專利名稱：用于使燃燒器噴嘴振動衰減的系統(tǒng)和方法
用于使燃燒器噴嘴振動衰減的系統(tǒng)和方法技術領域
本發(fā)明大體涉及用于使燃燒器噴嘴振動衰減的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
燃燒器通常使用在工業(yè)和發(fā)電操作中以點燃燃料以產(chǎn)生具有高溫和高壓的燃燒 氣體。例如，燃氣渦輪典型地包括一個或更多個燃燒器以產(chǎn)生功率或推力。用于產(chǎn)生電力的 典型燃氣渦輪包括位于前面的軸向壓縮機、在中部附近的一個或更多個燃燒器和位于后面 的渦輪。環(huán)境空氣可供應到壓縮機，并且壓縮機中的轉動葉片和靜止靜葉將動能逐漸地給 予工作流體(空氣)以在高供能狀態(tài)下產(chǎn)生壓縮工作流體。壓縮工作流體離開壓縮機，并 且流動穿過一個或更多個噴嘴進入每個燃燒器中的燃燒室，其中，壓縮工作流體與燃料混 合并且點燃以產(chǎn)生具有高溫和高壓的燃燒氣體。燃燒氣體在渦輪中膨脹以產(chǎn)生功。例如， 燃燒氣體在渦輪中的膨脹可使連接于發(fā)電機的軸旋轉以產(chǎn)生電。
許多燃燒器構件經(jīng)受高振動環(huán)境，其可導致增加的磨損、破裂、過早故障、壓力振 蕩、流動振蕩或其他不合需要的效果。例如，燃燒器噴嘴經(jīng)常附接于一個端部處的端蓋，并 且朝向另一個端部處的燃燒室延伸。基本激勵、工作流體或燃料擾動或任何其他源可在噴 嘴中產(chǎn)生固有頻率或其他受激振動頻率，其使噴嘴振動。振動反過來可導致燃燒器和/或 下游構件中的有害磨損、疲勞破裂、緊張性(tone)或其他不合需要的效果。允許熱增長和 制造公差的在噴嘴和支撐結構之間的設計空隙使得難以使振動衰減。因此，用于使燃燒器 噴嘴振動衰減的改進系統(tǒng)和方法將是有用的。發(fā)明內容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點在下面在下列描述中提出，或可從描述是顯而易見的，或可 通過本發(fā)明的實踐學習。
本發(fā)明的一個實施例是用于使燃燒器噴嘴振動衰減的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括橫跨燃燒 器的至少一部分徑向地延伸的端蓋和位于端蓋下游的燃燒室。第一組噴嘴在端蓋和燃燒室 之間軸向地延伸，并且第二組噴嘴在端蓋和燃燒室之間軸向地延伸，其中，第二組噴嘴與第 一組噴嘴相鄰。系統(tǒng)包括用于使第一組噴嘴和第二組噴嘴之間的振動衰減的裝置，其中，間 隙位于用于使振動衰減的裝置和第二組噴嘴之間。
本發(fā)明的另一個實施例是用于使燃燒器噴嘴振動衰減的系統(tǒng)，其包括端蓋，其橫 跨燃燒器的至少一部分徑向地延伸；燃燒室，其位于端蓋下游；第一組噴嘴，其在端蓋和燃 燒室之間軸向地延伸；和第二組噴嘴，其在端蓋和燃燒室之間軸向地延伸，其中，第二組噴 嘴與第一組噴嘴相鄰。第一衰減部件附接于并且圓周地圍繞第一組噴嘴的至少一部分，其 中，第一衰減部件使第一組噴嘴和第二組噴嘴之間的振動衰減，并且間隙位于第一衰減部 件和第二組噴嘴之間。
本發(fā)明還可包括用于使燃燒器噴嘴振動衰減的方法，其包括使工作流體流動穿過 第一組噴嘴，其中，第一組噴嘴包括第一衰減部件，其附接于并且圓周地圍繞第一組噴嘴的至少一部分。該方法還包括使工作流體流過第二組噴嘴，其中，第二組噴嘴與第一組噴嘴 相鄰并且與其隔開；和使第二組噴嘴中的至少一個噴嘴與第一組噴嘴中的至少一個噴嘴上 的第一衰減部件接觸。
本領域技術人員將在審閱說明書之后更好地理解這些實施例的特征和方面以及 其他的特征和方面。


本發(fā)明的全面且能夠實現(xiàn)的公開(包括對本領域技術人員而言的其最佳模式)更 具體地提出在說明書的剩余部分(包括參考附圖)中，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示范燃燒器的簡化截面圖；圖2是沿線A-A截取的圖1中示出的端帽的實施例的下游平面圖；圖3是沿線A-A截取的圖1中示出的端帽的可選實施例的下游平面圖；圖4是沿線A-A截取的圖1中示出的端帽的可選實施例的下游平面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的圖1中示出的端蓋和噴嘴的局部透視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的沿線B-B截取的圖1中示出的端帽的上游平面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的可選實施例的沿線B-B截取的圖1中示出的端帽的上游平面圖； 圖8是根據(jù)本發(fā)明的可選實施例的沿線B-B截取的圖1中示出的端帽的上游平面圖；和圖9是根據(jù)本發(fā)明的可選實施例的沿線B-B截取的圖1中示出的端帽的上游平面圖。
現(xiàn)在將詳細地參考本發(fā)明的實施例，在附圖中示出本發(fā)明的一個或更多個實例。 詳細的描述使用數(shù)字標記和字母標記以指示附圖中的特征。附圖和描述中的同樣或相似的 標記用于指示本發(fā)明的同樣或相似的部件。
每個實例經(jīng)由本發(fā)明的解釋提供，不限制本發(fā)明。事實上，對本領域技術人員而言 顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，可對本發(fā)明作出修改和變化。例 如，示出或描述為一個實施例的部分的特征可使用在另一個實施例上以產(chǎn)生又一個實施 例。因此，意圖是，本發(fā)明涵蓋在所附權利要求和它們的等同的范圍內的這些修改和變化。
本發(fā)明的各種實施例包括用于使燃燒器噴嘴振動衰減的系統(tǒng)和方法。在具體實施 例中，多個噴嘴可配置成第一組和第二組，其中，每組包括一個或更多個噴嘴。如在本文中 使用的，術語“第一”、“第二”和“第三”可以可互換地用于區(qū)別一個構件和另一個構件，并 且不意圖表示單個構件的位置或重要性。第一組噴嘴或第二組噴嘴中的至少一個可包括減 振器、沖擊表面、接觸片、衰減部件或其他裝置，用于使第一組噴嘴和第二組噴嘴之間的振 動衰減。當?shù)谝唤M噴嘴或第二組噴嘴中的一個或多個噴嘴振動時，與衰減器、沖擊表面、接 觸片、衰減部件或其他裝置的接觸干擾振動的頻率，從而使第一組噴嘴和第二組噴嘴之間 的振動有效地衰減。雖然本發(fā)明的示范實施例將在并入到燃氣渦輪中的燃燒器的背景下被 大體描述，用于說明的目的，但是本領域技術人員將容易理解，本發(fā)明的實施例可應用于任 何燃燒器并且不受限于燃氣渦輪燃燒器，除非在權利要求中特別說明。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的諸如將包括在燃氣渦輪中的示范燃燒器 10的簡化截面圖。殼體12可圍繞燃燒器10，并且端蓋14可橫跨燃燒器10的至少一部分 徑向地延伸，以便殼體12和端蓋14組合以容納流到燃燒器10的工作流體。工作流體可例 如經(jīng)過沖擊套筒18中的流動孔16以沿著過渡件20和襯套22的外部流動，以向過渡件20 和襯套22提供對流冷卻。當工作流體到達端蓋14時，工作流體反轉方向以流動穿過多個 噴嘴24進入下游燃燒室26。如在本文中使用的，術語“上游”和“下游”指示構件在流體路 徑中的相對位置。例如，如果流體從構件A流到構件B，則構件A位于構件B上游。相反地， 如果構件B從構件A接收流體流，則構件B位于構件A下游。
噴嘴24在端蓋14和燃燒室26之間大體軸向地延伸。如圖1所示，每個噴嘴24 可包括固定地附接于端蓋14的燃料導管28。燃料導管28可為燃料和/或其他添加劑提供 流體連通，以流動穿過端蓋14和噴嘴24并且進入燃燒室26。可選地或另外地，噴嘴24可 固定地附接于軸向地位于端蓋14和燃燒室26之間的端帽30，并且燃料和/或其他添加劑 可通過圓周地圍繞燃燒器10的燃料導管供應到噴嘴24。
燃燒器10的各種實施例可包括不同類型、形狀和配置的噴嘴24，其橫跨端帽30分 開或分組成各種組，并且圖2至4提供沿線A-A截取的圖1中示出的端帽30的各種實施例 的下游平面圖。在圖2中示出的實施例中，例如，每個噴嘴24可包括中心體32、圍繞中心體32的至少一部分的護罩34和位于中心體32和護罩34之間的環(huán)形通路36。環(huán)形通路36 為工作流體提供流體連通以流動穿過端帽30并且進入燃燒室26。另外，中心體32從燃料 導管28接收燃料，并且為燃料提供流體連通以流動穿過環(huán)形通路36并且進入燃燒室26。 每個噴嘴24可進一步包括多個旋流靜葉(swirler vane) 38以將旋潤給予流動穿過環(huán)形通 路34的工作流體和燃料。如圖2所示，噴嘴24可分開或分組成具有單一噴嘴24的第一組 40，其中，第二組42具有四個噴嘴24，與第一組40噴嘴24相鄰并且圓周地圍繞第一組40 噴嘴24。
可選地，如在圖3中示出的實施例中說明的，每個噴嘴24可包括多個預混器管44， 其從燃料導管28接收燃料，并且為工作流體和/或燃料提供流體連通以流動穿過端帽30 并且進入燃燒室26。如圖3所示，具有六個噴嘴24的第二組40噴嘴24可再次圓周地圍繞 具有單一噴嘴24的第一組42噴嘴24。
圖4中不出的具體實施例表不關于圖2和圖3描述和說明的實施例的混合組合。 特別地，第一組40噴嘴24中的單一噴嘴24與圖2中示出和描述的噴嘴24設計大致一致， 并且第二組42噴嘴24中的餅(pie)型噴嘴24與圖3中示出和描述的噴嘴24設計大致一 致。本領域技術人員將容易理解，圖2至4提供各種類型、形狀和數(shù)量的噴嘴24的示范配 置，并且本發(fā)明的實施例不受限于任何具體噴嘴類型、形狀或配置，除非在權利要求中特別 說明。
圖5提供根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1中示出的端蓋14和噴嘴24的局部立體圖。 在該具體實施例中，第一組40噴嘴24包括與燃燒器10的軸向中心線46對齊的單一噴嘴 24，并且第二組42噴嘴24包括四個噴嘴24，其與第一組40噴嘴24相鄰并且圓周地圍繞第 一組40噴嘴24，如在圖2中示出的實施例中。第一組40噴嘴24和第二組42噴嘴24的至 少一部分，特別是該實施例中的燃料導管28，可固定地附接于端蓋14。第一組40噴嘴24 和第二組42噴嘴24具有固有或共振頻率，其由與每個噴嘴24相關的各種設計參數(shù)和/或 操作條件的組合產(chǎn)生。例如，每個噴嘴24的特定材料、剛度、質量、長度、直徑、幾何形狀和 流速是影響每個噴嘴24中的固有或共振頻率的設計參數(shù)和操作條件的非限制性實例。在 具體實施例中，設計參數(shù)和/或操作條件可特別地選定或調節(jié)以確保第一組40噴嘴24具 有與第二組42噴嘴24的固有頻率不同的固有頻率，以避免產(chǎn)生可增大噴嘴24中的振動的 諧波頻率。
如圖5所示，噴嘴24中的一個或更多個包括用于使第一組40噴嘴24和第二組42 噴嘴24之間的振動衰減的裝置。用于使第一組40噴嘴24和第二組42噴嘴24之間的振 動衰減的結構可包括衰減器、接觸片、沖擊表面、衰減部件或相似裝置，其附接于第一組40 噴嘴24和/或第二組42噴嘴24中的一個或更多個噴嘴24，并且能夠連續(xù)地暴露于燃燒器 10中的溫度、壓力和流動條件。例如，該結構可包括低或高合金鋼。例如，該結構可包括已 知為T800的硬化材料，其包括(按重量計)27到30%的鑰、16. 5到18. 5%的鉻、3到3. 8% 的硅、小于1. 5%的鐵、小于1. 5%的鎳、小于O. 15%的氧、小于O. 08%的碳、小于O. 03%的磷、 小于O. 03%的硫和剩余的鈷。用于使第一組40噴嘴24和第二組42噴嘴24之間的振動衰 減的另一種適當材料可包括已知為WC17CO的組合物，其包括碳化鎢17和鈷。另一種適當 組合物可為鎢鉻鈷合金(Stellite) 6，其包括(按重量計)27到32%的鉻、4到6%的鎢、O. 9 到1. 4%的碳、3%的鎳、3%的鐵、1. 6%的硅和剩余的鈷。又一種適當組合物已知為CM64，其包括(按重量計)26到30%的鉻、4到6%的鎳、小于O. 5%的鑰、18到21%的鎢+鑰、O. 75到1. 25%的釩、O. 005到O. 1%的硼、O. 7到1%的碳、小于3%的鐵、小于1%的錳、小于1%的鉍和剩余的鈷。
用于使第一組40噴嘴24和第二組42噴嘴24之間的振動衰減的裝置可附接于具 有各種幾何形狀的、第一組40噴嘴24和/或第二組42噴嘴24中的一個或更多個噴嘴24， 并且圖6至9提供沿線B-B截取的圖1中示出的端帽30的可選實施例的示范上游平面圖。 如在圖6至9中示出的每個實施例中說明的，第一組40噴嘴24包括與燃燒器10的軸向中 心線46對齊的單一噴嘴24，并且第二組42噴嘴24包括四個或更多個噴嘴24，其與第一組 40噴嘴24相鄰并且圓周地圍繞第一組40噴嘴24。每個實施例包括用于衰減的裝置和第 二組42噴嘴24之間的間隙48。間隙48的寬度選定成允許每個噴嘴24在熱膨脹和收縮期 間獨立于相鄰噴嘴24移動，同時還允許使第二組42噴嘴24中的噴嘴24振動以接觸用于 衰減的裝置。例如，間隙48的寬度可為大約O. 001到O. 020英寸，但是間隙48的特定寬度 不限制本發(fā)明，除非在權利要求中特別說明。
如圖6和圖7所示，用于使振動衰減的裝置包括衰減部件50，其附接于并且圓周 地圍繞第一組40噴嘴24。雖然示出為完全圍繞第一組40噴嘴24的連續(xù)結構，但是在具 體實施例中，衰減部件50可包括多個區(qū)段，其繞著第一組40噴嘴24的可接觸第二組42噴 嘴24中的相鄰噴嘴24的部分圓周地配置。當?shù)谝唤M40和/或第二組42中的噴嘴24振 動時，與振動相關的移動導致衰減部件50和相鄰噴嘴24之間的接觸以消除或減小每個噴 嘴24中的振動。如圖6和圖7所示，衰減部件50的形狀可基本上匹配第二組42噴嘴24 中的噴嘴24的相鄰輪廓，以便衰減部件50與第二組42噴嘴24基本上相切。該具體幾何 形狀增大衰減部件50和第二組42噴嘴24之間的接觸點的表面面積以增強衰減部件50的 衰減效果。
如圖8和圖9所示，用于使振動衰減的裝置包括衰減部件50，其附接于并且圓周地 圍繞第一組40噴嘴24和第二組42噴嘴24 二者中的每個噴嘴24。雖然示出為完全圍繞每 個噴嘴24的連續(xù)結構，但是在具體實施例中，每個衰減部件50可包括多個區(qū)段，其繞著噴 嘴24的可接觸相鄰噴嘴24的部分圓周地配置。當?shù)谝唤M40噴嘴24和/或第二組42噴 嘴24中的噴嘴24振動時，與振動相關的移動導致衰減部件50和相鄰噴嘴24之間的接觸 以消除或減小每個噴嘴24中的振動。如圖8和圖9所示，每個衰減部件50可包括基本上 平坦的表面52，其增大相鄰衰減部件50之間的接觸點的表面面積以增強衰減部件50的衰 減效果。
在圖9中示出的具體實施例中，繞著第二組42噴嘴24的每個衰減部件50進一步 包括突片、延伸部或第二衰減部件54，其朝向第二組42噴嘴24中的相鄰噴嘴24延伸。以 該方式，附接于第二組42噴嘴24的第二衰減部件54可影響第二組42噴嘴24中的相鄰噴 嘴24，以使第二組42噴嘴24中的相鄰噴嘴24之間的振動衰減。
因此，先前關于圖1至9描述的實施例可提供用于使燃燒器噴嘴24振動衰減的方 法。該方法大體包括使工作流體流動穿過第一組40噴嘴24，其中，第一組40噴嘴24包括 衰減部件50，其附接于并且圓周地圍繞第一組40噴嘴24的至少一部分。該方法進一步包 括使工作流體流動穿過第二組42噴嘴24，其中，第二組42噴嘴24與第一組40噴嘴24相 鄰并且與其隔開。另外，該方法包括使第二組42噴嘴24中的至少一個噴嘴24與第一組40噴嘴24中的至少一個噴嘴24上的衰減部件50接觸。在具體實施例中，該方法可進一步包 括使第二組噴嘴中的至少一個噴嘴與衰減部件50接觸，衰減部件50附接于并且圓周地圍 繞第二組42噴嘴24的至少一部分。
該書面描述使用實例以公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領域技術人員能 夠實踐本發(fā)明，包括制備和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何合并的方法。本發(fā)明的專利 權范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員所想到的其他實例。如果其他實例包 括與權利要求的字面語言并無不同的結構元件或者如果其他實例包括與權利要求的字面 語言并無實質差別的等效結構元件，則這些其他實例意圖在權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種用于使燃燒器噴嘴(24)振動衰減的系統(tǒng)，其包括 端蓋(14)，其橫跨所述燃燒器(10)的至少一部分徑向地延伸； 燃燒室(26)，其位于所述端蓋(14)下游； 第一組噴嘴(40)，其在所述端蓋(14)和所述燃燒室(26)之間軸向地延伸； 第二組噴嘴(42)，其在所述端蓋(14)和所述燃燒室(26)之間軸向地延伸，其中，所述第二組噴嘴(42)與所述第一組噴嘴(40)相鄰； 用于使所述第一組噴嘴(40)和所述第二組噴嘴(42)之間的振動衰減的裝置；和 間隙(48)，其位于用于使振動衰減的所述裝置和所述第二組噴嘴(42)之間。
2.如任何前述權利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一組噴嘴(40)或所述第二組噴嘴(42)的至少一部分固定地附接于所述端蓋(14)。
3.如任何前述權利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一組噴嘴(40)具有與所述第二組噴嘴(42)不同的固有頻率。
4.如任何前述權利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于使所述第一組噴嘴(40)和所述第二組噴嘴(42)之間的振動衰減的所述裝置與所述第二組噴嘴(42)基本上相切。
5.如任何前述權利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一組噴嘴(40)或所述第二組噴嘴(42)中的至少ー個噴嘴(24)包括多個預混器管(44)。
6.如任何前述權利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一組噴嘴(40)或所述第二組噴嘴(42)中的至少ー個噴嘴(24)包括中心體(32)、圍繞所述中心體(32)的至少一部分的護罩(34)和位于所述中心體(32)和所述護罩(34)之間的環(huán)形通路(36)。
7.如任何前述權利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二組噴嘴(42)圓周地圍繞所述第一組噴嘴(40)。
8.如任何前述權利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二組噴嘴(42)包括多個噴嘴(24)，并且進一歩包括用于使所述第二組噴嘴(42)中的所述多個噴嘴(24)之間的振動衰減的裝置。
9.一種用于使燃燒器噴嘴(24)振動衰減的方法，其包括 使工作流體流動穿過第一組噴嘴(40)，其中，所述第一組噴嘴(40)包括第一衰減部件(50)，其附接于并且圓周地圍繞所述第一組噴嘴(40)的至少一部分； 使所述工作流體流動穿過第二組噴嘴(42)，其中，所述第二組噴嘴(42)與所述第一組噴嘴(40)相鄰并且與其隔開；和 使所述第二組噴嘴(42)中的至少ー個噴嘴(24)與所述第一組噴嘴(40)中的至少ー個噴嘴(24)上的第一衰減部件(50)接觸。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在干，進ー步包括使所述第二組噴嘴(42)中的所述至少一個噴嘴(24)與所述第一組噴嘴(40)中的所述至少一個噴嘴(24)上的所述第一衰減部件(50)接觸，其中，所述第二組噴嘴(42)包括第二衰減部件(54)，其附接于并且圓周地圍繞所述第二組噴嘴(42)的至少一部分。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在干，進ー步包括使所述第二組噴嘴(42)中的至少ー個噴嘴(24)與所述第二衰減部件(54)接觸。
12.如權利要求9至11中的任一項所述的方法，其特征在干，進ー步包括在所述第一組噴嘴(40)中產(chǎn)生與所述第二組噴嘴(42)不同的固有頻率。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使燃燒器噴嘴振動衰減的系統(tǒng)和方法。用于使燃燒器噴嘴振動衰減的系統(tǒng)包括端蓋和位于端蓋下游的燃燒室。第一組噴嘴和第二組噴嘴在端蓋和燃燒室之間軸向地延伸。第二組噴嘴與第一組噴嘴相鄰。該系統(tǒng)包括用于使噴嘴之間的振動衰減的裝置，其中，間隙位于用于使振動衰減的裝置和第二組噴嘴之間。用于使燃燒器噴嘴振動衰減的方法包括使工作流體流動穿過第一組噴嘴和第二組噴嘴，其中，第一組噴嘴包括衰減部件，其附接于并且圓周地圍繞第一組噴嘴的至少一部分；和使第二組噴嘴中的至少一個噴嘴與第一組噴嘴中的至少一個噴嘴上的衰減部件接觸。
文檔編號F23D11/38GK102997236SQ20121032901
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權日2011年9月9日
發(fā)明者K.C.貝索姆, B.J.巴丁 申請人:通用電氣公司