CN106796032A - 用于阻抑高频燃烧动力状态下的振动模式的燃烧室和方法 - Google Patents

Abstract

提供了包含燃烧器管道的燃烧室和方法，所述燃烧器管道在结构上被构造成阻抑可在高频燃烧动力状态下形成的振动模式。所述燃烧室可以包括载体（12）以及多个管道（16），所述多个管道（16）被设置在所述载体中。所述管道中的一些（用字母X标记）包括主体，所述主体相对于其余管道的相应主体具有不同的结构特征。具有所述不同的结构特征的管道可以在所述载体上被选择性地组合以形成此类管道的至少一个集合，此类管道的至少一个集合有效地阻抑所述燃烧室中预先设定的振动模式。

Description

用于阻抑高频燃烧动力状态下的振动模式的燃烧室和方法

技术领域

所公开的实施例一般地涉及如可以在诸如燃气涡轮发动机的涡轮发动机中使用的燃烧室和方法，并且更具体地涉及包含燃烧器管道（burner main）的燃烧室和方法，所述燃烧器管道被构造成阻抑可在高频燃烧动力状态下形成的振动模式。

背景技术

诸如燃气涡轮发动机的涡轮发动机例如包括压缩器区段、燃烧室区段以及涡轮区段。进入空气在压缩器区段中被压缩并且随后与燃料混合。混合物在燃烧室区段中被点燃以产生高温且高压的工作气体，该工作气体被引导到涡轮区段，在涡轮区段中，热能被转换成机械能。

在所述混合物的燃烧期间，取决于燃料/空气的化学计量、总质量流量以及其他操作条件，作为常规操作条件的结果，在燃烧室中会出现相对高频的热声振荡。这些热声振荡可在燃烧室中引起不可接受地高水平的压力振荡，其可导致燃烧室硬件出现机械疲劳和/或热疲劳。

一种已知的用以减轻此类热声振荡的技术包括使用亥姆霍兹式共振器（Helmholtz-type resonator）。例如见美国专利7,080,514。可以期望进一步的技术来以可靠且有成本效益的方式有效地减轻此类热声振荡。

附图说明

图1是包括某些燃烧器管道的所公开的燃烧室的一个非限制性实施例的前视立面图，所述燃烧器管道被构造成具有主体，所述主体相对于其余管道的主体具有不同的结构特征，并且所述燃烧器管道被选择性地组合以引入结构上的不对称，该结构上的不对称有效地阻抑可形成在燃烧室中的振动模式。

图2是表现为1R振动模式的压力振荡的非限制性示例图，可使用图1所示的管道布置来有效地阻抑所述1R振动模式。

图3是包括具有主体的管道的所公开的燃烧室的一个非限制性实施例的侧视立面图，所述主体包括变化的轴向长度。

图4是表现出被构造成具有不同的结构特征的管道的所公开的燃烧室的前视立面图，该管道在另一非限制性实施例中可以被选择性地组合以阻抑1T振动模式，所述1T振动模式如表现在图5所示的压力振荡的非限制性示例图中。

图6是表现出被构造成具有不同的结构特征的管道的所公开的燃烧室的前视立面图，该管道在又一非限制性实施例中可以被选择性地组合以阻抑2T振动模式，所述2T振动模式如表现在图7所示的压力振荡的非限制性示例图中。

图8-10是示出了不同的结构特征的另外的非限制性实施例的相应截面图，所述不同结构特征可以被构造在所述管道中的某些中以降低热声振荡的相干相互作用，并且因此有效地阻抑燃烧室中的振动模式。

具体实施方式

本发明的发明人已经认识到在使用如可以用在燃气涡轮发动机中的一些现有技术的燃烧室的情况中会出现某些问题。高频燃烧动力状态可限制发动机的操作包线（operational envelope），所述高频燃烧动力状态如可以包括各种声振动模式中的任何振动模式，例如横向声模式，其中，声驻波可沿着径向方向、周向方向或径向和周向方向两者传播。在包含大体上对称的结构的现有技术的燃烧室中，声压力振荡和放热振荡（即，热声振荡）的相干相互作用会加剧这些振动模式的水平，并且这些振动模式的水平可以导致燃烧室的排放性能退化并可以进一步引起燃烧室硬件的寿命缩短。考虑到这样的认识，本发明人提出了改进的燃烧室和方法，所述改进的燃烧室和方法包含燃烧器管道（在下文中仅被称为管道），所述管道被构造成可靠地且有成本效益地阻抑可形成在燃烧室中的振动模式。布置在所述管道中的结构上的不对称有效地降低了此类热声振荡的相干相互作用，并且因此有效地阻抑可在高频燃烧动力状态下形成在燃烧室中的振动模式。

在下面的具体实施方式中，阐述了各种具体的细节以便提供对此类实施例的透彻的理解。然而，本领域的技术人员将会理解的是：可以在没有这些具体的细节的情况下来实践本发明的实施例，本发明不局限于所示出的实施例，以及可以以各种替代的实施例来实践本发明。在其他情况中，本领域的技术人员将充分理解的方法、过程以及部件没有得到详细地描述，以避免不必要的且繁冗的解释。

此外，各种操作可以被描述为以有助于理解本发明的实施例的方式来实施的多个分离的步骤。然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作需要以它们所呈现出的顺序来实施，也不应被解释为它们还依赖于顺序，除非另有说明。而且，对短语“在一个实施例中”的重复使用并不必然指的是同一实施例，尽管其可以指的是同一实施例。要注意的是，所公开的实施例不需要被解释为互相排斥的实施例，因为此类所公开的实施例的方面可以取决于所给出的应用的需要由本领域的技术人员来适当地进行结合。

如本申请中所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等意图是含义相同的，除非另有说明。最后，如本文所使用的，短语“被构造成”或“被布置成”包括如下概念：在短语“被构造成”或“被布置成”之前的特征被有意地且特定地设计或制作为以特定方式起作用或发挥功能，并且不应被解释为意味着该特征仅具有以该特定方式起作用或发挥功能的能力或适用性，除非经如此说明。

图1是所公开的燃烧室10的一个非限制性实施例的前视立面图，燃烧室10如可以被用在诸如燃气涡轮发动机的涡轮发动机（由方框12示意性地表示）中。燃烧室10包括载体14以及多个管道16，多个管道16可以被环形地设置在载体中，例如，绕着被设置在中心的引燃燃烧器18。在一个非限制性实施例中，燃烧室10可以包括稀释氧燃烧（DOC）类型的燃烧室。

依照本发明的方面，所述多个管道中的一些（用字母X标出）具有主体，所述主体相对于其余管道（未用任何字母标出）的相应主体具有不同的结构特征。具有所述不同的结构特征的管道可在载体中被选择性地组合，以形成此类管道的一个或多个集合，此类管道的一个或多个集合有效地阻抑燃烧室中预先设定的振动模式，例如但不限于如表示在图2所示的压力振荡图中的1R振动模式。

在一个非限制性实施例中，管道的环形布置可以包括管道的至少两个同心环形，并且具有所述不同的结构特征的管道的集合可以是如下集合：该集合被组合成管道的上述至少两个同心环形的径向最靠内环形，如图1所示。

如可以在图3中领会到的，在一个非限制性实施例中，被构造成引入结构上的不对称的所述不同的结构特征可以包括轴向主体延伸部20，以使得多个管道16具有不同轴向长度的主体。例如，管道可以被制造成具有近似相等的轴向长度，并且随后主体延伸部20可以继而附接（例如，焊接、螺纹连接等）到管道中的一些。替代地，可以按批次制造具有不同轴向长度的管道，并且因此，在这个替代的实施例中，主体延伸部20可以不是必需的。将会领会到的是，可以在管道中布置其他形式的结构特征，以提供此类结构上的不对称。

在没有限制性的情况下，图8-10是示出了不同的结构特征的另外的非限制性实施例的相应截面图，所述不同的结构特征可以被构建在管道中的一些中以降低此类热声振荡的相干性。在一个非限制性实施例中，多个管道的相应主体可以包括管状主体，并且如图8所示，管道16中的一些可以包括排出端22，排出端22限定了相对于该管状主体的纵向轴线24倾斜的截面区域。在如图9所示的另一非限制性实施例中，管道16中的一些可以包括多个波浪状部26，多个波浪状部26可以被构建在此类管道的每个相应排出端22处。在如图10所示的再一非限制性实施例中，管道16中的一些可以包括多个雉堞状部（castellation）28，多个雉堞状部28可以被构建在此类管道的每个相应排出端22处。将会领会到的是，可以被构建在管道中的一些中的不同的结构特征的前述示例应被解释成示例意义而不是限制性意义，因为本发明的方面不局限于用以引入结构上的不对称的结构特征的任何特定类型。

如可以在图4和6中领会到的，具有不同的结构特征的管道（用字母X标记）可以包括管道的相应集合30，管道的相应集合30被选择性地组合（例如，被对称地分配）成跨过管道的两个同心环形的部段32。在图4所示的非限制性示例中，人们可领会到三个相应集合30，三个相应集合30被布置在具有近似120度的角间距的三个等距的部段32中。在这个非限制性示例中，集合30有效地阻抑如表示在图5所示的压力振荡图中的1T振动模式。

作为另一非限制性示例，图6示出了两个相应集合30，两个相应集合30被布置在具有近似180度的角间距的两个等距的部段30中。在这个另一非限制性示例中，集合30有效地阻抑如表示在图7所示的压力振荡图中的2T振动模式。将会领会到的是，本发明的方面不局限于仅阻抑图2、5和7所示的特定的振动模式。宽泛地讲，取决于所给出的应用的需要，管道的集合可以被选择性地布置以阻抑如可以由它们适当特征向量所限定的任何振动模式，或者以降低可在高频燃烧动力状态下出现的振动模式的相互作用（例如，模式间耦合（inter-mode coupling））。

虽然已经以示例性的形式公开了本公开的实施例，但是本领域的技术人员将会明白的是，在不偏离如所附权利要求所阐述的本发明的精神和范围以及其等同物的情况下，可在其中做出许多修改、添加以及删除。

Claims (20)

1. 一种燃烧室，包括：

载体；以及

多个管道，所述多个管道被设置在所述载体中，其中，所述多个管道中的一些各自包括主体，所述主体相对于其余管道的相应主体具有不同的结构特征，并且另外地，其中，所述管道中的所述一些在所述载体中被选择性地组合，以形成有效地阻抑所述燃烧室中预先设定的振动模式的所述管道中的所述一些的至少一个集合。

2.如权利要求1所述的燃烧室，其中，所述多个管道采用环形布置的方式被设置在所述载体中，所述环形布置包括管道的至少两个同心环形。

3.如权利要求2所述的燃烧室，其中，所述管道中的所述一些的所述至少一个集合包括被组合成管道的所述至少两个同心环形中的径向最靠内环形的集合。

4.如权利要求2所述的燃烧室，其中，所述管道中的所述一些的所述至少一个集合包括被组合成跨过管道的所述至少两个同心环形中的部段的相应集合。

5.如上述权利要求中的任一项所述的燃烧室，其中，所述管道中的所述一些中的所述不同的结构特征包括相对于其余管道的相应主体的轴向长度主体的不同轴向长度的主体。

6.如包括权利要求1至4中的任一项所述的燃烧室，其中，所述管道中的所述一些中的所述不同的结构特征包括轴向主体延伸部，以使得所述多个管道具有不同轴向长度的主体。

7.如权利要求1、5或6中的任一项所述的燃烧室，其中，所述管道中的所述一些中的所述不同的结构特征包括多个波浪状部或雉堞状部，所述多个波浪状部或雉堞状部被构建在所述管道中的所述一些的每个相应排出端处。

8.如权利要求1、5、6或7中的任一项所述的燃烧室，其中，所述多个管道的相应主体包括管状主体，并且其中，所述管道中的所述一些中的不同特征包括限定了相对于所述管状主体的纵向轴线倾斜的截面区域的排出端。

9.如权利要求1所述的燃烧室，其中，所述燃烧室是稀释氧燃烧室。

10.一种包括权利要求1所述的燃烧室的燃气涡轮发动机。

11.一种方法，包括：

将载体提供在燃烧室中；

将多个管道设置在所述载体中；

在所述多个管道中的一些的主体中布置相对于其余管道的相应主体不同的结构特征；以及

在所述载体中将所述管道中的所述一些选择性地组合，所述将所述管道中的所述一些选择性地组合形成有效地阻抑所述燃烧室中预先设定的振动模式的所述管道中的所述一些的至少一个集合。

12.如权利要求11所述的方法，其中，在所述管道中的所述一些的所述主体中布置所述不同的结构特征对形成在所述燃烧室中的热声振荡有效地产生了非相干响应。

13.如权利要求11所述的方法，其中，由所述管道中的所述一些的所述至少一个集合阻抑的所述预先设定的振动模式包括压力振荡，所述压力振荡选自周向压力振荡、径向压力振荡以及周向和径向压力振荡的结合所组成的组合。

14.如权利要求11所述的方法，还包括以环形布置将所述多个管道设置在所述载体中，所述环形布置包括管道的至少两个同心环形。

15.如权利要求11所述的方法，其中，所述管道中的所述一些的所述至少一个集合包括被组合成管道的所述至少两个同心环形中的径向最靠内环形的集合。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述管道中的所述一些的所述至少一个集合包括被组合成跨过管道的所述至少两个同心环形中的部段的集合。

17.如前述的权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述管道中的所述一些的所述主体中布置所述不同的结构特征包括附接轴向主体延伸部，以使得所述多个管道具有不同轴向长度的主体。

18.如包括权利要求11至16中的任一项所述的方法，其中，在所述管道中的所述一些的所述主体中布置所述不同的结构特征包括将所述多个管道构建成具有不同轴向长度的主体。

19.如权利要求11、17或18中的任一项所述的方法，其中，在所述管道中的所述一些的所述主体中布置所述不同的结构特征包括将多个波浪状部或雉堞状部构建在所述管道中的所述一些的每个相应排出端处。

20.如权利要求11、17、18或19中的任一项所述的方法，其中，所述多个管道的相应主体包括管状主体，并且其中，所述管道中的所述一些中的所述不同特征包括限定了相对于所述管状主体的纵向轴线倾斜的截面区域的排出端。