CN104769361A - 用于燃气轮机发动机的燃烧器的声阻尼系统 - Google Patents

用于燃气轮机发动机的燃烧器的声阻尼系统 Download PDF

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Abstract

公开了一种声阻尼的燃气轮机发动机，具有带声阻尼系统的燃烧器。声阻尼系统可由声阻尼主体形成，声阻尼主体具有构造成接收燃烧器喷嘴组件的至少一个孔。声阻尼主体可定位在燃烧器篮的头部区域中，并可包括位于声阻尼主体中的一个或多个孔。声阻尼系统可减轻纵向模态动力学，从而增加发动机工作包线，并减少排放。

Description

用于燃气轮机发动机的燃烧器的声阻尼系统
技术领域
本发明总体上涉及燃气轮机发动机，更具体地，涉及用于抑制燃气轮机发动机的燃烧器篮中的纵向模态动力学(longitudinal mode dynamics)的声阻尼系统。
背景技术
燃气轮机发动机通常包括定位在压缩器下游和涡轮组件上游的多个燃烧器篮。在操作期间，纵向模态动力学通常发生在燃烧器篮中，如图1-3所示。纵向模态动力学通常起源于燃烧器篮中的气流路径的入口，并向下游行进至涡轮入口。动力学限制燃气轮机发动机的调谐灵活性，以在更低排放下操作，这一直是对更新的燃气轮机的持续的要求。
技术领域
下面阐述的是本发明的简要总结，本发明解决了前述问题，并根据本发明目的提供了如在本文中实现和广泛描述的益处和优点。本发明涉及一种改进的燃气轮机发动机，其具有带声阻尼系统的燃烧器。声阻尼系统可减轻纵向模态动力学，从而增加发动机工作包线(engine operatingenvelope)，并间接帮助减少排放。声阻尼系统可由声阻尼主体形成，声阻尼主体具有构造成接收燃烧器喷嘴组件的至少一个孔。声阻尼主体可定位在燃烧器篮的头部区域中，并可包括位于声阻尼主体中的一个或多个孔。
声阻尼系统可由声阻尼主体形成，声阻尼主体具有构造成接收燃烧器喷嘴组件的至少一个孔。在一个实施例中，至少一个孔构造成接收燃烧器喷嘴组件，声阻尼系统可由构造成接收燃烧器喷嘴组件的至少一个中心孔形成。声阻尼主体可由成型为平面的材料形成，该材料具有上游侧和下游侧，上游侧和下游侧具有在其间延伸的内边缘和外边缘。内边缘和外边缘可具有任何合适的构造，比如但并不限于大致柱形。
声阻尼主体可包括至少一个孔，其位于声阻尼主体中，并定位在声阻尼主体的限定出中心孔的内边缘以及外边缘之间。在至少一个实施例中，声阻尼主体中的孔实际上是位于声阻尼主体中的多个孔。声阻尼主体中的多个孔可由孔的内环和孔的外环形成。孔的内环和孔的外环可以是同心的。孔的内环和孔的外环可以与中心孔同心。在至少一个实施例中，声阻尼主体中的多个孔均可由具有单一尺寸的孔形成。在至少另一实施例中，声阻尼主体中的多个孔的一部分可由具有第一尺寸的孔形成，而声阻尼主体中的多个孔的一部分可由具有大于第一尺寸的第二尺寸的孔形成。所述孔中的一个或多个可以是柱形的。
在另一实施例中，声阻尼主体可包括从声阻尼主体的外边缘向位于内边缘的上游侧延伸的下游侧，下游侧可相对于纵向轴线以锐角定位。声阻尼主体可以是大致线性的。声阻尼主体可包括位于下游侧的多个孔，所述多个孔没有完全延伸穿过声阻尼主体。
在又一实施例中，声阻尼主体可包括从声阻尼主体的外边缘向位于内边缘的上游侧延伸的下游侧，下游侧可相对于纵向轴线以锐角定位。声阻尼主体可以是大致弯曲的。声阻尼主体可包括位于下游侧的多个孔，所述多个孔没有完全延伸穿过声阻尼主体。
在使用时，声阻尼系统可抑制纵向模态燃烧器动力学，从而允许增加燃气轮机发动机工作包线。声阻尼系统可通过在头端产生更均匀的流量和通过产生更好的混合下游而充当流量调节器。
在阅读下面阐述的对本发明的详细描述时，这些和其它优点和目的会变得明显。
附图说明
结合在说明书中并作为说明书一部分的附图示出了当前公开的本发明的实施例，并与说明书一起公开了本发明的原理。
图1是燃气轮机发动机的常规燃烧器篮的横截面侧视图。
图2是动态压力的纵向模态动力学与频率关系的现有技术图表。
图3是动态压力的纵向模态形状与燃烧器篮上的位置的关系的现有技术图表。
图4是燃气轮机发动机的燃烧器篮的横截面侧视图。
图5是定位在于图4的细节5处截取的燃烧器篮内的声阻尼系统的局部横截面侧视图。
图6是图5的声阻尼系统的端视图。
图7是定位在于图4的细节7处截取的燃烧器篮内的声阻尼系统的另一实施例的局部横截面侧视图。
图8是图7的声阻尼系统的端视图。
图9是定位在于图4的细节9处截取的燃烧器篮内的声阻尼系统的又一实施例的局部横截面侧视图。
图10是在图9的细节11处截取的声阻尼系统的详细侧视图。
图11是在图9的细节11处截取的声阻尼系统的详细侧视图。
具体实施方式
如图4-11所示，本发明涉及一种声抑制的燃气轮机发动机10，其具有带声阻尼系统14的燃烧器12。声阻尼系统14可由声阻尼主体16形成，声阻尼主体具有构造成接收燃烧器喷嘴组件20的至少一个孔18。声阻尼系统16可定位在燃烧器篮24的头部区域22中，并可包括位于声阻尼主体16中的一个或多个孔26。声阻尼系统14可减轻纵向模态动力学，从而增加发动机工作包线，并间接帮助减少排放。
声阻尼系统14可构造成装配在燃气轮机发动机10的燃烧器篮12的头部区域22中。声阻尼系统14可包括具有一个或多个孔18的声阻尼主体16。孔18可定位在声阻尼主体16内的任何合适位置。在至少一个实施例中，定位在声阻尼主体18内的孔18是中心孔18。中心孔18可以是大致柱形的，或者可具有构造成装配在燃烧器喷嘴组件20的径向外部和周围的另一合适形状。在一个实施例中，如图5所示，中心孔18的大小可做成装配在燃烧器入口48周围。在另一实施例中，如图7所示，中心孔18的大小可做成装配在燃料喷嘴50周围。在另一实施例中，如图9所示，中心孔18的大小可做成装配在燃烧器入口48周围。
声阻尼主体16可由成型为平面的材料形成，该材料具有上游侧30和下游侧28，上游侧和下游侧具有在其间延伸的内外边缘32、34。内边缘32可限定出中心孔18，并如上所阐述般构造。外边缘34可具有任何合适构造，在至少一个实施例中，可以是大致柱形的。图5所示实施例的外边缘34的大小可做成接触燃烧器壳体56的内表面54。图7所示实施例的外边缘34的大小可做成装配在燃烧器入口48内，并可接触燃烧器入口48的内表面58。图9所示实施例的外边缘34的大小可做成抵靠燃烧器入口48和燃烧器壳体56的内表面54之间的头壁(head wall)60装配。
声阻尼主体16还可包括一个或多个孔26，其可定位在限定出中心孔18的内边缘32与外边缘34之间。孔26可具有任何合适形状，比如但并不限于柱形。如图6和8所示，声阻尼主体16可包括位于声阻尼主体16中的多个孔26。孔26均可相同地构造、不同地构造或具有多个不同构造。在一个实施例中，声阻尼主体16中的多个孔26可由孔26的内环36和孔26的外环38形成。孔26的内环36和孔26的外环38可以彼此同心。另外，孔26的内环36和孔26的外环38可以与中心孔18同心。如图6所示，声阻尼主体16中的孔26可均由具有单一尺寸的孔形成。在另一实施例中，如图8所示，声阻尼主体16中的多个孔26的第一部分40可由具有第一尺寸的孔26形成，声阻尼主体16中的多个孔26的第二部分42可由具有大于第一尺寸的第二尺寸的孔26形成。
在另一实施例中，如图9-10所示，声阻尼主体16可包括空气动力确定的上游侧30，比如锥形上游侧30。如横截面所示，上游侧30可从声阻尼主体16的外边缘32向位于内边缘32的下游侧28延伸，并可相对于纵向轴线46以锐角定位。声阻尼主体16还可包括多个孔26，其可延伸进主体16但是没有延伸穿过主体16，或者可突伸进流路。
在又一实施例中，如图11所示，声阻尼主体16可包括空气动力确定的上游侧30，比如锥形上游侧30。如横截面所示，上游侧30可从声阻尼主体16的外边缘32向位于内边缘32的下游侧28延伸，并可相对于纵向轴线46以锐角定位。声阻尼主体16可以是大致弯曲的。声阻尼主体16还可包括多个孔26，其可延伸进主体16但是没有延伸穿过主体16，或者可突伸进流路。
在使用时，声阻尼系统14可抑制纵向模态燃烧器动力学，从而允许增加涡轮发动机工作包线。声阻尼系统14可通过在燃烧器入口48处产生更均匀的流量和通过产生更好的混合轮廓下游而充当流量调节器。
前述仅提供用于说明、解释和描述本发明的实施例。在不脱离本发明或下列权利要求的范围或精神的情况下，对本领域技术人员来说，这些实施例的修改和适配是明显的，并且可以进行对这些实施例的修改和适配。

Claims (20)

1.一种用于燃气轮机发动机的燃烧器的声阻尼系统，包括：
声阻尼主体，具有构造成接收燃烧器喷嘴组件的至少一个孔；以及
位于所述声阻尼主体中的至少一个孔，定位在所述声阻尼主体的限定出至少一个孔的内边缘与外边缘之间。
2.如权利要求1所述的声阻尼系统，其中，所述声阻尼主体由成型为平面的材料形成，所述材料具有上游侧和下游侧，所述上游侧和所述下游侧具有在其间延伸的内边缘和外边缘。
3.如权利要求1所述的声阻尼系统，其中，所述外边缘是大致柱形的。
4.如权利要求1所述的声阻尼系统，其中，所述声阻尼主体中的至少一个孔包括位于所述声阻尼主体中的多个孔。
5.如权利要求4所述的声阻尼系统，其中，所述声阻尼主体中的多个孔由孔的内环和孔的外环形成。
6.如权利要求5所述的声阻尼系统，其中，孔的内环和孔的外环是同心的。
7.如权利要求5所述的声阻尼系统，其中，具有构造成接收燃烧器喷嘴组件的至少一个孔的声阻尼主体包括构造成接收燃烧器喷嘴组件的至少一个中心孔。
8.如权利要求7所述的声阻尼系统，其中，孔的内环和孔的外环与所述至少一个中心孔同心。
9.如权利要求4所述的声阻尼系统，其中，所述声阻尼主体中的多个孔均由具有单一尺寸的孔形成。
10.如权利要求4所述的声阻尼系统，其中，所述声阻尼主体中的多个孔的一部分由具有第一尺寸的孔形成，而所述声阻尼主体中的多个孔的一部分由具有大于所述第一尺寸的第二尺寸的孔形成。
11.如权利要求4所述的声阻尼系统，其中，所述多个孔的至少一个孔是柱形的。
12.如权利要求1所述的声阻尼系统，其中，从所述声阻尼主体的外边缘向位于内边缘的上游侧延伸的下游侧相对于纵向轴线以锐角定位。
13.如权利要求12所述的声阻尼系统，其中，所述声阻尼主体是大致弯曲的。
14.如权利要求12所述的声阻尼系统，还包括位于下游侧的、不会完全延伸穿过所述声阻尼主体的多个孔。
15.一种用于燃气轮机发动机的燃烧器的声阻尼系统，包括：
声阻尼主体，具有构造成接收燃烧器喷嘴组件的至少一个孔；
位于所述声阻尼主体中的多个孔，定位在所述声阻尼主体的限定出至少一个孔的内边缘与大致柱形外边缘之间；以及
其中，所述声阻尼主体由成型为平面的材料形成，所述材料具有上游侧和下游侧，所述上游侧和所述下游侧具有在其间延伸的内边缘和外边缘。
16.如权利要求15所述的声阻尼系统，其中，构造成接收燃烧器喷嘴组件的至少一个孔包括构造成接收燃烧器喷嘴组件的至少一个中心孔，并且其中，所述声阻尼主体中的多个孔由孔的内环和孔的外环形成，其中，所述多个孔的至少一个孔是柱形的。
17.如权利要求16所述的声阻尼系统，其中，孔的内环和孔的外环彼此同心，并与所述至少一个中心孔同心。
18.如权利要求15所述的声阻尼系统，其中，所述声阻尼主体中的多个孔均由具有单一尺寸的孔形成。
19.如权利要求15所述的声阻尼系统，其中，所述声阻尼主体中的多个孔的一部分由具有第一尺寸的孔形成，而所述声阻尼主体中的多个孔的一部分由具有大于所述第一尺寸的第二尺寸的孔形成，并且其中，从所述声阻尼主体的外边缘向位于内边缘的上游侧延伸的下游侧相地于纵向轴线以锐角定位。
20.一种声阻尼的燃气轮机发动机，包括：
燃烧器篮，具有至少一个喷嘴组件和声阻尼系统，所述声阻尼系统定位在所述燃烧器篮的头端区域处，围绕所述喷嘴组件，
其中，所述声阻尼系统包括
声阻尼主体，具有构造成接收燃烧器喷嘴组件的至少一个中心孔；以及
位于所述声阻尼主体中的至少一个孔，定位在所述声阻尼主体的限定出至少一个中心孔的内边缘与外边缘之间。
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