用于燃氣渦輪發(fā)動機中的聲衰減及衰減、冷卻和排放的操作控制的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于一系列聲學頻率的聲衰減，以及用于優(yōu)化燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒段中的聲衰減、冷卻和排放控制的操作控制的裝置。
【背景技術】
[0002]燃氣渦輪發(fā)動機通常使用來自壓縮機的一部分空氣以用于冷卻以及排放控制。燃燒氣體溫度可達到或超出用于在工作氣體流道的結構的限制。因此，可以實施與燃燒氣體相鄰的表面(“熱表面”)的冷卻。薄膜/擴散冷卻孔被設置通過內(nèi)襯工作氣體流道的導流結構的壁，使得壓縮空氣的一部分繞過燃燒器入口并且流過這些壁。該方法被用在這種結構上作為燃燒室襯墊、過渡導管、過渡出口部件以及其他部件?？滋峁┝诉@些部件的薄膜冷卻以及擴散冷卻。
[0003]在常規(guī)的燃氣渦輪發(fā)動機中，過渡導管引導燃燒氣體的流體以大約0.1至0.3馬赫在每個燃燒器與第一排渦輪葉片之間行進。在集氣空間中圍繞該導管的壓縮空氣具有比過渡導管以內(nèi)的燃燒氣體更高的靜態(tài)壓力。這驅(qū)動壓縮空氣從集氣空間通過導管壁中的冷卻孔。用于環(huán)形燃氣渦輪發(fā)動機的新興技術提供了沿著主要是切向部分是軸向的流道、以適當?shù)乃俣群投ㄏ驅(qū)⑷細鈴娜紵饕龑У降谝慌艤u輪葉片以驅(qū)動第一排旋轉葉片而不是中間排的靜止導葉的過渡導管結構。這種過渡導管的組件在2010年5月25日發(fā)布的Bancalari等人的美國專利號7，721，547中公開，通過引用將其整體并入本文。
[0004]在新興技術中，過渡導管將0.3馬赫之上的燃燒氣體加速到大約0.8馬赫。該增加的速度提供了較新的過渡導管設計中靜態(tài)壓力的降低，所以在集氣空間中的壓縮空氣與導管中的燃燒氣體之間存在更大的壓力差。該壓力差可以提供比用于薄膜冷卻所需更多的空氣。它是如此之大，使得薄膜冷卻可能過沖并且從導管的熱內(nèi)表面分開，這降低了冷卻效果，除非冷卻孔被保持比現(xiàn)有設計更小并且比理想情況更小。更小的孔會更快地堵塞顆粒。
[0005]聲衰減諧振器已經(jīng)在燃氣渦輪發(fā)動機中使用以衰減在操作期間的振動。它們可被稱為亥姆霍茲(Helmholtz)諧振器或高頻動態(tài)(HFD)阻尼諧振器。在美國專利6，530，221中公開了各種示例。每個諧振器包括被焊接到內(nèi)襯工作氣體流道的壁的外殼的室。它們被用在諸如燃燒室襯墊以及過渡導管之類的結構上。諧振器外殼可以具有容許冷卻空氣清洗諧振器室的孔。這防止污染從工作氣體進入該室，并且冷卻諧振器壁以及流道壁。冷卻空氣穿過諧振器壁，沖擊在流道壁上，并隨后穿過流道壁中的擴散/薄膜冷卻孔以在流道壁的熱內(nèi)表面上形成冷卻薄膜。這些薄膜冷卻孔也用作由工作氣流供能的亥姆霍茲諧振端口。
[0006]諧振器的體積是其諧振頻率的主要決定因素?？臻g限制可以限制衰減諧振器的大小，因而限制它們僅衰減諸如1000Hz之上的高頻。但不想要的50-1000HZ之間的中間頻率在一些條件下在燃氣渦輪發(fā)動機中被生成。衰減諧振器通常在高熱量釋放的區(qū)域處最為需要。這將它們的外殼附接焊接點經(jīng)由通過流道壁的熱傳導暴露到高溫，其可以是設計的限制因素。
【附圖說明】
[0007]本發(fā)明根據(jù)附圖在以下描述中進行解釋，該幅圖示出了:
[0008]圖1是現(xiàn)有技術的在其新興技術中被稱為過渡管道和出口部件的燃燒氣體導流結構的組件的前視圖。
[0009]圖2是圖1的新興技術中的導流結構中的一個導流結構的現(xiàn)有技術的出口部件的后透視細節(jié)圖。
[0010]圖3是現(xiàn)有技術的具有在其外部表面上的聲衰減諧振器的圓形陣列的燃燒室襯墊的后截面圖。
[0011 ]圖4是在圖3的線4-4上獲得的衰減諧振器的側截面圖。
[0012]圖5是示出了本發(fā)明的實施例的各個方面的具有不同室體積的兩個衰減諧振器的側截面圖。
[0013]圖6是更大的衰減諧振器實施例的側截面圖。
[0014]圖7是具有不延伸到蓋板的中間加強肋部的更大的衰減諧振器實施例的側截面圖。
[0015]圖8是分成三組由三個空氣流入節(jié)流閥控制的、具有四個各自不同的室體積的衰減諧振器的四個集合的示意圖。
[0016]圖9是用于大小被設置為衰減在大約700Hz處的頻率或頻率帶的諧振器的頻率/空氣流響應表。
[0017]圖10是用于大小被設置為衰減在大約IlOOHz處的頻率或頻率帶的諧振器的頻率/
空氣流響應表。
【具體實施方式】
[0018]圖1示出了具有多個導流結構12的組件10。每個導流結構12可以包括錐體14和相關聯(lián)的出口部件16。每個錐體14從相應的燃燒器(未示出)接收燃燒氣體18，并且開始加速燃燒氣體18至適用于遞送到第一排渦輪葉片(未示出)上的速度。燃燒氣體18的加速基于伯努利原理和文丘里效應，由加速幾何結構20使用流體橫截面限制完成。在所示的示例中，這被體現(xiàn)為錐形導管14，其具有主要是切向并且相對于渦輪軸線26部分是軸向定向的中心線25。錐體14可以在接合部鄰接出口部件16。相鄰的出口部件在接合部24處彼此鄰接。出口部件形成緊接著第一排渦輪葉片(未示出)的上游的環(huán)形室。燃燒氣體18進入每個錐體14并且沿著錐體14以內(nèi)的流道行進。加速幾何結構20加速燃燒氣體18至大于0.3馬赫，并且特別是至0.3-0.8馬赫之間，如適用于直接遞送到第一排渦輪葉片上。當進入出口部件16時，燃燒氣體可以繼續(xù)加速到最終速度并且可以從圓形橫截面變形為非圓形橫截面。燃燒氣體隨后進入由多個出口部件形成的環(huán)形室，并且在到達第一排渦輪葉片之前的短時間形成繞渦輪縱向軸26的螺旋流體。其他實施例可以改變導流結構12和加速幾何結構20的具體形狀，并且這些各種配置均被認為在本公開的范圍以內(nèi)。
[0019]圖2示出了在圖1的導流結構12的出口部件16的外部表面上的肋部30的柵格。肋部結構上加強了出口部件，從而支撐由加速幾何結構20(圖1)產(chǎn)生的壓力差。袋部32被定義在出口部件16的外部表面上的肋部之間。這些肋部和袋部可以存在于燃燒器、錐體14、出口部件16或所需的任何位置上。
[0020]圖3是現(xiàn)有技術的可以是繞軸線36的圓柱體的圍繞燃燒室34的燃燒室襯墊28的截面圖。該示圖取自向相對于燃燒氣流18的上游看去、通過聲衰減諧振器33的圓形陣列而垂直于軸線36的截面平面。每個諧振器33具有頂壁38和底壁42和在頂壁與底壁之間的側壁45，該頂壁32具有冷卻劑入口孔40，該底壁36具有用于使冷卻劑從諧振室48離開的孔44。底壁42由約束工作氣流18的燃燒器襯墊28形成，該燃燒氣流18通常軸向流動，盡管在此為了清楚起見示出的是處于漩渦。冷卻出口孔42可以用于三個功能。I)作為為室48中的諧振功能的亥姆霍茲諧振端口； 2)作為冷卻劑出口；以及3)用于襯墊28的滲出/氣膜冷卻?？諝饧瘹馐?7接受來自渦輪壓縮器(未示出)的壓縮空氣。該空氣50中的一些進入每個諧振器的頂壁38中的冷卻劑入口孔40，隨后退出52到燃燒室34中，提供襯墊28的內(nèi)表面的滲出/氣膜冷卻。
[0021]圖4是沿著圖3的線4-4獲得的諧振器33的側截面圖。當工作氣體18流過襯墊28中的孔44時聲學振動發(fā)生在每個室48中。這些振動由諸如亥姆霍茲諧振之類的流體動力學機構激發(fā)。這樣的諧振器已經(jīng)被用在現(xiàn)有技術中的燃燒室襯墊以及過渡部件上。然而，焊接點56、58可在操作期間達到熱極限，尤其是上游焊接點56，其不被離開諧振器的薄膜冷卻52所冷卻。這可