用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的阻尼裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的阻尼裝置。其包括：壁，其具有彼此布置成一定距離的第一內(nèi)壁和第二外壁；多個冷卻通道，其在第一內(nèi)壁和第二外壁之間大致平行地延伸；以及至少一個阻尼空間，其由冷卻通道定界，還包括用于將冷卻介質(zhì)從冷卻通道供應(yīng)至阻尼空間內(nèi)的第一通路和用于將阻尼空間連接到燃燒室的第二通路，其特征在于，固定到內(nèi)壁的端板將阻尼空間與燃燒室分離，所述端板設(shè)有頸部通路，并且附加地設(shè)有用于冷卻介質(zhì)的至少一個供給壓室、用于冷卻介質(zhì)的至少一個出口壓室和至少一個冷卻通路，所述至少一個冷卻通路使得冷卻介質(zhì)能夠從至少一個供給壓室流至另一個供給壓室或流至至少一個出口壓室。
【專利說明】用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的阻尼裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪的領(lǐng)域，特別地涉及具有用于抑制高頻范圍內(nèi)熱聲(thermo-acousticalIy)誘發(fā)的壓力振蕩的一個或多個裝置的貧預(yù)混、低排放燃燒系統(tǒng),該裝置必須被適當(dāng)?shù)乩鋮s以確保明確限定的阻尼性能和足夠的使用壽命。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪中的貧預(yù)混、低排放燃燒系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于其表現(xiàn)出產(chǎn)生熱聲誘發(fā)的燃燒振蕩的增加的風(fēng)險。自燃?xì)鉁u輪發(fā)展早期起已成為熟知的問題的這種振蕩歸因于在熱釋放速率和壓力的波動之間的強(qiáng)耦合，并且會造成機(jī)械和熱學(xué)損壞并限制工況。
[0003]抑制這種振蕩的一種可能性在于附連諸如四分之一波長管、亥姆霍茲阻尼器或聲障板的阻尼裝置。
[0004]用于包括聲障板的具有順序燃燒的燃?xì)鉁u輪的再熱燃燒系統(tǒng)在文獻(xiàn)US2005/229581 Al中有所描述。聲障板設(shè)置在混合區(qū)和/或燃燒室內(nèi)部，其由兩個穿孔的壁組成。在兩個壁之間的空間可被看作多個一體的亥姆霍茲空間。向后的穿孔板允許面向熱燃燒室的板的沖擊冷卻。
[0005]為了防止熱氣體從燃燒室進(jìn)入阻尼空間，需要沖擊冷卻質(zhì)量流量，這降低了阻尼效率。如果沖擊質(zhì)量流量過小，則熱氣體會再循環(huán)穿過聲障板的相鄰孔。這種現(xiàn)象被稱為熱氣體攝入。在熱氣體攝入的情況下，阻尼空間內(nèi)溫度升高。這導(dǎo)致聲速的增加并最終導(dǎo)致頻率的偏移，阻尼系統(tǒng)已針對此進(jìn)行設(shè)計。頻率偏移可導(dǎo)致阻尼效率的大幅降低。此外，當(dāng)熱氣體在阻尼空間中再循環(huán)時，冷卻效率降低，這會導(dǎo)致阻尼裝置的熱損壞。此外，使用高的冷卻質(zhì)量流量增加了不參與燃燒的空氣的量。這導(dǎo)致更高的點(diǎn)火溫度并因此造成NOx排放的增加。
[0006]所提及的問題的解決方案例如在文獻(xiàn)EP 2295864中有所描述。這里，多個層聯(lián)結(jié)(brace)在一起以形成單個緊湊的亥姆霍茲阻尼器，該阻尼器使用靠近熱燃燒室的內(nèi)部近壁冷卻技術(shù)進(jìn)行冷卻。因此，冷卻質(zhì)量流量可急劇減小，而不用面對熱氣體攝入的問題，從而導(dǎo)致更少的排放和更高的阻尼效率。由于使用單個亥姆霍茲阻尼器，可單獨(dú)地解決不同的頻率。無論使用單個或一組亥姆霍茲阻尼器，設(shè)計都基于近壁冷卻的適當(dāng)實(shí)施。
[0007]EP 2402658中公開了用于在具有被冷卻的壁部分的燃?xì)鉁u輪的燃燒室的高頻阻尼系統(tǒng)的另一個解決方案。燃燒器壁中形成有沿軸向方向延伸的多個冷卻路徑。冷卻路徑在一端連接到諸如蒸汽或冷卻空氣的冷卻介質(zhì)的源并且在另一端連接到冷卻介質(zhì)排放通道。流過冷卻路徑的冷卻介質(zhì)冷卻通孔的周邊部分以避免或最小化在熱氣體攝入的情況中由熱的燃燒氣體在經(jīng)過通孔時引起的熱應(yīng)力。
[0008]文獻(xiàn)EP 2362147描述了關(guān)于如何可實(shí)現(xiàn)近壁冷卻的各種解決方案。近壁冷卻通路或者為直通路或者表現(xiàn)為平行于層壓板的螺旋形結(jié)構(gòu)。該解決方案的缺點(diǎn)在于:由于近壁冷卻通道的形狀，部件將由若干層制成，這些層最終必須硬焊在一起。硬焊本身是渦輪機(jī)械行業(yè)中熟知的技術(shù)，但相比其它接合技術(shù)具有固有的缺點(diǎn)。[0009]在壁結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)不同形狀的近壁冷卻通道的另一種方式將是使用所謂的“失蠟鑄造工藝”。對于廣泛用于制造渦輪葉片中的冷卻通路的這種技術(shù)來說，在鑄造過程中使用陶瓷芯來實(shí)現(xiàn)以后的冷卻通道。相比可避免使用陶瓷芯的鑄造工藝，制造成本高幾倍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的阻尼裝置的近壁冷卻系統(tǒng)，其具有顯著降低的冷卻空氣質(zhì)量流量要求，這消除了昂貴的鑄造技術(shù)的缺點(diǎn)。
[0011]該目的由根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的阻尼裝置來實(shí)現(xiàn)。
[0012]一種用于燃?xì)鉁u輪燃燒器的阻尼裝置，尤其是具有近壁冷卻系統(tǒng)的用于襯里段的阻尼裝置，包括:壁，其具有彼此布置成一定距離的特別是襯里的第一內(nèi)壁和第二外壁，其中所述內(nèi)壁在具有熱氣體流的一側(cè)上經(jīng)受高溫；多個冷卻通道，其在第一內(nèi)壁和第二外壁之間大致平行地延伸；以及至少一個阻尼空間，其由所述冷卻通道定界；第一通路，其用于將冷卻介質(zhì)從冷卻通道供應(yīng)至阻尼空間內(nèi)；以及第二通路，其用于將阻尼空間連接到燃燒室，其中端板固定到內(nèi)壁，將阻尼空間與燃燒室分離，所述端板設(shè)有頸部通路，并且附加地設(shè)有用于冷卻介質(zhì)的至少一個供給壓室、用于冷卻介質(zhì)的至少一個出口壓室和至少一個冷卻通路，該至少一個冷卻通路使得冷卻介質(zhì)能夠從至少一個供給壓室流至另一個供給壓室或流至所述至少一個出口壓室。
[0013]在所述壓室之間的冷卻通路充當(dāng)近壁冷卻通道。
[0014]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，端板的側(cè)邊緣設(shè)有凹部。當(dāng)連接到內(nèi)壁時，這些凹部形成供給壓室和出口壓室。
[0015]新發(fā)明能夠以降低的冷卻空氣質(zhì)量流量要求實(shí)現(xiàn)高頻率阻尼系統(tǒng)的優(yōu)化的冷卻和使用壽命性能。所述制造工藝使用加工和焊接技術(shù)，并且因此消除了硬焊和/或使用陶瓷芯的昂貴鑄造技術(shù)的所述缺點(diǎn)。新穎的近壁冷卻設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)有效的阻尼并降低制造風(fēng)險。
[0016]通常，罐型燃燒系統(tǒng)中的高頻率阻尼器以有限的軸向方向范圍安裝在罐襯里的圓周周圍。如果近壁冷卻阻尼器方案以這種方式安裝，就會在制造過程中出現(xiàn)困難，因?yàn)閺澢^程可影響冷卻通道幾何形狀并因此造成不均勻的冷卻分布。通過沿軸向方向布置近壁阻尼空間，克服了這些困難。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]現(xiàn)在將借助于不同實(shí)施例并參照附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。
[0018]圖1示出燃?xì)鉁u輪的再熱燃燒器的示意圖；
圖2示出燃燒室壁的橫截面；
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的阻尼裝置的放大視圖；
圖4-6更詳細(xì)地示出用于根據(jù)本發(fā)明的阻尼裝置的端板的實(shí)施例。
[0019]附圖標(biāo)記
1燃燒器
2噴燃器(burner)區(qū)段 2a 前板 3燃燒室
4壁
5內(nèi)壁，襯里
6外壁，覆蓋板
7冷卻通道
8固定夾
9阻尼空間
10端板
11用于將冷卻介質(zhì)供應(yīng)至12的供給通路
12第一供給壓室
13聲學(xué)(acoustic)阻尼裝置的頸部通路
14用于冷卻介質(zhì)的通路，近壁冷卻通道
15第二供給壓室
16出口壓室 F冷卻介質(zhì) G熱氣體。
【具體實(shí)施方式】
[0020]圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有順序燃燒的燃?xì)鉁u輪的再熱燃燒器I。燃燒器I包括軸向連接到燃燒室3的噴燃器區(qū)段2。進(jìn)入噴燃器區(qū)段2的熱氣體流借助于延伸進(jìn)入熱氣體流中的燃料供應(yīng)噴射器(例如，燃料噴槍)而被供以燃料，且然后沿混合區(qū)流動。在混合區(qū)中形成的混合物在其出口處離開噴燃器區(qū)段2以膨脹到燃燒室3中。在燃燒室3中，混合物在火焰27中燃燒，從而生成在渦輪(未示出)中膨脹的熱氣體G。
[0021]在噴燃器區(qū)段2和燃燒室3之間的接口的特征在于有規(guī)則地突然的橫截面積變化，其包括從噴燃器區(qū)段2的出口延伸至燃燒室3的周壁的垂直前板2a。包括噴燃器區(qū)段2和/或燃燒室3和/或前板2a的燃燒器壁的至少一部分4配備有冷卻裝置。例如,作為整體的燃燒器壁或噴燃器區(qū)段2和/或燃燒室3和/或前板2a的任何部分包括內(nèi)襯里5和距其一定距離處的外覆蓋板6，內(nèi)襯里5和外覆蓋板6限定居間的冷卻室。諸如空氣或蒸汽的冷卻介質(zhì)在該冷卻室中循環(huán)通過冷卻通道7 (如由箭頭F所指示地)，從而冷卻噴燃器區(qū)段2、燃燒室3和前板2a。
[0022]圖2是燃燒室壁的橫截面，示出了限定用于冷卻介質(zhì)的通道7的襯里5和覆蓋板
6。覆蓋板6通過使用固定夾8與襯里5接合，固定夾8焊接到從襯里表面延伸的銷。在襯里5的外側(cè)上的腹板充當(dāng)冷卻通道7的側(cè)壁并支撐壁結(jié)構(gòu)5、6。在內(nèi)襯里5和覆蓋板6之間的距離中定位有聲學(xué)阻尼裝置。阻尼空間9由冷卻通道7定界。在朝向燃燒室3的一側(cè)，阻尼空間9被端板10分隔，如下所述。
[0023]該設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)在于聲學(xué)阻尼器的外部形狀可在襯里5的鑄造過程中并入。為了限定所需的聲學(xué)空間9并且為了封閉阻尼裝置，加工的端板10焊接到襯里5上從而覆蓋模制在內(nèi)的凹部。端板10配備有至少一個通孔13，用于在燃燒室3和阻尼空間9之間的相互作用的頸部通路。[0024]圖3以放大圖示出根據(jù)本發(fā)明的阻尼裝置的主要結(jié)構(gòu)。燃燒器I的襯里部件5通常通過鑄造制造。在鑄造過程中，多個凹部9被模制在襯里5中。在隨后的步驟中，通過在每個凹部9上焊接端板10來覆蓋這些凹部9。由帶凹部的襯里5和端板10定界的空間形成阻尼裝置的阻尼空間9。至少一個聲學(xué)頸部通路13并入端板10中，端板10連接燃燒室3與聲學(xué)阻尼空間9。
[0025]帶凹部的襯里5的外部充有冷卻介質(zhì)F，流過冷卻通道7并因此適當(dāng)?shù)乩鋮s。但是，由于阻尼裝置主要由很少有或沒有來自冷卻回路7的吹掃空氣供應(yīng)的阻尼空間9組成，在阻尼空間9和燃燒室3之間的壁溫度將超出材料極限。結(jié)果，必須在端板10中并入附加的冷卻裝置。用于冷卻該部件的一個備選方案是近壁冷卻裝置。
[0026]為了實(shí)現(xiàn)用于根據(jù)本發(fā)明的阻尼裝置的近壁冷卻方案，在襯里5中建立第一通路
11。該通路11在一端連接到冷卻通道7。并且在另一端，該通路11連接到第一供給壓室12，以使得冷卻介質(zhì)F可流過通路11并且將冷卻介質(zhì)F從冷卻通道7供應(yīng)至該壓室12中。該第一壓室12設(shè)置在襯里5和端板10之間。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，壓室12位于端板10中。在端板10的側(cè)邊緣的區(qū)域中，凹部被銑削到端板10中。當(dāng)連接到襯里5時，這些凹部形成壓室12。并且該壓室12是本發(fā)明的阻尼裝置的近壁冷卻系統(tǒng)的起點(diǎn)。
[0027]圖4、圖5和圖6更詳細(xì)地示出端板10的設(shè)計的不同實(shí)施例。
[0028]如從圖5可見，冷卻供應(yīng)流F通過第一供給壓室12進(jìn)入近壁冷卻裝置。從該第一供給壓室12起，第二通路14將冷卻空氣引入第二供給壓室15中。該原理重復(fù)，直到第二通路14到達(dá)出口壓室16。在該位置處，冷卻供應(yīng)流F離開端板10，或者進(jìn)入聲學(xué)空間9以提供對阻尼裝置的一些吹掃，或者冷卻供應(yīng)流F離開端板10進(jìn)入燃燒室3中。
[0029]如可從圖6觀察到地，將冷卻供應(yīng)流F導(dǎo)引通過端板10的備選方式是可行的。一般的想法是具有連接各個供給壓室和出口壓室(12、15和16)的直的第二通路。
[0030]小的冷卻質(zhì)量流量(由于在近壁冷卻裝置上的高壓降)有效地用來從燃燒室3獲得熱負(fù)載。由于近壁冷卻裝置的設(shè)計完全覆蓋端板10，壁溫度分布為均勻的。均勻的溫度分布減小了熱應(yīng)力并增加了使用壽命。
[0031]該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，近壁冷卻裝置的所有供給壓室和通路可通過鉆孔、激光切割、水噴、銑削等形成。
[0032]迄今為止，這樣的冷卻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要昂貴的鑄造工藝(包括陶瓷芯)或硬焊技術(shù)，這是難以操縱的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，其僅使用加工和焊接技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃?xì)鉁u輪燃燒器(I)的阻尼裝置，包括:壁(4)，其具有彼此布置成一定距離的第一內(nèi)壁(5)和第二外壁(6)，其中，所述內(nèi)壁(5)在具有熱氣體流的一側(cè)上經(jīng)受高溫；多個冷卻通道(7)，其在所述第一內(nèi)壁(5)和所述第二外壁(6)之間大致平行地延伸；以及至少一個阻尼空間(9)，其由冷卻通道(7)定界；第一通路(11)，其用于將冷卻介質(zhì)從冷卻通道(7)供應(yīng)至所述阻尼空間(9)內(nèi)；以及頸部通路(13)，其用于將所述阻尼空間(9)連接到所述燃燒室(3)，其特征在于，端板(10)固定到所述內(nèi)壁(5)，將所述阻尼空間(9)與所述燃燒室(3)分離，所述端板(10)設(shè)有所述頸部通路(13)，并且附加地設(shè)有用于所述冷卻介質(zhì)的至少一個供給壓室(12，15)、用于所述冷卻介質(zhì)的至少一個出口壓室(16)和至少一個冷卻通路(14)，所述至少一個冷卻通路(14)使得冷卻介質(zhì)能夠從所述至少一個第一供給壓室(12)流至第二供給壓室(15)或流至所述至少一個出口壓室(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼裝置，其特征在于，所述至少一個冷卻通路(14)充當(dāng)近壁冷卻通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻尼裝置，其特征在于，端板(10)包括多個近壁冷卻通道(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻尼裝置，其特征在于，所述近壁冷卻通道(14)具有大致相同的橫截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的阻尼裝置，其特征在于，至少一個供給壓室(12)經(jīng)由壁(5)中的供給通路(11)與冷卻通道(7)連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的阻尼裝置，其特征在于，至少兩個供給壓室(12，15)由一個或多個冷卻通路(14)串聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的阻尼裝置，其特征在于，至少三個供給壓室(12，15)串聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的阻尼裝置，其特征在于，連續(xù)的壓室(12，15，16)布置在所述端板(10)的不同側(cè)邊緣處。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的阻尼裝置，其特征在于，連續(xù)的壓室(12，15，16)布置在所述端板(10)的相對邊緣處。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的阻尼裝置，其特征在于，冷卻通路(14)平行延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的阻尼裝置，其特征在于，所述至少一個出口壓室(16)與所述阻尼空間(9)或所述燃燒室(3)連通。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼裝置，其特征在于，所述端板(10)的側(cè)邊緣設(shè)有凹部，并且這些凹部與所述連接的內(nèi)壁(5)相互作用形成所述壓室(12，15，16)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中的一項所述的阻尼裝置，其特征在于，端板(10)通過焊接固定到所述內(nèi)壁(5)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中的一項所述的阻尼裝置，其特征在于，所述內(nèi)壁(5)為燃?xì)鉁u輪燃燒器(I)的襯里。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中的一項所述的阻尼裝置，其特征在于，壁(4)包括不止一個單獨(dú)的阻尼空間(9)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的阻尼裝置，其特征在于，所述不止一個單獨(dú)的阻尼空間(9)沿軸向方向(相對于所述燃燒器軸線)布置。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的阻尼裝置，其特征在于，單獨(dú)的阻尼空間(9)具有不同的參數(shù)?！?br> 【文檔編號】F23R3/00GK103851645SQ201310620847
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月30日
【發(fā)明者】M..T.莫勒, U.本茲, M.R.博希恩 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司