用于燃燒器的聲音阻尼器布置的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于燃燒器的聲音阻尼器布置，該燃燒器具有構(gòu)造成用于在操作期間在第一溫度下使用的內(nèi)襯套和構(gòu)造成用于在操作期間在低于第一溫度的第二溫度下操作的外襯套，聲音阻尼器布置包括：多個(gè)撓性片；和具有內(nèi)部體積的至少一個(gè)中空體，所述至少一個(gè)中空體中的每個(gè)固定到多個(gè)撓性片中的一個(gè)上，其中，聲音阻尼器布置構(gòu)造成固定到內(nèi)襯套和外襯套雙方上，使得至少一個(gè)中空體的內(nèi)部體積與由內(nèi)襯套形成的腔室連通，且多個(gè)撓性片適應(yīng)內(nèi)襯套相對(duì)于外襯套的膨脹和收縮。
【專利說明】用于燃燒器的聲音阻尼器布置
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)基于35 U.S.C.§ 119要求對(duì)2012年9月10日在美國專利商標(biāo)局提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/698,958的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的公開由此通過引用而全部并入。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開涉及一種用于燃燒器的聲音阻尼器布置，燃燒器諸如燃?xì)鉁u輪的筒形燃燒器?！颈尘凹夹g(shù)】
[0003]用于燃?xì)鉁u輪的已知筒形燃燒器可包括內(nèi)襯套和外襯套。由燃?xì)鉁u輪的壓縮機(jī)部分壓縮的空氣中的至少一部分在內(nèi)襯套與外襯套之間穿過，且用于緩和內(nèi)襯套的溫度。壓縮空氣然后可與燃料互混，且燃料空氣混合物被點(diǎn)燃。該燃燒可發(fā)生在由內(nèi)襯套限定的空間內(nèi)。
[0004]在一些構(gòu)造中，內(nèi)襯套由兩件組成:上游燃燒件和下游過渡件。燃燒件和過渡件在件之間的重疊部由軸向密封件(諸如呼啦圈式密封件(hula seal))連接。燃燒主要發(fā)生在上游燃燒件內(nèi)，且熱燃燒氣體由過渡件引導(dǎo)至燃?xì)鉁u輪的渦輪部分。因此，燃燒件和過渡件雙方直接地暴露于熱燃燒氣體，除了該件中的一個(gè)的如下區(qū)段外，在該區(qū)段，它們?cè)诤衾踩κ矫芊饧幹丿B。內(nèi)襯套與外襯套之間的溫度差在該地點(diǎn)處小于在其它地點(diǎn)處，因?yàn)樵谠摰攸c(diǎn)處的內(nèi)襯套的外部部分的與在其它地點(diǎn)處相比受到更少加熱。出于此原因，通常在呼啦圈式密封件的地點(diǎn)處將內(nèi)襯套固定于外襯套，以便可使用相對(duì)簡(jiǎn)單的連接結(jié)構(gòu)，其不需要適應(yīng)內(nèi)襯套相對(duì)于外襯套的膨脹和收縮。
[0005]為了減小操作期間的NOx排放,可使用貧預(yù)混(lean premix)燃燒方法。然而，這可由于燃燒速率的不穩(wěn)定性而增大燃燒器中的壓力波振蕩。除非適當(dāng)?shù)販p輕，否則可產(chǎn)生噪音和振動(dòng)、和對(duì)燃燒器的可能的破壞。為了解決管狀燃燒器和環(huán)形燃燒器中的該問題，已經(jīng)提議將具有多個(gè)頸部的阻尼箱(damper box)附接于過渡件，例如，在美國專利N0.6,530, 221 BI中，該專利的公開通過引用而全部并入。在美國申請(qǐng)公開N0.2011/0220433中還提出了圍繞筒形燃燒器布置的多個(gè)阻尼器版本，該申請(qǐng)的公開也通過引用而全部并入。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]公開了一種用于燃燒器的聲音阻尼器布置，該燃燒器具有構(gòu)造成用于在操作期間在第一溫度下使用的內(nèi)襯套和構(gòu)造成用于在操作期間在低于第一溫度的第二溫度下操作的外襯套，聲音阻尼器布置包括:多個(gè)撓性片；和具有內(nèi)部體積的至少一個(gè)中空體，所述至少一個(gè)中空體中的每個(gè)固定到多個(gè)撓性片中的一個(gè)上，其中，聲音阻尼器布置構(gòu)造成固定到內(nèi)襯套和外襯套雙方上，使得至少一個(gè)中空體的內(nèi)部體積與由內(nèi)襯套形成的腔室連通，且多個(gè)撓性片適應(yīng)內(nèi)襯套相對(duì)于外襯套的膨脹和收縮。[0007]還公開了一種燃燒器，包括:構(gòu)造成用于在第一溫度下操作的內(nèi)襯套；構(gòu)造成用于在低于第一溫度的第二溫度下操作的外襯套；和將內(nèi)襯套與外襯套連接的聲音阻尼器布置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從示范實(shí)施例的以下描述中清楚，在附圖中，類似的元件標(biāo)有類似的參考數(shù)字，且其中:
圖1示出示范燃燒器的剖視圖；
圖2示出示范聲音阻尼器布置的剖視圖；
圖3示出示范內(nèi)襯套過渡件和聲音阻尼器布置的透視圖；
圖4至圖7示出示范聲音阻尼器布置的撓性片和中空體的示范布置；并且 圖8示出示范中空體的示范截面形狀。
【具體實(shí)施方式】
[0009]圖1和圖2示出用于燃燒器10的聲音阻尼器布置20，燃燒器10具有構(gòu)造成用于在操作期間在第一溫度下使用的內(nèi)襯套30、和構(gòu)造成在操作期間在低于第一溫度的第二溫度下使用的外襯套40。聲音阻尼器布置20包括多個(gè)撓性片60和具有內(nèi)部體積的至少一個(gè)中空體70，中空體70中的每個(gè)固定到多個(gè)撓性片60中的一個(gè)上。聲音阻尼器布置20構(gòu)造成固定于內(nèi)襯套30和外襯套40雙方，使得至少一個(gè)中空體70的內(nèi)部體積與由內(nèi)襯套30形成的腔室連通，且多個(gè)撓性片60適應(yīng)內(nèi)襯套30相對(duì)于外襯套40的膨脹和收縮。
[0010]多個(gè)撓性片60可在其一個(gè)端部處固定于外襯套40。至少一個(gè)中空體70可在中空體70的閉合端部70b處固定到多個(gè)撓性片60中的一個(gè)上。至少一個(gè)中空體70可具有開口端部70a，開口端部70a在閉合端部70b的徑向內(nèi)側(cè)設(shè)置且構(gòu)造成在內(nèi)襯套30中的至少一個(gè)開口處固定于內(nèi)襯套30。至少一個(gè)中空體70可在撓性片60的如下表面處固定到多個(gè)撓性片60中的一個(gè)上，該表面面對(duì)內(nèi)襯套30?？砂ㄑ刂芟蚍较蜷g隔開的多個(gè)此類撓性片60。
[0011]一個(gè)或多個(gè)中空體70可擁有從由下列形狀構(gòu)成的集合中選擇的截面形狀:圓形、正方形、矩形和淚珠形。當(dāng)然，其它適合的形狀可被選擇，且對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。此外，中空體70可具有相同的內(nèi)部體積，或可各自擁有不同的內(nèi)部體積。多個(gè)中空體70可在多個(gè)撓性片60中的一個(gè)的相同或不同的相應(yīng)軸向或周向位置處固定到多個(gè)撓性片60中的一個(gè)上。此外，可改變將中空體70的內(nèi)部體積連接到由內(nèi)襯套30限定的腔室上的空氣通道的數(shù)目、大小和形狀。
[0012]圖1示出示范燃燒器10，其可具有構(gòu)造成用于在第一溫度下操作的內(nèi)襯套30、構(gòu)造成用于在低于第一溫度的第二溫度下操作的外襯套40、和將內(nèi)襯套30與外襯套40相連的聲音阻尼器布置20。燃燒器內(nèi)襯套30可包括燃燒件30a、和在操作期間相對(duì)于氣流方向位于燃燒件30a的下游的過渡件30b，其中聲音阻尼器布置20設(shè)置在燃燒件30a與過渡件30b之間的重疊部的下游。燃燒器10可包括用于將燃料噴射到燃燒器中的壓縮空氣流中以產(chǎn)生空氣燃料混合物的燃料噴射器、和用于點(diǎn)燃空氣燃料混合物的點(diǎn)火器。
[0013]在示范實(shí)施例中，內(nèi)襯套30與外襯套40之間的空間構(gòu)造成接收由燃?xì)鉁u輪的壓縮機(jī)部分壓縮的空氣。該空氣流可有助于緩和內(nèi)襯套30的溫度。在由內(nèi)襯套30限定的空間內(nèi)，壓縮空氣與燃料相互混合，且燃料空氣混合物被點(diǎn)燃，且被引送至燃?xì)鉁u輪的渦輪部分。因此，內(nèi)襯套30構(gòu)造成用于在比外襯套40較高的溫度下使用。
[0014]在圖1至圖3的示范實(shí)施例中，內(nèi)襯套30由燃燒件30a和在操作期間相對(duì)于氣流方向在燃燒件30a的下游的過渡件30b組成，燃燒件30a和過渡件30b在它們的重疊部由軸向密封件50(例如，呼啦圈式密封件)連接。燃燒可主要發(fā)生在燃燒件30a內(nèi)，且熱燃燒氣體可由過渡件30b引送至燃?xì)鉁u輪的渦輪部分。因此，燃燒件30a和過渡件30b雙方直接地暴露于熱燃燒氣體，除了該件中的一個(gè)的如下區(qū)段外，在該區(qū)段，它們?cè)诤衾踩κ矫芊饧?0處重疊。中空體70可有效地提供阻尼體積，且可在位于呼啦圈式密封件50下游時(shí)作用為亥姆霍茲共振器(Helmholtz resonator)。在撓性片60和中空體70位于軸向密封件50下游且因此將內(nèi)襯套30的熱部分與相對(duì)較冷的外襯套40相連的情況下，撓性片60可允許在瞬變操作(諸如啟動(dòng)、停機(jī)或負(fù)載變化)期間產(chǎn)生的相對(duì)移動(dòng)，在此期間操作溫度可變化。此外，撓性片60可與外襯套40的如下部分整體地形成，該部分構(gòu)成環(huán)80，環(huán)80被提供用于將燃燒器10固定于渦輪外殼。
[0015]中空體70提供阻尼體積且可作用為亥姆霍茲共振器。圖4至圖8示出中空體70的各種示范形狀和在撓性片60上的布置。例如，如圖8所示，可使用用于中空體的不同截面形狀，諸如正方形、矩形、圓形、水滴形。這些形狀和/或布置可被優(yōu)化用于穿過內(nèi)襯套30與外襯套40之間的空間引送的冷卻空氣的熱傳遞或最小流動(dòng)阻力，且可如圖5和圖6所示那樣交錯(cuò)來最小化冷卻空氣流中的壓力損耗，例如，最小化在冷卻空氣流中生成的尾跡的可能性。圖7示出不同體積或開口尺寸，其可在中空體中使用，以便例如中空體70c被優(yōu)化用于不同于中空體70d的頻率。例如,可說明在大約IkHz至IOkHz的范圍內(nèi)的高頻脈動(dòng)、以及在大約50Hz至500Hz的范圍內(nèi)的低頻脈動(dòng)。此外，在內(nèi)襯套與外襯套之間提供聲音阻尼器布置20可消除在襯套之間形成固定布置的其它結(jié)構(gòu)的需要。
[0016]示范中空體的共振頻率可由以下公式計(jì)算:fres=c/2/pi*sqrt (Aneck/Lneck, eff/Vdamper),其中fres為共振頻率，c為聲速,Vdamper為阻尼體積,Aneck為將阻尼體積連接到熱氣體導(dǎo)管上的導(dǎo)管的截面面積，且Lneck，eff為將阻尼體積連接到熱氣體導(dǎo)管上的導(dǎo)管的有效長(zhǎng)度。在示范實(shí)施例中，頸部長(zhǎng)度為3mm至15mm，且頸部直徑為Imm至IOmm,但這些尺寸原則上可變化。
[0017]在示范實(shí)施例中，聲音阻尼器布置由耐高溫加熱的(鎳基)合金構(gòu)成，諸如Haynes230、Haynes 282、Hasteloy X或Iconel。另外，材料組合是可能的，例如，Stl8_8用于體積，而較高品質(zhì)的合金用于處于熱氣體接觸的頸部。
[0018]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，本發(fā)明可以以其它特定形式實(shí)現(xiàn)，而不會(huì)脫離其精神或?qū)嵸|(zhì)特性。因此，當(dāng)前公開的示范實(shí)施例在所有方面都可認(rèn)作是示范性的而非限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃燒器的聲音阻尼器布置，所述燃燒器具有構(gòu)造成用于在操作期間在第一溫度下使用的內(nèi)襯套和構(gòu)造成在操作期間在低于所述第一溫度的第二溫度下操作的外襯套，所述聲音阻尼器布置包括: 多個(gè)撓性片；和 具有內(nèi)部體積的至少一個(gè)中空體，所述至少一個(gè)中空體中的每個(gè)固定到所述多個(gè)撓性片中的一個(gè)上， 其中，所述聲音阻尼器布置構(gòu)造成固定在所述內(nèi)襯套和所述外襯套雙方上，使得所述至少一個(gè)中空體的內(nèi)部體積與由所述內(nèi)襯套形成的腔室連通，并且所述多個(gè)撓性片適應(yīng)所述內(nèi)襯套相對(duì)于所述外襯套的膨脹和收縮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲音阻尼器布置，其特征在于，所述多個(gè)撓性片構(gòu)造成在其一個(gè)端部處固定于所述外襯套。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲音阻尼器布置，其特征在于，所述至少一個(gè)中空體在所述至少一個(gè)中空體的閉合端部處固定到所述多個(gè)撓性片中的一個(gè)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聲音阻尼器布置，其特征在于，所述至少一個(gè)中空體具有開口端部，所述開口端部在所述閉合端部的徑向內(nèi)側(cè)設(shè)置且構(gòu)造成在所述內(nèi)襯套中的至少一個(gè)開口處固定于所述內(nèi)襯套。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲音阻尼器布置，其特征在于，所述至少一個(gè)中空體在所述多個(gè)撓性片中的一個(gè)的如下表面處固定到所述多個(gè)撓性片中的一個(gè)上，所述表面構(gòu)造成面對(duì)所述內(nèi)襯套。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲音阻尼器布置，其特征在于，所述至少一個(gè)中空體具有從由以下形狀構(gòu)成的集合中選擇的截面形狀:圓形、正方形、矩形和淚珠形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲音阻尼器布置，其特征在于，多個(gè)中空體固定到所述多個(gè)撓性片中的一個(gè)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲音阻尼器布置，其特征在于，所述多個(gè)中空體具有相同的內(nèi)部體積。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲音阻尼器布置，其特征在于，所述多個(gè)中空體具有不同的內(nèi)部體積。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲音阻尼器布置，其特征在于，所述多個(gè)中空體在所述多個(gè)撓性片中的一個(gè)上的不同的相應(yīng)軸向位置處固定到所述多個(gè)撓性片中的一個(gè)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲音阻尼器布置，其特征在于，所述多個(gè)中空體在所述多個(gè)撓性片中的一個(gè)上的不同的相應(yīng)周向位置處固定到所述多個(gè)撓性片中的一個(gè)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲音阻尼器布置，其特征在于，多個(gè)中空體在所述多個(gè)撓性片上的相同的相應(yīng)周向位置和不同的相應(yīng)軸向位置處固定于所述多個(gè)撓性片。
13.一種燃燒器，包括: 構(gòu)造成用于在第一溫度下操作的內(nèi)襯套； 構(gòu)造成用于在低于所述第一溫度的第二溫度下操作的外襯套；和 將所述內(nèi)襯套與所述外襯套連接的聲音阻尼器布置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃燒器，其特征在于，所述內(nèi)襯套包括: 燃燒件；和在操作期間相對(duì)于氣流方向位于所述燃燒件的下游的過渡件， 其中，所述聲音阻尼器布置設(shè)置在所述燃燒件與所述過渡件之間的重疊部的下游。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃燒器，其特征在于， 所述聲音阻尼器布置包括多個(gè)撓性片和具有內(nèi)部體積的至少一個(gè)中空體，所述至少一個(gè)中空體中的每個(gè)固定到所述多個(gè)撓性片中的一個(gè)上，并且 所述聲音阻尼器布置固定在所述內(nèi)襯套和所述外襯套雙方上，使得所述至少一個(gè)中空體的內(nèi)部體積與由所述內(nèi)襯套形成的腔室連通，并且所述多個(gè)撓性片適應(yīng)所述內(nèi)襯套相對(duì)于所述外襯套的膨脹和收縮。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃燒器，其特征在于，所述多個(gè)撓性片在其一個(gè)端部處固定于所述外襯套。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃燒器，其特征在于，所述至少一個(gè)中空體在所述至少一個(gè)中空體的閉合端部處固定到所述多個(gè)撓性片中的一個(gè)上。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃燒器，其特征在于，所述至少一個(gè)中空體具有開口端部，所述開口端部在所述閉合端部的徑向內(nèi)側(cè)設(shè)置且在所述內(nèi)襯套中的至少一個(gè)開口處固定于所述內(nèi)襯套。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃燒器，其特征在于，所述至少一個(gè)中空體在所述多個(gè)撓性片中的一個(gè)的如下表面處固定到所述多個(gè)撓性片中的一個(gè)上，所述表面面對(duì)所述內(nèi)襯套。`
【文檔編號(hào)】F23R3/42GK103672971SQ201310408451
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月10日
【發(fā)明者】M.R.博希恩, S.W.喬根森, D.A.彭內(nèi)爾 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司