時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列。具體而言，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的相干性降低的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列。該時(shí)標(biāo)燃燒器陣列可包括定位成周向陣列的若干燃燒器筒。第一組燃燒器筒可具有第一定向，且第二組燃燒器筒可具有第二定向。
【專利說(shuō)明】時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)和所得專利大體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，且更特定地涉及以時(shí)標(biāo)(clocked)配置布置的非圓形頭端燃燒器的陣列以用于相干性降低(coherence reduction)和增加的構(gòu)件壽命。
【背景技術(shù)】
[0002]呈多筒陣列的燃燒器筒(combustor can)彼此可聲音連通。當(dāng)熱釋放波動(dòng)與燃燒器筒聲音音調(diào)(tone)稱合時(shí),可導(dǎo)致大的壓力振蕩(也稱為燃燒動(dòng)態(tài))。這些燃燒器筒聲音音調(diào)中的一些可與相鄰?fù)驳囊粽{(diào)同相(in-phase)，而其它音調(diào)可異相。如果音調(diào)與葉片的固有頻率一致，則同相音調(diào)可激勵(lì)熱氣通路中的渦輪葉片。當(dāng)不同燃燒器筒中的不穩(wěn)定性相干時(shí)(即，在一個(gè)筒到下一筒的不穩(wěn)定性的頻率和振幅上的較強(qiáng)關(guān)系)，同相音調(diào)可能特別受關(guān)注。這樣的相干同相音調(diào)可激勵(lì)渦輪動(dòng)葉，以至于導(dǎo)致耐久性問(wèn)題且由此限制燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的可操作性。
[0003]對(duì)這些潛在的破壞性同相相干音調(diào)的當(dāng)前解決方案集中在燃燒器調(diào)諧上。與典型的設(shè)計(jì)實(shí)踐限制相比，這種調(diào)諧可提供不同體積和長(zhǎng)度的筒，以便限制接近動(dòng)葉固有頻率的同相相干音調(diào)的振幅。因此，這些調(diào)諧技術(shù)可意味著，整體可操作性空間可受同相相干音調(diào)限制。此外，可能需要大量的時(shí)間和資源來(lái)實(shí)現(xiàn)燃燒器和渦輪構(gòu)件之間的頻率回避(frequency avoidance)。此外,頻率回避可僅如用來(lái)達(dá)到此的預(yù)測(cè)能力那樣準(zhǔn)確。
[0004]因此，期望有改進(jìn)的系統(tǒng)和方法以用于燃燒器構(gòu)件和渦輪構(gòu)件之間的相干性降低，而無(wú)需燃燒器調(diào)諧和其它類型的常規(guī)頻率回避技術(shù)。優(yōu)選地，這種系統(tǒng)和方法可降低整體相干性以便改進(jìn)構(gòu)件壽命，而不會(huì)危害系統(tǒng)效率和輸出且無(wú)需大量改變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請(qǐng)和所得專利可提供一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的相干性降低的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列。該時(shí)標(biāo)燃燒器陣列可包括定位成周向陣列的若干燃燒器筒。第一組燃燒器筒可具有第一定向，且第二組燃燒器筒可具有第二定向。
[0006]本申請(qǐng)和所得專利還可提供一種以降低的相干性操作燃燒器筒陣列的方法。該方法可包括下列步驟:以第一定向定位第一組燃燒器筒；以第一音調(diào)操作第一組燃燒器筒；以第二定向定位第二組燃燒器筒；以及以第二音調(diào)操作第二組燃燒器筒。
[0007]本申請(qǐng)和所得專利可提供一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的相干性降低的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列。該時(shí)標(biāo)燃燒器陣列可包括定位成周向陣列的若干燃燒器筒。燃燒器筒中的每一個(gè)可包括非圓形頭端。第一組燃燒器筒可具有第一定向，且第二組燃燒器筒可具有第二定向。
[0008]根據(jù)一方面，本發(fā)明提供了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的相干性降低的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列，其包括:定位成周向陣列的多個(gè)燃燒器筒；
包括第一定向的第一組多個(gè)燃燒器筒；以及包括第二定向的第二組多個(gè)燃燒器筒。[0009]優(yōu)選地，多個(gè)燃燒器中的每一個(gè)包括非圓形頭端。
[0010]優(yōu)選地，非圓形頭端包括卵形頭端或橢圓形頭端。
[0011]優(yōu)選地，第一定向包括水平定向。
[0012]優(yōu)選地，第一組燃燒器筒包括面向周向陣列的中心點(diǎn)的長(zhǎng)邊。
[0013]優(yōu)選地，第一定向包括豎直定向。
[0014]優(yōu)選地，第一組燃燒器筒包括面向周向陣列的中心點(diǎn)的短邊。
[0015]優(yōu)選地，第一定向包括與第二定向成大約九十度的時(shí)標(biāo)位置。
[0016]優(yōu)選地，第一定向包括在其上帶有順時(shí)針?lè)较蜢o葉的多個(gè)燃料噴嘴。
[0017]優(yōu)選地，第一定向包括在其上帶有逆時(shí)針?lè)较蜢o葉的多個(gè)燃料噴嘴。
[0018]優(yōu)選地，第一定向包括在其上帶有順時(shí)針?lè)较蜢o葉和逆時(shí)針?lè)较蜢o葉的多個(gè)燃料噴嘴。
[0019]優(yōu)選地，多個(gè)燃燒器筒包括六(6)繞零(O)配置。
[0020]優(yōu)選地，多個(gè)燃燒器筒包括五(5)繞一(I)配置。
[0021]優(yōu)選地，多個(gè)燃燒器筒包括一件式燃燒器筒。
[0022]根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種以降低的相干性操作燃燒器筒陣列的方法，包括:將第一組燃燒器筒定位成第一定向；以第一音調(diào)操作第一組燃燒器筒；將第二組燃燒器筒定位成第二定向；以及以第二音調(diào)操作第二組燃燒器筒。
[0023]根據(jù)又一方面，本發(fā)明提供了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的相干性降低的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列，其包括:定位成周向陣列的多個(gè)燃燒器筒；多個(gè)燃燒器中的每一個(gè)包括非圓形頭端；包括第一定向的第一組多個(gè)燃燒器筒；以及包括第二定向的第二組多個(gè)燃燒器筒。
[0024]優(yōu)選地，第一定向包括水平定向。
[0025]優(yōu)選地，第一組燃燒器筒包括面向周向陣列的中心點(diǎn)的長(zhǎng)邊。
[0026]優(yōu)選地，第一定向包括豎直定向。
[0027]優(yōu)選地，第一組燃燒器筒包括面向周向陣列的中心點(diǎn)的短邊。
[0028]對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在結(jié)合一些附圖和所附權(quán)利要求來(lái)回顧下面的詳細(xì)描述后，本申請(qǐng)和所得專利的這些及其它特征和改進(jìn)將變得顯而易見(jiàn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是帶有壓縮機(jī)、燃燒器、渦輪和負(fù)載的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
[0030]圖2是可與圖1的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的燃燒器的示意圖。
[0031]圖3是可如本文中所述的帶有非圓形頭端的燃燒器的局部透視圖。
[0032]圖4是圖3的燃燒器的非圓形頭端的局部剖視圖。
[0033]圖5是燃燒器筒陣列的示意圖。
[0034]圖6是燃燒器筒陣列的備選實(shí)施例的示意圖。
[0035]圖7是可如本文中所述的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列的示意圖。
[0036]圖8是可如本文中所述的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列的備選實(shí)施例的示意圖。
[0037]圖9是帶有順時(shí)針?lè)较蛐鲊娮?swozzle)靜葉的燃料噴嘴的局部透視圖。
[0038]圖10是帶有逆時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉的燃料噴嘴的局部透視圖。[0039]圖11是燃燒器的示意圖，其中燃料噴嘴呈六(6)繞零(O)配置并帶有順時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉。
[0040]圖12是燃燒器的示意圖，其中燃料噴嘴呈五(5)繞一(I)配置并帶有順時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉。
[0041]圖13是燃燒器的示意圖，其中燃料噴嘴呈六(6)繞零(O)配置，且燃料噴嘴具有交替的順時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉和逆時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉。
[0042]圖14是燃燒器的示意圖，其中燃料噴嘴呈五(5)繞一(I)配置，并帶有具有逆時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉的中心燃料噴嘴和具有順時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉的外部燃料噴嘴。
[0043]圖15是燃燒器的周向陣列的示意圖，其中燃料噴嘴呈五(5)繞一⑴配置并帶有順時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉。
[0044]圖16是燃燒器的周向陣列的示意圖，其中燃料噴嘴呈五(5)繞一(I)配置且其中一些中心燃料噴嘴具有逆時(shí)針定向。
[0045]圖17是燃燒器的周向陣列的示意圖，其中燃料噴嘴呈六(6)繞零(O)配置，且其中一些燃燒器具有帶有交替的順時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉和逆時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉的燃料噴嘴。
【具體實(shí)施方式】
[0046]現(xiàn)在參照附圖，其中在所有附圖中相似的標(biāo)號(hào)表示相似的元件，圖1示出可用于本文中的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意圖。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括壓縮機(jī)15。壓縮機(jī)15壓縮進(jìn)入的空氣流20。壓縮機(jī)15將壓縮的空氣流20傳送至若干燃燒器筒25。燃燒器筒25使壓縮的空氣流20與加壓的燃料流30混合并點(diǎn)燃混合物以形成熱燃燒氣體流35。雖然僅示出單個(gè)燃燒器筒25，但是，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括任何數(shù)量的燃燒器筒25。熱燃燒氣體流35繼而被傳送至渦輪40。熱燃燒氣體流35驅(qū)動(dòng)渦輪40以便產(chǎn)生機(jī)械功。渦輪40中產(chǎn)生的機(jī)械功經(jīng)由軸45驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)15以及諸如發(fā)電機(jī)等的外部負(fù)載50。
[0047]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可使用天然氣、各種合成氣和/或其它類型的燃料。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可為由紐約州斯卡奈塔第市(Schenectady)的通用電氣公司提供的若干不同燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的任何一種，包括但不限于諸如7系或9系重型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)等的那些。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可具有不同配置并可使用其它類型的構(gòu)件。這里也可使用其它類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。多個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、其它類型的渦輪以及其它類型的發(fā)電設(shè)備還可在本文中一起使用。
[0048]圖2示出可與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10 —起使用的燃燒器筒25的示例。燃燒器筒25可包括帶有定位在端蓋70和圓形帽75之間的若干燃料噴嘴65的頭端60。過(guò)渡件80和襯套82可彼此附連并可從圓形帽75延伸至靠近渦輪40的第一級(jí)噴嘴靜葉90的后端85。沖擊套筒95可圍繞過(guò)渡件80和襯套82以向其提供冷卻空氣流。本文所描述的燃燒器筒25僅僅用于示例的目的。本文中可使用帶有其它構(gòu)件和其它配置的燃燒器筒。
[0049]圖3和圖4示出可如本文中所述的燃燒器筒100的一部分。如上所述，燃燒器筒100可為帶有過(guò)渡件80、襯套82和第一級(jí)噴嘴靜葉90的集成配置的一件式燃燒器筒110。其它類型的燃燒器100可帶有其它構(gòu)件和其它配置在本文中使用。
[0050]燃燒器筒110可包括頭端120。若干燃料噴嘴130可從端蓋(未示出)延伸至帽140。燃燒器筒110還可配置為集成件150。如上所述，集成件150可包括襯套、過(guò)渡件和第一級(jí)噴嘴。集成件150可圍繞渦輪40的第一級(jí)動(dòng)葉葉片170等從頭端120延伸至后端160。沖擊套筒180可圍繞集成件150，以便從壓縮機(jī)15或其它地方向其提供冷卻空氣流20。本文中還可使用其它構(gòu)件和其它配置。
[0051]頭端120可具有大致非圓形配置190。非圓形配置190并不限于任何特定形狀。因此，頭端120可為卵形頭端200、橢圓形頭端210或任何類型的大致非圓形頭端220。類似地，帽140也可具有非圓形配置190。結(jié)果，帽140可為卵形帽230、橢圓形帽240或任何類型的大致非圓形帽250。同樣，集成件150的圍繞頭端120的過(guò)渡件155在過(guò)渡成任何其它形狀之前也可具有非圓形配置190。結(jié)果，本文中可使用卵形過(guò)渡件260、橢圓形過(guò)渡件270或者任何類型的大致非圓形過(guò)渡件280。帶有具有非圓形配置190的頭端120的燃燒器筒110因而可促進(jìn)熱燃燒氣體流35到渦輪40的第一級(jí)動(dòng)葉170的更有效過(guò)渡并帶有較低的總壓力損失。本文中還可使用其它構(gòu)件和其它配置。
[0052]圖5示出燃燒器筒陣列290的示例。燃燒器筒陣列290可包括任何數(shù)量的燃燒器筒110。燃燒器筒110中的每一個(gè)可具有帶有如上所述非圓形配置190的頭端120。燃燒器筒110可定位成周向陣列300。在該示例中，燃燒器筒陣列290的燃燒器筒110可具有水平位置310，其中非圓形配置190的長(zhǎng)邊320面向周向陣列300的中心點(diǎn)330。圖6示出燃燒器筒陣列340的又一不例。在該不例中，燃燒器筒110可具有大體豎直位置350,其中非圓形配置的短邊360面向中心點(diǎn)330。本文中可使用其它構(gòu)件和其它配置。
[0053]圖7示出可如本文中所述的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列370的示例。在該示例中，時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列370可包括處于第一定向385的第一組375時(shí)標(biāo)燃燒器筒380。與圖5的燃燒器筒陣列290或圖6的燃燒器筒陣列340相比，時(shí)標(biāo)燃燒器筒380可被“調(diào)整時(shí)標(biāo)”或旋轉(zhuǎn)大約90度(90° )，而第二組390燃燒器筒處于原始定向或第二定向400。雖然示出六(6)個(gè)時(shí)標(biāo)燃燒器筒320，但是可在任何角度使用任意數(shù)量。
[0054]例如，圖8示出帶有可與圖7的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列370的配置相反的配置的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列410。在該示例中，其中十(10)個(gè)燃燒器筒110可為呈第一定向385的時(shí)標(biāo)燃燒器筒380，而其余六(6)個(gè)燃燒器筒110可處于它們的原始或第二定向400。本文中可使用處于任何定向的燃燒器筒Iio的任何組合。本文中可使用其它構(gòu)件和其它配置。
[0055]在使用中，時(shí)標(biāo)燃燒器筒380可減輕燃燒器音調(diào)與渦輪動(dòng)葉之間的相互作用。與其中可能需要不同體積和長(zhǎng)度的燃燒器筒以降低相干性的傳統(tǒng)燃燒器調(diào)諧方法相對(duì)，本文所描述的時(shí)標(biāo)燃燒器陣列維持均勻的燃燒器尺寸，同時(shí)改變?nèi)紵魍?10的時(shí)標(biāo)。通過(guò)相對(duì)于相鄰燃燒器筒110改變周向定向，可有效地改變個(gè)別燃燒器筒的相對(duì)火焰特性以用于降低的相干性。
[0056]圖9和圖10示出可與本文所描述的燃燒器筒一起使用的燃料噴嘴130的示例。燃料噴嘴130可在其上具有若干旋流噴嘴靜葉420。旋流噴嘴(旋流器+噴嘴)靜葉420可具有若干燃料端口，其繞若干延伸靜葉定位，以便將燃料流30噴射到空氣流20中以促進(jìn)良好的預(yù)混合。圖9示出若干順時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉430。圖10示出若干逆時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉440。順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较虻撵o葉430、440因而將該方向賦予穿過(guò)其的空氣流20。旋流噴嘴靜葉420可具有任何尺寸、形狀或配置。本文中還可使用類似定向的旋流器靜葉。同樣，還可使用微混合器。[0057]圖11示出燃燒器筒450，其中六(6)個(gè)帶有順時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉430的燃料噴嘴130呈六(6)繞零(O)配置460。圖12示出帶有五(5)繞一⑴配置480的燃燒器筒470。在這些示例中，所有燃料噴嘴130可具有順時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉430。圖13示出帶有六(6)繞零(O)配置460的燃燒器筒490。在該示例中，燃料噴嘴130可具有交替的逆時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉440和順時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉430。圖14示出帶有五(5)繞一(I)配置480的燃燒器筒500。在該示例中，中心燃料噴嘴510可具有逆時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉440，而若干外部燃料噴嘴520可具有順時(shí)針?lè)较蛐鲊娮祆o葉430。本文所描述的燃燒器中的任何燃料噴嘴130可具有處于任何數(shù)量或位置的順時(shí)針配置430或逆時(shí)針配置440。
[0058]同樣，燃燒器筒的整個(gè)陣列可類似地定向。圖15示出帶有呈五(5)繞一⑴配置480的若干燃燒器筒540的周向陣列530，其具有帶有順時(shí)針配置430的燃料噴嘴130。圖16示出帶有具有五(5)繞一(I)定向480的若干燃燒器筒560的周向陣列550，其中若干中心燃料噴嘴510具有逆時(shí)針定向440，而外部燃料噴嘴520具有順時(shí)針定向430。圖17示出帶有呈六(6)繞零(O)定向460的若干燃燒器筒580的周向陣列570。在該示例中，某些燃燒器筒500的燃料噴嘴130可具有順時(shí)針?lè)较蚺渲?30，而其它具有逆時(shí)針?lè)较蚺渲?40。因此，周向陣列可具有帶有任何配置和帶有任何類型的處于任意數(shù)量、位置或方向的燃料噴嘴和旋流噴嘴靜葉的燃燒器筒。
[0059]在使用中，旋流噴嘴靜葉420可改變火焰特性、火焰至火焰相互作用以及個(gè)別燃燒器或周向陣列中的對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)行為。具體而言，可改變旋流噴嘴靜葉或其它類型靜葉的方向，而其余硬件配置可保持基本不變。因此，與帶有不同體積和長(zhǎng)度的燃燒器相對(duì)，旋流噴嘴靜葉等的使用可為備選方案和用于相干性破壞的較低成本方案。
[0060]應(yīng)當(dāng)顯而易見(jiàn)的是，上述內(nèi)容僅涉及該申請(qǐng)和所得專利的某些實(shí)施例。在不脫離由所附權(quán)利要求及其等同物限定的一般精神和范圍的情形下，眾多修改和變型可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在其中做出。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的相干性降低的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列，包括: 定位成周向陣列的多個(gè)燃燒器筒； 包括第一定向的第一組多個(gè)燃燒器筒；以及 包括第二定向的第二組多個(gè)燃燒器筒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列，其特征在于，所述多個(gè)燃燒器中的每一個(gè)包括非圓形頭端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列，其特征在于，所述非圓形頭端包括卵形頭端或橢圓形頭端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列，其特征在于，所述第一定向包括水平定向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列，其特征在于，所述第一組燃燒器筒包括面向所述周向陣列的中心點(diǎn)的長(zhǎng)邊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列，其特征在于，所述第一定向包括豎直定向。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列，其特征在于，所述第一組燃燒器筒包括面向所述周向陣列的中心點(diǎn)的短邊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列，其特征在于，所述第一定向包括與所述第二定向成大約九十度的時(shí)標(biāo)位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列，其特征在于，所述第一定向包括在其上帶有順時(shí)針?lè)较蜢o葉的多個(gè)燃料噴嘴。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)標(biāo)燃燒器筒陣列，其特征在于，所述第一定向包括在其上帶有逆時(shí)針?lè)较蜢o葉的多個(gè)燃料噴嘴。
【文檔編號(hào)】F02C3/14GK103835809SQ201310426757
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月20日
【發(fā)明者】金沅郁, S.K.斯里尼瓦桑, K.W.麥克馬漢 申請(qǐng)人:通用電氣公司