CN106605103B - 用于燃气涡轮发动机的燃烧器的声阻尼系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有带有声阻尼谐振器系统（14）的燃气涡轮发动机燃烧器（12）的声阻尼燃气涡轮发动机（10）。声阻尼谐振器系统（14）可以由一个或多个谐振器（16）形成，所述谐振器由在外壳体（20）处定位在燃气涡轮发动机燃烧器（12）内的谐振器壳体（18）形成，所述外壳体（20）形成燃烧筒（22）并且在所述燃烧器（12）内周向延伸。在至少一个实施例中，谐振器壳体（18）可以包括可以在谐振器腔（26）接收部（24）内焊接在适当位置而且可容易地替换而不使谐振器壳体（18）受到损坏的谐振器腔（26）。在另一个实施例中，谐振器腔（26）的内表面（32）可以从谐振器壳体（18）的内表面（34）径向向外偏移，从而产生流动路径不连续并减少谐振器腔（26）的加热。声阻尼谐振器系统（14）可以减轻动态，由此增加发动机操作包络和减少排放。

Description

用于燃气涡轮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涡轮发动机，并且更具体地，涉及用于燃气涡轮发动机中的燃烧器中的阻尼动力学的声阻尼系统。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括定位在压缩机下游且在涡轮机组件上游的多个燃烧筒（combustor basket）。在操作期间，纵向模式动态（longitudinal mode dynamics）通常发生在燃烧筒中。纵向模式动态通常起始于燃烧器筒中的空气流动路径的入口处并且向下游行进到涡轮机入口。动态限制燃气涡轮发动机的调节灵活性，以便以更低的排放操作，这是对于更新的燃气涡轮机的不断增加的要求。

已经将谐振器并入燃烧器中以阻抑纵向模式动态。谐振器的大小和构造适合于处理具体的声调。已经采用带有各种构造的谐振器。通常，谐振器在最高热释放的区域中定位在燃烧器内以最为有效。在该位置，谐振器暴露于相当高的温度和热梯度。早期的构造包括将谐振器直接焊接到燃烧器，但通常由于由焊缝与衬套之间的残余应力和热梯度引起的裂纹的形成而失效，从而导致高的维修成本，由于开裂和相当大的维修成本，已经使用其它解决方案但仅有有限的成功。因此，存在对于阻抑纵向模式动态的更有效、更廉价的解决方案的需要。

发明内容

公开了一种具有带有声阻尼谐振器系统的燃气涡轮发动机燃烧器的声阻尼燃气涡轮发动机。声阻尼谐振器系统可以由一个或多个谐振器形成，其中谐振器由在外壳体处定位在燃气涡轮发动机燃烧器内的谐振器壳体形成，外壳体形成燃烧筒并在燃烧器内周向延伸。在至少一个实施例中，谐振器壳体可以包括支撑一个或多个谐振器腔的一个或多个谐振器腔接收部，由此谐振器腔可以在谐振器腔接收部内被焊接在适当位置，而且在不使谐振器壳体受到损坏的情况下可容易地更换。在另一个实施例中，在谐振器腔和谐振器壳体之间形成的接头可以形成缝隙，由此谐振器腔的内表面从谐振器壳体的内表面径向向外偏移，从而产生流动路径不连续并且减少谐振器腔的加热。声阻尼谐振器系统可以减轻动态，由此增加发动机操作包络（operating envelope）和减少排放（emission）。

在至少一个实施例中，用于涡轮发动机的声阻尼谐振器系统可以包括一个或多个谐振器壳体，其限定带有内表面的至少一个内部通道和处于至少一个谐振器壳体的内表面的相对侧上的外表面。声阻尼谐振器系统可以包括一个或多个谐振器腔接收部，其定位在谐振器壳体中并且由至少一个孔形成。声阻尼谐振器系统可以包括定位成至少部分地处于谐振器腔接收部内的一个或多个谐振器腔。声阻尼谐振器系统可以包括形成在谐振器腔和限定谐振器腔接收部的谐振器壳体之间的接头。谐振器腔可以包括与谐振器壳体的内表面大体对齐的一个或多个内表面。在另一个实施例中，谐振器腔可以包括从所述至少一个谐振器壳体的内表面径向向外偏移的一个或多个内表面。一个或多个冷却流体排出孔可以定位在谐振器腔的内表面中。

在至少一个实施例中，可以在形成在谐振器腔和限定谐振器腔接收部的谐振器壳体之间的接头处形成缝隙。谐振器腔可以包括一个或多个弯曲的外边缘。限定谐振器腔接收部的一个或多个边缘可以径向向外弯曲。谐振器腔接收部还可以包括限定谐振器腔接收部的至少一部分的一个或多个连接凸缘。在至少一个实施例中，连接凸缘可以完全围绕至少一个谐振器腔接收部延伸。谐振器腔可以配合在由连接凸缘限定的谐振器腔接收部内。谐振器腔可以焊接到连接凸缘。

谐振器腔可以由具有内表面、一个或多个外表面和一个或多个侧表面的谐振器箱形成。侧表面可以是圆形的，从而形成圆筒形谐振器腔。在另一个实施例中，侧表面可以由至少两个表面形成。侧表面可以由四个侧表面形成，从而形成谐振器箱。谐振器腔还可以由联接到谐振器腔壳体的谐振器盖限定。

在至少一个实施例中，声阻尼谐振器系统可以包括一个或多个谐振器壳体，其限定带有内表面和处于谐振器壳体的内表面的相对侧上的外表面的至少一个内部通道，以及一个或多个谐振器腔接收部，其定位在谐振器壳体中并且由至少一个孔形成。声阻尼谐振器系统可以包括限定谐振器腔接收部的至少一部分的一个或多个连接凸缘和至少部分地定位在谐振器腔接收部内的一个或多个谐振器腔。谐振器腔可以配合在由连接凸缘限定的谐振器腔接收部内。可以在谐振器腔和限定谐振器腔接收部的谐振器壳体之间形成接头。在至少一个实施例中，谐振器壳体可以由片材金属环形成。

在另一个实施例中，声阻尼谐振器系统可以由一个或多个谐振器壳体形成，所述谐振器壳体限定一个或多个内部通道，其带有内表面和在谐振器壳体的内表面的相对侧上的外表面，以及一个或多个谐振器腔接收部，其定位在谐振器壳体中并且由至少一个孔形成。声阻尼谐振器系统可以包括至少部分地定位在谐振器腔接收部内的一个或多个谐振器腔以及形成在谐振器腔和限定至少一个谐振器腔接收部的谐振器壳体之间的接头。谐振器腔可以包括从谐振器壳体的内表面径向向外偏移的一个或多个内表面。谐振器腔可以包括一个或多个弯曲的外边缘。限定谐振器腔接收部的一个或多个边缘可以径向向外弯曲。在谐振器腔和限定谐振器腔接收部的谐振器壳体之间形成的接头处可以形成缝隙。

在使用期间，声阻尼谐振器系统可以阻抑纵向模式燃烧动态，从而容许增加涡轮发动机操作包络。声阻尼系统可以通过在燃烧器入口处产生更加均匀的流动并通过在下游产生更好的混合分布而用作流动调节器。

通过查阅下文阐述的本发明的详细描述，这些和其它优点和目的将变得显而易见。

附图说明

结合在说明书中并且形成说明书的一部分的附图图示当前公开的发明的实施例，并且与具体实施方式一起公开本发明的原理。

图1是定位在燃气涡轮发动机内的燃烧器的局部横截面侧视图。

图2是带有声阻尼谐振器系统的燃烧器衬套的透视图。

图3是声阻尼谐振器系统的透视图。

图4是定位在谐振器外壳中的谐振器腔接收部内的谐振器腔的横截面透视图。

图5是定位在谐振器壳体中的谐振器腔接收部内的谐振器腔的另一横截面透视图。

图6是定位在谐振器壳体中的谐振器腔接收部内的谐振器腔的横截面透视图，以及代表焊接接头的虚线，如果需要，所述焊接接头能够被分离以移除和替换谐振器腔。

图7是定位在谐振器壳体中的谐振器腔接收部内的谐振器腔的另一实施例的透视图。

图8是定位在谐振器壳体中的谐振器腔接收部内的图7的谐振器腔的详细视图。

图9是谐振器腔和谐振器壳体之间的接头的侧视图，以及空气温度，其示出驻留在滞止冷却凹部内的空气比谐振器腔的内表面的径向向内的热气体路径更冷。

具体实施方式

如图1-9中所示，公开了一种声阻尼燃气涡轮发动机10，其具有带有声阻尼谐振器系统14的燃气涡轮发动机燃烧器12。声阻尼谐振器系统14可以由一个或多个谐振器16形成，谐振器16由在外壳体20处定位在燃气涡轮发动机燃烧器12内的谐振器壳体18形成，外壳体20形成燃烧筒22并且在燃烧器12内周向延伸。在至少一个实施例中，谐振器壳体18可以包括支撑一个或多个谐振器腔26的一个或多个谐振器腔接收部24，由此谐振器腔26可以在谐振器腔接收部24内被焊接在适当位置，而且在不使谐振器壳体18受到损伤的情况下可容易地替换。在另一个实施例中，形成在谐振器腔26和谐振器壳体18之间的接头28可以形成缝隙30，由此谐振器腔26的内表面32从谐振器壳体18的内表面34径向向外偏移，从而产生流动路径不连续并减少谐振器腔26的加热。声阻尼谐振器系统14可以减轻动态，从而增加发动机工作包络并减少排放。

声阻尼谐振器系统14可定位在燃气涡轮发动机10内的一个或多个燃烧器12内并与燃烧器衬套15一起。燃烧器12可具有任何适当的构造。燃烧器12可以定位在压缩机13的下游，并且由限定燃烧筒的至少一个外壳体和附接到外壳体的至少一个上游壁形成，由此至少一个燃料喷嘴延伸到燃烧器12内。在至少一个实施例中，声阻尼谐振器系统14可以包括一个或多个谐振器壳体18，谐振器壳体18限定一个或多个内部通道36，其带有内表面34和处于谐振器壳体18的内表面34的相对侧上的外表面38。谐振器壳体18可以具有任何适当的构造。在至少一个实施例中，如图7-9中所示，谐振器壳体18可以是大体圆筒形的。谐振器壳体18可以由能够承受通常在燃烧器12内发现的高温的任何材料形成。在至少一个实施例中，谐振器壳体18可以由片材金属形成为环。因而，用于形成谐振器壳体18的制造工艺消除了对谐振器壳体18的常规铣削加工的需要并且降低了材料成本。

谐振器系统14可以包括定位在谐振器壳体18中的一个或多个谐振器腔接收部24。一个或多个谐振器腔接收部24可以由延伸穿过谐振器壳体18的至少一个孔40形成。谐振器腔接收部24可以具有任何适当的形状。例如，谐振器腔接收部24可以是圆形，如图7和8所示，是多边形、四边形，如图3-6中所示，或其它形状。

谐振器系统14可以包括至少部分地定位在一个或多个谐振器腔接收部24内的一个或多个谐振器腔26。在至少一个实施例中，单个谐振器腔26可以定位在单个谐振器腔接收部24内。在其它实施例中，两个或更多个谐振器腔26可以定位在单个谐振器腔接收部24内。谐振器腔26的大小可以使得当被定位在单个谐振器腔接收部24内时形成过盈配合。在其它实施例中，谐振器腔26可以紧密地配合在谐振器腔接收部24内，但不在其中形成过盈配合。谐振器腔26可以经由连接系统连接到谐振器腔接收部24，所述连接系统诸如但不限于被焊接（诸如经由角焊缝焊接）。

谐振器腔26可以具有任何适当的构造。在至少一个实施例中，如图4-6中所示，谐振器腔26可以由形成内腔42的谐振器箱44形成。谐振器箱44可以具有或可以不具有线性侧。形成谐振器腔26的谐振器箱44可以由具有内表面32、至少一个外表面46和至少一个侧表面48的谐振器箱44形成。如图7和图8中所示，谐振器腔26可以包括一个或多个圆形侧表面48，从而形成圆筒形谐振器腔26。在至少一个实施例中，谐振器腔26的侧表面48可由至少两个表面形成。如图4-6中所示，谐振器腔26的侧表面48可以由四个侧表面48形成，从而形成谐振器箱44。

图7中所示的谐振器腔26可以由联接到谐振器腔壳体52的谐振器盖50形成。谐振器盖50和谐振器腔壳体52可以形成为分开的部件，其可以经由连接系统联接在一起，所述联接系统诸如但不限于被焊接（诸如经由角焊缝焊接）。谐振器盖50可以具有任何形状，诸如但不限于圆形、多边形、矩形或其它形状。谐振器腔壳体52可以具有任何形状，诸如但不限于圆筒形或其它形状。在至少一个实施例中，如图7中所示，谐振器盖50可以具有大体等于谐振器腔壳体52的外径的外径。在至少一个实施例中，如图7中所示，一个或多个冷却流体排出孔68可以定位在谐振器腔26的径向外表面70中。冷却流体排出孔68可以具有任何适当的形状或大小，并且可以按照图案或随机地定位。

在至少一个实施例中，一个或多个谐振器腔接收部24可包括限定谐振器腔接收部24的至少一部分的一个或多个连接凸缘54。在另一个实施例中，连接凸缘54可完全围绕谐振器腔接收部24延伸。连接凸缘54可以由用于形成谐振器壳体18的材料形成。连接凸缘54可以形成围绕形成谐振器腔接收部24的孔40的连续环。连接凸缘54可以径向向外延伸小于谐振器腔26的径向高度的一半。在其它实施例中，连接凸缘54可以具有大于谐振器腔26的径向高度的一半的其它高度。一个谐振器腔26可以配合在由连接凸缘54限定的谐振器腔接收部24内。在至少一个实施例中，谐振器腔26可以经由连接系统联接到连接凸缘54，所述连接系统诸如但不限于被焊接（诸如经由角焊缝焊接）。连接凸缘54使焊接位置径向向外且远离内表面34移动。

如图4、5和9中所示，接头28可以形成在限定谐振器腔接收部的谐振器腔26和谐振器壳体18之间。接头28可以形成谐振器腔26和谐振器壳体18之间的连接部。在至少一个实施例中，接头28可以包括焊缝。在至少一个实施例中，在形成于谐振器腔26和限定谐振器腔接收部24的谐振器壳体18之间的接头28处形成缝隙30。谐振器腔26可包括一个或多个弯曲的外边缘60。限定谐振器腔接收部24的一个或多个边缘62可以径向向外弯曲。如图4中所示，谐振器腔26可以包括与谐振器壳体18的内表面34大体对齐的内表面32。在不需要替换谐振器壳体18的情况下，能够移除和替换谐振器腔26。

在另一个实施例中，如图7和图8中所示，谐振器腔26可以包括从谐振器壳体18的内表面34径向向外偏移的内表面32。图8中所示的实施例还可以包括在内表面32中的一个或多个冷却流体排出孔64。冷却流体可以从谐振器腔26排出以提供薄膜冷却。另外，在内表面32从谐振器壳体18的内表面34径向向外偏移的情况下，建立了热气体流动路径中的不连续。偏移的内表面32可以形成部分地由偏移的内表面32和谐振器腔接收部24的边缘62限定的滞止冷却凹部（stagnation cooling pocket）66。滞止冷却凹部66收集从冷却流体排出孔64排放的冷却流体。因此，相比于常规构造，内表面32暴露于更冷的温度。

在使用期间，声阻尼谐振器系统14可以阻抑纵向模式燃烧动态，从而容许增加涡轮发动机操作包络。声阻尼系统14可以通过在燃烧器入口处产生更均匀的流动并通过在下游产生更好的混合分布来用作流动调节器。如果裂纹在谐振器腔26的内表面32内发展，则裂纹仅被包含在谐振器腔26的内表面32内，并且不扩散到谐振器壳体18。能够移除和替换谐振器腔26，而不需要替换谐振器壳体18。

出于说明、解释和描述本发明的实施例的目的提供前述内容。对这些实施例的改型和调整对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且可以在不脱离本发明或所附权利要求的范围或精神的情况下做出。

Claims (15)

1.一种用于涡轮发动机（10）的声阻尼谐振器系统（14），其特征在于：

至少一个谐振器壳体（18），其限定至少一个内部通道（36），所述内部通道（36）带有内表面（34）和处于所述至少一个谐振器壳体（18）的所述内表面（34）的相对侧上的外表面（38）；

至少一个谐振器腔接收部（24），其定位在所述至少一个谐振器壳体（18）中并且由至少一个孔（40）形成；

至少部分地定位在所述至少一个谐振器腔接收部（24）内的至少一个谐振器腔（26）；并且

其中，在所述至少一个谐振器腔（26）和限定所述至少一个谐振器腔接收部（24）的所述至少一个谐振器壳体（18）之间形成接头（28）,

所述至少一个孔（40）延伸穿过所述谐振器壳体（18）并且每个孔（40）形成一个谐振器腔接收部（24），以及

所述至少一个谐振器腔（26）由具有所述内表面（32）、至少一个外表面（46）和至少一个侧表面（48）的谐振器箱（44）形成。

2.根据权利要求1所述的声阻尼谐振器系统（14），其特征在于，所述至少一个谐振器腔（26）包括与所述至少一个谐振器壳体（18）的内表面（34）大体对齐的至少一个内表面（32）。

3.根据权利要求1所述的声阻尼谐振器系统（14），其特征在于，所述至少一个谐振器腔（26）包括从所述至少一个谐振器壳体（18）的内表面（34）径向向外偏移的至少一个内表面（32）。

4.根据权利要求3所述的声阻尼谐振器系统（14），其特征还在于，所述至少一个内表面（32）中的至少一个冷却流体排出孔（64）。

5.根据权利要求1所述的声阻尼谐振器系统（14），其特征在于，在所述至少一个谐振器腔（26）和限定所述至少一个谐振器腔接收部（24）的所述至少一个谐振器壳体（18）之间形成的接头（28）处形成缝隙（30）。

6.根据权利要求1所述的声阻尼谐振器系统（14），其特征在于，所述至少一个谐振器腔（26）包括至少一个弯曲的外边缘（60）。

7.根据权利要求1所述的声阻尼谐振器系统（14），其特征在于，限定所述至少一个谐振器腔接收部（24）的至少一个边缘（62）径向向外弯曲。

8.根据权利要求1所述的声阻尼谐振器系统（14），其特征在于，所述至少一个谐振器腔接收部（24）还包括限定所述至少一个谐振器腔接收部（24）的至少一部分的至少一个连接凸缘（54）。

9.根据权利要求8所述的声阻尼谐振器系统（14），其特征在于，所述至少一个连接凸缘（54）完全围绕所述至少一个谐振器腔接收部（24）延伸。

10.根据权利要求8所述的声阻尼谐振器系统（14），其特征在于，所述至少一个谐振器腔（26）配合在由所述至少一个连接凸缘（54）限定的所述至少一个谐振器腔接收部（24）内。

11.根据权利要求8所述的声阻尼谐振器系统（14），其特征在于，所述至少一个谐振器腔（26）焊接到所述至少一个连接凸缘（54）。

12.根据权利要求1所述的声阻尼谐振器系统（14），其特征在于，所述至少一个侧表面（48）是圆形的，由此形成圆筒形谐振器腔（26）。

13.根据权利要求1所述的声阻尼谐振器系统（14），其特征在于，所述至少一个侧表面（48）由至少两个表面形成。

14.根据权利要求1所述的声阻尼谐振器系统（14），其特征在于，所述至少一个侧表面（48）由四个侧表面形成，由此形成谐振器箱（44）。

15.根据权利要求1所述的声阻尼谐振器系统（14），其特征在于，所述至少一个谐振器腔（26）还由联接到谐振器腔壳体（52）的谐振器盖（50）限定。