專利名稱：構造為用于減輕高頻動態(tài)性的渦輪燃燒器及相關方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及燃氣渦輪燃燒技術，且更具體而言，涉及燃料噴射微混合器噴嘴裝置，該裝置設計為用于燃燒高濃度氫燃料和減輕高頻動態(tài)音。
背景技術：
燃燒不穩(wěn)定性/動態(tài)性是使用貧預混合燃燒的渦輪機中的一種現(xiàn)象。根據(jù)燃燒室模式的激勵性質(zhì)，燃燒不穩(wěn)定可由高頻或低頻動態(tài)場引起。低頻燃燒動態(tài)場典型地由軸向模式的激勵引起，而高頻動態(tài)場一般由通常稱為“振蕩燃燒”的燃燒過程產(chǎn)生的徑向模式、 方位角模式和軸向模式的激勵引起。高頻動態(tài)場包括燃燒中涉及的所有燃燒器部件。在某些運行條件下，燃燒分量和聲學分量結合以產(chǎn)生高頻和/或低頻動態(tài)場，高頻和/或低頻動態(tài)場對于各種渦輪機部件具有負面影響，并且有損壞硬件的可能。從燃燒器傳出的動態(tài)場也可激勵可導致對下游渦輪機部件的損壞的這些下游渦輪機部件的模式。例如已經(jīng)知道來自燃料噴嘴的具有一定燃料/空氣比的燃氣渦輪燃料中的高氫和氮可導致頻率大于1.0kHz的高振幅振蕩燃燒音動態(tài)性。這類高頻音可傳遞強振動能到燃燒器部件，這種振動能可導致硬件損壞。為了解決這個問題，渦輪機可在低于最佳水平下運行，即避免某些運行條件，以便避免助長燃燒不穩(wěn)定性的環(huán)境。盡管在抑制燃燒不穩(wěn)定性方面是有效的，但避免這些運行條件限制了渦輪機的總運行包絡。對燃燒不穩(wěn)定性問題的另一個解決辦法是改變?nèi)紵鬏斎霔l件。更具體地，已知燃料空氣比的波動會弓I起導致燃燒不穩(wěn)定性的燃燒動態(tài)性。通過改變?nèi)剂狭髀试谌剂峡諝饣旌衔镏挟a(chǎn)生擾動能使燃燒場與聲學場分離以便抑制燃燒不穩(wěn)定性。盡管上述兩種解決辦法在抑制燃燒不穩(wěn)定性方面都是有效的，但避免各種運行條件限制了渦輪機的總運行包絡，而操縱燃料空氣比需要復雜的控制方案，并且可導致低效的燃燒。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個示例性但非限制性實施例，本發(fā)明涉及一種渦輪機燃燒器，其包括燃燒室；安裝到燃燒室端蓋上的多個微混合器噴嘴，各個微混合器噴嘴包括固定到位于燃燒室內(nèi)的噴嘴主體上的燃料供應管，各個噴嘴主體包括由上游端面、下游端面和在二者間延伸的周壁形成的大致中空的主體，其中各個大致中空的主體設有多個沿軸向延伸穿過大致中空的主體的預混合管或通道，從而允許來自供應管的燃料在排入燃燒室之前在噴嘴主體內(nèi)與空氣混合；并且其中，該多個微混合器噴嘴中的至少一些噴嘴主體具有與其它噴嘴主體的軸向長度尺寸不同的軸向長度尺寸。
根據(jù)另一個示例性但非限制性實施例，本發(fā)明涉及一種渦輪機燃燒器，其包括燃燒室；支承在燃燒室內(nèi)并連接到相應的燃料供應管的多個噴嘴主體，其中來自供應管的燃料在排入燃燒室之前在噴嘴主體內(nèi)與空氣混合；其中該多個噴嘴主體包括中央噴嘴主體和圍繞中央噴嘴主體的環(huán)形陣列的徑向外噴嘴主體，該多個噴嘴主體中的各個和中央噴嘴主體包括由上游端面、下游端面和在二者間延伸的周壁形成的大致中空的主體，其中各個大致中空的主體設有多個沿軸向延伸穿過大致中空的主體的預混合管或通道；中央噴嘴主體具有第一軸向長度，并且環(huán)形陣列的徑向外噴嘴主體具有不同于第一軸向長度的至少第二和第三軸向長度。在另外的又一方面，本發(fā)明涉及一種在包括多個大致平行地布置的微混合器噴嘴的渦輪燃燒器內(nèi)減輕高頻動態(tài)性的方法，各個微混合器噴嘴具有在其后端處的噴嘴主體，該方法包括將該多個微混合器噴嘴布置成圍繞中央微混合器噴嘴的徑向外微混合器噴嘴的陣列；徑向外微混合器噴嘴主體中的各個和中央微混合器噴嘴主體包括由上游端面、下游端面和在二者間延伸的周壁形成的大致中空的主體，其中多個預混合管或通道沿軸向延伸穿過該大致中空的主體；以及將該多個微混合器噴嘴中的至少一些形成為具有分別有不同的軸向長度尺寸的噴嘴主體。 現(xiàn)在將結合以下標識的附圖更詳細地描述本發(fā)明。


圖I是根據(jù)第一示例性但非限制性實施例的包括多個微混合器噴嘴的燃燒器的局部簡化示意圖；圖2是圖I的燃燒器中的微混合器噴嘴的示意性后端視圖；圖3是圖I的燃燒器中使用的微混合器噴嘴主體的局部側剖面圖，示出了噴嘴主體的示例性的不同長度；圖4是根據(jù)其它示例性但非限制性實施例的微混合器噴嘴主體構造的局部側剖面圖；以及圖5是本文所述的發(fā)明所適用于的微混合器噴嘴的備選構造的示意性后端視圖。部件列表
權利要求
1.一種渦輪機燃燒器(10)，包括 燃燒室(30)； 安裝到所述燃燒室的端蓋(12)上的多個微混合器噴嘴(14)，各個微混合器噴嘴包括固定到位于所述燃燒室內(nèi)的噴嘴主體(28)上的燃料供應管(26)，各個噴嘴主體包括由上游端面(34)、下游端面(36)和在此二者間延伸的周壁(38)形成的大致中空的主體，其中各個大致中空的主體設有多個沿軸向延伸穿過所述大致中空的主體的預混合管或通道(40)，從而允許來自所述供應管的燃料在排入所述燃燒室之前在所述噴嘴主體內(nèi)與空氣混合；并且 其中，所述多個微混合器噴嘴(14)的至少ー些噴嘴主體(28)具有與所述噴嘴主體中的其它噴嘴主體的軸向長度尺寸不同的軸向長度尺寸。
2.根據(jù)權利要求I所述的渦輪機燃燒器，其特征在于，所述多個微混合器噴嘴包括中央噴嘴(32A)和圍繞所述中央噴嘴的環(huán)形陣列的徑向外噴嘴(32B-32G)。
3.根據(jù)權利要求2所述的渦輪機燃燒器，其特征在于，所述環(huán)形陣列的徑向外噴嘴(32B-32G)中的每隔ー個噴嘴主體具有第一軸向長度尺寸，并且其中，所述環(huán)形陣列的所述徑向外噴嘴中的剩余噴嘴主體具有大于或小于所述第一軸向長度尺寸的第二軸向長度尺寸。
4.根據(jù)權利要求3所述的渦輪機燃燒器，其特征在于，所述中央噴嘴(32A)的所述噴嘴主體(28)具有等于或不同于所述第一和第二軸向長度尺寸的軸向長度尺寸。
5.根據(jù)權利要求I所述的渦輪機燃燒器，其特征在于，所述多個微混合器噴嘴主體(28)的所述軸向長度尺寸全不相同。
6.根據(jù)權利要求I所述的渦輪機，其特征在于，所述多個微混合器噴嘴的ー個或多個的所述噴嘴主體被形成為包括由沿徑向定向的肩部(44)連接的具有第一直徑的徑向外部(46)和具有小于所述第一直徑的第二直徑的至少ー個徑向內(nèi)部(48)，并且其中所述徑向外部和徑向內(nèi)部具有不同的軸向長度。
7.根據(jù)權利要求6所述的渦輪機，其特征在于，所述徑向外部(46)內(nèi)的預混合管(40)具有小于所述至少ー個徑向內(nèi)部(48)內(nèi)的預混合管的軸向長度尺寸的軸向長度尺寸。
8.根據(jù)權利要求6所述的渦輪機，其特征在于，所述徑向外部(50)內(nèi)的預混合管(40)具有大于所述至少一個徑向內(nèi)部(52)內(nèi)的預混合管的軸向長度尺寸的軸向長度尺寸。
9.ー種在包括多個大致平行地布置的微混合器噴嘴(14)的渦輪燃燒器(10)內(nèi)減輕高頻動態(tài)性的方法，各個微混合器噴嘴具有在其后端處的噴嘴主體(28)，所述方法包括 a.將所述多個微混合器噴嘴布置成圍繞中央微混合器噴嘴主體(32A)的徑向外微混合器噴嘴主體(32B-32G)的陣列，所述徑向外微混合器噴嘴主體中的各個和所述中央微混合器噴嘴主體包括由上游端面(34)、下游端面(36)和在此二者間延伸的周壁(38)形成的大致中空的主體，其中多個預混合管或通道(40)沿軸向延伸穿過所述大致中空的主體；以及 b.將所述多個微混合器噴嘴(14)中的至少ー些形成為具有分別有不同的軸向長度尺寸的噴嘴主體(28)。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟b.包括將徑向外微混合器噴嘴(32B-32G)的所述陣列的每隔ー個噴嘴主體形成為具有第一軸向長度尺寸，以及將徑向外微混合器噴嘴的所述陣列的剩余噴嘴主體形成為具有大于或小于所述第一軸向長度尺寸的第二軸向長度尺寸。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，步驟b.包括將所述中央噴嘴(32A)形成為具有噴嘴主體，所述噴嘴主體具有不同于第一和第二軸向長度尺寸的第三軸向長度尺寸。
12.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述多個微混合器噴嘴中的各個的軸向長度尺寸不同。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于，所述多個微混合器噴嘴中的一個或多個的所述噴嘴主體被形成為至少包括由肩部(44)相連的第一和第二沿軸向延伸的部分(46、48)，使得所述至少第一和第二沿軸向延伸的部分具有不同的軸向長度。
14.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述多個噴嘴主體中的相鄰噴嘴主體(28)都不具有相同的軸向長度。
15.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，徑向外微混合器噴嘴主體的所述陣列中的各個徑向外微混合器噴嘴主體(54)為扇形的，并且所述中央微混合器噴嘴主體(56)為圓形的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種構造為用于減輕高頻動態(tài)性的渦輪燃燒器及相關方法。一種渦輪機燃燒器(10)包括燃燒室(30)；安裝到燃燒室端蓋上的多個微混合器噴嘴(14)，各個微混合器噴嘴包括固定到位于燃燒室內(nèi)的噴嘴主體(28)的燃料供應管(26)，其中來自供應管的燃料在排入燃燒室之前在噴嘴主體內(nèi)與空氣混合；并且其中，該多個微混合器噴嘴(14)的噴嘴主體(28)中的至少一些具有不同于噴嘴主體中其它噴嘴主體的軸向長度尺寸的軸向長度尺寸。
文檔編號F23D14/02GK102628592SQ20111041100
公開日2012年8月8日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權日2011年2月4日
發(fā)明者S·斯里尼瓦桑, W·D·約克, 嚴鐘昊, 左柏芳 申請人:通用電氣公司