專利名稱：共振旋流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)一般地涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，且更具體地，涉及用于燃燒器的作為共振器 吸收高頻壓力波的旋流器。
背景技術(shù)：
干式低NOx(DLN)燃?xì)鉁u輪機(jī)的當(dāng)前設(shè)計(jì)通常以貧燃料空氣混合物工作。該貧燃 料空氣混合物包括與大量的過(guò)量空氣預(yù)混合的適量燃料，其在燃燒室中燃燒。盡管該貧混 合物降低了 NOx排放物的量，但可導(dǎo)致低頻和高頻燃燒不穩(wěn)定性。高頻燃燒不穩(wěn)定性可稱 為尖叫(screech)。這些不穩(wěn)定性可由燃燒速率波動(dòng)加上燃料空氣流波動(dòng)和燃燒器傳音性 引起。此結(jié)合可導(dǎo)致低頻燃燒不穩(wěn)定性和燃燒器內(nèi)的尖叫的非常高的振幅。即使是燃燒器 內(nèi)的尖叫的小的振幅也會(huì)迅速地降低燃燒器的構(gòu)件的壽命。為了降低此類尖叫不穩(wěn)定性的振幅，在燃燒器附近可使用仔細(xì)地定位的阻尼或共 振裝置。然而這些已知的共振裝置在完全吸收高頻方面不是十分地有效。因而特別是對(duì)于干式低NOx渦輪機(jī)的燃燒器，存在對(duì)于改進(jìn)的共振裝置的需要。 在提升整體渦輪機(jī)效率和性能同時(shí)，此類共振裝置優(yōu)選地應(yīng)該吸收高頻尖叫。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)因而提供用于渦輪機(jī)燃燒器的旋流器。該旋流器可包括外壁、由外壁限定 的通路、以及端壁。端壁可包括穿過(guò)其中的若干孔。本申請(qǐng)還提供用于渦輪機(jī)燃燒器的旋流器。該旋流器可包括外壁、內(nèi)壁、由外壁和 內(nèi)壁限定的腔、以及端壁。外壁可包括穿過(guò)其中的若干外壁孔。本申請(qǐng)還提供用于渦輪機(jī)燃燒器的次級(jí)噴嘴的外旋流器。該旋流器可包括外壁、 噴嘴壁、由外壁和噴嘴壁限定的通路、以及端壁。端壁可包括穿過(guò)其中的若干孔，使得該旋 流器可包括穿過(guò)其中的共振頻率。當(dāng)聯(lián)系若干附圖和所附權(quán)利要求書時(shí)，在查看以下具體實(shí)施方式
后，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員將清楚本申請(qǐng)的這些和其它特征。


圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性視圖。圖2是已知的干式低NOx燃燒器的部分橫截面視圖。圖3是圖2的干式低NOx燃燒器的外旋流器的側(cè)橫截面視圖。圖4是圖3的外旋流器的端壁的透視圖。圖5是如本文中所述的外旋流器的側(cè)橫截面視圖。圖6是圖5的外旋流器的端壁的透視圖。圖7是顯示圖5的外旋流器的后端板的側(cè)橫截面視圖。圖8是如本文中所述的外旋流器的備選實(shí)施例的側(cè)橫截面視圖。
部件列表
10燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)
20壓縮機(jī)
30燃燒器
40渦輪
50外部負(fù)載
60主噴嘴
65主燃燒室
70次級(jí)噴嘴
75次級(jí)燃燒室
80外旋流器
85次級(jí)噴嘴壁
90內(nèi)壁
91外壁
92端壁
95外葉片
100外旋流器
105外壁
106內(nèi)壁
110旋流器通路
115端壁
120孔
125后端板
126后端板孔
130旋流器
140外壁
150旋流器通路
160導(dǎo)流板(baffle)
170內(nèi)部板
180外壁孔
190內(nèi)部壁孔
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，貫穿該若干附圖，在其中相似標(biāo)號(hào)代表相似元件，圖1顯示了燃?xì)?渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意性視圖。如已知的，該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括用來(lái)壓縮引入的空 氣的流的壓縮機(jī)20。壓縮機(jī)20將壓縮的空氣的流輸送到燃燒器30。燃燒器30將壓縮的 空氣的流與壓縮的燃料的流混合并且點(diǎn)燃該混合物。(盡管僅顯示了單個(gè)燃燒器30，但該 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括任何數(shù)量的燃燒器30。)將熱的燃燒氣體又輸送到渦輪40。熱 的燃燒氣體驅(qū)動(dòng)渦輪40，以便產(chǎn)生機(jī)械功。在渦輪40中產(chǎn)生的機(jī)械功驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)20和例如發(fā)電機(jī)等的外部負(fù)載50。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可使用天然氣、各種類型的合成氣以及其它 類型的燃料。該燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10可具有其它構(gòu)造并且可使用其它類型的構(gòu)件。在本文 中可一起使用多個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10、其它類型的渦輪機(jī)以及其它類型的發(fā)電設(shè)備。圖2顯示了已知的燃燒器30的側(cè)橫截面視圖。該燃燒器30可與干式低NOx渦輪 機(jī)等使用。燃燒器30可包括圍繞中心次級(jí)噴嘴70的若干主噴嘴60。主噴嘴60可與主燃 燒室65連通，而次級(jí)噴嘴70可與次級(jí)燃燒室75連通。在本文中可使用其它構(gòu)造。如在圖3和圖4中所示，次級(jí)噴嘴70可包括定位在次級(jí)噴嘴壁85周圍的外旋流 器80。外旋流器80可包括定位在次級(jí)噴嘴壁85的末端周圍的內(nèi)壁90。該外旋流器80還 由外壁91和端壁92限定。端壁92可包括若干外葉片或?qū)~95。這些導(dǎo)葉95可以是成角 度的并且向引入的空氣流提供旋動(dòng)。旋動(dòng)協(xié)助穩(wěn)定火焰，并且還協(xié)助改善主燃燒室65的主 燃料空氣混合物與次級(jí)燃燒室75的次級(jí)燃料空氣混合物的混合。其它構(gòu)造是已知的。圖5至圖7顯示了如本文中所述的外旋流器100。該旋流器100從如上所述的次 級(jí)噴嘴壁85延伸并且包括外壁105和內(nèi)壁106。外壁105限定穿過(guò)其中的腔或者旋流器通 路110。旋流器100還可包括端壁115，端壁115帶有延伸穿過(guò)其中的若干孔120。孔120 可成形為小的圓孔。可改變孔120的尺寸和形狀。在此處可使用任何數(shù)量的孔120?？?20 在端壁115內(nèi)可以是成角度的，以便提供旋動(dòng)。旋流器100還可包括后端板125，后端板125 帶有延伸穿過(guò)其中的若干后端板孔126?？筛淖兒蠖税蹇?26的數(shù)量、長(zhǎng)度、直徑、形狀和位 置?？?20、126可具有不同的構(gòu)造。旋流器100的孔120因而可充當(dāng)一種亥姆霍茲共振器。亥姆霍茲共振器提供具有 側(cè)壁的封閉的腔，該側(cè)壁具有穿過(guò)其中的開(kāi)口。旋流器通路110的體積剛度(volumetric stiffness)可對(duì)孔120的圖案內(nèi)的氣體的流體慣性(fluid inertia)起作用，以便在旋流 器通路110中產(chǎn)生共振，共振可以是用于吸收聲能的有效機(jī)制。孔120的數(shù)量、長(zhǎng)度、直徑、 形狀和位置可相對(duì)于旋流器通路110的容積而變化。具體地，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)包括孔120的尺寸、 孔120的直徑、孔120的數(shù)量、穿過(guò)旋流器通路110的質(zhì)量流以及旋流器通路110的容積。 在該示例中，孔120可具有大約0.15英寸(大約3.8毫米)的直徑、大約0.65英寸(大約 16. 5毫米)的厚度以及大約21bm/sec (大約0.9kgm/sec)的穿過(guò)其中的流量，以便吸收大 約2400Hz的尖叫頻率。在此處可使用其它尺寸和頻率。孔120、126因而可設(shè)計(jì)成吸收一個(gè)或多個(gè)所關(guān)心的頻率。具體地，旋流器100可 為寬范圍的頻率而設(shè)計(jì)，例如大約2400赫茲或者其它的尖叫音調(diào)。旋流器100因而在減輕 燃燒動(dòng)態(tài)變化時(shí)向燃料空氣流提供旋動(dòng)。減輕燃燒動(dòng)態(tài)變化可總體上改善燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī) 10的可操作性窗口。此外，不需要使用單獨(dú)的共振裝置。同樣地，可不需要對(duì)于或關(guān)于次級(jí) 噴嘴壁85的改型。圖8顯示了如在本文中所述的旋流器130的另一個(gè)實(shí)施例。該旋流器130可包括 外壁140，該外壁140沿著次級(jí)噴嘴壁85限定內(nèi)部腔或通路150。該通路150可包括若干 內(nèi)部導(dǎo)流板160和若干內(nèi)部板170。旋流器130的外壁140還可包括在其中的若干外壁孔 180。旋流器130的內(nèi)部板170還可包括若干內(nèi)部板孔190。與以上所述的孔120類似，根 據(jù)所需的頻率，可改變外壁孔180和內(nèi)部板孔190的尺寸、形狀、數(shù)量、角度和位置。在此處 還可使用旋流器100的端壁115的孔120。應(yīng)該清楚的是前述僅涉及本申請(qǐng)的某些實(shí)施例，并且可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在此處做出大量的改造和改型而不脫離由所附權(quán)利要求書和它們的等同物限定的本發(fā)明的 大體精神和范圍。
權(quán)利要求
一種用于渦輪機(jī)燃燒器(30)的旋流器(100)，包括外壁(105)；通路(110)，其由所述外壁(105)限定；以及端壁(115)；其中，所述端壁(115)包括穿過(guò)其中的多個(gè)孔(120)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流器(100)，其特征在于，所述旋流器還包括穿過(guò)其中的共振頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋流器(100)，其特征在于，所述共振頻率包括大約2400赫茲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流器(100)，其特征在于，所述多個(gè)孔(120)包括多個(gè)成角 度的孔(120)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流器(100)，其特征在于，所述外壁(105)包括在其中的多 個(gè)外壁孔(180)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋流器(100)，其特征在于，所述通路(110)包括在其中的多 個(gè)導(dǎo)流板(160)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋流器(100)，其特征在于，所述旋流器(100)還包括具有多 個(gè)后端板孔(126)的后端板(125)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流器(100)，其特征在于，所述旋流器(100)還包括次級(jí)燃 料噴嘴(70)的外旋流器(100)。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及共振旋流器，具體而言，提供用于渦輪機(jī)燃燒器(30)的旋流器(100)。旋流器(100)可包括外壁(105)、由外壁(105)限定的通路(110)、以及端壁(115)。端壁(115)可包括穿過(guò)其中的若干孔(120)。
文檔編號(hào)F23D14/70GK101893244SQ20101018997
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者D·沙馬, P·B·賈因, S·斯里尼瓦桑 申請(qǐng)人:通用電氣公司