CN204984607U - 燃料供应系统和燃气涡轮系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃料供应系统和燃气涡轮系统。一种燃料供应系统包括构造为使燃料前进至燃烧入口区域的主燃料线路和流体地联接至主燃料线路的副燃料线路。副燃料线路构造为通过副燃料线路的第一节段使燃料的一部分从主燃料线路转移，并且通过副燃料线路的第二节段将燃料送回至主燃料线路。阻碍机构在阻碍位置处定位在主燃料线路附近，并且构造为周期性地平移到主燃料线路中，来周期性地改变主燃料线路的截面面积，以有效地使进入燃烧系统中的燃料流压力振荡。

Description

燃料供应系统和燃气涡轮系统

技术领域

在本文中公开的主题涉及燃料供应系统，并且更具体地涉及构造为使燃料前进至燃气涡轮发动机的燃烧组件的燃料供应系统。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机中加压并且在燃烧器中与燃料混合以用于生成热燃烧气体，该热燃烧气体向下游流过涡轮级，在此能量被取出。大型工业功率生成燃气涡轮发动机典型地包括多个燃烧器罐，燃烧气体在燃烧器罐内独立地生成且共同地排放。

对罐燃烧器的有效操作尤其关注的是燃烧动态(即，操作中的动态不稳定性)。高动态通常由状态(例如，废气的温度(即，热释放)和燃烧器罐内的振荡压力水平)的变动引起。这种高动态可限制硬件寿命和/或发动机的系统可操作性，从而导致如机械和热疲劳的这种问题。燃烧器硬件损坏可以以机械问题的形式发生，该机械问题涉及例如燃料喷嘴、衬套、过渡件、过渡件侧、径向密封件、和冲击套筒。

为了防止系统性能的恶化，已进行各种尝试来控制燃烧动态。这种努力包括例如通过解耦压力和热释放振荡(例如，通过改变火焰形状、位置等来控制燃烧发动机内的热释放)或使压力和热释放“移相”来降低动态。共振器是已用来实现这种动态减少的一种构件。但是，增大的功率输出要求导致燃烧可操作性的更小窗口,因为要避免燃烧和涡轮频率的匹配。

发明内容

根据本发明的一方面，燃料供应系统包括构造为使燃料前进至燃烧入口区域的主燃料线路。还包括副燃料线路，其流体地联接至主燃料线路，并且构造为通过副燃料线路的第一节段使燃料的一部分从主燃料线路转移，并且通过副燃料线路的第二节段将燃料送回至主燃料线路。还包括阻碍机构，其在阻碍位置处定位在主燃料线路附近，阻碍机构构造为周期性地平移到主燃料线路中，来周期性地改变主燃料线路的截面面积。

根据本发明的另一方面，燃料供应系统包括构造为使燃料前进至燃烧入口区域的主燃料线路。还包括副燃料线路，其流体地联接至主燃料线路，副燃料线路具有流体腔，该流体腔具有入口和出口。还包括活塞，其布置在流体腔内，并且能够在第一位置与第二位置之间周期性地平移。又包括阻碍部件，其布置于孔口内，该孔口在流体腔与主燃料线路之间延伸，阻碍部件操作地联接至活塞并且能够响应于活塞的平移而移动到主燃料线路中，其中，活塞的第一位置提供主燃料线路的第一截面面积，且活塞的第二位置提供主燃料线路的比第一截面面积小的第二截面面积。还包括副燃料线路的第一节段，其使燃料从主燃料线路前进至流体腔的入口。还包括副燃料线路的第二节段，其使燃料从流体腔的出口在第一节段下游的位置处前进至主燃料线路。

根据本发明的又一方面，燃气涡轮系统包括压缩机、具有至少一个燃烧室的燃烧组件、和涡轮区段。还包括燃料供应系统，其构造为使燃料前进至燃烧组件。燃料供应系统包括构造为使燃料前进至燃烧入口区域的主燃料线路。燃料供应系统还包括副燃料线路，其流体地联接至主燃料线路，并且构造为通过副燃料线路的第一节段使燃料的一部分从主燃料线路转移，并且通过副燃料线路的第二节段将燃料送回至主燃料线路。燃料供应系统还包括阻碍机构，该阻碍机构在阻碍位置处定位在主燃料线路附近，阻碍机构构造为周期性地平移到主燃料线路中，来周期性地改变主燃料线路的截面面积。

从结合附图的下列说明中，这些和其他优点和特征将变得更加显而易见。

附图说明

被认为是本发明的主题在说明书结尾处的权利要求中被特别地指出并且清楚地主张权利。本发明的前述和其他特征和优点从结合附图进行的下列详细描述中是显而易见的，其中：

图1是燃气涡轮发动机的示意图；

图2是用于将燃料传输至燃气涡轮发动机的燃料供应系统的示意图，该燃料供应系统处于第一状态；

图3是处于第二状态的燃料供应系统的示意图；并且

图4示出了燃料供应系统的燃料质量流量的多个振荡间隔。

详细的描述参照附图经由实例说明本发明的实施例以及优点和特征。

附图标记

10燃气涡轮发动机

12压缩机区段

14燃烧组件

16涡轮区段

18轴

20燃料供应系统

22燃料

24燃料源

26主燃料线路

27燃烧入口区域

32副燃料线路

34第一节段

35主入口

36流体腔

37入口

38第二节段

39出口

40主出口

50阻碍机构

52活塞

54阻碍部件

56杆

58孔口

60弹簧

62至少一个阀

64第一阀

68第二阀

70调整螺钉。

具体实施方式

参照图1，示意地示出根据本发明的示范实施例构造的燃气涡轮发动机10。燃气涡轮发动机10包括压缩机区段12、燃烧组件区段14、涡轮区段16、轴18和燃料供应系统20。应当理解的是，燃气涡轮发动机10的一个实施例可包括多个压缩机区段12、燃烧组件14、涡轮区段16、和/或轴18。压缩机区段12和涡轮区段16通过轴18而联接。轴18可为单个轴或联接在一起以形成轴18的多个轴节段。

在操作中，空气流入压缩机区段12中并且被压缩成高压气体。高压气体供应至燃烧组件14并与燃料22混合，例如工艺气体和/或合成气体(合成气)。备选地，燃烧组件14可燃烧燃料，燃料包括但不限于天然气和/或燃料油。点燃燃料/空气或可燃混合物，以形成高压、高温的燃烧气体流。其后，燃烧组件14将燃烧气体流导向至涡轮区段16，涡轮区段16将热能转化成机械、旋转能。

现参照图2和3，更加详细地示出了构造为使燃料22前进至燃烧组件14的燃料供应系统20。燃料源24(例如燃料岐管)将燃料22从供应源(未示出)引导至主燃料线路26。主燃料线路26在燃料源24与燃烧组件14之间延伸。具体而言，主燃料线路26提供路径以用于燃料22流到燃烧组件14的燃烧入口区域27，例如，气室和/或燃料喷射喷嘴。主燃料线路26由至少一个管节段形成，但通常多个管节段例如以焊接方式操作地联接至彼此。

副燃料线路32被示出，并且其为用于燃料22的副前进路径。与上述主燃料线路26的情况一样，副燃料线路32由至少一个管节段形成，但通常多个管节段例如以焊接方式操作地联接至彼此。副燃料线路32包括第一节段34，其在副燃料线路32的主入口35至流体腔36之间延伸，因而使副燃料线路32直接从主燃料线路26分支。在又一实施例中，第一节段定位成与燃料源24直接流体地联接的构造。与主入口35的精确位置无关，其构造为接收从燃料岐管供应的燃料22的一部分，从而将燃料22的该部分重新引导至副燃料线路32，该部分否则将以不间断的方式流过主燃料线路26。第一节段34使燃料22前进至流体腔36的入口37。

副燃料线路32还包括第二节段38，第二节段38在流体腔36的出口39至副燃料线路32的主出口40之间延伸，从而提供路径来将燃料22送回至主燃料线路26。构想副燃料线路32的主出口40与燃烧入口区域27直接联接，来对除主燃料线路26外的位置提供燃料22的送回。与主出口40的精确位置无关，其构造为送回从燃料源24供应的燃料22的一部分。

流体腔36构造为积聚行进穿过副燃料线路32的燃料22。通过流体腔36的入口37进入流体腔36的燃料22的压力构造为与阻碍机构50互相作用并且操作该阻碍机构50，该阻碍机构50至少部分地布置在流体腔36内。阻碍机构50包括活塞52，活塞52位于流体腔36内，并且构造为在第一位置(图2)与第二位置(图3)之间平移。在一个实施例中，活塞52具有圆形剖面且流体腔36包括缸，该缸尺寸确定为适应活塞52。活塞52例如利用杆56操作地联接至阻碍部件54。阻碍部件54至少部分地在孔口58内延伸，孔口58以允许阻碍部件54平移至在主燃料线路26内的各种径向位置的方式在主燃料线路26附近。具体而言，当活塞从第一位置朝第二位置平移时，阻碍部件54进一步平移到主燃料线路26中，从而减小主燃料线路26的截面面积。构想阻碍部件54在活塞52处于第一位置时从主燃料线路26完全抽出，或者当活塞52处于第一位置时，可稍微突入主燃料线路26中。

阻碍部件54一般指具有任何几何构造或由对于操作状态而言任何适当的材料形成的结构。应当理解的是，与精确构造无关，在阻碍部件54进一步平移入主燃料线路26中时，阻碍部件54在阻碍位置处减少用于燃料流的截面面积。

在操作中，当流体腔36的入口37处的压力增大时，活塞52被远离第一位置朝第二位置推动，因而使阻碍部件54进一步平移入主燃料线路26中。流体腔36的截面面积大于阻碍部件54布置在其内的孔口58的截面面积，从而在活塞52的最接近流体腔36的入口37的侧上确保更大的力。弹簧60也包括在流体腔36内，并且构造为与活塞52互相作用。具体地，在活塞52从第一位置移动到第二位置时弹簧60被压缩，因而与使活塞52移动的强制液压力相反。如所显示的，弹簧力不足以克服或完全抵抗使活塞52移动的液压力。

如所显示的，在图3的第二位置中，流体腔36的出口39不再由活塞52阻塞，从而允许从流体腔36到副燃料线路32的第二节段38的燃料流。在这发生时，由于在流体腔36内积累的流体排出，故流体腔36的入口处的压力快速下降。流体腔36的入口37处的压力下降减小了活塞52上的力，从而允许由弹簧60施加在活塞52上的弹簧力克服液压力并且将活塞52送回至如在图2中显示的第一位置。随着时间，该过程重复其自身，并且实现活塞52的周期性平移，且因而实现阻碍部件54的周期性平移。

在另一实施例中，包括电磁体，并且该电磁体构造为响应于编程的时间和副燃料线路32内的位置处的燃料22的流体压力，而在赋能状态和未赋能状态之间循环。如在上面关于之前描述的实施例所描述的，这是以周期性方式进行的。应当理解的是，电磁体的周期变化可完全基于时间响应振荡频率或完全基于燃料线路32内的燃料22的流体压力检测。

包括各种调谐构件，来控制阻碍机构50的振荡速度。具体地，至少一个阀62(例如针形阀)位于副燃料线路32内。在一个实施例中，该至少一个阀62包括第一阀64和第二阀68，其中，第一阀64位于第一节段34内，且第二阀68位于副燃料线路32的第二节段38内。如可理解的，更多阀可位于节段中的各个内。此外，调整螺钉70等操作地联接至流体腔36。调整螺钉70是可移动的，以限定活塞52的第一位置的各种定位。而且，可修改弹簧60的弹簧系数和活塞52的截面面积，来获得阻碍机构50的期望振荡特性，因为调整螺钉70和弹簧60在一些实施例中是可相反的。

通过在阻碍部件54的第一位置和第二位置之间振荡，副燃料线路32在主燃料线路26且因而在燃烧组件14内强加质量流量变动或振荡，从而有利地使燃烧组件14的流动压力振荡。这种组件降低或避免对在其他情况下要求的相位匹配避免技术的需要。

参照图4，示出了在流体腔36的入口37处和在副燃料线路32内的流的压力的示范概览图。如所显示的，压力和质量流量作为时间的函数而以周期性方式振荡。

有利地，质量流量的振荡为设计提供灵活性，以用于更高功率需求，而不考虑频率和/或相位匹配。

虽然本发明已结合仅有限数量的实施例而详细说明，但是应该容易地明白，本发明不限于此种公开实施例。相反，本发明可被修改以包括至今未说明但本发明的精神和范围相称的任何数量的变更、改造、置换或等同配置。此外，虽然已经说明了本发明的各种实施例，但应该理解，本发明的方面可能包括已说明实施例中的仅某些。因此，本发明不应看作由前述说明所限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (20)

1.一种燃料供应系统，其包括：

主燃料线路，其构造为使燃料前进至燃烧入口区域；

副燃料线路，其流体地联接至所述主燃料线路，并且构造为通过所述副燃料线路的第一节段使所述燃料的一部分从所述主燃料线路转移，并且通过所述副燃料线路的第二节段将燃料送回至所述主燃料线路；和

阻碍机构，其在阻碍位置处位于所述主燃料线路附近，所述阻碍机构构造为周期性地平移到所述主燃料线路中，以周期性地改变所述主燃料线路的截面面积。

2.根据权利要求1所述的燃料供应系统，其特征在于，所述阻碍机构包括：

活塞，其布置在所述副燃料线路的流体腔内；和

阻碍部件，其操作地联接至所述活塞，所述阻碍部件构造为响应于所述活塞的在第一位置与第二位置之间的平移，而周期性地平移到所述主燃料线路中。

3.根据权利要求2所述的燃料供应系统，其特征在于，所述活塞的从所述第一位置到所述第二位置的平移响应于在所述流体腔的入口处的燃料的流体压力而发生。

4.根据权利要求3所述的燃料供应系统，其特征在于，所述阻碍机构还包括布置在所述流体腔内的弹簧，所述弹簧构造为朝所述流体腔内的所述第一位置偏压所述活塞。

5.根据权利要求2所述的燃料供应系统，其特征在于，还包括所述流体腔的出口，所述出口构造为使所述燃料从所述流体腔前进至所述副燃料线路的第二节段，其中，当所述活塞处于所述第一位置时，所述出口由所述活塞阻塞。

6.根据权利要求2所述的燃料供应系统，其特征在于，还包括所述流体腔的出口，所述出口构造为使所述燃料从所述流体腔前进至所述副燃料线路的第二节段，其中，当所述活塞处于所述第二位置时，所述出口不被阻塞。

7.根据权利要求2所述的燃料供应系统，其特征在于，还包括调整螺钉，所述调整螺钉操作地联接至所述流体腔并且构造为选择性地操作所述第一位置、和所述活塞的行进距离。

8.根据权利要求2所述的燃料供应系统，其特征在于，还包括在所述副燃料线路内的至少一个阀。

9.根据权利要求8所述的燃料供应系统，其特征在于，所述至少一个阀包括针形阀。

10.根据权利要求8所述的燃料供应系统，其特征在于，所述至少一个阀包括位于所述副燃料线路的第一节段内的第一阀和位于所述副燃料线路的第二节段内的第二阀。

11.根据权利要求1所述的燃料供应系统，其特征在于，所述阻碍机构包括阻碍部件和电磁体，所述阻碍部件构造为响应于所述电磁体的赋能状态而周期性地平移到所述主燃料线路中。

12.一种燃料供应系统，其包括：

主燃料线路，其构造为使燃料前进至燃烧入口区域；

副燃料线路，其流体地联接至所述主燃料线路，所述副燃料线路具有流体腔，所述流体腔具有入口和出口；

活塞，其布置在所述流体腔内，并且能够在第一位置与第二位置之间周期性地平移；

阻碍部件，其布置于孔口内，所述孔口在所述流体腔与所述主燃料线路之间延伸，所述阻碍部件操作地联接至所述活塞并且能够响应于所述活塞的平移而移动到所述主燃料线路中，其中，所述活塞的第一位置提供所述主燃料线路的第一截面面积，且所述活塞的第二位置提供所述主燃料线路的比所述第一截面面积小的第二截面面积；

所述副燃料线路的第一节段，其使燃料从所述主燃料线路前进至所述流体腔的入口；和

所述副燃料线路的第二节段，其使燃料从所述流体腔的出口在所述第一节段下游的位置处前进至所述主燃料线路。

13.根据权利要求12所述的燃料供应系统，其特征在于，所述活塞的从所述第一位置到所述第二位置的平移响应于在所述流体腔的入口处的燃料的流体压力而发生。

14.根据权利要求12所述的燃料供应系统，其特征在于，还包括弹簧，所述弹簧构造为朝所述流体腔内的所述第一位置偏压所述活塞。

15.根据权利要求12所述的燃料供应系统，其特征在于，流体腔截面面积大于孔截面面积。

16.根据权利要求12所述的燃料供应系统，其特征在于，当所述活塞处于所述第一位置时，所述流体腔的出口由所述活塞阻塞。

17.根据权利要求12所述的燃料供应系统，其特征在于，当所述活塞处于所述第二位置时，所述流体腔的出口不被阻塞。

18.根据权利要求12所述的燃料供应系统，其特征在于，还包括所述副燃料线路内的至少一个阀。

19.根据权利要求18所述的燃料供应系统，其特征在于，所述至少一个阀包括位于所述副燃料线路的第一节段内的第一阀和位于所述副燃料线路的第二节段内的第二阀。

20.一种燃气涡轮系统，其包括：

压缩机；

燃烧组件，其具有至少一个燃烧腔；

涡轮区段；和

燃料供应系统，其构造为使燃料前进至所述燃烧组件，所述燃料供应系统包括：

主燃料线路，其构造为使燃料前进至燃烧入口区域；

副燃料线路，其流体地联接至所述主燃料线路，并且构造为通过所述副燃料线路的第一节段使所述燃料的一部分从所述主燃料线路转移，并且通过所述副燃料线路的第二节段将燃料送回至所述主燃料线路；和

阻碍机构，其在阻碍位置处位于所述主燃料线路附近，所述阻碍机构构造为周期性地平移到所述主燃料线路中，以周期性地改变所述主燃料线路的截面面积。