用于控制燃燒動態和燃氣渦輪發動機中的模態聯接的系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本文中公開的本主題大體涉及燃氣渦輪系統，以及更特別地涉及用于控制燃燒動態的系統和方法，以及更特別地，用于降低燃燒動態的模態聯接。
【背景技術】
[0002]燃氣渦輪系統大體包括燃氣渦輪發動機，其具有壓縮器區段、燃燒器區段以及渦輪區段。燃燒器區段可包括一個或多個燃燒器(例如，燃燒罐)，其帶有構造成將燃料和氧化劑(例如，空氣)注射到每個燃燒器內的燃燒室內的燃料噴嘴。在每個燃燒器中，燃料和氧化劑的混合物燃燒以生成熱燃燒氣體，其然后流動到渦輪區段中的一個或多個渦輪級內且驅動該一個或多個渦輪級。每個燃燒器可生成燃燒動態，其當燃燒器聲振蕩與火焰動態(也稱為熱釋放的振蕩成分)相互作用時發生，以導致在燃燒器中的自維持壓力振蕩。對燃燒動態的關鍵貢獻是燃料系統的聲學響應，通常定義為燃料系統阻抗，或者燃料系統聲學阻抗。燃燒動態可在多個不連續的頻率處發生，或者跨一定范圍的頻率發生，且可相對于相應的燃燒器向上游和下游行進。例如，壓力波可例如通過一個或多個渦輪級向下游行進到渦輪區段內，或者向上游行進到燃料系統內。
[0003]渦輪系統的特定下游構件可潛在地響應燃燒動態，尤其是如果通過單個燃燒器生成的燃燒動態呈現出關于彼此的同相以及相干(coherent)關系，且具有在構件的自然頻率或共振頻率處或者附近的頻率時。針對本實用新型的該目的，“相干”指的是在兩個動態信號之間的線性關系的強度，且為在它們之間重疊的頻率的程度所影響。在燃燒動態的背景下，“相干”是燃燒系統所呈現出來的模態聯接或者燃燒器對燃燒器聲學相互作用的量度。因此，存在對于控制燃燒動態和/或燃燒動態的模態聯接的需要，以降低在渦輪系統中的構件的任意不期望的共鳴振動響應(例如，共振行為)的可能性。
【實用新型內容】
[0004]在范圍上與初始要求保護的實用新型相稱的特定實施例在下文中概述。這些實施例不預期限制所要求保護的實用新型的范圍，而是這些實施例僅預期提供本實用新型的可能形式的簡要概述。實際上，本實用新型可包含多種形式，其可類似于或不同于下文中所陳述的實施例。
[0005]在第一實施例中，系統包括燃氣渦輪發動機，其包括具有第一燃料噴嘴的第一燃燒器和具有第二燃料噴嘴的第二燃燒器。系統還包括第一聲學調整器，其具有聯接到帶有第一燃料孔口的第一活塞的第一驅動器。第一活塞沿著通往第一燃燒器的第一燃料噴嘴的第一燃料通道布置。系統還包括第二聲學調整器，其具有聯接到帶有第二燃料孔口的第二活塞的第二驅動器。第二活塞沿著通往第二燃燒器的第二燃料噴嘴的第二燃料通道布置。
[0006]在第二實施例中，系統包括第一燃燒器，其具有帶有第一燃料后孔口的第一燃料噴嘴以及帶有第二燃料后孔口的第二燃料噴嘴。系統還包括第一聲學調整器，其具有聯接至IJ帶有第一燃料前孔口的第一活塞的第一驅動器。第一活塞沿著通往第一燃料后孔口的第一燃料通道布置。系統還包括第二聲學調整器，其具有聯接到帶有第二燃料前孔口的第二活塞的第二驅動器。第二活塞沿著通往第二燃料后孔口的第二燃料通道布置。
[0007]在第三實施例中，系統包括具有包括第一燃料后孔口的第一燃料噴嘴的燃氣渦輪發動機。系統還包括第一聲學調整器，其具有聯接到帶有第一燃料前孔口的第一活塞的第一驅動器。第一活塞沿著通往第一燃料噴嘴的第一燃料后孔口的第一燃料通道布置。
【附圖說明】
[0008]當參考附圖閱讀以下詳細描述時，本實用新型的這些和其他特征、方面以及優點將變得更容易理解，其中，貫穿附圖，類似的符號代表類似的部件，其中:
[0009]圖1是具有多個燃燒器的燃氣渦輪系統的實施例的示意圖，其中，每個燃燒器配備有燃料系統聲學阻抗調整器系統，其構造成控制燃燒動態和/或燃燒動態的模態聯接，以降低在下游構件中的不期望的振動響應的可能性；
[0010]圖2是圖1的燃燒器中的一個的實施例的示意圖，該燃燒器操作地聯接到燃料系統聲學阻抗調整器系統，其包括可動活塞系統以及旋轉盤系統；
[0011]圖3是圖1的燃燒器的實施例的示意圖，其示出操作地聯接到燃燒器的多個燃料噴嘴中的一個或多個燃料噴嘴的燃料系統聲學阻抗調整器；
[0012]圖4是圖1的燃氣渦輪系統的實施例的示意圖，其示出多個燃燒器，其一個或多個配備有一個或多個燃料系統聲學阻抗調整器，其構造成降低燃氣渦輪系統內的不期望的振動響應的可能性；
[0013]圖5和圖6是圖1-4的燃料系統聲學阻抗調整器的實施例的局部剖面視圖，其示出經由可動活塞系統在前孔口和后孔口之間的第一和第二距離的調整；
[0014]圖7是圖1-6的燃料系統聲學阻抗調整器的實施例的透視圖，其示出聯接到促動器活塞的旋轉盤系統；
[0015]圖8是圖7的旋轉盤系統的實施例的示意側視圖，其示出通過旋轉盤系統的通道最大燃料流動；以及
[0016]圖9是圖7的旋轉盤系統的實施例的示意側視圖，其示出通過旋轉盤系統的通道的燃料流。
【具體實施方式】
[0017]下文中將描述本實用新型的一個或多個具體實施例。為了提供這些實施例的簡要描述，可不在說明書描述實際實施的所有特征。應當理解在任意這種實際實施的開發中，如在任意工程或設計項目中，必須做出許多針對具體實施的決定，以實現開發者的具體目標，諸如遵守系統相關以及商業相關的約束，該約束可隨著實施不同而不同。而且，應當理解，這種開發努力可能是復雜的以及消耗時間的，但是無論如何，對于從本公開受益的那些普通技術人員來說，這都將是設計、制作以及制造的常規任務。
[0018]當介紹本實用新型的各種實施例的元件時，冠詞“一個”、“一種”、“該”以及“所述”預期表示存在一個或多個元件。術語“包括”、“包含”以及“具有”預期是包括性的，且意味著除了所列出的元件之外，可存在額外的元件。
[0019]本公開涉及降低燃燒動態和/或燃燒動態的模態聯接，以降低在燃氣渦輪系統的下游構件中不期望的振動響應。由于燃燒過程、吸入流體流(例如，燃料、氧化劑、稀釋液等)的性質以及各種其他因素，燃氣渦輪燃燒器(或燃燒器組件)可生成燃燒動態。燃燒動態可用壓力波動、脈動、振蕩和/或在特定頻率的波來表征。流體流性質可包括速度、壓力、速度中的波動和/或壓力、流動路徑中的變化(例如，轉向、形狀、中斷等)或其任意組合。總而言之，燃燒動態可潛在地導致在從燃燒器上游和/或下游的各種構件中的振動響應和/或共振行為。例如，燃燒動態(例如，在特定頻率處、頻率的范圍、振幅、燃燒器-對-燃燒器相位等)可在燃氣渦輪系統中向上游和向下游同時行進。如果燃氣渦輪燃燒器、上游構件和/或下游構件具有通過這些壓力波動(即，燃燒動態)驅動的自然或共振頻率，則壓力波動可潛在地導致振動、應力、疲勞等。該構件可包括燃燒器內襯、燃燒器流動套筒、燃燒器蓋、燃料噴嘴、渦輪噴嘴、渦輪葉片、渦輪圍帶、渦輪葉輪、軸承、燃料供應組件或其任意組合。對下游構件更感興趣，因為其對同相和相干的燃燒調和(tone)更敏感。因此，降低相干特別地降低在下游構件中的不期望的振動的可能性。在燃燒器中降低燃燒動態的相干的一種方法是修改在兩個或更多燃燒器之間的頻率關系，從而消除任意燃燒器對燃燒器聯接。當在一種燃燒器中的燃燒動態頻率被驅動遠離另一燃燒器的燃燒動態頻率時，燃燒動態的模態聯接降低，其繼而降低了燃燒器調和導致下游構件是的振動響應的能力。降低模態聯接的備選方法是降低相同燃燒器內的燃料噴嘴的構造干涉，通過在燃料噴嘴之間引入相位延遲，從而降低每個燃燒器中的振幅，以及防止或降低燃燒器對燃燒器聯接。此外，在燃燒器之間引入相位滯后，或以其他方式修改在兩個或更多燃燒器之間的相位關系還可幫助防止或降低燃燒動態的模態聯接。
[0020]本公開實施例通過提供構造成調整噴嘴的燃料系統聲學阻抗(幅值和相位)的一個或多個燃料系統聲學阻抗調整器，幫助降低與燃燒動態相關聯的不期望的振動響應。燃料噴嘴的燃料系統聲學阻抗通過前孔口的幾何形狀、后孔口的幾何形狀以及在前孔口和后孔口之間的體積定義。特別地，燃料系統聲學阻抗調整器是沿著燃氣渦輪系統的燃料噴嘴和/或燃料注射器的上游的一個或多個燃料管線(例如，燃料通路)布置的氣動或機械受控制裝置。在特定實施例中，每個燃料系統聲學阻抗調整器合并構造成調整前孔口的幾何形狀和/或在前孔口和后孔口之間的體積的可動活塞系統和內部旋轉盤系統，以調整一個或多個燃料噴嘴的燃料系統聲學阻抗。例如，可動活塞系統通過任意類型的促動器驅動(例如，氣動、機電、液壓等)，以允許聲學調整器內的現場調整。例如，燃料系統聲學阻抗可通過增加或減少在前孔口和后孔口之間的長度調整，其繼而可增加或減少在前孔口和后孔口之間的燃料壓室的聲學體積，其影響燃料系統聲學阻抗的相位和幅值兩者。而且，內部旋轉盤系統還可通過調整在盤系統的兩個或更多個穿孔板之間的干涉模式而影響燃料系統聲學阻抗，從而修改前孔口的幾何形狀。干涉模式可通過如下方式調整，即旋轉在盤系統的穿孔板之間的中央穿孔板，以改變通過旋轉盤系統的通過在板上的一個或多個孔口產生的一個或多個通道的截面面積。因此，調整穿孔板的干涉模式改變燃料系統聲學阻抗。板可包括帶有一種或多種幾何性質(例如，大小、形狀、模式、配置、位置等)的多個孔口。