燃氣輪機燃燒器的制造方法

燃氣輪機燃燒器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種燃氣輪機燃燒器，具備內部流有從噴嘴噴射的燃料進行燃燒而生成的燃燒氣體的內筒和安裝在該內筒的外表面的第一共振裝置及第二共振裝置。第二共振裝置比第一共振裝置靠燃燒氣體流向的下游側，使頻率高于第一共振裝置的燃燒振動進行衰減。第一共振裝置和第二共振裝置是具有安裝在內筒的外表面的殼體的音響套筒。由殼體與內筒的外表面包圍的共振空間經由形成于內筒的多個音響孔與內筒的內部空間連通。
【專利說明】燃氣輪機燃燒器
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種使燃料燃燒而生成燃燒氣體的燃氣輪機燃燒器。
【背景技術】
[0002]以往，已知有為了抑制燃燒振動而將被稱作音響套筒(音響9 4 f )的共振裝置安裝在燃燒器內筒的外周上的燃氣輪機燃燒器。
[0003]例如，專利文獻I中公開了如下燃氣輪機燃燒器:將具有空洞(共振空間)的音響套筒安裝在燃燒器筒體的外周，使該空洞與形成在燃燒器筒體上的吸音孔(音響孔)連通。另外，還公開了從有效抑制燃燒振動的觀點出發，在燃燒區域的附近、即火焰的附近配置吸音孔和音響套筒的方案(參照第0011段)。
[0004]另一方面，已知安裝有多個共振裝置的燃氣輪機燃燒器。
[0005]例如，在專利文獻2和3中記載了在燃燒筒的燃燒氣體的流動方向上安裝兩個音響套筒的燃氣輪機燃燒器(參照專利文獻2的圖1和專利文獻3的圖2)。另外，在專利文獻4中記載有在燃燒筒上安裝了音響套筒和與該音響套筒連接的音響減振器的燃氣輪機燃燒器(參照圖6)。另外，在專利文獻5中記載有在尾筒上安裝了多個由音響套筒和與其連接的音響減振器構成的衰減裝置的燃氣輪機燃燒器(參照圖17)。
[0006]專利文獻1:日本特開2002 - 174427號公報
[0007]專利文獻2:日本特開2006 — 97981號公報
[0008]專利文獻3:日本特開2008 - 20095號公報
[0009]專利文獻4:日本特開2007 - 132640號公報
[0010]專利文獻5:日本特開2006 - 266671號公報

【發明內容】

[0011]然而，以往認為，只要將一個能夠抑制較寬頻率范圍(例如1.5?5kHz程度)的燃燒振動的音響套筒安裝在燃燒器內筒上就能夠充分消除因燃燒振動而產生聲響等的問題。
[0012]但是，本發明人刻苦研究后確認了，根據燃氣輪機的運轉條件不同，也會產生上述音響套筒的頻帶之外的特定高頻(例如5.5kHz左右)的燃燒振動。認為這是因為，由于燃氣輪機的運轉條件(負載大小)并非始終恒定，所以形成在燃燒器內筒的內部空間中的火焰的長度會變動，燃燒振動的特性會隨著該火焰的長度而變化。并且，通過本發明人的進一步研究而得知，上述特定高頻的燃燒振動是在以下時候引起的:與能夠由上述音響套筒抑制的頻帶所對應的火焰位置相比，火焰位置向燃燒氣體流向的下游側偏移，并且在燃燒器內筒的壁面附近發生了燃燒。
[0013]因此，參考專利文獻I所公開的內容，可以考慮為，要將音響套筒配置在燃燒區域(火焰)的附近，則與以往相比將音響套筒的寬度設置得較寬，將音響套筒的設置區域擴大至與上述特定高頻的燃燒振動對應的火焰位置。
[0014]但是，若擴大音響套筒的寬度，則相應地設于音響套筒的殼體上的通氣孔的數量增加，壓縮空氣經由通氣孔向殼體內的流入量增加，導致用于燃燒的壓縮空氣的量減少。
[0015]另一方面，在專利文獻2~5中雖然公開了安裝兩個共振裝置，但是并沒有公開將各共振裝置以何種位置關系進行配置，來同時有效地抑制上述特定高頻的燃燒振動。
[0016]本發明的至少一實施方式是鑒于上述情況而研發的，其目的在于提供一種能夠抑制燃燒用的壓縮空氣的供給量下降并能夠降低高頻的燃燒振動的燃氣輪機燃燒器。
[0017]本發明的至少一實施方式的燃氣輪機燃燒器的特征在于，具備:內筒，內部流有從至少一個噴嘴噴射的燃料進行燃燒而生成的燃燒氣體；第一共振裝置，安裝在上述內筒的外表面上；及第二共振裝置，以比上述第一共振裝置靠燃料氣體流向的下游側的方式安裝在上述內筒的外表面上，使頻率高于上述第一共振裝置的燃燒振動進行衰減，上述第一共振裝置和上述第二共振裝置是具有安裝在上述內筒的外表面上的殼體的音響套筒，由上述殼體和上述內筒的外表面包圍的共振空間經由形成在上述內筒上的多個音響孔而與上述內筒的內部空間連通。 [0018]在上述燃氣輪機燃燒器中，由于除了第一共振裝置外，還設置有使頻率高于第一共振裝置的燃燒振動進行衰減的第二共振裝置，所以能夠由第二共振裝置使第一共振裝置的頻帶之外的特定高頻的燃燒振動進行衰減。而且，由于將第二共振裝置配置得比第一共振裝置靠燃料氣體流向的下游側，所以第二共振裝置靠近產生第一共振裝置的頻帶之外的特定高頻的燃燒振動時的火焰位置，第二共振裝置使上述高頻的燃燒振動衰減的效果增大。另外，由于不是僅使用一個寬度較寬的共振裝置而是使用第一共振裝置和第二共振裝置，所以能夠抑制共振裝置的設置區域的增加，能夠將共振裝置通常具有的通氣孔的數量設成最小限度，防止燃燒用的壓縮空氣的供給量下降。
[0019]在若干實施方式中，上述第二共振裝置的共振空間的高度比上述第一共振裝置的共振空間的高度低。
[0020]這樣一來，通過相對減小第二共振裝置的共振空間的高度，能夠利用第二共振裝置有效地使高頻的燃燒振動進行衰減。另外，使第二共振裝置緊湊化，第二共振裝置的布局變得容易。
[0021]上述燃氣輪機燃燒器也可以是:還具備:尾筒，以其上游側端部(尾筒的上游側端部)與上述內筒的下游側端部的外周側重疊的方式設置，將由上述內筒生成的上述燃燒氣體向渦輪機引導；彈簧夾片，通過彈力將上述尾筒的上述上游側端部和上述內筒的上述下游側端部連接；及彈性卡環V y 7°)，將上述彈簧夾片按壓在上述尾筒的上述上游側端部側，在由上述彈性卡環和上述內筒的上述下游側端部的外表面包圍的空間中收納上述第二共振裝置。
[0022]這樣一來，通過在由彈性卡環和內筒的下游側端部的外表面包圍的空間中收納第二共振裝置，從而能夠有效地利用彈性卡環下方的空間。
[0023]在一些實施方式中，上述至少一個噴嘴包含設于上述內筒的中心軸上的先導噴嘴和設于該先導噴嘴的外周的多個主噴嘴，設上述第二共振裝置的安裝位置上的上述內筒的直徑為D2、從包圍上述主噴嘴的主噴嘴外筒的尾流端部到上述第二共振裝置的安裝位置的距離為L2,則關系式0.8≤L2/D2 ( 1.1成立。
[0024]由此，能夠由第二共振裝置有效地抑制第一共振裝置的頻帶之外的特定高頻的燃燒振動。[0025]在一些實施方式中，設上述第二共振裝置的安裝位置處的上述內筒的直徑為D2、上述內筒的長度方向上的上述第二共振裝置的共振空間的寬度為W2，則關系式0.05 ( W2/D2 ^ 0.3 成立。
[0026]由此，能夠實現第二共振裝置的緊湊化，并能夠利用第二共振裝置有效地抑制第一共振裝置的頻帶之外的特定高頻的燃燒振動。
[0027]在一些實施方式中，設上述第二共振裝置的安裝位置處的上述內筒的直徑為D2,上述第二共振裝置的共振空間的高度為h2，則關系式0.005 ( h2/D2 ( 0.02成立。
[0028]由此，能夠實現第二共振裝置的緊湊化，并能夠得到利用第二共振裝置使頻率高于第一共振裝置的頻帶的燃燒振動大幅衰減的效果。[0029]發明效果:
[0030]根據本發明的至少一個實施方式，由于除了第一共振裝置外，還設置有使頻率高于第一共振裝置的燃燒振動進行衰減的第二共振裝置，所以能夠利用第二共振裝置使第一共振裝置的頻帶之外的特定高頻的燃燒振動進行衰減。而且，由于將第二共振裝置配置得比第一共振裝置靠燃料氣體流向的下游側，所以第二共振裝置靠近產生第一共振裝置的頻帶之外的特定高頻的燃燒振動時的火焰位置，第二共振裝置使上述高頻的燃燒振動衰減的效果增大。另外，由于不是僅使用一個寬度較寬的共振裝置而是使用第一共振裝置和第二共振裝置，所以能夠抑制共振裝置的設置區域的增加，能夠將共振裝置通常具有的通氣孔的數量設成最小限度，防止燃燒用的壓縮空氣的供給量下降。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是一實施方式的燃氣輪機燃燒器的剖視圖。
[0032]圖2是一實施方式的燃氣輪機燃燒器的共振裝置周邊的剖視圖。
【具體實施方式】
[0033]以下，依據【專利附圖】

【附圖說明】本發明的實施方式。其中，關于該實施方式中所記載的構成部件的尺寸、材質、形狀及其相對配置等，只要沒有特定的記載，則不意味著將本發明的范圍限定于此，僅是單純的說明例。
[0034]圖1是一實施方式的燃氣輪機燃燒器的剖視圖。圖2是一實施方式的燃氣輪機燃燒器的共振裝置周邊的剖視圖。
[0035]如圖1所示，燃氣輪機燃燒器(以下僅稱作“燃燒器”)I具有噴射燃料的噴嘴(2、3)、內部流有通過燃料燃燒而生成的燃燒氣體的內筒(燃燒器套筒)4以及與內筒4連接的尾筒(過渡件)6。
[0036]燃燒器I與壓縮機及渦輪機一起構成燃氣輪機。在燃氣輪機中，由壓縮機生成的壓縮空氣作為燃燒用空氣供給至燃燒器1，由燃燒器I生成的燃燒氣體從內筒4經由尾筒6供給至渦輪機。并且，由該燃燒氣體驅動渦輪機。
[0037]燃燒器I是組合先導噴嘴2和主噴嘴3而成的多噴嘴型預混合燃燒器。先導噴嘴2設置在內筒4的中心軸上。另外，在先導噴嘴2的外周以包圍先導噴嘴2的方式配置有多個主噴嘴3。主噴嘴3的末端部由主噴嘴外筒5覆蓋。
[0038]從先導噴嘴2噴射的燃料與壓縮空氣混合而被點火，在先導噴嘴2的下游形成火焰。從主噴嘴3噴射的燃料由形成在先導噴嘴2的下游的火焰點火，在各主噴嘴3的下游形成火焰。由此，在內筒4的內部空間中形成朝向尾筒6的高溫的燃燒氣流。
[0039]尾筒6與內筒4的連接是使用彈簧夾片8進行的。內筒4的下游側端部和尾筒6的上游側端部以尾筒6處于內筒4的外周側的方式重疊。彈簧夾片8的一端固定于內筒4的下游側端部的外周面，另一端成為自由端。因此，內筒4和尾筒6通過彈簧夾片8的彈力而固定。另外，在彈簧夾片8與內筒4之間設置有彈性卡環9，通過該彈性卡環9將彈簧夾片8按壓在尾筒6的內壁面上，能夠可靠地進行內筒4與尾筒6的連接。
[0040]為了降低燃燒振動，在內筒4的外表面上安裝有第一共振裝置10和第二共振裝置
20。第一共振裝置10和第二共振裝置20可以在內筒4的整個周向上設置，也可以局部地設置在內筒4的周向上。
[0041]如圖2所示，第一共振裝置10是具有通過焊接安裝在內筒4的外表面上的第一殼體12的音響套筒。由第一殼體12和內筒4的外表面包圍的第一共振空間14經由形成在內筒4上的多個音響孔16與內筒4的內部空間連通。因此，在內筒4內產生的燃燒振動引起的空氣振動(壓力波)被音響孔16捕捉而共振。具體而言，第一共振空間14內的空氣作為彈簧而發揮作用，從而由第一共振空間14內的空氣和音響孔16內的空氣構成共振系統。并且,音響孔16內的空氣相對于該共振系統的共振頻率的振動而激烈地共振，通過此時的摩擦使燃燒振動的振幅衰減。
[0042]另外，能夠利用第一共振裝置10進行衰減的燃燒振動頻帶可通過調節音響孔16的直徑(截面積)、第一共振空間14的大小(第一共振空間14的高度hl和寬度W1)等任意設定。
[0043]另外，在第一殼體12上設置有通氣孔18，使得在內筒4的外部流動的壓縮空氣(燃燒用空氣)的一部分流入到第一共振空間14。由此，防止第一殼體12因與高溫的燃燒氣體接觸而損傷。另外，如圖2所示，壓縮空氣的流向是與在內筒4的內部空間流動的燃燒氣體的流向相反的方向。
[0044]在一些實施方式中，第一共振裝置10的安裝位置以如下方式確定:設第一共振裝置10的安裝位置處的內筒4的直徑(內徑)為D1 (參照圖1)、從主噴嘴外筒5的尾流端部到第一共振裝置10的安裝位置的距離為LJ參照圖2)，則關系式0.4 ≤L1/D1≤0.7成立。另外，第一共振裝置10的安裝位置是指第一共振裝置10在內筒4的長度方向上的寬度的中心位置。
[0045]另外，在一些實施方式中，第一共振空間14的內筒4的長度方向上的寬度W1 (參照圖2)以如下方式確定:設第一共振裝置10的安裝位置上的內筒4的直徑SD1，則關系式
0.3 ≤ W1/D1≤0.6 成立。
[0046]另外，在一些實施方式中，第一共振空間14的高度Ii1 (參照圖2)以如下方式確定:設第一共振裝置10的安裝位置上的內筒4的直徑為D1，則關系式0.03 ≤h1/D1≤0.1成立。
[0047]另一方面，第二共振裝置20配置得比第一共振裝置10靠燃燒氣體流向的下游側。例如，也可以在內筒4和尾筒6重疊的區域設置第二共振裝置20。
[0048]在至少一個實施方式中，第二共振裝置20的安裝位置以如下方式確定:設第二共振裝置20的安裝位置處的內筒4的直徑(內徑)為D2 (參照圖1)、從主噴嘴外筒5的尾流端部到第二共振裝置20的安裝位置的距離為L2 (參照圖2)，則關系式0.8 ( L2/D2 ( 1.1成立。由此，能夠使第二共振裝置20的安裝位置靠近產生高頻燃燒振動時的火焰位置，可由第二共振裝置20有效地抑制高頻的燃燒振動。
[0049]另外，第二共振裝置20的安裝位置是指第二共振裝置20在內筒4的長度方向上的寬度的中心位置。
[0050]另外，第二共振裝置20也與第一共振裝置10同樣地，是具有安裝在內筒4的外表面上的第二殼體22的音響套筒。由第二殼體22和內筒4的外表面包圍的第二共振空間24經由形成在內筒4內的多個音響孔26與內筒4的內部空間連通。因此，第二共振裝置20能夠通過與第一共振裝置10同樣的機構使規定頻率的燃燒振動進行衰減。另外，在第二殼體22上設置有通氣孔28，在內筒4的外部流動的壓縮空氣的一部分流入到第二共振空間24。
[0051]能夠由第二共振裝置20進行衰減的燃燒振動的頻帶可通過調節音響孔26的直徑(截面積)、第二共振空間24的大小(第二共振空間24的高度h2和寬度W2)等任意設定，被設定成頻率高于能夠由第一共振裝置10衰減的燃燒振動的頻帶。
[0052]在至少一個實施方式中，第二共振空間24在內筒4的長度方向上的寬度W2 (參照圖2)以如下方式確定:設第二共振裝置20的安裝位置上的內筒4的直徑為D2，則關系式
0.05 ( W2/D2 ^ 0.3 成立。
[0053]由此，能夠實現第二共振裝置20的緊湊化，并能夠由第二共振裝置20有效地抑制第一共振裝置10的頻帶之外的特定高頻的燃燒振動。
[0054]另外，在至少一個實施方式中，第二共振空間24的高度h2(參照圖2)以如下方式確定:設第二共振裝置20的安裝位置處的內筒4的直徑為D2,則關系式0.005 ( h2/D2 ( 0.02成立。
[0055]由此，能夠實現第二共振裝置20的緊湊化，并能夠得到利用第二共振裝置20使高頻的燃燒振動大幅衰減的效果。
[0056]另外，在至少一個實施方式中，第二共振空間24的高度h2比第一共振空間14的高度h小。
[0057]這樣一來，相對地減小第二共振裝置20的第二共振空間24的高度h2，從而能夠有效地利用第二共振裝置20使高頻燃燒振動進行衰減。另外，使得第二共振裝置20緊湊化，第二共振裝置20的布局變得容易。例如，在由彈性卡環9和內筒4的外表面包圍的空間中收納第二共振裝置20，從而也能夠有效地利用彈性卡環9下方的空間。
[0058]如以上所說明，在上述的實施方式中，由于除了第一共振裝置10外，還設置有使頻率高于第一共振裝置10的燃燒振動進行衰減的第二共振裝置20，所以能夠由第二共振裝置20使第一共振裝置10的頻帶之外的特定高頻的燃燒振動進行衰減。而且，由于將第二共振裝置20配置得比第一共振裝置10靠燃料氣體流向的下游側，所以第二共振裝置20靠近產生第一共振裝置10的頻帶之外的特定高頻的燃燒振動時的火焰位置，第二共振裝置20使上述高頻的燃燒振動衰減的效果增大。另外，由于不是僅使用一個寬度較寬的共振裝置而是使用第一共振裝置10和第二共振裝置20，所以能夠抑制共振裝置(10、20)的設置區域的增加，能夠將共振裝置通常具有的通氣孔(18、28)的數量設成最小限度，以防止燃燒用的壓縮空氣的供給量下降。[0059]以上關于本發明的實施方式進行了詳細的說明，但是本發明不限定于此，當然可以在不脫離本發明的構思的范圍內進行各種改良和變形。
【權利要求】
1.一種燃氣輪機燃燒器，其特征在于，具備: 內筒，內部流有從至少一個噴嘴噴射的燃料進行燃燒而生成的燃燒氣體； 第一共振裝置，安裝在所述內筒的外表面上；及 第二共振裝置，以比所述第一共振裝置靠燃料氣體流向的下游側的方式安裝在所述內筒的外表面上，使頻率高于所述第一共振裝置的燃燒振動進行衰減， 所述第一共振裝置和所述第二共振裝置是具有安裝在所述內筒的外表面上的殼體的音響套筒， 由所述殼體和所述內筒的外表面包圍的共振空間經由形成在所述內筒上的多個音響孔而與所述內筒的內部空間連通。
2.如權利要求1所述的燃氣輪機燃燒器，其特征在于，所述第二共振裝置的共振空間的高度比所述第一共振裝置的共振空間的高度低。
3.如權利要求1或2所述的燃氣輪機燃燒器，其特征在于，還具備: 尾筒，以上游側端部與所述內筒的下游側端部的外周側重疊的方式設置，將由所述內筒生成的所述燃燒氣體向渦輪機引導； 彈簧夾片，通過彈力將所述尾筒的所述上游側端部和所述內筒的所述下游側端部連接；及 彈性卡環，將所述彈簧夾片按壓在所述尾筒的所述上游側端部側， 在由所述彈性卡環和所述內筒的所述下游側端部的外表面包圍的空間中收納所述第二共振裝置。
4.如權利要求1所述的燃氣輪機燃燒器，其特征在于，所述至少一個噴嘴包含設于所述內筒的中心軸上的先導噴嘴和設于該先導噴嘴的外周的多個主噴嘴， 設所述第二共振裝置的安裝位置處的所述內筒的直徑為D2、從包圍所述主噴嘴的主噴嘴外筒的尾流端部到所述第二共振裝置的安裝位置的距離為L2,則關系式0.8 ≤ L2/D2 ≤1.1 成立。
5.如權利要求1所述的燃氣輪機燃燒器，其特征在于，設所述第二共振裝置的安裝位置處的所述內筒的直徑為D2、所述內筒的長度方向上的所述第二共振裝置的共振空間的寬度為W2,則關系式0.05 ≤ W2/D2≤0.3成立。
6.如權利要求1所述的燃氣輪機燃燒器，其特征在于，設所述第二共振裝置的安裝位置處的所述內筒的直徑為D2、所述第二共振裝置的共振空間的高度為h2，則關系式0.005 ≤ h2/D2 ≤ 0.02 成立。
【文檔編號】F23R3/42GK103620307SQ201280030030
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年6月28日 優先權日:2011年7月7日
【發明者】赤松真兒, 岸田宏明, 佐藤賢治, 德山劍太郎, 松山敬介, 高島崇嘉 申請人:三菱重工業株式會社