CN108534137B - 混合器 - Google Patents

Abstract

一种混合器(7)，包括壳体(10)、壳体(10)内的管(11)、布置成在管(11)的中心区(18)处喷射流体的第一喷射器(12)和第二喷射器(13)、布置成在管(11)的壁区(17)处喷射流体的第三喷射器(14)和第四喷射器(15)。第一/第三喷射器(12)在它们之间没有声节点时离第二/第四喷射器(13)有距离D1=v/2f₁或其奇数整数倍，或在它们之间存在声节点时在距离D1=λ_conv=v/f₁或其全波长整数倍处。有利地，f₁大于f₂。

Description

混合器

优先权请求

本申请请求享有2017年3月2日提交的欧洲专利申请号17159008.6的优先权，其公开内容通过引用来并入。

技术领域

本发明涉及混合器。具体而言，混合器是燃气涡轮的一部分，且用于将稀释空气供应到穿过燃气涡轮的热气体中。

背景技术

图1示意性地示出了燃气涡轮的一种实例；燃气涡轮1具有压缩机2、第一燃烧室3、第二燃烧室4和涡轮5。高压涡轮可能设在第一燃烧室3与第二燃烧室4之间。在操作期间，空气在压缩机2处压缩且用于在第一燃烧室3中燃烧燃料；热气体(可能在高压涡轮中部分地膨胀)然后发送到第二燃烧室4中，在该处，喷射和燃烧另一燃料；在第二燃烧室4处生成的热气体然后在涡轮5中膨胀。

混合器7可设在第一燃烧室3与第二燃烧室4之间，以便以空气(或其它气体)稀释来自第一燃烧室3且引导到第二燃烧室4中的热气体。

图2示意性地示出了包括第一燃烧室3和第二燃烧室4的燃气涡轮的区段。图2示出了第一燃烧室3的第一焚烧器3a，在该处，来自压缩机2的压缩空气与燃料混合，以及示出了燃烧器3b，在该处，混合物燃烧生成热气体(标号20a指出火焰)。热气体经由过渡件3c引导到混合器7中，在该处，空气供应到热气体中来稀释其。稀释(和冷却)的热气体因此供应到第二燃烧室4的焚烧器4a中，在该处，另一燃料经由喷枪8喷射到热气体中且与其混合。在从喷射到第二焚烧器4a中起的“延迟时间”之后，该混合物通过自动燃烧来在燃烧器4b中燃烧(标号20b表示火焰)。

第二焚烧器4a中的温度通常由于来自混合器7且引导到第二焚烧器4a中的空气的质量流振荡而振荡。

延迟时间尤其取决于第二焚烧器4a内的温度，使得第二焚烧器4a中的温度振荡引起延迟时间的增加/缩短，且因此引起燃烧器4b中的火焰的轴向向上/向下振荡。

为了防止火焰的这些轴向振荡，第二焚烧器4a中的温度必须保持恒定，且因此出自混合器7的流必须保持恒定。

穿过混合器7的质量流可变化，因为在混合器7内存在压力振荡(例如，由于燃烧器3b和/或4b中的燃烧)；这些压力振荡引起喷射到混合器中的稀释空气流的增加/减少。

为了保持该流动恒定，多个喷射器可以以这样的方式设在混合器7的不同轴向位置处，使得经由上游喷射器供应的振荡压力空气补偿经由下游喷射器供应的振荡压力空气。换言之，空气以这样的方式喷射，使得从上游喷射器喷射的高压空气在低压空气经由它们喷射时到达下游喷射器(且反之亦然)；这样，高压和低压补偿彼此且抵消，使得混合器7内的压力大致保持恒定；到混合器中的空气喷射因此可在一定时间内恒定。

发明人发现了通过混合器的截面来改善压力振荡(且因此质量流振荡)的抵消的方式。

发明内容

本发明的一个方面包括提供带有改善的流振荡抵消的混合器。

这些和其它方面通过提供根据所附权利要求的混合器来获得。

附图说明

其它特征和优点将从在附图中借助于非限制性实例示出的混合器的优选但非独有的实施例的描述中更清楚，在附图中：

图1示意性地示出了燃气涡轮；

图2示意性地示出了图1的燃气涡轮的第一燃烧室、混合器和第二燃烧室；

图3示出了混合器的纵截面；

图4示出了燃气涡轮的不同实施例；

图5和6示出了关于混合器自身内的压力的第一喷射器、第二喷射器、第三喷射器、第四喷射器之间的距离；在那些图中，标号0表示混合器内的标称压力；

图7示出了包括更多排的喷嘴的喷射器的实例，以及

图8示出了混合器的不同实施例。

参考标号

1 燃气涡轮

2 压缩机

3 第一燃烧室

3a 第一焚烧器

3b 燃烧器

3c 过渡件

4 第二燃烧室

4a 第二焚烧器

4b 燃烧器

5 涡轮

7 混合器

8 喷枪

9 涡轮

10 壳体

11 管

12 第一喷射器

13 第二喷射器

14 第三喷射器

15 第四喷射器

16 喷嘴

17 壁区

18 中心区

20a,20b 火焰

22 声节点

D1 距离

D2 距离

F 流

λ_conv 对流波长

v 穿过管的流体流速。

具体实施方式

参照附图，这些示出了燃气涡轮1，其具有压缩机2、第一燃烧室3、给送有来自第一燃烧室3的流体的第二燃烧室4、涡轮5。混合器7设在第一燃烧室3与第二燃烧室4之间。此外，在第一燃烧室3与第二燃烧室4(混合器7的上游或下游)之间可设有高压涡轮(图4，涡轮9)。

混合器7包括壳体10、壳体10内的管11、布置成在管11的中心区处喷射流体的第一喷射器12、布置成在管11的中心区处喷射流体的第二喷射器13、布置成在管11的壁区处喷射流体的第三喷射器14、以及布置成用于在管11的壁区处喷射流体的第四喷射器15。还可提供附加的喷射器。

各个喷射器均可包括在管11的圆周或周边上延伸的一排喷嘴16；此外，各个喷射器均可包括接近彼此的多排喷嘴。此外，相同喷射器的不同排的喷嘴中的喷嘴16可具有相同或不同的穿透，且/或相同排的喷嘴中的喷嘴16可具有不同的穿透。

例如，图3示出了实施例，其中喷射器布置成用于在管11的中心区处和壁区处喷射流体，它们提供成接近彼此。

为了在管11的中心区18处喷射流体，第一喷嘴12和第二喷嘴13具有到管11中的较深穿透；同样，为了在管11的壁区17处喷射流体，第三喷嘴和第四喷嘴具有到管11中的较小穿透；大体上，第一喷射器12和第二喷射器13比第三喷射器14和第四喷射器15具有到管11中的更深穿透。

喷射器的相对位置可为任何，即，任何喷射器都可在任何其它喷射器的上游和/或下游(上游和下游是指由附图中的箭头F表示的流体循环方向)。

假如它们之间没有声节点(即，无声节点)，则第一喷射器12与第二喷射器13之间的距离是

D1=λ_conv/2=v/2f₁

或其奇数整数倍。假如第一喷射器12与第二喷射器13之间存在声节点(即，存在声节点)，则距离D1是

D1=λ_conv=v/f₁

或其全波长整数倍。

同样，假如它们之间没有声节点(即，无声节点)，则第三喷射器14与第四喷射器15之间的距离是

D2=λ_conv/2=v/2f₂

或其奇数整数倍。假如第三喷射器14与第四喷射器15之间存在声节点(即，存在声节点)，则距离D2是

D2=λ_conv=v/f₂

或其全波长整数倍。

在以上公式中：

f₁是在管11的壁区17处阻尼的振荡频率(压力振荡)，即，在管11内的区处，其接近壁，例如，在火焰的外部处，

f₂是在管11的中心区18处阻尼的振荡频率(压力振荡)，例如，在火焰的内部或中心部处，

λ_conv是对流波长，即，穿过管的流速v除以频率，其应由该概念称呼，

v是穿过管11的流体流速。

声节点限定压力相对于标称压力的符号变化。

此外，距离D1和D2在喷射器12,13,14,15的喷嘴16的轴线之间测得，或假如喷射器包括更多排的喷嘴16(所有都喷射到作为中心区或壁区的相同区中)，参照了该喷射器的喷嘴16的两条或多条轴线之间的平均位置(例如，见图7)。

举例来说，图5示出了管11的一个壁，以及关于其轴坐标的压力。从该图中可以知道，第一喷射器12离第二喷射器13的距离是D1=λ_conv/2=v/2f₁，且同样，第三喷射器14离第四喷射器15的距离是D2=λ_conv/2=v/2f₂，因为在该实例中，在第一喷射器12与第二喷射器13和第三喷射器14与第四喷射器15之间，不存在声节点。

图6类似于图5；从该图可知道，第一喷射器12离第二喷射器13的距离是D1=λ_conv/2=v/2f₁，因为它们之间没有声节点，且第三喷射器14离第四喷射器15的距离是D2=λ_conv=v/f₂，因为声节点设在它们之间(声节点由标号2表示)。

有利地，f₁大于f₂。f₁和f₂两者是低频的，例如，低于150Hz。

混合器和具有此混合器的燃气涡轮的操作从所述和所示中清楚，且大致为如下。

空气在压缩机2处压缩，且供应到焚烧器3a中，在该处，燃料被供应且与压缩空气混合，生成了混合物，其在燃烧器3b中以火焰20a燃烧；通过该燃烧生成的热气体穿过过渡件3c且进入混合器4(具体是混合器4的管11)。

在混合器4处，空气经由第一喷射器12、第二喷射器13、第三喷射器14、第四喷射器15、且经由可能的附加喷射器喷射到热气体中。

该构造允许质量流振荡的选择性抵消，因为管11的截面的不同区负责生成不同频率的脉动。具体而言，如上文所指出，更接近管壁的区具有更高的频率，而离管壁较远的区(即，在管的中心处)具有较低的频率。

图8示出了具有多个(多于四个)喷射器的混合器的实例。

自然，所述特征可独立于彼此提供。例如，所附权利要求中的各个的特征可独立于其它实施例的特征来应用。

实际上，使用的材料和大小以及喷射器形状可根据要求和现有技术水平按期望选择。

Claims (6)

1.一种混合器(7)，包括壳体(10)、所述壳体(10)内的管(11)、布置成在所述管(11)的中心区(18)处喷射流体的第一喷射器(12)和第二喷射器(13)、布置成在所述管(11)的壁区(17)处喷射所述流体的第三喷射器(14)和第四喷射器(15)，

其中，

所述第一喷射器(12)和所述第二喷射器(13)比所述第三喷射器(14)和所述第四喷射器(15)具有到所述管(11)中的更深穿透；

所述第一喷射器(12)在所述第二喷射器(13)与所述第一喷射器(12)之间没有声节点时离所述第二喷射器(13)有距离D1=v/2f₁或其奇数整数倍，在所述第二喷射器(13)与所述第一喷射器(12)之间存在声节点时离所述第二喷射器(13)有距离D1=λ_conv=v/f₁或其全波长整数倍，以及

所述第三喷射器(14)在所述第三喷射器(14)与所述第四喷射器(15)之间没有声节点时离所述第四喷射器(15)有距离D2=v/2f₂或其奇数整数倍，在所述第三喷射器(14)与所述第四喷射器(15)之间存在声节点时离所述第四喷射器(15)有距离D2=λ_conv=v/f₂或其全波长整数倍，

其中，

f₁是所述管(11)的壁区(17)处阻尼的振荡频率，

f₂是所述管(11)的中心区(18)处阻尼的振荡频率，

v是穿过所述管(11)的流体流速，

其中f₁大于f₂。

2.根据权利要求1所述的混合器(7)，其特征在于，f₁和f₂两者低于150Hz。

3.根据权利要求1所述的混合器(7)，其特征在于，所述第一喷射器(12)和/或所述第二喷射器(13)和/或所述第三喷射器(14)和/或所述第四喷射器(15)包括接近彼此的多排喷嘴。

4.根据权利要求2所述的混合器(7)，其特征在于，相同喷射器的不同排的喷嘴中的喷嘴(16)具有不同的穿透。

5.根据权利要求2所述的混合器(7)，其特征在于，相同排的喷嘴中的喷嘴(16)具有不同的穿透。

6.一种燃气涡轮(1)，包括压缩机(2)、第一燃烧室(3)、给送有来自所述第一燃烧室(3)的流体的第二燃烧室(4)、涡轮(5)，其特征在于，根据权利要求1-5中任一项所述的混合器(7)设在所述第一燃烧室(3)与所述第二燃烧室(4)之间。

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