專利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)，特別是包括諧振器的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)。此外，本發(fā)明涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)。
背景技術(shù)：
使用貧燃預(yù)先混合燃燒技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)表明一種向著自勵的聲振蕩的趨勢。這種現(xiàn)象的原因是火焰中的熱釋放與燃燒系統(tǒng)中的壓力級別的相互作用。在特定條件壓力下，可以產(chǎn)生壓力振蕩，其導(dǎo)致了燃燒器中的噪音。在特定的頻率，會出現(xiàn)這種壓力振蕩的放大，導(dǎo)致在燃燒器中非常高的聲壓等級，為了避免燃燒器結(jié)構(gòu)的損壞，必需關(guān)閉引擎。在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)中，諧振器是一種通用的裝置，用于在傾向于被激勵的頻率下，提供壓力振蕩的額外衰減和解調(diào)。尤其避免高頻率動力(HFD)的諧振器經(jīng)常使用在現(xiàn)代的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)。包括諧振器的燃燒系統(tǒng)，例如，在美國專利6，530，221B1中有所描述。那里說明的諧振器包括一列冷卻空氣供給孔和一列連接諧振器容積到燃燒系統(tǒng)的燃燒空間的頸部孔，在該燃燒系統(tǒng)的燃燒空間處的聲振蕩需要被衰減。為了防止熱燃燒氣體進(jìn)入頸部孔，這些孔由冷卻氣體吹洗。然而，在安裝諧振器的區(qū)域，需要冷卻空氣的諧振器可能阻止燃燒器襯里(liner)上的熱障涂層。因此，如果不能提供足夠的冷卻空氣或者燃燒器的熱障涂層，由于局部過熱，它們可以減少燃燒器襯里的生命周期。此外，頸部孔列在當(dāng)它為了隨后的熱障涂層被遮擋(masked)時，在生產(chǎn)過程中需要高作用力(effort)。使用小直徑的孔，由于諧振器最有效的頻率對被熱障涂層的厚度影響的孔的有效長度敏感，遮擋必須仔細(xì)地完成。如果用于在設(shè)置的公差限制內(nèi)遮擋的作用力太高，它可能甚至阻礙涂層。在這種情況下，燃燒器襯里的過熱可能發(fā)生，這是由于提供的冷卻空氣的壓力通常對于吹洗頸部孔來說是足夠高，同時質(zhì)量流可能不足夠提供充分的結(jié)構(gòu)冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種有利的包括允許使用冷卻氣體吹洗諧振器的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)。本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是提供一種有利的燃?xì)廨啓C(jī)。第一個目標(biāo)是通過如權(quán)利要求1中要求的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)被解決，以及第二目標(biāo)是通過如權(quán)利要求11中要求的燃?xì)廨啓C(jī)被解決。從屬權(quán)利要求包含本發(fā)明的進(jìn)一步的改進(jìn)。本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)包括限定了用于熱和加壓的燃燒氣體的流動通道的燃燒系統(tǒng)壁以及至少一個具有由諧振器壁限定的諧振器容積的諧振器。其中一個諧振器壁位于燃燒系統(tǒng)的壁附近或者由燃燒系統(tǒng)的壁形成，此后稱作燃燒系統(tǒng)壁。諧振器包括向流動通道開放的頸部開口和至少一個向冷卻流體源開放的冷卻流體供給開口。頸部開口以頸部槽(neck slot)的形式實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，用在現(xiàn)有技術(shù)燃燒系統(tǒng)的諧振器頸部孔列由槽替換。頸部槽的有效面積取決于要衰減的頻率、諧振器容積和諧振器頸部長度來選擇，諧振器頸部長度由燃燒系統(tǒng)壁的厚度給定，包括加上與聲學(xué)相關(guān)的熱障涂層的厚度(如果采用的話)，諧振器壁位于燃燒系統(tǒng)壁附近，并且聲輻射作用在頸部的入口和出口。當(dāng)涂覆燃燒系統(tǒng)壁的圍繞表面時，與一列相對小的頸部孔相比，頸部槽可以輕易地被遮擋。因此，與現(xiàn)有技術(shù)中的相比，燃燒系統(tǒng)壁可以在設(shè)置諧振器的位置處更容易被熱障涂層保護(hù)。由于遮擋不能被熱障涂層覆蓋的這種區(qū)域能夠通過用于吹洗槽的冷卻流體有效冷卻，這是因為由于遮擋而不能被熱障涂層覆蓋的區(qū)域位于槽附近。如果對于每個諧振器存在僅一個單一頸部槽，即，諧振器的頸部槽是相應(yīng)的諧振器朝向熱燃燒氣體的流動通道的唯一開口，通過本發(fā)明可達(dá)到的優(yōu)點最有效地實現(xiàn)。除了頸部開口，至少一個冷卻流體供給開口可以作為槽被實現(xiàn)，接下來也稱作供給槽。類似于作為諧振器朝向流動通道的唯一開口的頸部槽，供給槽可以是諧振器朝向冷卻流體供給的唯一通道。與至少一個冷卻流體供給開口的實現(xiàn)無關(guān)，至少一個開口有利地存在于與包括頸部槽的諧振器壁成相對關(guān)系定位的諧振器壁中。特別是，至少一個冷卻流體供給開口可以對齊頸部槽，例如通過設(shè)置單一的供給槽作為與頸部槽對齊的冷卻流體供給開口，或者通過設(shè)置多個冷卻流體供給孔作為冷卻流體供給開口，冷卻流體供給開口沿著一條與頸部槽對齊的線布置。因此，根據(jù)本發(fā)明提到的改進(jìn)，在現(xiàn)有技術(shù)中使用的冷卻流體供給孔列由少量的孔或者單一的槽取代，有效地提供沖洗空氣到頸部槽，這樣避免了吸入熱氣體。根據(jù)本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)的進(jìn)一步的改進(jìn)，諧振器包括至少一個周邊壁，頸部槽靠近周邊壁并且沿著周邊壁延伸。對于供給槽或者一行供給孔來說也是同樣的。注意到諧振器如果具有圓形幾何形狀包括一個周邊壁，如果諧振器具有環(huán)形幾何形狀具有兩個周邊壁，如果諧振器具有多邊形幾何形狀具有三個或者更多的周邊壁。根據(jù)幾何形狀，槽或者行可以是直線槽、中斷槽或者行，或者弧形槽或者行。如果諧振器包括至少兩個周邊壁，例如四個周邊壁以使得它具有四邊形形狀，頸部槽可以靠近第一個周邊壁并沿著該第一個周邊壁延伸，且至少一個冷卻流體供給開口可以靠近第二個周邊壁并沿著該第二個周邊壁延伸。第二個周邊壁尤其是與第一個周邊壁成相對關(guān)系定位。在此構(gòu)型中，冷卻流體需要沿著位于諧振器的熱氣體通道側(cè)的周邊壁流動到頸部槽以使得這個壁在頸部槽被沖洗前由冷卻流體冷卻。在本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)中，燃燒系統(tǒng)壁尤其可以包括高溫側(cè)(hot side)，該高溫側(cè)指向流動通道并設(shè)置有熱障涂層。通過設(shè)置熱障涂層，可以避免燃燒系統(tǒng)壁過熱，特別是， 如果諧振器體積中的冷卻空氣在沖洗頸部槽之前沿著燃燒系統(tǒng)壁流動。本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)包括本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)。在該燃?xì)廨啓C(jī)中，可以抑制激勵聲振蕩，而不用降低在諧振器存在的位置的燃燒系統(tǒng)壁的壽命。


本發(fā)明的進(jìn)一步的特征、特性和優(yōu)勢將從接下來結(jié)合附圖的實施例的描述變得清林疋。圖1示出了燃?xì)廨啓C(jī)高度示意的截面圖。圖2以透視圖示意性示出了本發(fā)明第一實施例燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)的一部分。
圖3以剖視圖示出了圖1的實施例。圖4示出了第一實施例的改進(jìn)。圖5以透視圖示意性示出了本發(fā)明第二實施例燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)的一部分。圖6以透視圖示意性示出了第二實施例的改進(jìn)的一部分。圖7以透視圖示意性示出了本發(fā)明第三實施例燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)的一部分。具體實施形式圖1以高度示意的視圖示出了一種燃?xì)廨啓C(jī)1，該燃?xì)廨啓C(jī)1包括壓縮器段3，燃燒器段5和渦輪段7。轉(zhuǎn)子9延伸穿過所有段并且在壓縮器段3中承載壓縮器葉片11的環(huán)以及，在渦輪段7中，支撐渦輪葉片13的環(huán)。在壓縮器葉片11的相鄰的環(huán)之間和渦輪葉片 13的相鄰的環(huán)之間，壓縮器靜葉片15和渦輪靜葉片17的環(huán)分別從燃?xì)廨啓C(jī)1的殼體19徑向地向內(nèi)朝向轉(zhuǎn)子9延伸。燃燒器段5設(shè)置在壓縮器段3和渦輪段7之間。它包括具有至少一個燃燒室8的燃燒系統(tǒng)，一個或者多個燃燒器(burner) 6連接到燃燒室8上。至少一個燃燒器6從燃料供給系統(tǒng)接收到氣體或液體的燃料。此外，至少一個燃燒器6與壓縮器段3流體連通以接收壓縮空氣。燃燒室8與渦輪段7流體連通，以將在燃燒室8中燃料空氣混合物的燃燒產(chǎn)生的熱的和加壓的熱燃燒氣體傳送到渦輪葉片13。在燃?xì)廨啓C(jī)1的工作中，空氣通過壓縮器段3的空氣入口 21吸入?？諝獗粔嚎s并且同時通過轉(zhuǎn)動壓縮器葉片11引導(dǎo)朝向壓縮器段5。在燃燒器段5中，空氣與氣體或液體燃料混合并且混合物在至少一個燃燒室8中燃燒。燃燒燃料-空氣混合物產(chǎn)生的熱的和加壓的燃燒氣體被供給渦輪段7。在它穿過渦輪段7的路線上，熱的和加壓的氣體在膨脹和冷卻的同時傳輸動量到渦輪葉片13，因此給予驅(qū)動壓縮器和例如用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)或者工業(yè)機(jī)器的消耗裝置的轉(zhuǎn)子9轉(zhuǎn)動運(yùn)動。渦輪靜葉輪17的環(huán)作用為用于引導(dǎo)熱的和加壓的燃燒氣體的噴嘴，以優(yōu)化將動量傳輸?shù)綔u輪葉片13。最后，膨脹和冷卻的燃燒氣體穿過排氣裝置23離開渦輪段7。根據(jù)本發(fā)明的燃?xì)鉁u輪燃燒系統(tǒng)的第一實施例在圖2和圖3中描述。當(dāng)圖2示意性示出了裝備有諧振器的燃燒器壁或襯里25的一部分的三維視圖，圖3示出了穿過諧振器 27和燃燒壁或者襯里25的截面視圖。注意到雖然它將從現(xiàn)在起貫穿實施例被稱作“燃燒器壁” 25，“燃燒器壁”也包括“燃燒器襯里”的意思。在本實施例中，通過燃燒器壁25表示的燃燒系統(tǒng)壁限定了用于熱的和加壓的燃燒氣體的流動通道。熱的和加壓的燃燒氣體的流動由箭頭四指示。諧振器27位于燃燒器壁25附近，以使得燃燒器壁25和相對的諧振器壁33，與在燃燒器壁25和相對的諧振器壁 33之間延伸的周邊諧振器壁35 —起，封閉諧振器容積31。槽37存在于連接燃燒器容積31到用于熱的和加壓的燃燒氣體四的流動通道的燃燒器壁25中。位于諧振器27的周邊壁35附近的槽37，類似于諧振器通向用于熱的和加壓的燃燒氣體的流動通道的頸部開口。由槽37提供的諧振器頸部的頸部長度由燃燒壁 25和應(yīng)用到燃燒壁內(nèi)側(cè)，即面向熱的和加壓的燃燒氣體的一側(cè)的熱障涂層39的厚度的和來限定。通過與諧振器容積的尺寸以及頸部槽的有效面積一起合適地選擇諧振器頸部的長度，諧振器能夠被調(diào)整到要衰減的特定的頻率。為了允許由壓縮器提供的冷卻空氣通過諧振器容積31和頸部槽37進(jìn)入熱的和加壓的燃燒氣體27的流動通道，以用于沖洗頸部槽37，多個供給孔41存在于與燃燒器壁25 成相對關(guān)系定位的諧振器壁33中。供給孔41沿著對齊頸部槽37的直線布置以使得穿過供給孔41進(jìn)入諧振器容積31的冷卻空氣43能夠無阻礙地穿過容積31以吹洗頸部槽37， 如由箭頭45指示的。通過允許冷卻空氣有效地吹洗頸部槽37，能有效避免熱的和加壓的燃燒氣體吸入諧振器容積31。作為一行供給孔41的替代形式，供給槽47能夠被設(shè)置在諧振器壁33中，如圖4 所示，圖4以截面圖描述了圖2和圖3中示出的實施例的改進(jìn)。除了由供給槽47作為冷卻流體供給開口替代供給孔41所給出的改進(jìn)之外，諧振器27還包括布置在諧振器壁25附近并因此與包含供給槽47的諧振器壁33成相對關(guān)系的另一諧振器壁49。因此，頸部槽37不僅穿過燃燒壁25和熱障涂層39延伸，而且穿過所述另一諧振器壁49，諧振器壁49增加了由頸部槽37提供的頸部長度。本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)的第二實施例以透視圖在圖5中示意性示出。那些與第一實施例相同的第二實施例的特征與第一實施例使用同一附圖標(biāo)記并且不再解釋。第二實施例與第一實施例的不同在于頸部槽137和所述一行供給孔141的方向相對于熱的和加壓的燃燒氣體四的流動方向定向。而第一實施例的頸部槽37和一行供給孔 41以平行于熱的和加壓的燃燒氣體的流動方向被定向，在本實施例中頸部槽137的定向和一行供給孔141的定向垂直于熱的和加壓的燃燒氣體四的流動方向。與第一實施例類似， 頸部槽137和供給孔141彼此對齊并且位于周邊的諧振器壁35附近。第二實施例的改進(jìn)示出在圖6中。該改進(jìn)在于一行供給開口 141由與頸部槽137 對齊的供給槽147取代。本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)的第三實施例示出在圖7中，圖7示意性示出了燃燒器壁25和諧振器27的一部分上的透視圖。與第一和第二實施例相同的第三實施例的特征與第一和第二實施例使用同一附圖標(biāo)記并且不再解釋。第三實施例不同于圖6中示出的第二實施例的改進(jìn)在于存在供給槽M7，雖然供給槽247與頸部槽137共享同一定向，但是不與頸部槽137對齊。相反，供給槽247位于第二周邊壁35附近，該第二周邊壁與在頸部槽137附近的周邊壁35成相對關(guān)系。這意味著穿過供給槽147進(jìn)入諧振器容積31的冷卻氣體43沿著燃燒器壁25流過諧振器容積到頸部槽137。在沿著燃燒器壁25的流動的同時，冷卻空氣可以聚集熱因此在沖洗頸部槽137 之前冷卻燃燒器壁25。注意，在所有實施例中分別與包含供給開口或供給槽的諧振器壁33的相對定位的諧振器壁可以由燃燒器壁25形成，如圖3所示，或者由諧振器的內(nèi)在壁49形成，如圖4 所示。如關(guān)于實施例描述的，本發(fā)明改進(jìn)了包括諧振器的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)在于與一列小的頸部孔相比，頸部槽能夠在涂覆之前更容易被遮擋。因此，涂層可以容易地保護(hù)在安裝諧振器的區(qū)域中的襯里材料或者壁材料免于過熱。冷卻氣體可以被指向頸部槽，使得槽用空氣充分的沖洗以及由于遮擋不能涂層覆蓋的剩余的襯里材料或者壁材料充分的冷卻。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)，包括限定了用于熱的和加壓的燃燒氣體09)的流動通道的燃燒系統(tǒng)壁05)以及至少一個具有由諧振器壁05、33、35、49)限定的諧振器容積(31) 的諧振器(27)，其中一個諧振器壁(25、49)位于燃燒系統(tǒng)壁0 附近或者由燃燒系統(tǒng)壁 (25)形成，所述諧振器、2 )包括通向流動通道的頸部開口(37，137)和至少一個通向冷卻流體源的冷卻流體供給開口 01、47、141、147、247)，其特征在于所述頸部開口以頸部槽 (37、137)的形式實現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)，其特征在于單一的頸部槽(37、137)是所述諧振器(XT)朝向所述流體通道的唯一開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個冷卻流體供給開口以供給槽07、147447)的形式實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)，其特征在于具有單一的供給槽07、 147,247)作為所述諧振器朝向所述冷卻流體供給的唯一開口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個冷卻流體供給開口 (4U47U41U47.247)存在于諧振器壁(33)中，所述諧振器壁(33) 與包括所述頸部槽(37、137)的所述諧振器壁(25、49)成相對關(guān)系定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個冷卻流體供給開口 (41、47、141、147)與所述頸部槽(37、137)對齊。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個冷卻流體供給開口 Gl、141)作為多個冷卻流體供給孔Gl、141)得以實現(xiàn)，所述多個冷卻流體供給孔 (41,141)位于與具有頸部槽(37、137)的所述諧振器壁相對的諧振器壁(3 中并且沿著與頸部槽(37、137)對齊的線布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述諧振器 (27)包括至少一個周邊壁(35)，且所述頸部槽(37、137)靠近所述周邊壁(3 并且沿著周邊壁(35)延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述諧振器07)包括至少兩個周邊壁(35)，所述頸部槽(37、137)靠近第一周邊壁并沿著該第一周邊壁延伸，而所述至少一個冷卻流體供給開口(41、47、141、147、M7)靠近第二周邊壁(35')并沿著該第二周邊壁(35')延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述第二周邊壁(35') 與所述第一周邊壁(3 成相對關(guān)系定位。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)，其特征在于所述燃燒系統(tǒng)壁0 包括高溫側(cè)，該高溫側(cè)指向流動通道并包括熱障涂層(39)。
12.一種包括權(quán)利要求1至11中任一項所述的燃燒系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)。
全文摘要
一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)包括限定了用于受熱和受壓燃燒氣體(29)的流動通道的燃燒系統(tǒng)壁(25)以及至少一個具有諧振器容積(31)的諧振器(27)。所述諧振器容積(31)由諧振器壁(25、33、35)限定，其中一個諧振器壁(25)靠近或者由燃燒系統(tǒng)壁(25)形成。諧振器(27)包括至少一個通向冷卻流體源的冷卻流體供給開口(41)。它還包括頸部開口(37)，所述頸部開口(37)通向流動通道并且以頸部槽(37)的形式實現(xiàn)。
文檔編號F23R3/00GK102356278SQ201080012150
公開日2012年2月15日 申請日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者C.E.約翰森, J.勒珀斯, S.P.瓦西弗 申請人:西門子公司