用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)和方法。用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)和方法包括繞著軸線布置的第一和第二燃燒器，并且每個(gè)燃燒器包括橫跨燃燒器的至少一部分徑向地延伸的蓋組件和在蓋組件下游的燃燒室。每個(gè)蓋組件包括軸向地延伸穿過蓋組件以提供穿過蓋組件至燃燒室的流體連通的多個(gè)管和延伸穿過每個(gè)管以提供進(jìn)入每個(gè)管的流體連通的燃料噴射器。每個(gè)蓋組件具有軸向長度，并且第一燃燒器中的蓋組件的軸向長度與第二燃燒器中的蓋組件的軸向長度不同。
【專利說明】用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)和方法。在特定實(shí)施例中，本發(fā)明可并入到燃?xì)鉁u輪或其它渦輪機(jī)中。
【背景技術(shù)】
[0002]燃燒器通常用于工業(yè)和商業(yè)操作中以點(diǎn)燃燃料，以產(chǎn)生具有高溫和高壓的燃燒氣體。例如，燃?xì)鉁u輪和其它渦輪機(jī)典型地包括一個(gè)或更多個(gè)燃燒器以生成功率或推力。用于生成電力的典型燃?xì)鉁u輪包括位于前部的軸向壓縮機(jī)、圍繞中間的多個(gè)燃燒器以及位于后部的渦輪。環(huán)境空氣作為工作流體進(jìn)入壓縮機(jī)，并且壓縮機(jī)逐漸地向工作流體賦予動(dòng)能，以產(chǎn)生處于高能狀態(tài)的壓縮工作流體。壓縮工作流體離開壓縮機(jī)并且流經(jīng)燃燒器中的一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴和/或管，其中，壓縮工作流體在點(diǎn)燃之前與燃料混合以生成具有高溫和高壓的燃燒氣體。燃燒氣體流動(dòng)至渦輪，其中，燃燒氣體膨脹以做功。例如，燃燒氣體在渦輪中的膨脹可使連接于發(fā)電機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生電力。
[0003]各種因素影響燃燒器的設(shè)計(jì)和操作。例如，較高的燃燒氣體溫度通常提高燃燒器的熱力學(xué)效率。然而，較高的燃燒氣體溫度還促進(jìn)火焰保持狀態(tài)，其中，燃燒火焰朝向由燃料噴嘴供應(yīng)的燃料遷移，可能在相對(duì)短的量的時(shí)間內(nèi)引起對(duì)燃料噴嘴的加速磨損。另外，較高的燃燒氣體溫度通常增大二價(jià)氮的解離速率，從而增加氮氧化物(NOx)的產(chǎn)生。相反地，與減小的燃料流和/或部分負(fù)載操作(調(diào)低)相關(guān)的較低燃燒氣體溫度通常降低燃燒氣體的化學(xué)反應(yīng)速率，從而增加一氧化碳和未燃燒烴的產(chǎn)生。
[0004]雖然在防止火焰保持和控制不合乎需要的排放物的同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高操作溫度方面有效，但是在特定操作條件下，一些燃燒器可產(chǎn)生由燃燒過程或火焰動(dòng)態(tài)與燃燒器的一個(gè)或更多個(gè)聲學(xué)諧振頻率的交互或耦合引起的燃燒不穩(wěn)定。例如，一種燃燒不穩(wěn)定的機(jī)制可在聲學(xué)壓力脈動(dòng)引起燃料端口處的質(zhì)量流量波動(dòng)(其接著導(dǎo)致火焰區(qū)中的燃料-空氣比率波動(dòng))時(shí)出現(xiàn)。當(dāng)導(dǎo)致的燃料/空氣比率波動(dòng)和聲學(xué)壓力脈動(dòng)具有某一相行為(例如，近似同相)時(shí)，導(dǎo)致自勵(lì)式反饋環(huán)路。該機(jī)制和導(dǎo)致的燃燒動(dòng)態(tài)的大小取決于燃料噴射之間的延時(shí)和燃料到達(dá)火焰區(qū)的時(shí)間，該延時(shí)和該時(shí)間在本領(lǐng)域中被稱為對(duì)流時(shí)間(Tau)。當(dāng)對(duì)流時(shí)間增加時(shí)，燃燒不穩(wěn)定的頻率減小，而當(dāng)對(duì)流時(shí)間減少時(shí)，燃燒不穩(wěn)定的頻率增加。結(jié)果是可降低一個(gè)或更多個(gè)燃燒器和/或下游構(gòu)件的使用壽命的燃燒動(dòng)態(tài)。例如，燃燒動(dòng)態(tài)可在燃料噴嘴和/或燃燒室的內(nèi)部產(chǎn)生壓力脈沖，其可不利地影響這些構(gòu)件的高循環(huán)疲勞壽命、燃燒火焰的穩(wěn)定性、用于火焰保持的設(shè)計(jì)裕度和/或不合乎需要的排放物?？蛇x地，或者另外，同相且相干的、在具體頻率下并具有足夠的振幅的燃燒動(dòng)態(tài)可在渦輪和/或其它下游構(gòu)件中產(chǎn)生不合乎需要的共振。通過使一個(gè)或更多個(gè)燃燒器中的燃燒不穩(wěn)定的頻率從其它燃燒器轉(zhuǎn)移開，燃燒系統(tǒng)的相干性總體上將降低，并且燃燒器之間的耦合將削弱。這降低了燃燒器音調(diào)(combustor tone)在下游構(gòu)件中引起振動(dòng)響應(yīng)的能力，并且還激勵(lì)燃燒器之間的破壞性干擾，從而減小燃燒動(dòng)態(tài)振幅。因此，調(diào)節(jié)由每個(gè)燃燒器產(chǎn)生的燃燒動(dòng)態(tài)的相和/或相干性的系統(tǒng)和方法將對(duì)提高燃燒器的熱力學(xué)效率，從而在寬范圍的操作級(jí)別上防止加速的磨損、促進(jìn)火焰穩(wěn)定和/或減少不合乎需要的排放物而言為有用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)在下列描述中在下面被闡述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過本發(fā)明的實(shí)踐而學(xué)習(xí)。
[0006]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，其包括繞著軸線布置的第一和第二燃燒器，并且每個(gè)燃燒器包括橫跨燃燒器的至少一部分徑向地延伸的蓋組件和在蓋組件下游的燃燒室。每個(gè)蓋組件包括軸向地延伸穿過蓋組件以提供穿過蓋組件至燃燒室的流體連通的多個(gè)管和延伸穿過每個(gè)管以提供進(jìn)入每個(gè)管的流體連通的燃料噴射器。每個(gè)蓋組件具有軸向長度，并且第一燃燒器中的蓋組件的軸向長度與第二燃燒器中的蓋組件的軸向長度不同。
[0007]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)包括繞著軸線布置的第一和第二燃燒器，并且每個(gè)燃燒器包括橫跨燃燒器的至少一部分徑向地延伸的蓋組件和在蓋組件下游的燃燒室。每個(gè)蓋組件包括軸向地延伸穿過蓋組件以提供穿過蓋組件至燃燒室的流體連通的燃料噴嘴。每個(gè)燃料噴嘴包括軸向地延伸的中心本體、周向地環(huán)繞軸向地延伸的中心本體的至少一部分的護(hù)罩、在中心本體與護(hù)罩之間徑向地延伸的多個(gè)導(dǎo)葉、在離燃燒室的第一軸向距離處穿過多個(gè)導(dǎo)葉中的至少一個(gè)的第一燃料端口、在離燃燒室的第二軸向距離處穿過中心本體的第二燃料端口，并且多個(gè)導(dǎo)葉與燃燒室相距第三軸向距離。每個(gè)蓋組件具有軸向長度，并且第一燃燒器中的蓋組件的軸向長度與第二燃燒器中的蓋組件的軸向長度不同。
[0008]在又一個(gè)實(shí)施例中，一種用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)包括繞著軸線布置的第一和第二燃燒器，并且每個(gè)燃燒器包括橫跨燃燒器的至少一部分徑向地延伸的蓋組件和在蓋組件下游的燃燒室。每個(gè)蓋組件包括軸向地延伸穿過蓋組件以提供穿過蓋組件至燃燒室的流體連通的燃料噴嘴。每個(gè)燃料噴嘴包括軸向地延伸的中心本體、周向地環(huán)繞軸向地延伸的中心本體的至少一部分的護(hù)罩、在中心本體與護(hù)罩之間徑向地延伸的多個(gè)導(dǎo)葉、在離燃燒室的第一軸向距離處穿過多個(gè)導(dǎo)葉中的至少一個(gè)的第一燃料端口、在離燃燒室的第二軸向距離處穿過中心本體的第二燃料端口，并且多個(gè)導(dǎo)葉與燃燒室相距第三軸向距離。系統(tǒng)還包括用于在第一燃燒器中產(chǎn)生與第二燃燒器中的燃燒不穩(wěn)定頻率不同的燃燒不穩(wěn)定頻率的結(jié)構(gòu)。
[0009]一種用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，其包括:a.繞著軸線布置的第一和第二燃燒器，其中，每個(gè)燃燒器包括橫跨所述燃燒器的至少一部分徑向地延伸的蓋組件和在所述蓋組件下游的燃燒室；b.其中，每個(gè)蓋組件包括軸向地延伸穿過所述蓋組件以提供穿過所述蓋組件至所述燃燒室的流體連通的多個(gè)管和延伸穿過每個(gè)管以提供進(jìn)入每個(gè)管的流體連通的燃料噴射器；以及c.其中，每個(gè)蓋組件具有軸向長度，并且所述第一燃燒器中的所述蓋組件的軸向長度與所述第二燃燒器中的所述蓋組件的軸向長度不同。
[0010]優(yōu)選地，每個(gè)蓋組件中的所述多個(gè)管布置在橫跨所述蓋組件徑向地布置的多個(gè)管束中，穿過每個(gè)管的所述燃料噴射器與所述燃燒室相距第四軸向距離，并且所述第四軸向距離對(duì)于所述第一燃燒器中的至少兩個(gè)管束而言不同。
[0011]優(yōu)選地，每個(gè)蓋組件還包括軸向地延伸穿過所述蓋組件以提供穿過所述蓋組件至所述燃燒室的流體連通的燃料噴嘴，其中，每個(gè)燃料噴嘴包括軸向地延伸的中心本體、周向地環(huán)繞所述軸向地延伸的中心本體的至少一部分的護(hù)罩、在所述中心本體與所述護(hù)罩之間徑向地延伸的多個(gè)導(dǎo)葉、在離所述燃燒室的第一軸向距離處穿過所述多個(gè)導(dǎo)葉中的至少一個(gè)的第一燃料端口、在離所述燃燒室的第二軸向距離處穿過所述中心本體的第二燃料端口，并且所述多個(gè)導(dǎo)葉與所述燃燒室相距第三軸向距離。
[0012]優(yōu)選地，以下中的至少一個(gè):所述第一燃燒器中的所述第一軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第一軸向距離不同，所述第一燃燒器中的所述第二軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第二軸向距離不同，或者所述第一燃燒器中的所述第三軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第三軸向距離不同。
[0013]優(yōu)選地，以下中的至少兩個(gè):所述第一燃燒器中的所述第一軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第一軸向距離不同，所述第一燃燒器中的所述第二軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第二軸向距離不同，或者所述第一燃燒器中的所述第三軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第三軸向距離不同。
[0014]優(yōu)選地，所述第一燃燒器中的所述第一軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第一軸向距離不同，所述第一燃燒器中的所述第二軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第二軸向距離不同，并且所述第一燃燒器中的所述第三軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第三軸向距離不同。
[0015]優(yōu)選地，每個(gè)燃燒器包括多個(gè)燃料噴嘴，并且所述第一、第二或第三軸向距離中的至少一個(gè)對(duì)于所述第一燃燒器中的至少兩個(gè)燃料噴嘴而言不同。
[0016]優(yōu)選地，每個(gè)燃燒器包括多個(gè)燃料噴嘴，并且所述第一、第二或第三軸向距離中的至少兩個(gè)對(duì)于所述第一燃燒器中的至少兩個(gè)燃料噴嘴而言不同。
[0017]優(yōu)選地，每個(gè)燃燒器包括多個(gè)燃料噴嘴，并且所述第一、第二和第三軸向距離對(duì)于所述第一燃燒器中的至少兩個(gè)燃料噴嘴而言不同。
[0018]一種用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，其包括:a.繞著軸線布置的第一和第二燃燒器，其中，每個(gè)燃燒器包括橫跨所述燃燒器的至少一部分徑向地延伸的蓋組件和在所述蓋組件下游的燃燒室；b.其中，每個(gè)蓋組件包括軸向地延伸穿過所述蓋組件以提供穿過所述蓋組件至所述燃燒室的流體連通的燃料噴嘴，其中，每個(gè)燃料噴嘴包括軸向地延伸的中心本體、周向地環(huán)繞所述軸向地延伸的中心本體的至少一部分的護(hù)罩、在所述中心本體與所述護(hù)罩之間徑向地延伸的多個(gè)導(dǎo)葉、在離所述燃燒室的第一軸向距離處穿過所述多個(gè)導(dǎo)葉中的至少一個(gè)的第一燃料端口、在離所述燃燒室的第二軸向距離處穿過所述中心本體的第二燃料端口，并且所述多個(gè)導(dǎo)葉與所述燃燒室相距第三軸向距離；并且c.其中，每個(gè)蓋組件具有軸向長度，并且所述第一燃燒器中的所述蓋組件的軸向長度與所述第二燃燒器中的所述蓋組件的軸向長度不同。
[0019]優(yōu)選地，以下中的至少一個(gè):所述第一燃燒器中的所述第一軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第一軸向距離不同，所述第一燃燒器中的所述第二軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第二軸向距離不同，或者所述第一燃燒器中的所述第三軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第三軸向距離不同。
[0020]優(yōu)選地，以下中的至少兩個(gè):所述第一燃燒器中的所述第一軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第一軸向距離不同，所述第一燃燒器中的所述第二軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第二軸向距離不同，或者所述第一燃燒器中的所述第三軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第三軸向距離不同。
[0021]優(yōu)選地，所述第一燃燒器中的所述第一軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第一軸向距離不同，所述第一燃燒器中的所述第二軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第二軸向距離不同，并且所述第一燃燒器中的所述第三軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第三軸向距離不同。
[0022]優(yōu)選地，每個(gè)燃燒器包括多個(gè)燃料噴嘴，并且所述第一、第二或第三軸向距離中的至少一個(gè)對(duì)于所述第一燃燒器中的至少兩個(gè)燃料噴嘴而言不同。
[0023]優(yōu)選地，每個(gè)燃燒器包括多個(gè)燃料噴嘴，并且所述第一、第二或第三軸向距離中的至少兩個(gè)對(duì)于所述第一燃燒器中的至少兩個(gè)燃料噴嘴而言不同。
[0024]優(yōu)選地，每個(gè)燃燒器包括多個(gè)燃料噴嘴，并且所述第一、第二和第三軸向距離對(duì)于所述第一燃燒器中的至少兩個(gè)燃料噴嘴而言不同。
[0025]一種用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，其包括:a.繞著軸線布置的第一和第二燃燒器，其中，每個(gè)燃燒器包括橫跨所述燃燒器的至少一部分徑向地延伸的蓋組件和在所述蓋組件下游的燃燒室；b.其中，每個(gè)蓋組件包括軸向地延伸穿過所述蓋組件以提供穿過所述蓋組件至所述燃燒室的流體連通的燃料噴嘴，其中，每個(gè)燃料噴嘴包括軸向地延伸的中心本體、周向地環(huán)繞所述軸向地延伸的中心本體的至少一部分的護(hù)罩、在所述中心本體與所述護(hù)罩之間徑向地延伸的多個(gè)導(dǎo)葉、在離所述燃燒室的第一軸向距離處穿過所述多個(gè)導(dǎo)葉中的至少一個(gè)的第一燃料端口、在離所述燃燒室的第二軸向距離處穿過所述中心本體的第二燃料端口，并且所述多個(gè)導(dǎo)葉與所述燃燒室相距第三軸向距離；以及c.用于在所述第一燃燒器中產(chǎn)生與所述第二燃燒器中的燃燒不穩(wěn)定頻率不同的燃燒不穩(wěn)定頻率的器件。
[0026]優(yōu)選地，每個(gè)蓋組件還包括:多個(gè)管，其軸向地延伸穿過所述蓋組件以提供穿過所述蓋組件至所述燃燒室的流體連通；燃料噴射器，其在離所述燃燒室的第四軸向距離處延伸穿過每個(gè)管以提供進(jìn)入每個(gè)管的流體連通；并且其中，所述第一燃燒器中的所述第四軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第四軸向距離不同。
[0027]優(yōu)選地，每個(gè)蓋組件中的所述多個(gè)管布置在橫跨所述蓋組件徑向地布置的多個(gè)管束中，并且所述第四軸向距離對(duì)于所述第一燃燒器中的至少兩個(gè)管束而言不同。
[0028]優(yōu)選地，以下中的至少一個(gè):所述第一燃燒器中的所述第一軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第一軸向距離不同，所述第一燃燒器中的所述第二軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第二軸向距離不同，或者所述第一燃燒器中的所述第三軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第三軸向距離不同。
[0029]在審閱本說明書之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將更好地認(rèn)識(shí)到這種實(shí)施例的特征和方面及其它。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]在說明書的剩余部分中，包括對(duì)附圖的參考，更特別地闡述本發(fā)明的完整且能夠?qū)崿F(xiàn)的公開，包括對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言的其最佳模式，在該附圖中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的示例性燃?xì)鉁u輪的簡化側(cè)視截面圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的示例性燃燒器的簡化側(cè)視截面圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖2中示出的蓋組件的上游平面圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施例的圖2中示出的蓋組件的上游平面圖；
圖5是根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施例的圖2中示出的蓋組件的上游平面圖；
圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖3中示出的燃燒器的頭端沿著線A-A截取的側(cè)視截面
圖；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)；
圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖5中示出的燃燒器的頭端沿著線B-B截取的側(cè)視截面
圖；
圖10是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)；
圖11是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)；以及 圖12是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的燃燒器動(dòng)態(tài)的示例性曲線圖。
[0031]部件列表 10燃?xì)鉁u輪 12壓縮機(jī)區(qū)段 14燃燒器 16渦輪區(qū)段 18轉(zhuǎn)子 20發(fā)電機(jī) 22工作流體 24靜止導(dǎo)葉 26旋轉(zhuǎn)葉片 28壓縮機(jī)殼體 30壓縮機(jī)排出腔室 32燃燒器殼體 34燃料噴嘴 36 管 38燃燒室 40過渡管道 42旋轉(zhuǎn)動(dòng)葉 44靜止噴嘴 46端蓋 48頭端 50蓋組件 52襯套 54流孔 56沖擊套筒 58圓形管束 60 中心管束 62餅形管束 64軸向中心線
66中心本體 68護(hù)罩 70環(huán)形通路
72葉片 74燃料端口 76軸向距離 78軸線
80蓋組件的軸向長度 82上游表面 84下游表面 86管入口
88管出口 90燃料腔室 92燃料導(dǎo)管 94燃料噴射器 96軸向距離 100軸線 102第一諧振頻率 104第二諧振頻率 106第三諧振頻率。
【具體實(shí)施方式】
[0032]現(xiàn)在將詳細(xì)提及本發(fā)明的實(shí)施例，其一個(gè)或更多個(gè)實(shí)例在附圖中示出。詳細(xì)描述使用數(shù)字和字母標(biāo)記來指代附圖中的特征。在附圖和描述中使用同樣或相似的標(biāo)記來指代本發(fā)明的同樣或相似的部分。如本文中使用的，用語“第一”、“第二”和“第三”可以可互換地使用以將一個(gè)構(gòu)件與另一個(gè)構(gòu)件區(qū)分開，并且不意圖表示單獨(dú)的構(gòu)件的位置或重要性。另外，用語“上游”和“下游”指構(gòu)件在流體路徑中的相對(duì)位置。例如，如果流體從構(gòu)件A流動(dòng)至構(gòu)件B，則構(gòu)件A位于構(gòu)件B上游。相反地，如果構(gòu)件B從構(gòu)件A接收流體流，則構(gòu)件B位于構(gòu)件A下游。
[0033]經(jīng)由本發(fā)明的說明而非本發(fā)明的限制提供每個(gè)實(shí)例。事實(shí)上，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見的是，可在本發(fā)明中做出修改和變化而不背離本發(fā)明的范圍或精神。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分示出或描述的特征可用于另一個(gè)實(shí)施例以產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。因此，意圖是，本發(fā)明覆蓋落入所附權(quán)利要求及它們的等同物的范圍內(nèi)的這種修改和變化。
[0034]本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例包括用于降低燃燒動(dòng)態(tài)以在寬范圍的操作級(jí)別上提高熱力學(xué)效率、促進(jìn)火焰穩(wěn)定，和/或減少不合乎需要的排放物的系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)和方法大體包括多個(gè)燃燒器，并且每個(gè)燃燒器包括一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴和/或管以及在(多個(gè))燃料噴嘴和/或管下游的燃燒室。每個(gè)燃料噴嘴包括一個(gè)或更多個(gè)燃料端口和/或徑向地延伸的導(dǎo)葉，并且每個(gè)管包括一個(gè)或更多個(gè)燃料噴射器。系統(tǒng)和方法包括用于在第一燃燒器中產(chǎn)生與第二燃燒器中的燃燒不穩(wěn)定頻率不同的燃燒不穩(wěn)定頻率的各種器件。因此，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例可導(dǎo)致擴(kuò)展的操作條件、延長的壽命和/或維護(hù)間隔、改進(jìn)的火焰保持設(shè)計(jì)裕度和/或減少的不合乎需要的排放物。雖然將出于說明的目的而在燃?xì)鉁u輪中的燃燒動(dòng)態(tài)的背景下大體描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的實(shí)施例可適用于任何燃燒動(dòng)態(tài)并且不受限于燃?xì)鉁u輪，除非在權(quán)利要求中明確陳述。
[0035]圖1提供了可并入本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的示例性燃?xì)鉁u輪10的簡化截面圖。如示出的，燃?xì)鉁u輪10可大體包括位于前部的壓縮機(jī)區(qū)段12、圍繞中間徑向地配置在燃燒區(qū)段中的多個(gè)燃燒器14以及位于后部的渦輪區(qū)段16。壓縮機(jī)區(qū)段12和渦輪區(qū)段16可共享連接于發(fā)電機(jī)20的共同轉(zhuǎn)子18以產(chǎn)生電力。諸如環(huán)境空氣的工作流體22可進(jìn)入壓縮機(jī)區(qū)段12，并且穿過靜止導(dǎo)葉24和旋轉(zhuǎn)葉片26的交替級(jí)。壓縮機(jī)殼體28在靜止導(dǎo)葉24和旋轉(zhuǎn)葉片26使工作流體22加速并且重新引導(dǎo)工作流體22時(shí)容納工作流體22，以產(chǎn)生壓縮工作流體22的連續(xù)流。壓縮工作流體22的大多數(shù)流經(jīng)壓縮機(jī)排出腔室30至燃燒器14。燃燒器殼體32可周向地環(huán)繞每個(gè)燃燒器14的一些或全部以容納從壓縮機(jī)區(qū)段12流動(dòng)的壓縮工作流體22。燃料可在一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴34和/或管36中與壓縮工作流體22混合?？赡艿娜剂习ɡ绺郀t煤氣、焦?fàn)t煤氣、天然氣、氣化的液化天然氣(LNG)、氫氣和丙烷中的一種或更多種。燃料和壓縮工作流體22的混合物可接著流入燃燒室38中，其中，其點(diǎn)燃以生成具有高溫和高壓的燃燒氣體。過渡管道40周向地環(huán)繞燃燒室38的至少一部分，并且燃燒氣體流經(jīng)過渡管道40至渦輪區(qū)段16。
[0036]渦輪區(qū)段16可包括靜止噴嘴42和旋轉(zhuǎn)動(dòng)葉44的交替級(jí)。靜止噴嘴42將燃燒氣體重新引導(dǎo)到旋轉(zhuǎn)動(dòng)葉44的下一級(jí)上,并且在燃燒氣體在旋轉(zhuǎn)動(dòng)葉44上面經(jīng)過時(shí),燃燒氣體膨脹，從而使旋轉(zhuǎn)動(dòng)葉44和轉(zhuǎn)子18旋轉(zhuǎn)。接著，燃燒氣體流動(dòng)至靜止噴嘴42的下一級(jí)，其將燃燒氣體重新引導(dǎo)至旋轉(zhuǎn)動(dòng)葉44的下一級(jí)，并且對(duì)后面的級(jí)重復(fù)該過程。
[0037]燃燒器14可為本領(lǐng)域中已知的任何類型的燃燒器，并且本發(fā)明不受限于任何特定燃燒器設(shè)計(jì)，除非在權(quán)利要求中明確陳述。圖2提供了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的示例性燃燒器14的簡化側(cè)視截面圖。燃燒器殼體32周向地環(huán)繞燃燒器14的至少一部分以容納從壓縮機(jī)12流動(dòng)的壓縮工作流體22。如圖2所示，燃燒器殼體32可連接于或者包括橫跨每個(gè)燃燒器14的至少一部分徑向地延伸的端蓋46，以提供用于向每個(gè)燃燒器14供應(yīng)燃料、稀釋劑和/或其它添加劑的界面。另外，燃燒器殼體32和端蓋46可組合以至少部分地在每個(gè)燃燒器14內(nèi)部限定頭端48。燃料噴嘴34和/或管36可徑向地布置在蓋組件50中，蓋組件50在頭端48的下游橫跨每個(gè)燃燒器14的至少一部分徑向地延伸。襯套52可連接于蓋組件50以在蓋組件50下游至少部分地限定燃燒室38。以該方式，工作流體22可例如流經(jīng)沖擊套筒56中的流孔54并且沿著過渡管道40和襯套52的外側(cè)流動(dòng)，以向過渡管道40和襯套52提供對(duì)流冷卻。當(dāng)工作流體22到達(dá)頭端48時(shí)，工作流體22逆轉(zhuǎn)方向，并且燃料噴嘴34和/或管36提供用于工作流體22流經(jīng)蓋組件50并流入燃燒室38中的流體連通。
[0038]雖然大體示出為柱形，但是燃料噴嘴34和/或管36的徑向截面可為任何幾何形狀，并且本發(fā)明不受限于任何特定徑向截面，除非在權(quán)利要求中明確陳述。另外，燃燒器14的各個(gè)實(shí)施例可包括蓋組件50中的不同數(shù)量和布置的燃料噴嘴34和/或管36，并且圖3-5在本發(fā)明的范圍內(nèi)提供了蓋組件50中的燃料噴嘴34和/或管36的示例性布置的上游平面圖。如圖3所示，例如，多個(gè)燃料噴嘴34可徑向地布置在單個(gè)燃料噴嘴34周圍。可選地，如圖4所示，管36可橫跨整個(gè)蓋組件50徑向地布置，并且管36可分成各個(gè)組以便于在燃燒器14的操作范圍內(nèi)的多個(gè)加注燃料體系。例如，管36可聚合成周向地環(huán)繞中心管束60的多個(gè)圓形管束58，如圖4所示?？蛇x地，如圖5所示，多個(gè)餅形管束62可周向地環(huán)繞單個(gè)燃料噴嘴34。在基本負(fù)荷操作期間，燃料可供應(yīng)至圖3-5中示出的每個(gè)燃料噴嘴34和管束58、60、62，同時(shí)在降低或調(diào)低操作期間可從中心燃料噴嘴34和/或中心管束60和/或一個(gè)或更多個(gè)周向地布置的燃料噴嘴34或圓形或餅形管束58、62減小或完全消除燃料流。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到，來自本文中的教導(dǎo)的用于燃料噴嘴34、管36和管束58、60、62的多種其它形狀和布置以及燃料噴嘴34、管36和管束58、60、62的具體形狀和布置不限制本發(fā)明，除非在權(quán)利要求中明確陳述。
[0039]圖6提供了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖3中示出的燃燒器14的頭端48沿著線A-A截取的側(cè)視截面圖。如圖3和圖6所示，燃燒器14可包括徑向地布置在與燃燒器14的軸向中心線64大致對(duì)齊的中心燃料噴嘴34周圍的多個(gè)燃料噴嘴34。每個(gè)燃料噴嘴34可包括在端蓋46的下游軸向地延伸的中心本體66以及護(hù)罩68，護(hù)罩68周向地環(huán)繞中心本體66的至少一部分以在中心本體66與護(hù)罩68之間限定環(huán)形通路70。一個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)葉72可在中心本體66與護(hù)罩68之間徑向地延伸，并且導(dǎo)葉72可成角度或彎曲以向流經(jīng)中心本體66與護(hù)罩68之間的環(huán)形通路70的工作流體22給予渦流。導(dǎo)葉72和/或中心本體66可包括一個(gè)或更多個(gè)燃料端口 74。以該方式，燃料可供應(yīng)穿過中心本體66和/或?qū)~72，并且燃料端口 74提供用于燃料流入環(huán)形通路70中并在混合物到達(dá)燃燒室38之前與工作流體22混合的流體連通。
[0040]當(dāng)燃料噴嘴34并入到燃燒器14(諸如圖2中示出的示例性燃燒器14)中時(shí)，在燃燒室38中導(dǎo)致的燃燒過程可產(chǎn)生熱釋放波動(dòng)，其進(jìn)而可與燃燒器14的一種或更多種聲學(xué)模式耦合，從而生成燃燒不穩(wěn)定?？僧a(chǎn)生燃燒不穩(wěn)定的一個(gè)具體機(jī)制在由熱釋放波動(dòng)驅(qū)動(dòng)的聲學(xué)脈動(dòng)通過燃料端口 74引起質(zhì)量流量波動(dòng)時(shí)出現(xiàn)。例如，與燃燒火焰相關(guān)的壓力脈沖可在燃燒室38的上游傳播到每個(gè)環(huán)形通路70中。一旦壓力脈沖到達(dá)燃料端口 74和/或?qū)~72，則壓力脈沖可干擾穿過燃料端口 74和/或?qū)~72上面的燃料流，從而形成朝向燃燒火焰的下游流動(dòng)的燃料-空氣混合物濃度的波動(dòng)。接著，該燃料/空氣比率波動(dòng)在下游行進(jìn)至火焰區(qū)域，其中，其引起熱釋放波動(dòng)。假如導(dǎo)致的熱釋放波動(dòng)與壓力波動(dòng)近似同相，則其將進(jìn)一步激勵(lì)熱釋放波動(dòng)，從而形成連續(xù)反饋環(huán)路。相反地，如果導(dǎo)致的熱釋放波動(dòng)和壓力波動(dòng)異相，則破壞性干擾將減小與特定燃料噴嘴34相關(guān)的燃燒不穩(wěn)定頻率的大小。與燃料噴嘴34相關(guān)的燃燒不穩(wěn)定頻率進(jìn)而可構(gòu)造性地或破壞性地互相干擾以增大或減小與特定燃燒器14相關(guān)的燃燒動(dòng)態(tài)的振幅。
[0041]導(dǎo)致的燃燒不穩(wěn)定頻率將取決于聲學(xué)壓力脈沖到達(dá)燃料端口并且接著導(dǎo)致的燃料/空氣比率干擾到達(dá)火焰區(qū)所用的時(shí)間。該時(shí)間在本領(lǐng)域中被稱為對(duì)流時(shí)間，或Tau。由燃料/空氣比率波動(dòng)和聲學(xué)壓力波動(dòng)的交互生成的燃燒不穩(wěn)定頻率因此與燃料端口 74和/或?qū)~72與燃燒室38( S卩，燃料噴嘴34的端部或護(hù)罩68的端部)之間的軸向距離成反t匕。在特定實(shí)施例中，可在一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴34中調(diào)節(jié)和/或調(diào)整這些燃燒不穩(wěn)定頻率，以影響與單獨(dú)的燃燒器14相關(guān)的燃燒動(dòng)態(tài)。在圖3和圖6中示出的特定實(shí)施例中，例如，燃燒器14可包括多個(gè)燃料噴嘴34，對(duì)于每個(gè)燃料噴嘴34而言，燃料端口 74和/或?qū)~72與燃燒室38之間存在不同軸向距離76。因此，生成用于每個(gè)燃料噴嘴34的燃燒不穩(wěn)定頻率將稍微不同，從而減少或排除燃料噴嘴34之間由于增大與特定燃燒器14相關(guān)的燃燒動(dòng)態(tài)的振幅而引起的構(gòu)造性干擾。本領(lǐng)域技術(shù)人員從本文中的教導(dǎo)將容易認(rèn)識(shí)到，燃料端口 74和/或?qū)~72與燃燒室38之間的軸向距離76可以有多種變化組合，以實(shí)現(xiàn)用于每個(gè)燃料噴嘴34的期望燃燒不穩(wěn)定頻率和/或用于特定燃燒器14的期望燃燒動(dòng)態(tài)。例如，在特定實(shí)施例中，燃料端口 74和/或?qū)~72與燃燒室38之間的軸向距離76對(duì)于特定燃燒器14中的燃料噴嘴34的一部分或全部而言可相同或不同，并且本發(fā)明不受限于軸向距離76的任何特定組合，除非在權(quán)利要求中明確陳述。
[0042]與并入到燃?xì)鉁u輪10中的多個(gè)燃燒器14相關(guān)的燃燒動(dòng)態(tài)進(jìn)而可構(gòu)造性地或破壞性地互相干擾，以增大或減小與燃?xì)鉁u輪10相關(guān)的燃燒動(dòng)態(tài)的振幅和/或相干性。在特定實(shí)施例中，可調(diào)節(jié)和/或調(diào)整與一個(gè)或更多個(gè)燃燒器14相關(guān)的燃燒不穩(wěn)定頻率和/或燃燒動(dòng)態(tài)，以影響與另一個(gè)燃燒器14的燃燒動(dòng)態(tài)和因此與燃?xì)鉁u輪10相關(guān)的燃燒動(dòng)態(tài)的交互。例如，圖7提供了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于降低燃燒動(dòng)態(tài)和/或燃燒動(dòng)態(tài)的相干性的系統(tǒng)。在圖7中示出的特定實(shí)施例中，如圖3和圖6中示出的多個(gè)燃燒器14繞著軸線78布置。軸線78可例如與燃?xì)鉁u輪10中將壓縮機(jī)區(qū)段12連接于渦輪區(qū)段16的轉(zhuǎn)子18重合，但是本發(fā)明不受限于軸線78的特定方位或燃燒器14繞著軸線78的特定布置。
[0043]如圖7所示，每個(gè)燃燒器14包括多個(gè)燃料噴嘴34，其中，燃燒室38位于燃料噴嘴34的下游,如先前關(guān)于圖2、3和6描述的。另外,系統(tǒng)還包括用于在一個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生與另一個(gè)燃燒器14中的燃燒不穩(wěn)定頻率不同的燃燒不穩(wěn)定頻率的器件。在一個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生與另一個(gè)燃燒器14中的燃燒不穩(wěn)定頻率不同的燃燒不穩(wěn)定頻率的功能減少或防止可增大燃燒動(dòng)態(tài)的振幅或增大兩個(gè)或更多個(gè)燃燒器14的燃燒動(dòng)態(tài)的相干性的燃燒不穩(wěn)定頻率之間的相干或構(gòu)造性干擾。用于該器件的結(jié)構(gòu)可包括燃料端口 74與燃燒室38之間和/或?qū)~72與燃燒室38之間的軸向距離76中的一個(gè)或更多個(gè)在兩個(gè)燃燒器14之間的差異。在圖7中示出的特定實(shí)施例中，例如，燃料端口 74與燃燒室38之間以及導(dǎo)葉72與燃燒室38之間的每個(gè)軸向距離76在兩個(gè)燃燒器14之間不同。因此，該器件在兩個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生不同燃燒不穩(wěn)定頻率。本領(lǐng)域技術(shù)人員從本文中的教導(dǎo)將容易認(rèn)識(shí)到，燃料端口 74與燃燒室38之間和/或?qū)~72與燃燒室38之間的軸向距離76可以有多種變化組合，以在一個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生與另一個(gè)燃燒器14中的燃燒不穩(wěn)定頻率不同的燃燒不穩(wěn)定頻率。例如，在特定實(shí)施例中，燃料端口 74與燃燒室38之間和/或?qū)~72與燃燒室38之間的一個(gè)或更多個(gè)軸向距離76對(duì)于特定燃燒器14中的燃料噴嘴34中的一個(gè)或更多個(gè)而言與另一個(gè)燃燒器14相比可相同或不同，只要軸向距離76在兩個(gè)燃燒器14之間不全部相同，并且本發(fā)明不受限于軸向距離76的任何特定組合，除非在權(quán)利要求中明確陳述。
[0044]圖8提供了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)。如圖8所示，每個(gè)燃燒器14再次包括多個(gè)燃料噴嘴34，其中，燃燒室38位于燃料噴嘴34下游，如先前關(guān)于圖2、3、6和7描述的。另外，燃料端口 74和/或?qū)~72的軸向位置在每個(gè)燃燒器14中可相同或不同。在圖8中示出的具體實(shí)施例中，例如，燃料端口 74和導(dǎo)葉72的軸向位置在同一燃燒器14內(nèi)不同，但是燃料端口 74和導(dǎo)葉72的軸向位置在兩個(gè)燃燒器14中重復(fù)。
[0045]圖8中示出的實(shí)施例再次包括用于在一個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生與另一個(gè)燃燒器14中的燃燒不穩(wěn)定頻率或諧振頻率不同的燃燒不穩(wěn)定頻率或諧振頻率的器件。在該特定實(shí)施例中，用于該器件的結(jié)構(gòu)可包括一個(gè)燃燒器14中的蓋組件50的軸向長度80與另一個(gè)燃燒器14中的蓋組件的軸向長度80相比的差異。在燃料端口 74和導(dǎo)葉72的軸向位置在兩個(gè)燃燒器14中重復(fù)的情況下，兩個(gè)燃燒器14之間的軸向長度80的差異產(chǎn)生燃料端口 74與燃燒室38之間以及導(dǎo)葉72與燃燒室38之間的軸向距離76在兩個(gè)燃燒器14之間的對(duì)應(yīng)差異。兩個(gè)燃燒器14之間的軸向距離76的差異產(chǎn)生兩個(gè)燃燒器14之間的燃燒不穩(wěn)定或諧振頻率的對(duì)應(yīng)差異。本領(lǐng)域技術(shù)人員從本文中的教導(dǎo)將容易認(rèn)識(shí)到，燃料端口 74與燃燒室38之間和/或?qū)~72與燃燒室38之間的軸向距離76可以有多種變化組合，以在一個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生與另一個(gè)燃燒器14中的燃燒不穩(wěn)定或諧振頻率不同的燃燒不穩(wěn)定或諧振頻率。例如，在特定實(shí)施例中，燃料端口 74與燃燒室38之間和/或?qū)~72與燃燒室38之間的一個(gè)或更多個(gè)軸向距離76對(duì)于特定燃燒器14中的燃料噴嘴34中的一個(gè)或更多個(gè)而言與另一個(gè)燃燒器14相比可相同或不同，并且本發(fā)明不受限于軸向距離76的任何特定組合，除非在權(quán)利要求中明確陳述。
[0046]圖9提供了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖5中示出的燃燒器14的頭端48沿著線B-B截取的側(cè)視截面圖。如示出的，蓋組件50橫跨燃燒器14的至少一部分徑向地延伸，并且包括與下游表面84軸向地分離的上游表面82。上游表面82和下游表面84可大體為平坦或筆直的，并且垂直于穿過蓋組件50的工作流體22的大體流定向。在圖9中示出的特定實(shí)施例中，燃料噴嘴34再次與蓋組件50的軸向中心線64大致對(duì)齊，并且延伸穿過蓋組件50以提供穿過蓋組件50至燃燒室38的流體連通。燃料噴嘴34可包括用于使燃料在進(jìn)入到燃燒室38中之前與工作流體22混合的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的結(jié)構(gòu)，并且本發(fā)明不受限于任何特定的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)，除非在權(quán)利要求中明確陳述。例如，如圖9所示，燃料噴嘴34可包括中心本體66、護(hù)罩68、環(huán)形通路70、導(dǎo)葉72和燃料端口 74，如先前關(guān)于圖6中示出的實(shí)施例描述的。
[0047]如圖5和圖9所示，管36可在餅形管束62中周向地布置在燃料噴嘴34周圍，并且可從上游表面82延伸穿過蓋組件50的下游表面84。每個(gè)管36大體包括接近上游表面82的入口 86和接近下游表面84的出口 88，以提供穿過蓋組件50并在管36的下游進(jìn)入燃燒室38的流體連通。
[0048]如圖9所示，上游表面82和下游表面84可在蓋組件50內(nèi)部至少部分地限定燃料腔室90。燃料導(dǎo)管92可從殼體32和/或端蓋46延伸穿過上游表面82以提供用于燃料流入燃料腔室90中的流體連通。管36中的一個(gè)或更多個(gè)可包括延伸穿過管36以提供從燃料腔室90到管36中的流體連通的燃料噴射器94。燃料噴射器94可徑向地、軸向地和/或各向異性地成角度以向流經(jīng)燃料噴射器94并流入管36中的燃料投射和/或給予渦流。工作流體22因此可流入管入口 86中，并且來自燃料導(dǎo)管92的燃料可在燃料腔室90中在管36周圍流動(dòng)，以在流經(jīng)燃料噴射器94并流入管36中以與工作流體22混合之前向管36提供對(duì)流冷卻。接著，燃料-工作流體混合物可流經(jīng)管36并流入燃燒室38中。
[0049]如先前關(guān)于圖6中示出的實(shí)施例描述的，當(dāng)管36并入到燃燒器14 (諸如圖2中示出的示例性燃燒器14中)時(shí)，燃燒室38中導(dǎo)致的燃燒過程可產(chǎn)生熱釋放波動(dòng)，其進(jìn)而可與燃燒器14的一種或更多種聲學(xué)模式耦合，從而產(chǎn)生燃燒不穩(wěn)定?？捎善洚a(chǎn)生燃燒不穩(wěn)定的一種具體機(jī)制在由熱釋放波動(dòng)驅(qū)動(dòng)的聲學(xué)脈動(dòng)在上游行進(jìn)至燃料噴射器94(其中，它們可干擾穿過燃料噴射器94的燃料流，并且形成朝向燃燒火焰下游流動(dòng)的燃料-空氣混合物濃度的波動(dòng))時(shí)出現(xiàn)。接著，該燃料/空氣比率波動(dòng)在下游行進(jìn)至火焰區(qū)域，其中，其可引起熱釋放波動(dòng)。假如導(dǎo)致的熱釋放波動(dòng)與壓力波動(dòng)近似同相，則其將進(jìn)一步激勵(lì)熱釋放波動(dòng)，從而完成連續(xù)反饋環(huán)路。相反地，如果導(dǎo)致的熱釋放波動(dòng)和壓力波動(dòng)異相，則破壞性干擾將減小與管36、管束62和/或蓋組件50相關(guān)的燃燒不穩(wěn)定頻率的大小。與管36和/或管束62相關(guān)的燃燒不穩(wěn)定頻率進(jìn)而可構(gòu)造性地或破壞性地互相干擾，以增大或減小與特定燃燒器14相關(guān)的燃燒動(dòng)態(tài)的振幅。
[0050]導(dǎo)致的燃燒不穩(wěn)定頻率將取決于聲學(xué)壓力脈沖到達(dá)燃料噴射器并且接著導(dǎo)致的燃料/空氣比率干擾到達(dá)火焰區(qū)所用的時(shí)間。該時(shí)間在本領(lǐng)域中被稱為對(duì)流時(shí)間，或Tau。由燃料/空氣比率波動(dòng)和聲學(xué)壓力波動(dòng)的交互產(chǎn)生的燃燒不穩(wěn)定頻率因此與燃料噴射器94與燃燒室38(8卩，管出口 88)之間的軸向距離成反比。在特定實(shí)施例中，可在一個(gè)或更多個(gè)管36和/或管束62中調(diào)節(jié)和/或調(diào)整這些燃燒不穩(wěn)定頻率，以影響與單獨(dú)的燃燒器14相關(guān)的燃燒動(dòng)態(tài)。在圖5和圖9中示出的特定實(shí)施例中，例如，管36可具有用于每個(gè)管束62的在燃料噴射器94與燃燒室38之間的不同軸向距離96。因此，用于每個(gè)管62的燃燒不穩(wěn)定頻率將稍微不同，從而減少或排除管束62之間由于增大與特定燃燒器14相關(guān)的燃燒動(dòng)態(tài)的振幅而引起的構(gòu)造性干擾。本領(lǐng)域技術(shù)人員從本文中的教導(dǎo)將容易認(rèn)識(shí)到，燃料噴射器94與燃燒室38之間的軸向距離96可以有多種變化組合，以實(shí)現(xiàn)用于每個(gè)管36的期望燃燒不穩(wěn)定頻率和/或用于特定燃燒器14的期望燃燒動(dòng)態(tài)。例如，在特定實(shí)施例中，燃料噴射器94與燃燒室38之間的軸向距離96對(duì)于特定燃燒器14中的管36和/或管束62的一部分或全部而言可相同或不同，并且本發(fā)明不受限于軸向距離96的任何特定組合，除非在權(quán)利要求中明確陳述。
[0051]與并入到燃?xì)鉁u輪10中的多個(gè)燃燒器14相關(guān)的燃燒動(dòng)態(tài)進(jìn)而可構(gòu)造性地或破壞性地互相干擾，以增大或減小與燃?xì)鉁u輪10相關(guān)的燃燒動(dòng)態(tài)的振幅和/或相干性。在特定實(shí)施例中，可調(diào)節(jié)和/或調(diào)整與一個(gè)或更多個(gè)燃燒器14相關(guān)的燃燒不穩(wěn)定頻率和/或燃燒動(dòng)態(tài)，以影響與另一個(gè)燃燒器14的燃燒動(dòng)態(tài)和因此與燃?xì)鉁u輪10相關(guān)的燃燒動(dòng)態(tài)的交互。例如，圖10提供了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)。在圖10中示出的特定實(shí)施例中，如圖5和圖9中示出的多個(gè)燃燒器14繞著軸線100布置。軸線100可例如與燃?xì)鉁u輪10中將壓縮機(jī)區(qū)段12連接于渦輪區(qū)段16的轉(zhuǎn)子18重合，但是本發(fā)明不受限于軸線100的特定方位或燃燒器14繞著軸線100的特定布置。
[0052]如圖10所示，每個(gè)燃燒器14包括布置在周向地環(huán)繞燃料噴嘴34的餅形管束62中的多個(gè)管36，并且燃燒室38位于管36、管束62和燃料噴嘴34的下游，如先前關(guān)于圖2、5和9描述的。另外，系統(tǒng)還包括用于在一個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生與另一個(gè)燃燒器14中的燃燒不穩(wěn)定頻率不同的燃燒不穩(wěn)定頻率的器件。用于該器件的結(jié)構(gòu)可包括燃料噴射器94與燃燒室38之間的軸向距離96中的一個(gè)或更多個(gè)在兩個(gè)燃燒器14之間的差異。在圖10中示出的特定實(shí)施例中，例如，燃料噴射器94與燃燒室38之間的軸向距離96對(duì)于每個(gè)管束62而言在兩個(gè)燃燒器14之間不同。因此，該器件在兩個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生不同燃燒不穩(wěn)定頻率。本領(lǐng)域技術(shù)人員從本文中的教導(dǎo)將容易認(rèn)識(shí)到，燃料噴射器94與燃燒室38之間的軸向距離96可以有多種變化組合，以在一個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生與另一個(gè)燃燒器14中的燃燒不穩(wěn)定頻率不同的燃燒不穩(wěn)定頻率。例如，在特定實(shí)施例中，燃料噴射器94與燃燒室38之間的一個(gè)或更多個(gè)軸向距離96對(duì)于特定燃燒器14中的管36和/或管束62中的一個(gè)或更多個(gè)而言與另一個(gè)燃燒器14相比可相同或不同，只要軸向距離96在兩個(gè)燃燒器14之間不全部相同，并且本發(fā)明不受限于軸向距離96的任何特定組合，除非在權(quán)利要求中明確陳述。
[0053]圖11提供了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)。如圖11所示，每個(gè)燃燒器14再次包括布置在周向地環(huán)繞燃料噴嘴34的餅形管束62中的多個(gè)管36，并且燃燒室38位于管36、管束62和燃料噴嘴34下游，如先前關(guān)于圖2、5、9和10描述的。另外，燃料噴射器94的軸向位置可在每個(gè)燃燒器14中相同或不同。在圖11中示出的特定實(shí)施例中，例如，燃料噴射器94的軸向位置對(duì)于同一燃燒器14內(nèi)的每個(gè)管束62而言不同，但是燃料噴射器94的軸向位置對(duì)于每個(gè)管束62而言在兩個(gè)燃燒器14中重復(fù)。
[0054]圖11中示出的實(shí)施例再次包括用于在一個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生與另一個(gè)燃燒器14中的燃燒不穩(wěn)定或諧振頻率不同的燃燒不穩(wěn)定或諧振頻率的器件。與圖8中描述和示出的先前實(shí)施例一樣，用于該器件的結(jié)構(gòu)可包括一個(gè)燃燒器14中的蓋組件50的軸向長度80與另一個(gè)燃燒器14中的蓋組件的軸向長度80相比的差異。在燃料噴射器94的軸向位置在兩個(gè)燃燒器14中重復(fù)的情況下，兩個(gè)燃燒器14之間的軸向長度80的差異產(chǎn)生燃料噴射器94與燃燒室38之間的軸向距離96在兩個(gè)燃燒器14之間的對(duì)應(yīng)差異。兩個(gè)燃燒器14之間的軸向距離96的差異產(chǎn)生兩個(gè)燃燒器14之間的燃燒不穩(wěn)定或諧振頻率的對(duì)應(yīng)差異。本領(lǐng)域技術(shù)人員從本文中的教導(dǎo)將容易認(rèn)識(shí)到，燃料噴射器94與燃燒室38之間的軸向距離96可以有多種變化組合，以在一個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生與另一個(gè)燃燒器14中的燃燒不穩(wěn)定或諧振頻率不同的燃燒不穩(wěn)定或諧振頻率。例如，在特定實(shí)施例中，燃料噴射器94與燃燒室38之間的一個(gè)或更多個(gè)軸向距離96對(duì)于特定燃燒器14中的管36和/或管束62中的一個(gè)或更多個(gè)而言與另一個(gè)燃燒器14相比可相同或不同，并且本發(fā)明不受限于軸向距離96的任何特定組合，除非在權(quán)利要求中明確陳述。
[0055]圖12提供了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的燃燒器動(dòng)態(tài)的示例性曲線圖。水平軸線代表燃燒不穩(wěn)定或諧振頻率的范圍，而豎直軸線代表振幅范圍。圖12中描繪的系統(tǒng)可包括并入到燃?xì)鉁u輪10或其它渦輪機(jī)中的三個(gè)或更多個(gè)燃燒器14。使用用于在一個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生與另一個(gè)燃燒器14中的燃燒不穩(wěn)定頻率不同的燃燒不穩(wěn)定頻率的器件，可調(diào)節(jié)或調(diào)整每個(gè)燃燒器14，以實(shí)現(xiàn)期望的燃燒不穩(wěn)定頻率或燃燒動(dòng)態(tài)。如圖12所示，例如，可調(diào)節(jié)和/或調(diào)整第一組燃燒器14以實(shí)現(xiàn)第一燃燒不穩(wěn)定頻率102，可調(diào)節(jié)和/或調(diào)整第二組燃燒器14以實(shí)現(xiàn)第二燃燒不穩(wěn)定頻率104，并且可調(diào)節(jié)和/或調(diào)整第三組燃燒器14以實(shí)現(xiàn)第三燃燒不穩(wěn)定頻率106。第一、第二和第三燃燒不穩(wěn)定頻率102、104、106互相略微不同并且因此互相略微異相。因此，與燃燒器14相關(guān)的燃燒不穩(wěn)定頻率102、104、106不可相干地或構(gòu)造性地互相干擾，從而減少或防止燃燒動(dòng)態(tài)的升高和/或降低燃燒系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下游渦輪區(qū)段16中的共振的能力。
[0056]本領(lǐng)域技術(shù)人員從本文中的教導(dǎo)將容易認(rèn)識(shí)到，關(guān)于圖1-11描述和示出的各種結(jié)構(gòu)可提供一種或更多種用于為兩個(gè)或更多個(gè)燃燒器14降低燃燒動(dòng)態(tài)和/或降低燃燒動(dòng)態(tài)的相干性的方法。該方法可包括例如使工作流體22和燃料流經(jīng)一個(gè)或更多個(gè)燃料噴嘴34、管36和/或管束62進(jìn)入多個(gè)燃燒器14的燃燒室38。在特定實(shí)施例中，該方法可包括改變?nèi)剂隙丝?74與燃燒室38之間和/或?qū)~72與燃燒室38之間的軸向距離76中的一個(gè)或更多個(gè)，只要軸向距離76在所有燃燒器14之間不全部相同，以在一個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生與另一個(gè)燃燒器14中的燃燒不穩(wěn)定頻率不同的燃燒不穩(wěn)定頻率。在其它特定實(shí)施例中，該方法可包括改變?nèi)剂蠂娚淦?4與燃燒室38之間的軸向距離96中的一個(gè)或更多個(gè)，只要軸向距離96在所有燃燒器14之間不全部相同，以在一個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生與另一個(gè)燃燒器14中的燃燒不穩(wěn)定頻率不同的燃燒不穩(wěn)定頻率。在又一些特定實(shí)施例中，該方法可包括改變蓋組件50的軸向長度80中的一個(gè)或更多個(gè)，只要軸向長度80在所有燃燒器14之間不全部相同，以在一個(gè)燃燒器14中產(chǎn)生與另一個(gè)燃燒器14中的燃燒不穩(wěn)定頻率不同的燃燒不穩(wěn)定頻率。
[0057]關(guān)于圖1-12描述和示出的各個(gè)實(shí)施例可提供優(yōu)于現(xiàn)有燃燒器14的下列優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或更多個(gè)。具體地，不同軸向距離76、96和/或軸向長度80可單獨(dú)或以各種組合使燃燒動(dòng)態(tài)的燃燒不穩(wěn)定頻率去耦。因此，本文中描述的各個(gè)實(shí)施例可在寬范圍的操作級(jí)別上提高熱力學(xué)效率、促進(jìn)火焰穩(wěn)定和/或減少不合乎需要的排放物。
[0058]該書面的描述使用實(shí)例以公開本發(fā)明(包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語言無顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實(shí)例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，其包括: a.繞著軸線布置的第一和第二燃燒器，其中，每個(gè)燃燒器包括橫跨所述燃燒器的至少一部分徑向地延伸的蓋組件和在所述蓋組件下游的燃燒室； b.其中，每個(gè)蓋組件包括軸向地延伸穿過所述蓋組件以提供穿過所述蓋組件至所述燃燒室的流體連通的多個(gè)管和延伸穿過每個(gè)管以提供進(jìn)入每個(gè)管的流體連通的燃料噴射器；以及 c.其中，每個(gè)蓋組件具有軸向長度，并且所述第一燃燒器中的所述蓋組件的軸向長度與所述第二燃燒器中的所述蓋組件的軸向長度不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)蓋組件中的所述多個(gè)管布置在橫跨所述蓋組件徑向地布置的多個(gè)管束中，穿過每個(gè)管的所述燃料噴射器與所述燃燒室相距第四軸向距離，并且所述第四軸向距離對(duì)于所述第一燃燒器中的至少兩個(gè)管束而言不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)蓋組件還包括軸向地延伸穿過所述蓋組件以提供穿過所述蓋組件至所述燃燒室的流體連通的燃料噴嘴，其中，每個(gè)燃料噴嘴包括軸向地延伸的中心本體、周向地環(huán)繞所述軸向地延伸的中心本體的至少一部分的護(hù)罩、在所述中心本體與所述護(hù)罩之間徑向地延伸的多個(gè)導(dǎo)葉、在離所述燃燒室的第一軸向距離處穿過所述多個(gè)導(dǎo)葉中的至少一個(gè)的第一燃料端口、在離所述燃燒室的第二軸向距離處穿過所述中心本體的第二燃料端口，并且所述多個(gè)導(dǎo)葉與所述燃燒室相距第三軸向距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求 3所述的系統(tǒng)，其特征在于，以下中的至少一個(gè):所述第一燃燒器中的所述第一軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第一軸向距離不同，所述第一燃燒器中的所述第二軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第二軸向距離不同，或者所述第一燃燒器中的所述第三軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第三軸向距離不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，以下中的至少兩個(gè):所述第一燃燒器中的所述第一軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第一軸向距離不同，所述第一燃燒器中的所述第二軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第二軸向距離不同，或者所述第一燃燒器中的所述第三軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第三軸向距離不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一燃燒器中的所述第一軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第一軸向距離不同，所述第一燃燒器中的所述第二軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第二軸向距離不同，并且所述第一燃燒器中的所述第三軸向距離與所述第二燃燒器中的所述第三軸向距離不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)燃燒器包括多個(gè)燃料噴嘴，并且所述第一、第二或第三軸向距離中的至少一個(gè)對(duì)于所述第一燃燒器中的至少兩個(gè)燃料噴嘴而言不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)燃燒器包括多個(gè)燃料噴嘴，并且所述第一、第二或第三軸向距離中的至少兩個(gè)對(duì)于所述第一燃燒器中的至少兩個(gè)燃料噴嘴而言不同。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)燃燒器包括多個(gè)燃料噴嘴，并且所述第一、第二和第三軸向距離對(duì)于所述第一燃燒器中的至少兩個(gè)燃料噴嘴而言不同。
10.一種用于降低燃燒動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，其包括:a.繞著軸線布置的第一和第二燃燒器，其中，每個(gè)燃燒器包括橫跨所述燃燒器的至少一部分徑向地延伸的蓋組件和在所述蓋組件下游的燃燒室； b.其中，每個(gè)蓋組件包括軸向地延伸穿過所述蓋組件以提供穿過所述蓋組件至所述燃燒室的流體連通的燃料噴嘴，其中，每個(gè)燃料噴嘴包括軸向地延伸的中心本體、周向地環(huán)繞所述軸向地延伸的中心本體的至少一部分的護(hù)罩、在所述中心本體與所述護(hù)罩之間徑向地延伸的多個(gè)導(dǎo)葉、在離所述燃燒室的第一軸向距離處穿過所述多個(gè)導(dǎo)葉中的至少一個(gè)的第一燃料端口、在離所述燃燒室的第二軸向距離處穿過所述中心本體的第二燃料端口，并且所述多個(gè)導(dǎo)葉與所述燃燒室相距第三軸向距離；并且 c.其中，每個(gè)蓋組件具有軸向長度，并且所述第一燃燒器中的所述蓋組件的軸向長度與所述第二燃燒器中的所述蓋組件的軸向長度不同。
【文檔編號(hào)】F23D23/00GK103629670SQ201310365409
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月21日
【發(fā)明者】S.L.克羅瑟斯, G.O.克雷默 申請(qǐng)人:通用電氣公司