CN111288492A - 用于燃烧器组件的阻尼器及包括所述阻尼器的燃烧器组件 - Google Patents
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Abstract
一种用于燃气涡轮设备I的燃烧器组件(3)的阻尼器,该阻尼器设有:第一阻尼器本体(31),其限定至少一个第一阻尼容积(35)并且包括至少一个开口(36);颈部(33),其联接到第一阻尼器本体(31)的开口(36)并且构造成用于将第一阻尼容积(35)与燃烧器组件(3)的燃烧室(15;14)流体地连接;以及第二阻尼器本体(34),其至少部分地围绕颈部(33)的至少一部分延伸并且限定至少一个第二阻尼容积(44);第二阻尼器本体(34)包括至少一个开口(45),该至少一个开口(45)将第二阻尼容积(44)流体地连接到燃烧器组件(3)的燃烧室(15;14)。
Description
相关申请的交叉引用
该专利申请请求享有2018年12月6日提交的序列号为18210858.9的欧洲专利申请的优先权,其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于燃气涡轮的燃烧器组件的阻尼器和包括所述阻尼器的燃气涡轮的燃烧器组件。特别地,本发明涉及用于连续燃烧器组件的阻尼器。
背景技术
众所周知,燃气涡轮发电设备包括压缩机、燃烧器组件和涡轮。
特别地,压缩机供有空气并且包括压缩所供应的空气的多个叶片。离开压缩机的压缩空气流入气室(即,由外壳体界定的封闭空间),并且从那里进入燃烧器组件。压缩空气和至少一种燃料在燃烧器组件中燃烧。
产生的热气离开燃烧器组件,并且在涡轮中膨胀从而做功。
为了实现高效率,在燃烧期间需要高温。然而,由于这些高温,产生了高的NOx排放。
为了减少这些排放并且增加操作灵活性,可使用连续燃烧器组件。
通常,连续燃烧器组件包括两个串联的燃烧器:第一级燃烧器和第二级燃烧器,第二级燃烧器沿气流布置在第一级燃烧器的下游。
当然,也可使用具有单个燃烧级的燃烧器组件。
在操作期间,燃烧器组件内部可能发生压力振荡,从而造成机械损坏并且限制操作状况。实际上,大多数燃烧器组件必须以贫乏模式操作以符合污染排放。在此操作模式期间,燃烧嘴火焰对于流扰动极为敏感,且可容易地与燃烧器的动态耦合而导致热声不稳定性。出于此原因,通常,燃烧器组件设有阻尼装置,以便衰减这些压力振荡。
已知的阻尼器包括用作谐振器容积的一个阻尼器容积以及颈部,该颈部将阻尼器容积流体地连接到燃烧器组件的至少一个内室。
然而,这种阻尼器不够灵活。实际上,在一些应用中,必须衰减具有彼此相隔很远的频率的振荡。
发明内容
本发明的目标因此是提供一种用于燃烧器组件的阻尼器,该阻尼器从功能和结构的观点来看都是灵活、简单且经济的。
根据本发明,提供了一种用于燃气涡轮设备的燃烧器组件的阻尼器,该阻尼器包括:第一阻尼器本体,其限定至少一个第一阻尼容积并且包括至少一个开口;颈部,其联接至第一阻尼器本体的开口并且构造成用于将第一阻尼容积与燃烧器组件的燃烧室流体地连接;第二阻尼器本体,其至少部分地围绕颈部的至少一部分延伸并且限定至少一个第二阻尼容积;第二阻尼器本体包括至少一个开口,该至少一个开口将第二阻尼容积流体地连接到燃烧器组件的燃烧室。
根据本发明的阻尼器的结构非常紧凑和灵活。
通过衰减不同频率的可能性而给出灵活性,因为可取决于需要适宜地设置阻尼容积的大小。
紧凑的结构允许满足现代燃烧器组件的严格尺寸限制。实际上,在现代燃烧器组件中,可用于传统阻尼器安装的空间很少,且此外,这些空间并不总是布置在真正需要声阻尼的地方。根据本发明的阻尼器的紧凑结构还允许将其安装在更靠近真正需要阻尼的区域的位置。此外,由于其紧凑性,根据本发明的阻尼器可用于替代大多数现有阻尼器。
换句话说,由于根据本发明的阻尼器,以非常紧凑的结构获得了燃烧动态的宽带阻尼。
根据本发明的变型,第二阻尼器本体是环形的。这样,阻尼器的结构简单且易于制造。
根据本发明的变型,颈部具有连接到开口的第一端和面向与燃烧室流体连通的区域的第二端;第二阻尼器本体围绕第二端延伸。这样,第二阻尼器本体更靠近与燃烧室流体连通的区域。
根据本发明的变型,第二阻尼器本体包括多个开口,其将第二阻尼容积流体地连接到燃烧器组件的燃烧室。这样,在开口处产生的涡流最大限度地增加声能吸收。
根据本发明的变型,第二阻尼器本体包括多个第二阻尼容积,该多个第二阻尼容积中的每个借助于相应的多个开口流体地连接到燃烧器组件的燃烧室。这样,第二阻尼器本体具有更灵活的结构,因为每个第二阻尼容积可适宜地构造成且大小设置成使得衰减一个或多个频率。
根据本发明的变型,第二阻尼容积均匀地分布在第二阻尼器本体中。这样,阻尼器的结构简单且易于制造。
根据本发明的变型,第二阻尼容积彼此相同。这样,在给定的频带内最大限度地增加吸收。
根据本发明的变型,第二阻尼器本体具有比颈部的轴向长度小的轴向长度。
根据本发明的变型,第二阻尼器本体包括至少一个辅助开口,其将第二阻尼容积流体地连接到空气源。此空气具有两个功能:冷却阻尼器表面(通常面向火焰),以及避免热气摄入(这会使第二阻尼器本体失谐并且可能对第二阻尼器本体本身造成损坏)。
根据本发明的变型,第一阻尼器本体和颈部构造成且尺寸设置成使得衰减包括在第一频带中的至少一个第一频率,并且第二阻尼器本体构造成且尺寸设置成使得衰减包括在第二频带中的至少一个第二频率;第一频率和第二频率彼此不同。优选地,第一频带是50-1000Hz,并且第二频带是1000-10000Hz。
根据本发明的变型,第一阻尼器本体和颈部制成为单个本体。
根据本发明的变型,第一阻尼器本体、颈部和第二阻尼器本体制成为单个本体。
本发明的还有另一个目的是提供一种用于燃气涡轮设备的可靠的燃烧器组件,在其中减小了声振荡。
根据此目的,本发明涉及包括至少一个如上所述的阻尼器的燃烧器组件。
根据本发明的变型,燃烧器组件沿纵轴线延伸,并且包括沿纵轴线布置的至少一个中心中空本体和从中心中空本体径向地延伸的多个叶;阻尼器至少部分地布置在中心中空本体中。
将阻尼器集成到中心中空本体中具有若干优点:它是衰减燃烧动态的理想位置,因为它靠近火焰,并且它是衰减径向声模的最佳位置。
附图说明
现在将参考附图描述本发明,附图示出了一些非限制性实施例,在附图中:
-图1是燃气涡轮组件的示意图;
-图2是根据本发明的阻尼器的透视图,其中为了清楚起见移除了零件;
-图3是图2的阻尼器的侧视截面视图,其中为了清楚起见移除了零件;
-图4是根据本发明的燃烧器组件的细节的侧视示意图,其中零件在剖面中并且为了清楚起见移除了零件;
-图5是根据本发明的第一变型的燃烧器组件的细节的侧视示意图,其中零件在剖面中并且为了清楚起见移除了零件;
-图6是根据本发明的第二变型的燃烧器组件的细节的侧视示意图,其中零件在剖面中并且为了清楚起见移除了零件;
-图7是根据本发明的第三变型的燃烧器组件的细节的侧视示意图,其中零件在剖面中并且为了清楚起见移除了零件。
具体实施方式
在图1中,参考标记1指示燃气涡轮组件。燃气涡轮组件1包括压缩机2、连续燃烧器组件3和涡轮5。压缩机2和涡轮3沿主轴线A延伸。
在使用中,在压缩机2中压缩的气流与燃料混合并且在连续燃烧器组件3中燃烧。然后,燃烧的混合物在涡轮5中膨胀,并且通过轴6转变成机械动力,轴6连接到交流发电机(未示出)。
连续燃烧器组件3包括沿气流方向G连续布置的第一级燃烧器8和第二级燃烧器9。换句话说,第二级燃烧器9沿气流方向G布置在第一级燃烧器8的下游。
优选地,混合器11布置在第一级燃烧器8和第二级燃烧器9之间。
第一级燃烧器8限定了第一燃烧室14,第二级燃烧器9限定了第二燃烧室16,而混合器11限定了混合室17。
第一燃烧室14、第二燃烧室16和混合室17流体连通并且由衬套18(见图4,其中衬套部分可见)限定,衬套18沿纵轴线B延伸,优选地平行于主轴线A。
参看图4,供应组件20布置在第二级燃烧器9的第二燃烧室16中。
供应组件20包括中心中空本体21和多个叶22(在图4中示意性地示出),每个叶均围绕中心中空本体21径向地延伸。在能量场中,中心中空本体21也可称为"中心鼻部"。
叶22优选地由流线形的本体限定,流线形的主体中的每个均设有多个喷嘴24并且供应有空气和至少一种燃料。
优选地,在至少一个叶22的内部空气通道26与中心中空本体21的内腔27之间实现连接部25,以便允许空气进入内室27。在图4中示意性地示出了连接部25。
阻尼器30布置在中心中空本体21的内室27中。如之后将要论述的那样,阻尼器30布置在内室27内以衰减第二级燃烧器9内的波动。
参看图2和图3,阻尼器30沿延伸轴线C延伸,并且包括第一阻尼器本体31、颈部33和至少部分地围绕颈部33延伸的第二阻尼器本体34。
第一阻尼器本体31限定至少一个第一阻尼容积35并且包括连接至颈部33的至少一个开口36(仅在图3中可见)。优选地,第一阻尼器本体31是圆柱形本体并且包括用于空气通过的至少一个另外的开口37。
实际上,空气有助于冷却第一阻尼器本体31,并且避免热气摄入(这会使第一阻尼器本体31失谐,并且可能对第一阻尼器本体31本身造成损坏)。优选地,开口36和另一个开口37布置在第一阻尼器本体31的相对面上。
颈部33构造成用于将第一阻尼容积35与燃烧室流体地连接。在此处公开和示出的非限制性示例中,颈部33将第一阻尼容积35流体地连接至第二燃烧室16。
特别地,颈部33具有连接至开口36的第一端40和面向与燃烧室流体连通的区域的第二端41。在此处示出的非限制性示例中,第二端41面向第二燃烧室16。
第二阻尼器本体34优选地是环形的,并且围绕颈部33的至少一部分延伸。
优选地,第二阻尼器本体34围绕颈部33的第二端41延伸,并且具有比颈部33的轴向长度L2小的轴向长度L1。
第二阻尼器本体34包括至少一个第二阻尼容积44,并且包括至少一个开口45,该至少一个开口45将第二阻尼容积44流体地连接到燃烧室(即,在此示出的非限制性示例中的第二燃烧室16)。
优选地,第二阻尼器本体34包括多个开口45,该开口将第二阻尼容积44流体地连接到燃烧室。
多个开口45的大小(直径和轴向内部长度)可设置成且布置成获得最大的共振吸收。在此处示出的非限制性示例中,开口45基本上布置成矩阵。开口45可可备选地布置成圆周图案。
开口45也可具有不同的大小和形状(矩形、槽、椭圆形等)。
优选地,第二阻尼器本体34包括均匀分布的多个第二阻尼容积44。优选地,第二阻尼容积44彼此相同。
根据未示出的变型,第二阻尼容积44具有不同的容积,以便最大限度地增加吸收带宽。
每个第二阻尼容积44借助于多个开口45(在此示出的示例中布置为矩阵)流体地连接至燃烧室。
优选地,第二阻尼器本体34设有至少一个辅助开口48,用于使空气通入第二阻尼容积44。
优选地,第二阻尼器本体34包括用于每个第二阻尼容积44的一个辅助开口48。
根据未公开的变型,优选地代替辅助开口,第二阻尼器本体34在阻尼容积44和颈部33之间设有至少一个流体连接部。这样,简化了空气分布布局,并且还可能具有近壁冷却特征。
优选地,阻尼器30的尺寸设置成衰减平面波和横波。
特别地,第一阻尼器本体31和颈部33构造成且尺寸设置成衰减平面波,而第二阻尼器本体34构造成且尺寸设置成衰减横波。
平面波是具有平面波前且在平面波前中具有恒定振幅的波,而横波具有非平面波前。
阻尼器30的尺寸优选地设置成使得衰减至少两个不同的频率。特别地,阻尼器30的尺寸设置成衰减包括在第一带(50-1000Hz)中的至少一个频率和包括在第二频带(1000-10000Hz)中的至少一个第二频率。
特别地,第一阻尼器本体31和颈部33构造成且尺寸设置成使得衰减包括在第一带中的频率,而第二阻尼器本体34构造成且尺寸设置成使得衰减包括在第二带中的频率。
优选地,第一阻尼器本体31和颈部33制成为单个本体。
更优选地,第一阻尼器本体31、颈部33和第二阻尼器本体34制成为单个本体。
优选地,阻尼器30借助于增材制造技术来实现。
这里的定义"增材制造技术"是指使用逐层构造或增材制造的所有快速制造技术。该定义包括但不限于选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、3D打印、立体光刻、直接选择性激光烧结(DSLS)、电子束烧结(EBS)、电子束熔化(EBM)激光工程净成形(LENS)、激光净成形制造(LNSM)和直接金属沉积(DMD)。
应当理解,阻尼器30也可布置在燃烧器组件3的另一部分中。
例如,阻尼器30可联接至衬套18,优选地联接至衬套18的面向第二燃烧室16的部分。
在图5中,示出了燃烧器组件3的第一变型,包括围绕供应组件20联接到燃烧器前面板28的至少两个阻尼器30。阻尼器30布置成使得延伸轴线C平行于纵轴线B。
在图6中,示出了燃烧器组件3的第二变型,包括联接到燃烧器衬套18并且相对于纵轴线B布置在衬套18的相对侧的至少两个阻尼器30a,以及布置在内室27内的至少一个阻尼器30b。阻尼器30b布置在内室27内使得延伸轴线C横向于纵轴线B,而阻尼器30a布置成使得延伸轴线C正交于纵轴线B。
在图7中,示出了燃烧器组件3的第三变型,其中供应组件20由在燃烧器组件3中轴向地延伸的至少两个燃烧嘴29限定,燃烧嘴由燃烧器前面板28支承。
燃烧器组件3包括阻尼器30,该阻尼器基本上沿纵轴线B布置在燃烧嘴29之间。阻尼器30的延伸轴线C优选与纵轴线B重合。最后,很明显,可对本文所述的阻尼器和燃烧器组件进行修改和变型,而不脱离如所附权利要求书中限定的本发明的范围。
Claims (15)
1.用于燃气涡轮设备的燃烧器组件(3)的阻尼器,包括:
-第一阻尼器本体(31),其限定至少一个第一阻尼容积(35)并且包括至少一个开口(36);
-颈部(33),其联接到第一阻尼器本体(31)的开口(36)并且构造成用于将所述第一阻尼容积(35)与所述燃烧器组件(3)的燃烧室(15; 14)流体地连接;
-第二阻尼器本体(34),其至少部分地围绕所述颈部(33)的至少一部分延伸并且限定至少一个第二阻尼容积(44);所述第二阻尼器本体(34)包括至少一个开口(45),所述至少一个开口(45)将所述第二阻尼容积(44)流体地连接到所述燃烧器组件(3)的燃烧室(15;14)。
2.根据权利要求1所述的阻尼器,其特征在于,所述第二阻尼器本体(34)是环形的。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的阻尼器,其特征在于,所述颈部(33)具有连接至所述开口(36)的第一端(40)和面向与所述燃烧室流体连通的区域的第二端(41);所述第二阻尼器本体(34)围绕所述第二端(41)延伸。
4. 根据前述权利要求中的任一项所述的阻尼器,其特征在于,所述第二阻尼器本体(34)包括多个开口(45),所述多个开口(45)将所述第二阻尼器容积(44)流体地连接至所述燃烧器组件(3)的燃烧室(15; 14)。
5. 根据前述权利要求中的任一项所述的阻尼器,其特征在于,所述第二阻尼器本体(34)包括多个第二阻尼器本体(44),所述多个第二阻尼器本体中的每个借助于相应的多个开口(45)流体地连接至所述燃烧器组件(3)的燃烧室(15; 14)。
6.根据权利要求5所述的阻尼器,其特征在于,所述第二阻尼容积(44)均匀地分布在所述第二阻尼器本体(34)中。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的阻尼器,其特征在于,所述第二阻尼容积(44)彼此相同。
8.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器,其特征在于,所述阻尼器沿延伸轴线(B)延伸;所述第二阻尼器本体(34)具有比所述颈部(33)的轴向长度(L2)小的轴向长度(L1)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器,其特征在于,所述第二阻尼器本体(34)包括至少一个辅助开口(48),所述至少一个辅助开口(48)将所述第二阻尼容积(44)流体地连接到空气源。
10.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器,其特征在于,所述第一阻尼器本体(31)和所述颈部(33)构造成且尺寸设置成使得衰减包括在第一频带中的至少一个第一频率,并且所述第二阻尼器本体(34)构造成且尺寸设置成使得衰减包括在第二频带中的至少一个第二频率;所述第一频率和所述第二频率彼此不同。
11.根据权利要求10所述的阻尼器,其特征在于,所述第一频带是50-1000Hz,并且所述第二频带是1000-10000Hz。
12.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器,其特征在于,所述第一阻尼器本体(31)和所述颈部(33)制成为单个本体。
13.根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器,其特征在于,所述第一阻尼器本体(31)、所述颈部(33)和所述第二阻尼器本体(34)制成为单个本体。
14.用于燃气涡轮设备的燃烧器组件,其特征在于,所述燃烧器组件包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的阻尼器(30)。
15.根据权利要求14所述的燃烧器组件,其特征在于,所述燃烧器组件沿纵轴线(B)延伸,并且包括沿延伸轴线(B)布置的至少一个中心中空本体(21)以及从所述中心中空本体(21)径向地延伸的多个叶(22);所述阻尼器(30)至少部分地布置在所述中心中空本体(21)中。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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