CN113108317A - 燃气轮机、燃烧室及其燃烧控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃气轮机、燃烧室及其燃烧控制方法，燃烧室包括：多个火焰筒(10)和连通相邻两个火焰筒(10)的联焰管(20)；每个火焰筒(10)均具有燃料入口和气流出口，联焰管(20)与所连通的火焰筒(10)的连通口(21)位于燃料入口和气流出口之间；联焰管(20)与所连通的火焰筒(10)的连通口(21)设置有节流组件(30)，节流组件(30)用于调节连通口(21)的流通面积。该燃烧室的联焰管能够通过改变连通口的流通面积使联焰管兼具联接火焰和谐振腔的作用，能够降低燃烧室工作期间的噪音；通过设置节流组件合理地扩宽了联焰管的功能，在不影响其点火联焰功能的基础上开发了其在抑制热声振荡方面的潜力。

Description

燃气轮机、燃烧室及其燃烧控制方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种燃气轮机、燃烧室及其燃烧控制方法。

背景技术

现代重型燃气轮机的燃烧室为了实现清洁燃烧，达到更低的污染物排放标准，通常会使用贫预混燃烧的方法，降低火焰的温度，抑制NOx的产生机理。而贫预混燃烧随之带来的是燃烧过程中火焰的不稳定和与之相伴更严重的热声破坏。为减小这种威胁，通常会在燃烧室内布置谐振腔结构来将声场中的能量耗散到流场中。

由于需要抑制的频率通常较多，而火焰筒尚需要考虑冷却、压损等多方面因素，因而要求更高效地利用燃烧室空间。目前，由于燃烧室空间的限制难以再继续增加谐振腔的数量，从而导致燃烧室部分频率的声波得不到有效的抑制。

在相关技术中，联焰管和谐振腔没有交集，联焰管仅用于点火阶段，燃机正常运行后，其所占用空间实际上产生了空间浪费。而谐振腔布置中最重要的限制就是与燃烧室其他功能部件协调结构空间的分布。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：联焰管通常用于环管燃烧室中，在一个火焰筒点火成功以后，热气流通过联焰管通入相邻的火焰筒中引燃另一个火焰筒，从而减少所需点火器的布置。实现引燃后，联焰管结构的工作完成，在下次点火前不再发挥作用。本发明通过对联焰管进行适当改造，使其在完成点火联焰的过程后可以作为一种特殊的谐振腔，继续在抑制热声振荡方面发挥作用。而在燃烧室需要再次点火的时候结构又能变回联焰管，实现点火联焰的作用。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种燃烧室，包括：多个火焰筒和连通相邻两个所述火焰筒的联焰管；

每个所述火焰筒均具有燃料入口和气流出口，所述联焰管与所连通的火焰筒的连通口位于所述燃料入口和所述气流出口之间；

所述联焰管与所连通的火焰筒的连通口设置有节流组件，所述节流组件用于调节所述连通口的流通面积。

本发明的燃烧室具有以下技术效果：该燃烧室的联焰管能够通过改变连通口的流通面积使联焰管兼具联接火焰和谐振腔的作用，能够降低燃烧室工作期间的噪音。通过设置节流组件合理地扩宽了联焰管的功能，在不影响其点火联焰功能的基础上开发了其在抑制热声振荡方面的潜力。

在一个实施例中，所述节流组件包括第一驱动部件、第一节流板、第二驱动部件以及第二节流板；

所述第一节流板开设有第一节流孔，所述第二节流板开设有第二节流孔，所述第一节流板和所述第二节流板重叠布置于所述火焰筒，并使所述第一节流孔、所述第二节流孔以及所述连通口至少部分重叠；

所述第一驱动部件能够驱动所述第一节流板移动，所述第二驱动部件能够驱动所述第二节流板移动，所述第一驱动部件和所述第二驱动部件通过调整所述第一节流板、第二节流板与所述火焰筒的相对位置调节所述连通口的流通面积。

在一个实施例中，所述节流组件包括第一驱动部件、第一节流板以及第二节流板；

所述第一节流板开设有第一节流孔，所述第二节流板开设有第二节流孔，所述第一节流板和所述第二节流板重叠布置于所述火焰筒，并使所述第一节流孔、所述第二节流孔以及所述连通口至少部分重叠；

所述第一驱动部件能够驱动所述第一节流板和所述第二节流板移动，所述第一驱动部件通过调整所述第一节流板、第二节流板与所述火焰筒的相对位置调节所述连通口的流通面积。

在一个实施例中，所述第一节流板和所述第二节流板均位于所对应的火焰筒的外壁。

在一个实施例中，所述第一节流板和所述第二节流板均为具有预定弯曲弧度，所述预定弯曲弧度与所对应的火焰筒的外壁相匹配。

在一个实施例中，所述第一节流孔的轮廓由第一圆弧、第二圆弧、以及两条切线围成；所述第一圆弧的半径大于所述第二圆弧的半径；所述第一圆弧的圆心与所述第二圆弧的圆心的连线经过所述连通口的中心；所述第二节流孔的轮廓与所述第一节流孔的轮廓相同。

在一个实施例中，所述节流组件包括第一驱动部件和第三节流板，所述第三节流板开设有第三节流孔和第四节流孔，所述第四节流孔的直径大于所述第三节流孔的直径；

所述第三节流板叠置于所述火焰筒的外壁，所述第一驱动部件能够驱动所述第三节流板，并使所述第三节流孔的圆心或第四节流孔的圆心与所述连通口的圆心重合。

在一个实施例中，所述第一节流孔和所述第二节流孔的最大重叠面积大于或等于所述连通口。

本发明进一步提供一种燃烧室的燃烧控制方法，具体包括：在点火时，调节所述连通口的流通面积最大；点火完毕后，调节所述连通口的流通面积减小。

本发明进一步提供一种燃气轮机，包括本发明实施例的燃烧室。

附图说明

图1是本发明一实施例中多个火焰筒和多个联焰管的连接布置示意图；

图2是本发明一实施例中一个联焰管连通相邻两个火焰筒的示意图，其中连通口为最大；

图3是本发明一实施例中一个联焰管连通相邻两个火焰筒的示意图，其中连通口为相对减小；

图4是本发明一实施例中第一节流板的俯视图；

图5是图4中第一节流板的剖视图；

图6是本发明一实施例中第一节流板、第二节流板叠置于火焰筒外壁的剖面局部示意图；

图7-图9是第一节流板和第二节流板分别位于不同位置时对连通口遮蔽状态示意图。

图10是本发明一实施例中第三节流板的俯视图；

图11是图10中第三节流板的剖视图。

附图标记：

10-火焰筒；

20-联焰管；21-连通口；

30-节流组件；31-第一驱动部件；32-第一节流板；321-第一节流孔；33-第二驱动部件；34-第二节流板；341-第二节流孔；35-第三节流板；351-第三节流孔；352-第四节流孔；

3211-第一圆弧；3212-第二圆弧；3213-切线。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

基于背景技术的问题，本实施方式通过合理的改造，使得联焰管所占空间在整机运行后可等效成为特殊的谐振腔，并在抑制热声振荡方面发挥功用。

每个火焰筒仅有两个相对火焰筒截面呈接近180度分布的联焰管开口，联焰管的两端分别连接在两个火焰筒的联焰管开口上。联焰管改造后的谐振腔可定位于针对中低频(50-1000Hz)轴向热声模态的谐振腔。

通过试验和数值模拟等手段可重构出目标热声模态在火焰筒中的分布，其中动压波动波峰和波谷所处的轴向位置为适宜布置此类谐振腔的位置。考虑联焰管功能，可选择靠近火焰且径向气流较大的位置。综合这两方面可设计出此类联焰管及谐振腔适宜布置的轴向位置。切向位置按照相邻燃烧筒的最邻近切向位置布置即可。

参阅图1，本实施方式提供一种燃烧室，包括：多个火焰筒10和连通相邻两个火焰筒10的联焰管20；每个火焰筒10均具有燃料入口和气流出口，联焰管20与所连通的火焰筒10的连通口21位于燃料入口和气流出口之间；联焰管20与所连通的火焰筒10的连通口21设置有节流组件30，节流组件30用于调节连通口21的流通面积。参阅图2，连通口21为最大时，联焰管20具有连接火焰，使多个火焰筒10迅速燃烧的作用。参阅图3，连通口21减小时，联焰管20则具备了谐振腔的作用，起到降低噪音的作用。

对于连通口21流通面积的调节可采取多种方案，本实施方式提供以下方案，具体地，参阅图4-图9，节流组件30包括第一驱动部件31、第一节流板32、第二驱动部件33以及第二节流板34；第一节流板32开设有第一节流孔321，第二节流板34开设有第二节流孔341，第一节流板32和第二节流板34重叠布置于火焰筒10，并使第一节流孔321、第二节流孔341以及连通口21至少部分重叠；第一驱动部件31能够驱动第一节流板32移动，第二驱动部件33能够驱动第二节流板34移动，第一驱动部件31和第二驱动部件33通过调整第一节流板32、第二节流板34与火焰筒10的相对位置调节连通口21的流通面积。

参阅图6-图9，第一驱动部件31和第二驱动部件33为动力部件，具体可以是直线电机、气缸等部件，第一驱动部件31和第二驱动部件33可以设置在燃烧室外侧，并通过连杆等传动部件驱动第一节流板32和第二节流板34移动。由于第一节流板32和第二节流板34位置的变化，则遮蔽连通口21的大小也发生变化，从而起到调节连通口21流通面积的作用。如图7所示，此时连通口21的流通面积最小，联焰管20可作为谐振腔使用。参阅图8，连通口21的流通面积增大，如图9，连通口21的流通面积最大。图7-图9中阴影部分为连通口21的流通面积。

在一个实施例中，第一节流板32和第二节流板34均位于所对应的火焰筒10的外壁，从而减小对火焰筒10内燃烧的影响。具体地，第一节流板32和第二节流板34均为具有预定弯曲弧度，预定弯曲弧度与所对应的火焰筒10的外壁相匹配。也就是说第一节流板32、第二节流板34以及火焰筒10的外壁紧紧贴在一起，减小漏气。

进一步，参阅图4，第一节流孔321的轮廓由第一圆弧3211、第二圆弧3212、以及两条切线3213围成；第一圆弧3211的半径大于第二圆弧3212的半径；第一圆弧3211的圆心与第二圆弧3212的圆心的连线经过连通口21的中心。

在本实施方式中，第二节流孔341的轮廓与第一节流孔321的轮廓相同。第一节流板32和第二节流板34可以是结构完全相同的两个部件。

在一个实施例中，第一节流孔321和第二节流孔341的最大重叠面积大于或等于连通口21。如此设置使得第一节流板32和第二节流板34不对连通口21造成任何遮蔽，充分发挥联焰管20本身的作用。

在一个实施例中，节流组件30还可以省去第二驱动部件33，具体地，节流组件30包括第一驱动部件31、第一节流板32以及第二节流板34；第一节流板32开设有第一节流孔321，第二节流板34开设有第二节流孔341，第一节流板32和第二节流板34重叠布置于火焰筒10，并使第一节流孔321、第二节流孔341以及连通口21至少部分重叠；第一驱动部件31能够驱动第一节流板32和第二节流板34移动，第一驱动部件31通过调整第一节流板32、第二节流板34与火焰筒10的相对位置调节连通口21的流通面积。也就是说第一驱动部件31可以同时驱动第一节流板32和第二节流板34移动，具体实现方式可结合现有的传动原理，使得不影响燃烧室的正常工作即可。

在一个实施例中，参阅图10-图11，所述节流组件30包括第一驱动部件31和第三节流板35，所述第三节流板35开设有第三节流孔351和第四节流孔352，所述第四节流孔352的直径大于所述第三节流孔351的直径；所述第三节流板35叠置于所述火焰筒10的外壁，所述第一驱动部件31能够驱动所述第三节流板35，并使所述第三节流孔351的圆心或第四节流孔352的圆心与所述连通口21的圆心重合。其中第三节流孔351的圆心与连通口21的圆心重合时，联焰管20作为谐振腔使用，四节流孔352的圆心与所述连通口21的圆心重合时，联焰管20仅具备引燃相邻火焰筒10的作用。

本实施方式进一步提供一种燃气轮机，包括上述任一实施例的燃烧室。该燃气轮机在点火完毕后，由于联焰管20具备了谐振腔的作用，因此工作噪音能够得到明显降低。

本实施方式进一步提供一种上述实施例中燃烧室的燃烧控制方法，具体包括：在点火时，调节连通口21的流通面积最大；点火完毕后，调节连通口21的流通面积减小，使得联焰管20具有谐振腔的降噪作用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种燃烧室，其特征在于，包括：多个火焰筒(10)和连通相邻两个所述火焰筒(10)的联焰管(20)；

每个所述火焰筒(10)均具有燃料入口和气流出口，所述联焰管(20)与所连通的火焰筒(10)的连通口(21)位于所述燃料入口和所述气流出口之间；

所述联焰管(20)与所连通的火焰筒(10)的连通口(21)设置有节流组件(30)，所述节流组件(30)用于调节所述连通口(21)的流通面积。

2.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述节流组件(30)包括第一驱动部件(31)、第一节流板(32)、第二驱动部件(33)以及第二节流板(34)；

所述第一节流板(32)开设有第一节流孔(321)，所述第二节流板(34)开设有第二节流孔(341)，所述第一节流板(32)和所述第二节流板(34)重叠布置于所述火焰筒(10)，并使所述第一节流孔(321)、所述第二节流孔(341)以及所述连通口(21)至少部分重叠；

所述第一驱动部件(31)能够驱动所述第一节流板(32)移动，所述第二驱动部件(33)能够驱动所述第二节流板(34)移动，所述第一驱动部件(31)和所述第二驱动部件(33)通过调整所述第一节流板(32)、第二节流板(34)与所述火焰筒(10)的相对位置调节所述连通口(21)的流通面积。

3.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述节流组件(30)包括第一驱动部件(31)、第一节流板(32)以及第二节流板(34)；

所述第一节流板(32)开设有第一节流孔(321)，所述第二节流板(34)开设有第二节流孔(341)，所述第一节流板(32)和所述第二节流板(34)重叠布置于所述火焰筒(10)，并使所述第一节流孔(321)、所述第二节流孔(341)以及所述连通口(21)至少部分重叠；

所述第一驱动部件(31)能够驱动所述第一节流板(32)和所述第二节流板(34)移动，所述第一驱动部件(31)通过调整所述第一节流板(32)、第二节流板(34)与所述火焰筒(10)的相对位置调节所述连通口(21)的流通面积。

4.根据权利要求2或3所述的燃烧室，其特征在于，所述第一节流板(32)和所述第二节流板(34)均位于所对应的火焰筒(10)的外壁。

5.根据权利要求4所述的燃烧室，其特征在于，所述第一节流板(32)和所述第二节流板(34)均为具有预定弯曲弧度，所述预定弯曲弧度与所对应的火焰筒(10)的外壁相匹配。

6.根据权利要求2或3所述的燃烧室，其特征在于，所述第一节流孔(321)的轮廓由第一圆弧(3211)、第二圆弧(3212)、以及两条切线(3213)围成；所述第一圆弧(3211)的半径大于所述第二圆弧(3212)的半径；所述第一圆弧(3211)的圆心与所述第二圆弧(3212)的圆心的连线经过所述连通口(21)的中心；所述第二节流孔(341)的轮廓与所述第一节流孔(321)的轮廓相同。

7.根据权利要求6所述的燃烧室，其特征在于，所述节流组件(30)包括第一驱动部件(31)和第三节流板(35)，所述第三节流板(35)开设有第三节流孔(351)和第四节流孔(352)，所述第四节流孔(352)的直径大于所述第三节流孔(351)的直径；

所述第三节流板(35)叠置于所述火焰筒(10)的外壁，所述第一驱动部件(31)能够驱动所述第三节流板(35)，并使所述第三节流孔(351)的圆心或第四节流孔(352)的圆心与所述连通口(21)的圆心重合。

8.根据权利要求6所述的燃烧室，其特征在于，所述第一节流孔(321)和所述第二节流孔(341)的最大重叠面积大于或等于所述连通口(21)。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的燃烧室的燃烧控制方法，其特征在于，在点火时，调节所述连通口(21)的流通面积最大；点火完毕后，调节所述连通口(21)的流通面积减小。

10.一种燃气轮机，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的燃烧室。

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