專利名稱:燃燒器和燃燒器嘯叫減輕方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本申請一般地涉及燃氣渦輪發(fā)動機,且更具體地涉及一種燃燒器,其具有可變地定位在其中的噴嘴,從而對嘯叫(screech)以及其它類型的燃燒動態(tài)變化提供減輕作用。
背景技術(shù):
總的說來,燃氣渦輪發(fā)動機燃燒燃料-空氣混合物,以形成高溫燃燒氣流。高溫燃燒氣流通過熱氣道而被引導至渦輪。渦輪將來自高溫燃燒氣流的熱能轉(zhuǎn)換成機械能,從而使渦輪軸旋轉(zhuǎn)。燃氣渦輪發(fā)動機可用于各種應用,例如用于將功率提供給泵或發(fā)電機等。運行效率通常隨著燃燒氣流的溫度的增加而增加。然而,較高的氣流溫度可能產(chǎn)生較高水平的氮氧化物(NOx),一種受到美國聯(lián)邦和州政府規(guī)章并受到國外相似類型的規(guī)章限制的排放物。因而在有效的溫度范圍內(nèi)操作燃氣渦輪機同時確保NOx的輸出以及其它類型的排放物保持低于所要求的水平之間存在平衡。燃料-空氣混合物可在燃燒器中通過若干個小管束噴嘴進行燃燒。可利用這些小管束噴嘴或其它類型的燃燒噴嘴以便減少排放物,并且還允許使用高反應性類型的合成氣以及其它燃料。然而,在配備小管束噴嘴或其它類型的燃燒噴嘴的燃燒器中,高氫氣燃料燃燒可能激勵比大約千赫茲或以上更高的頻率以及縱向聲音模式。通過相鄰噴嘴之間的燃燒相互作用以及燃燒過程和幾何形狀的關(guān)聯(lián)而可能產(chǎn)生嘯叫以及其它類型的燃燒動態(tài)變化。燃燒動態(tài)變化甚至在低振幅下也可能造成機械疲勞,并且在較高的振幅下可能導致硬件損傷。因此對于避免或至少減輕復雜的燃燒動態(tài)變化的改進的燃燒器存在需求。此類燃燒器應避免此類燃燒動態(tài)變化,同時以最小的排放保持高效的運行。
發(fā)明內(nèi)容
本申請因而提供了一種用于與燃氣渦輪發(fā)動機一起使用的燃燒器。燃燒器可包括帽狀部件和貫穿帽狀部件的若干個燃料噴嘴。其中一個或更多燃料噴嘴可設(shè)于相對于帽狀部件非齊平的位置。本申請還提供了一種用于減輕燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器中的燃燒動態(tài)變化的方法。該方法可包括將若干個燃料噴嘴定位在燃燒器的帽狀部件中,改變?nèi)剂蠂娮煜鄬τ诿睜畈考奈恢茫约安僮魅紵饕源_定由變化位置上的燃料噴嘴所產(chǎn)生的燃燒動態(tài)變化的步驟。本申請還提供了一種用于與燃氣渦輪發(fā)動機一起使用的燃燒器。燃燒器可包括帽狀部件和貫穿帽狀部件的若干個燃料噴嘴。其中一個或更多燃料噴嘴可設(shè)于相對于帽狀部件凹陷的位置或突出的位置上。 本領(lǐng)域技術(shù)人員在查看以下結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求所做的詳細說明后將明晰本申請的這些以及其它特征和改進之處。
圖1是可與本文所述的燃燒器一起使用的燃氣渦輪發(fā)動機的示意圖。圖2是帶有若干個小管燃料噴嘴的燃燒器的側(cè)橫截面圖。圖3是圖2的燃燒器的前平面圖。圖4是本文所述的帶有帽狀部件的燃燒器的局部透視圖。圖5是圖4的帶有帽狀部件的燃燒器的另一局部透視圖。零部件列表100燃氣渦輪發(fā)動機110壓縮機120燃燒器130 渦輪135 負載140燃燒器管150 端蓋160帽狀部件170流動路徑180燃燒器襯套190流套筒200冷卻流動路徑210燃料噴嘴220 開口230 小管240燃料路徑250燃料氣室255燃燒區(qū)域260燃燒器270帽狀部件280燃料噴嘴300中心噴嘴310 第一噴嘴320 第二噴嘴330第三噴嘴340第四噴嘴350第五噴嘴360第六噴嘴
4
370凹陷位置380突起位置390齊平位置
具體實施例方式現(xiàn)在參看圖紙,其中相似的標號表示貫穿若干視圖相似的元件,圖1顯示了燃氣渦輪發(fā)動機100的示意圖。如上所述,燃氣渦輪發(fā)動機100可包括壓縮機110,以壓縮進入的空氣流。壓縮機Iio將壓縮的空氣流輸送至燃燒器120。燃燒器120將壓縮的空氣流與壓縮的燃料流混合起來,并點燃混合物。雖然只顯示了單個燃燒器120,但是燃氣渦輪發(fā)動機100可包括任何數(shù)量的燃燒器120。熱的燃燒氣體又被輸送至渦輪130。熱的燃燒氣體驅(qū)動渦輪130,從而產(chǎn)生機械功。渦輪130中所產(chǎn)生的機械功驅(qū)動壓縮機110和外部負載 135,例如發(fā)電機等。燃氣渦輪發(fā)動機100可使用天然氣、各種類型的合成氣以及其它類型的燃料。燃氣渦輪發(fā)動機100可以是由紐約州斯卡奈塔第市的通用電氣公司提供的9FBA重型燃氣渦輪發(fā)動機。燃氣渦輪發(fā)動機100可具有其它構(gòu)造,并且可使用其它類型的構(gòu)件。這里還可使用其它類型的燃氣渦輪發(fā)動機。在這里可一起使用多個燃氣渦輪發(fā)動機100、其它類型的渦輪機以及其它類型的發(fā)電設(shè)備。圖2和圖3顯示了燃燒器120的一個示例。燃燒器120可包括帽狀筒管140,該帽狀筒管140從定位在其第一端處的端蓋150延伸至其相對端處的帽狀部件160。帽狀部件160可與端蓋150隔開,從而為穿過帽狀筒管140和帽狀部件160的壓縮空氣流限定了內(nèi)部流動路徑170。燃燒器120還可包括定位在帽狀筒管140上游的燃燒器襯套180和流套筒190。燃燒器襯套180和流套筒190可限定貫穿其中的與內(nèi)部流動路徑170呈逆向流通的冷卻流動路徑200。在帽狀部件160內(nèi)可定位若干個燃料噴嘴210。這里可使用任何數(shù)量的燃料噴嘴 210。燃料噴嘴210可附著地安裝在穿過帽狀部件160的若干個開口 220內(nèi)。在此示例中, 各個燃料噴嘴210可包括一束小管230。各個小管230可通過燃料路徑240和中心燃料氣室250而與燃料流相通。這里可使用任何數(shù)量的小管230。這里還可使用其它類型的噴嘴和噴嘴構(gòu)造。來自壓縮機110的空氣因而流過燃燒器襯套180和流套筒190之間的冷卻流動路徑200,然后反向進入帽狀筒管140??諝馊缓罅鬟^限定在端蓋150和帽狀部件160之間的內(nèi)部流動路徑170??諝饨?jīng)過各個燃料噴嘴210的小管230,從而與來自各個小管230的燃料流混合。然后在帽狀部件160下游的燃燒區(qū)域255中可點燃燃料流和空氣流。這里僅作為示例顯示了燃燒器120。這里可使用許多其它類型的燃燒器設(shè)計和燃燒方法。圖4和圖5顯示了可如本文所述的燃燒器沈0的部分。類似于上述燃燒器120, 燃燒器260包括帶有貫穿其中定位的若干個燃料噴嘴觀0的帽狀部件270。各個燃料噴嘴 280在其中均可具有一束小管230。這里還可使用其它類型的噴嘴280和噴嘴構(gòu)造。在這個示例中,中心噴嘴300可被六個外部噴嘴310,320,330,340,350,360包圍。這里可使用處于任何位置和/或方向上的任何數(shù)量的燃料噴嘴280和小管230。在圖4的示例中,第一外部噴嘴310、第三外部噴嘴330和第五外部噴嘴350包括與帽狀部件270的面相比凹陷的位置370。在圖5的示例中,第一外部噴嘴310、第三外部噴嘴330和第五外部噴嘴350包括與帽狀部件270的面相比突起的位置380。剩余的燃料噴嘴280可包括相對于帽狀部件270以與上述相似的方式基本齊平的位置390。任何燃料噴嘴280均可具有凹陷位置370、突起位置380或齊平位置390。類似地,根據(jù)需要可在凹陷位置370、突起位置380和/或齊平位置390上使用燃料噴嘴觀0的任何組合。凹陷位置 370和突起位置380兩者都可被稱為“非齊平位置”。雖然燃料噴嘴觀0已經(jīng)被論述為相對于帽狀部件270進行定位,但帽狀部件的使用可能不是必須的。相反,燃料噴嘴280可定位在跨越齊平位置370等的想象平面的周圍。 換句話說,齊平位置370可與該平面齊平,且凹陷位置370和突起位置380被相應地配置。各個單獨的燃燒器沈0的嘯叫以及其它類型的燃燒動態(tài)變化因而可根據(jù)許多構(gòu)造變量、操作變量以及其它變量而變化,使得各個燃燒器260可使用處于凹陷位置370、突起位置380和/或齊平位置390上的燃料噴嘴觀0的不同組合。這些不同的噴嘴位置可組合從而減少燃燒動態(tài)變化,并改善整體燃燒器性能(既單個地改善,又將燃氣渦輪發(fā)動機 100中的燃燒器組合作為一個整體而改善)。相對于帽狀部件270和/或彼此處于凹陷位置370、突起位置380和/或齊平位置 390上的燃料噴嘴觀0的使用因而可通過解除至少相鄰燃料噴嘴280之間的相互作用而減輕或避免燃燒動態(tài)變化。此定位因而將改善燃料噴嘴280和整個燃燒器260的整體可操作性、耐用性和可靠性。因而可顯著地改變聲音動態(tài)變化,從而改變噴嘴280周圍所釋放的壓力和熱量的相互作用以及由此造成的燃燒動態(tài)變化。應該明白前面所述只涉及本申請的某些實施例,并且在不脫離以下權(quán)利要求和其等效物所限定的本申請的主要精神和范圍的情況下,這里可由本領(lǐng)域技術(shù)人員做出許多變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于與燃氣渦輪發(fā)動機(100) —起使用的燃燒器060),包括帽狀部件O70);和穿過所述帽狀部件O70)的多個燃料噴嘴O80);其中所述多個燃料噴嘴(觀0)的其中一個或更多設(shè)于相對于所述帽狀部件(270)非齊平的位置(370,380)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器060),其特征在于,所述多個燃料噴嘴(觀0)各包括在其中的多個小管030)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器060),其特征在于,所述非齊平位置(370,380)包括凹陷位置(370)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器060),其特征在于,所述非齊平位置(370,380)包括突起位置(380)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器060),其特征在于,所述多個噴嘴(觀0)的其中一個或更多還設(shè)于相對于所述帽狀部件(270)基本齊平的位置(390)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器060),其特征在于,所述多個噴嘴(觀0)的其中一個或更多設(shè)于凹陷位置(370)上,并且所述多個噴嘴O80)的其中一個或更多設(shè)于突起位置 (380)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器060),其特征在于,所述多個噴嘴(觀0)的其中一個或更多設(shè)于凹陷位置(370)上,所述多個噴嘴(觀0)的其中一個或更多設(shè)于突起位置(380) 上,并且所述多個噴嘴O80)的其中一個或更多設(shè)于基本齊平位置(390)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器060),其特征在于,所述多個噴嘴(觀0)包括中心噴嘴(300)和多個外部噴嘴(310,320,330,340,350,360)
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器060),其特征在于,所述多個外部噴嘴(310,320, 330,340,350,360)的其中一個或更多設(shè)于所述非齊平位置(370,380)上。
10.一種減輕燃氣渦輪發(fā)動機(100)的燃燒器Q60)中的燃燒動態(tài)變化的方法,包括將若干個燃料噴嘴(觀0)定位在所述燃燒器O60)的帽狀部件Q70)中;改變所述燃料噴嘴(觀0)相對于所述帽狀部件O70)的位置(370,380,390);以及操作所述燃燒器(260)以確定由變化的位置(370,380,390)上的所述燃料噴嘴(觀0) 所產(chǎn)生的燃燒動態(tài)變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃燒器和燃燒器嘯叫減輕方法,具體而言,本申請?zhí)峁┝艘环N用于與燃氣渦輪發(fā)動機(100)一起使用的燃燒器(260)。燃燒器(260)可包括帽狀部件(270)和穿過帽狀部件(270)的若干個燃料噴嘴(280)。其中一個或更多燃料噴嘴(280)可設(shè)于相對于帽狀部件(270)非齊平的位置(370,380)上。
文檔編號F23D14/58GK102374531SQ20111020340
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者G·O·克雷默, T·E·約翰遜, 嚴鐘昊, 金冠佑 申請人:通用電氣公司