分136上，与第一滑动部分134相反，第四滑动部分108形成在燃烧室200的壁210上，第四滑动部分108与第三滑动部分138气密性地配合，以提供沿横穿颈管122的纵轴线的方向在第三滑动部分138与第四滑动部分108之间的相对滑动。如图2所示，第四滑动部分108由燃烧室200的壁210的表面提供。
应注意的是，在特定应用中(其中燃烧室与共振腔之间的相对旋转显著，且它们之间沿颈管的纵轴线和沿横穿颈管的纵轴线的垂直方向的相对移动可忽略)，补偿组件的第一和第二滑动部分可整体地形成，且补偿组件的第三和第四滑动部分可整体地形成或由紧固件固定。在此情况下，补偿组件可借助于颈管的球状部分和补偿组件的承窝部分来仅仅补偿燃烧室与共振腔之间的相对旋转。
应当注意的是，在需要同时补偿相对旋转和相对移动的另一个应用中，可使用滑动部分对(即，第一滑动部分和第二滑动部分、第三滑动部分和第四滑动部分)中的两对或任一对，与颈管的球状部分和补偿组件的承窝部分组合。本领域技术人员将认识到补偿结构的适当组合，以实现期望的旋转和/或移动补偿。
尽管已经仅仅结合有限数目的实施例描述了本发明，但应容易地理解的是，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，但与本发明的精神和范围相当的任何数目的改型、变化、置换或等同布置。此外，尽管已经描述了本发明的各种实施例，但应理解的是本发明的方面可仅包括所述实施例中的一些。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 (7)

1.一种阻尼器，该阻尼器用于减小燃气涡轮的燃烧室中的脉动，其中所述阻尼器包括：
共振腔，其具有入口和与所述燃烧室和共振腔的内部连通的颈管，和
补偿组件，其与所述颈管可枢转地连接，且插入所述共振腔与所述燃烧室之间，以允许所述燃烧室与所述共振腔之间的相对旋转；
其特征在于：
所述颈管在其第一端处气密性地附接到所述燃烧室的壁，所述补偿组件与所述颈管的第二端可枢转地连接，其中
所述补偿组件包括形成在所述颈管的第二端上的球状部分和与所述球状部分气密性地配合的承窝部分，以提供所述燃烧室与所述共振腔之间的相对旋转。
2.根据权利要求1所述的阻尼器，其特征在于，
所述补偿组件还包括形成在所述承窝部分上的第一滑动部分和与所述第一滑动部分气密性地配合的第二滑动部分，以提供沿平行于所述颈管的纵轴线的方向在所述第一滑动部分与所述第二滑动部分之间的相对滑动。
3.根据权利要求2所述的阻尼器，其特征在于，
所述补偿组件还包括形成在所述第二滑动部分上的第三滑动部分和形成在所述共振腔的入口上的第四滑动部分，所述第四滑动部分与所述第三滑动部分气密性地配合，以提供沿横穿所述颈管的纵轴线的方向在所述第三滑动部分与所述第四滑动部分之间的相对滑动。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的阻尼器，其特征在于，
所述燃烧室的壁包括内壁和在所述内壁的径向外侧的外壁，并且
所述颈管在其第一端处气密性地附接到所述燃烧室的内壁，且延伸穿过所述外壁上的开口，其中垫环气密性地附接到所述颈管的周边，以便覆盖在所述颈管与所述开口之间生成的间隙。
5.根据权利要求3所述的阻尼器，其特征在于，
所述第三滑动部分包括形成在其上的凸起，其中允许所述凸起抵靠所述第四滑动部分气密性地滑动。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的阻尼器，其特征在于，
所述颈管在其第一端处气密性地附接到所述共振腔的入口，所述补偿组件与所述颈管的第二端可枢转地连接，其中
所述补偿组件包括形成在所述颈管的第二端上的球状部分和与所述球状部分气密性地配合的承窝部分，以提供所述燃烧室与所述共振腔之间的相对旋转。
7.根据权利要求2所述的阻尼器，其特征在于，
所述补偿组件还包括形成在所述第二滑动部分上的第三滑动部分和形成在所述燃烧室的壁上的第四滑动部分，所述第四滑动部分与所述第三滑动部分气密性地配合，以提供沿横穿颈管的纵轴线的方向在所述第三滑动部分与所述第四滑动部分之间的相对滑动。
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