CN109563994A - 具有谐振器环的燃气涡轮发动机 - Google Patents

具有谐振器环的燃气涡轮发动机 Download PDF

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Abstract

一种燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机具有谐振器环(10)，谐振器环(10)由周向延伸的两个环形成。周向延伸的第一环(30)和周向延伸的第二环(31)具有位于周向延伸的第一环(30)和周向延伸的第二环(31)内的隔板(20)。第一环(30)和第二环(31)两者都能够降低由燃气涡轮发动机产生的声学频率。

Description

具有谐振器环的燃气涡轮发动机
背景
1.技术领域
公开的实施方式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的谐振器。
2.背景技术
燃气涡轮发动机通常具有压缩机部分、具有多个燃烧器的燃烧室部分、以及涡轮机部分。环境空气在压缩机部分中被压缩并且被输送至燃烧室部分中的燃烧器。燃烧器将压缩空气与燃料混合并使混合物燃烧从而产生燃烧产物。燃烧产物以湍流的方式且以高速流动。燃烧产物通过过渡管被发送至涡轮机部分。涡轮机部分内存在成排的静叶组件。旋转动叶片组件联接至涡轮机转子。在燃烧产物膨胀通过涡轮机部分时，燃烧产物使动叶片组件和涡轮机转子旋转。涡轮机转子可以联接至发电机并且用于产生电力。
在燃气涡轮发动机的运行期间，产生了可能冲击燃气涡轮发动机的结构的强劲的力。适应这些力以继续提供最佳运行对于燃气涡轮发动机的持续运行是重要的。
发明内容
简而言之，本公开的各方面涉及谐振器。
本公开的一方面可以是燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机具有燃烧器，该燃烧器位于火焰筒内。燃气涡轮发动机还可以具有谐振器环，该谐振器环连接至火焰筒；其中，该谐振器环包括第一环和第二环，其中，第一环位于第二环的上游；其中，第一环包括第一周缘壁和第二周缘壁，第一周缘壁和第二周缘壁沿周向方向延伸，其中，第一周缘壁与第二周缘壁之间定位有第一底部部分和第一顶部部分，其中，第一底部部分具有多个第一孔，其中，第一顶部部分具有多个第二孔。第一周缘壁与第二周缘壁之间定位有多个第一隔板，其中，多个第一隔板中的每个第一隔板相对于第一周缘壁和第二周缘壁正交地延伸。第二环包括第二周缘壁和第三周缘壁，第三周缘壁沿周向方向延伸，其中，第二周缘壁与第三周缘壁之间定位有第二底部部分和第二顶部部分，其中，第二底部部分具有多个第三孔，其中第二顶部部分具有多个第四孔；并且进一步其中，第二周缘壁与第三周缘壁之间定位有多个第二隔板，其中，多个第二隔板中的每个第二隔板相对于第二周缘壁和第三周缘壁正交地延伸。
本公开的另一方面可以是谐振器环，该谐振器环能够连接至火焰筒并且包括第一环和第二环，其中，第一环位于第二环的上游。第一环包括第一周缘壁和第二周缘壁，第一周缘壁和第二周缘壁沿周向方向延伸，其中，第一周缘壁与第二周缘壁之间定位有第一底部部分和第一顶部部分，其中，第一底部部分具有多个第一孔，其中，第一顶部部分具有多个第二孔。第一周缘壁与第二周缘壁之间定位有多个第一隔板，其中多个第一隔板中的每个第一隔板相对于第一周缘壁和第二周缘壁正交地延伸。第二环包括第二周缘壁和第三周缘壁，第三周缘壁沿周向方向延伸，其中，第二周缘壁与第三周缘壁之间定位有第二底部部分和第二顶部部分，其中，第二底部部分具有多个第三孔，其中，第二顶部部分具有多个第四孔；并且进一步其中，第二周缘壁与第三周缘壁之间定位有多个第二隔板，其中，多个第二隔板中的每个第二隔板相对于第二周缘壁和第三周缘壁正交地延伸。
附图说明
图1示出了具有谐振器环的燃气涡轮发动机的视图。
图2示出了具有谐振器环的火焰筒的视图。
图3是未安装顶部部分的谐振器环的视图。
图4是安装有顶部部分的谐振器环的视图。
图5是谐振器环的内部的示意图，其示出了隔板的安装。
图6是谐振器环的内部的示意图，其示出了迷宫式锁。
具体实施方式
本发明人已经认识到影响用于燃气涡轮发动机的至少一些现有谐振器的某些缺点。这些缺点往往增加了燃气涡轮发动机的复杂性和成本，同时降低了燃气涡轮发动机的运行可靠性。例如，这些现有谐振器往往涉及相对较高的制造成本和相对较低的使用寿命。例如，燃气涡轮发动机可以涉及多个这种谐振器或谐振器盒状部以实现期望的声阻尼。这些谐振器盒状部为了安装并实现适当的结构完整性可能需要大量加工、多个焊接点以及困难的焊接位置。此外，可能需要复杂的形状以便在谐振器盒状部之间的空间中提供冷却，因此使燃气涡轮发动机的设计复杂化。
鉴于这种认识，本发明人提出了一种期望避免或至少减少前述缺点的创新的谐振器环结构。在没有限制的情况下，该谐振器环的公开的实施方式可以形成为具有多于一个的环并且可以采用隔板以便形成改进的谐振器盒状部。在本文中公开的谐振器环中，谐振器盒状部共用由隔板形成的壁。壁的共用消除了对使用复杂特征以用于冷却的需要，从而降低了设计的复杂性。此外，减少了谐振器盒状部的困难的加工和焊接，从而降低了总的制造成本。另外，谐振器环的使用允许谐振器环和谐振器盒状部的改善的冷却，从而提高了部件的寿命并减少了零部件的更换。
应当理解的是，可以通过此处公开的特征实现额外的益处并且所述益处不限于以上所讨论的那些。
为了便于理解本公开的实施方式、原理以及特征，在下文中参照说明性实施方式中的实现方式对本公开的实施方式、原理以及特征进行说明。然而，本公开的实施方式不限于在所描述的系统或方法中使用。
在下文中描述为构成各种实施方式的部件和材料旨在是说明性的而非限制性的。许多适合的部件和将执行与本文中描述的材料相同或类似的功能的材料旨在包含在本公开的实施方式的范围内。
图1示出了燃气涡轮发动机5的视图。燃烧器6位于火焰筒7内。图2示出了火焰筒7和谐振器环10的特写图。燃烧器6产生燃烧产物，所述燃烧产物向下游方向通过火焰筒7和谐振器环10传递到过渡系统中。燃烧产物从过渡系统向下游方向流动至涡轮机部分并且可以用于产生电力。
谐振器环10能够对在燃气涡轮发动机5的运行期间由燃烧器6产生的各种声学频率进行控制。此外，本文中描述的谐振器环10能够便于容易地形成谐振器环10并且能够进一步改善发生在谐振器环10中的冷却。
图3为谐振器环10的视图，该视图允许观察谐振器环10的内部。谐振器环10具有第一环30和第二环31。第二环31位于燃烧器6的下游。虽然当前实施方式示出了第一环30和第二环31，但是应当理解的是，可以采用更多或更少的环。所采用的环的数量根据本文中所述的构思而可以取决于特定的燃气涡轮发动机所需的尺寸、形状和复杂性。
第一环30由第一周缘壁12和第二周缘壁14形成，第一周缘壁12和第二周缘壁14绕燃烧器6和火焰筒7的轴线周向延伸。第二环31由第二周缘壁14和第三周缘壁16形成，第三周缘壁16绕燃烧器6和火焰筒7的轴线周向延伸。第一环30和第二环31可以一起形成在单个整体件上，以便形成谐振器环10。然而，应当理解的是，第一环30和第二环31可以由焊接的、钎焊的或以本领域技术人员理解的其他方式接合的单独件形成。
第一环30具有第一底部部分11，第一底部部分11由第一周缘壁12和第二周缘壁14界定。第一底部部分11绕轴线周向延伸。第二环31具有第二底部部分13，第二底部部分13由第二周缘壁14和第三周缘壁16界定。第二底部部分13也绕轴线周向延伸。
参照图4，在组装期间，第一顶部部分26将被安置在由第一底部部分11、第一周缘壁12和第二周缘壁14形成的空间上方。另外，第二顶部部分27将被安置在由第二底部部分13、第二周缘壁14和第三周缘壁16形成的空间上方。第一顶部部分26和第二顶部部分27可以由单个件形成或者由单独的组成件形成。
返回参照图3，多个第一隔板20位于第一环30内。多个第二隔板22位于第二环32内。第一隔板20在第一周缘壁12与第二周缘壁14之间正交地延伸。第二隔板22在第二周缘壁14与第三周缘壁16之间正交地延伸。虽然第一隔板20和第二隔板22被示出为正交地延伸，但是应当理解的是，第一隔板20和第二隔板22也可以在第一周缘壁12、第二周缘壁14以及第三周缘壁16之间以其他角度和方向延伸。通过安装第一隔板20和第二隔板22并且安装第一顶部部分26和第二顶部部分27，在第一环30和第二环31中形成了第一谐振器盒状部24和第二谐振器盒状部25。
在图3中所示的实施方式中，第一环30具有多个第一谐振器盒状部24，第一谐振器盒状部24的数量与形成在第二环31中的第二谐振器盒状部25的数量不同。此外，第一谐振器盒状部24的总尺寸和体积与第二谐振器盒状部25的总尺寸和体积不同。这允许第一环30中的第一谐振器盒状部24处理的声学频率与第二环31中的第二谐振器盒状部25处理的声学频率不同。
在示出的谐振器环10中，第一隔板20具有长度L1，长度L1小于第二隔板22的长度L2。这导致第一谐振器盒状部24的宽度W1小于第二谐振器盒状部25的宽度W2。如所示出的，第一隔板20的高度H1与第二隔板22的高度H2相同。然而，应当理解的是，第一隔板20和第二隔板22的高度可以不同，从而可能形成不同的体积。
相邻的两个第一隔板20之间的距离D1大于相邻的两个第二隔板22之间的距离D2。因此，谐振器盒状部24看起来比谐振器盒状部25更薄，在图3中谐振器盒状部25看起来更粗短。此外，形成在相邻的第一隔板20之间的面积小于形成在相邻的第二隔板22之间的面积。另外，形成在相邻的第一隔板20之间的体积小于形成在相邻的第二隔板22之间的体积。
应当理解的是，虽然形成为第一环30的一部分的谐振器盒状部24的尺寸与形成为第二环31的一部分的谐振器盒状部25的尺寸不同，但是可以改变形成所述尺寸的各个部件以实现不同的结果，包括具有相同的总尺寸，或使所述尺寸中的一些尺寸相同，比如使相邻的两个第一隔板20之间的距离与相邻的两个第二隔板22之间的距离相同，但是然后使第一隔板20的长度与第二隔板22的长度不同。尺寸的变化使得由第一环30和第二环31补偿的声学频率不同。
现在参照图3和图4两者，在第一底部部分11中形成有多个孔17，并且在第一顶部部分26中形成有多个孔28。多个孔17和多个孔28的形成在由相邻的两个第一隔板20限定的空间之间的分布可以不同。即，多个孔17的数量、间距或尺寸可以与多个孔28的数量、间距或尺寸不同。然而，应当理解的是，多个孔17和多个孔28的数量、间距或尺寸可以是相同的。
形成在第二底部部分13中的多个孔19和形成在第二顶部部分27中的多个孔29可以具有与多个孔17和多个孔28不同的分布。同样地，多个孔19和多个孔29的形成在由相邻的两个第一隔板22限定的空间之间的分布可以不同。即，多个孔19的数量、间距或尺寸可以与多个孔29的数量、间距或尺寸不同。然而，应当理解的是，多个孔19和多个孔29的数量、间距或尺寸可以是相同的。
图5是谐振器环10的内部的示意图，示出了隔板20的安装。图4中所示的隔板20的安装也适用于隔板22的安装。此处示出了隔板20如何插入到位于第一周缘壁12和第二周缘壁14中的槽33中。同样地，在第三周缘壁16内具有类似的槽33。槽33允许安装隔板并焊接至相应的壁，而不需要将隔板20的底部焊接至第一底部部分11。然而，应当理解的是，隔板20也可以焊接至第一底部部分11。这允许更好地中断第一环30中的周向传播的声波。第二环31中的类似布置也实现相同的目的。在替代性实施方式中，隔板20不是插入到槽33中，而是可以通过使用迷宫式锁44而保持就位，如图6中所示。迷宫式锁44也可以位于第一底部部分11和第二底部部分13上。
隔板20和隔板22的使用允许将谐振器更容易地安置在燃气涡轮发动机5上。隔板20和隔板22还减少了在使用其他类型的谐振器时可能需要的焊接量。另外，隔板20和隔板22还减少了构成谐振器所需的材料量。第一环30和第二环31还可以被调节以适应不同的频率。
虽然已经以示例性的形式公开了本公开的实施方式，但是对于本领域技术人员而言明显的是，在不背离如所附权利要求中阐述的本发明及其等同物的主旨和范围的情况下，可以在本公开的实施方式中进行许多修改、添加和删除。

Claims (20)

1.一种燃气涡轮发动机，包括：
燃烧器(6)，所述燃烧器(6)位于火焰筒(7)内；
谐振器环(10)，所述谐振器环(10)连接至所述火焰筒(7)；其中，所述谐振器环(10)包括第一环(30)和第二环(31)，其中，所述第一环(30)位于所述第二环(31)的上游；
其中，所述第一环(30)包括第一周缘壁(12)和第二周缘壁(14)，所述第一周缘壁(12)和所述第二周缘壁(14)沿周向方向延伸，其中，所述第一周缘壁(16)与所述第二周缘壁(14)之间定位有第一底部部分(11)和第一顶部部分(26)，其中，所述第一底部部分(11)具有多个第一孔(17)，其中，所述第一顶部部分(26)具有多个第二孔(28)；
进一步其中，所述第一周缘壁(16)与所述第二周缘壁(14)之间定位有多个第一隔板(20)，其中，所述多个第一隔板(20)中的每个第一隔板相对于所述第一周缘壁(16)和所述第二周缘壁(14)正交地延伸；
其中，所述第二环(31)包括所述第二周缘壁(14)和第三周缘壁(16)，所述第三周缘壁(16)沿周向方向延伸，其中，所述第二周缘壁(14)与所述第三周缘壁(16)之间定位有第二底部部分(13)和第二顶部部分(27)，其中，所述第二底部部分(13)具有多个第三孔(19)，其中，所述第二顶部部分(27)具有多个第四孔(29)；并且
进一步其中，所述第二周缘壁(14)与所述第三周缘壁(16)之间定位有多个第二隔板(22)，其中，所述多个第二隔板(22)中的每个第二隔板相对于所述第二周缘壁(14)和所述第三周缘壁(16)正交地延伸。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中，所述多个第一隔板(20)中的每个隔板(20)的长度大于所述多个第二隔板(22)中的每个第二隔板的长度。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述多个第一隔板(20)中的相邻隔板(20)之间的距离大于所述多个第二隔板(22)中的相邻隔板(20)之间的距离。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述多个第一隔板(20)中的隔板(20)的总数量与所述多个第二隔板(22)中的隔板的总数量不同。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述多个第一孔(17)中的位于所述多个第一隔板(20)中的两个相邻隔板(20)之间的孔的分布与所述多个第三孔(19)中的位于所述多个第二隔板(22)中的两个相邻隔板(20)之间的孔(20)的分布不同。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述第一顶部部分(26)由多个顶部部分部段形成。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述第一底部部分(11)的在所述多个第一隔板(20)中的相邻隔板(20)之间的面积大于所述第二底部部分(13)的在所述多个第二隔板(22)中的相邻隔板(20)之间的面积。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，形成在所述多个第一隔板(20)中的相邻隔板(20)之间的体积大于形成在所述多个第二隔板(22)中的相邻隔板之间的体积。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，所述多个第一孔(17)中的每个孔的直径小于所述多个第二孔(28)中的每个孔的直径。
10.根据权利要求1至9所述的燃气涡轮发动机，其中，所述多个第一隔板(20)中的每个第一隔板通过迷宫式密封件(44)固定。
11.一种谐振器环(10)，所述谐振器环(10)能够连接至火焰筒(7)，所述谐振器环(10)包括：
第一环(30)和第二环(31)，其中，所述第一环(30)位于所述第二环(31)的上游；
其中，所述第一环(30)包括第一周缘壁(12)和第二周缘壁(14)，所述第一周缘壁(12)和所述第二周缘壁(14)沿周向方向延伸，其中，所述第一周缘壁(12)与所述第二周缘壁(14)之间定位有第一底部部分(11)和第一顶部部分(26)，其中，所述第一底部部分(11)具有多个第一孔(17)，其中，所述第一顶部部分(26)具有多个第二孔(28)；
进一步其中，所述第一周缘壁(12)与所述第二周缘壁(14)之间定位有多个第一隔板(20)，其中，所述多个第一隔板(20)中的每个第一隔板相对于所述第一周缘壁(12)和所述第二周缘壁(14)正交地延伸；
其中，所述第二环(31)包括所述第二周缘壁(14)和第三周缘壁(16)，所述第三周缘壁(16)沿周向方向延伸，其中，所述第二周缘壁(14)与所述第三周缘壁(16)之间定位有第二底部部分(13)和第二顶部部分(27)，其中，所述第二底部部分(13)具有多个第三孔(19)，其中，所述第二顶部部分具有多个第四孔(29)；并且
进一步其中，所述第二周缘壁(14)与所述第三周缘壁(16)之间定位有多个第二隔板(22)，其中，所述多个第二隔板(22)中的每个第二隔板相对于所述第二周缘壁(14)和所述第三周缘壁(16)正交地延伸。
12.根据权利要求11所述的谐振器环，其中，所述多个第一隔板(20)中的一个第一隔板的长度大于所述多个第二隔板(22)中的一个第二隔板的长度。
13.根据权利要求11至12中的任一项所述的谐振器环，其中，所述多个第一隔板(20)中的相邻隔板之间的距离大于所述多个第二隔板(22)中的相邻隔板之间的距离。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的谐振器环，其中，所述多个第一隔板(20)中的隔板的总数量与所述多个第二隔板(22)中的隔板的总数量不同。
15.根据权利要求11至14中的任一项所述的谐振器环，其中，所述多个第一孔(17)中的位于所述多个第一隔板(20)中的两个相邻隔板之间的孔的分布与所述多个第三孔(19)中的位于所述多个第二隔板(22)中的两个相邻隔板之间的孔的分布不同。
16.根据权利要求11至15中的任一项所述的谐振器环，其中，所述第一顶部部分(26)由多个顶部部分部段形成。
17.根据权利要求11至16中的任一项所述的谐振器环，其中，形成在所述多个第一隔板(20)中的相邻隔板之间的面积小于形成在所述多个第二隔板(22)中的相邻隔板之间的面积。
18.根据权利要求11至17中的任一项所述的谐振器环，其中，形成在所述多个第一隔板(20)中的相邻隔板之间的体积小于形成在所述多个第二隔板(22)中的相邻隔板之间的体积。
19.根据权利要求11至18中的任一项所述的谐振器环，其中，所述多个第一孔(17)中的每个孔的直径小于所述多个第二孔(28)中的每个孔的直径。
20.根据权利要求11所述的谐振器环，其中，所述多个第一隔板(20)中的每个第一隔板通过迷宫式密封件(44)固定。
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