专利名称：用于使燃烧器喷嘴振动衰减的系统和方法
用于使燃烧器喷嘴振动衰减的系统和方法技术领域
本发明大体涉及用于使燃烧器喷嘴振动衰减的系统和方法。
背景技术：
燃烧器通常使用在工业和发电操作中以点燃燃料以产生具有高温和高压的燃烧 气体。例如，燃气涡轮典型地包括一个或更多个燃烧器以产生功率或推力。用于产生电力的 典型燃气涡轮包括位于前面的轴向压缩机、在中部附近的一个或更多个燃烧器和位于后面 的涡轮。环境空气可供应到压缩机，并且压缩机中的转动叶片和静止静叶将动能逐渐地给 予工作流体(空气)以在高供能状态下产生压缩工作流体。压缩工作流体离开压缩机，并 且流动穿过一个或更多个喷嘴进入每个燃烧器中的燃烧室，其中，压缩工作流体与燃料混 合并且点燃以产生具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体在涡轮中膨胀以产生功。例如， 燃烧气体在涡轮中的膨胀可使连接于发电机的轴旋转以产生电。
许多燃烧器构件经受高振动环境，其可导致增加的磨损、破裂、过早故障、压力振 荡、流动振荡或其他不合需要的效果。例如，燃烧器喷嘴经常附接于一个端部处的端盖，并 且朝向另一个端部处的燃烧室延伸。基本激励、工作流体或燃料扰动或任何其他源可在喷 嘴中产生固有频率或其他受激振动频率，其使喷嘴振动。振动反过来可导致燃烧器和/或 下游构件中的有害磨损、疲劳破裂、紧张性(tone)或其他不合需要的效果。允许热增长和 制造公差的在喷嘴和支撑结构之间的设计空隙使得难以使振动衰减。因此，用于使燃烧器 喷嘴振动衰减的改进系统和方法将是有用的。发明内容
本发明的方面和优点在下面在下列描述中提出，或可从描述是显而易见的，或可 通过本发明的实践学习。
本发明的一个实施例是用于使燃烧器喷嘴振动衰减的系统。该系统包括横跨燃烧 器的至少一部分径向地延伸的端盖和位于端盖下游的燃烧室。第一组喷嘴在端盖和燃烧室 之间轴向地延伸，并且第二组喷嘴在端盖和燃烧室之间轴向地延伸，其中，第二组喷嘴与第 一组喷嘴相邻。系统包括用于使第一组喷嘴和第二组喷嘴之间的振动衰减的装置，其中，间 隙位于用于使振动衰减的装置和第二组喷嘴之间。
本发明的另一个实施例是用于使燃烧器喷嘴振动衰减的系统，其包括端盖，其横 跨燃烧器的至少一部分径向地延伸；燃烧室，其位于端盖下游；第一组喷嘴，其在端盖和燃 烧室之间轴向地延伸；和第二组喷嘴，其在端盖和燃烧室之间轴向地延伸，其中，第二组喷 嘴与第一组喷嘴相邻。第一衰减部件附接于并且圆周地围绕第一组喷嘴的至少一部分，其 中，第一衰减部件使第一组喷嘴和第二组喷嘴之间的振动衰减，并且间隙位于第一衰减部 件和第二组喷嘴之间。
本发明还可包括用于使燃烧器喷嘴振动衰减的方法，其包括使工作流体流动穿过 第一组喷嘴，其中，第一组喷嘴包括第一衰减部件，其附接于并且圆周地围绕第一组喷嘴的至少一部分。该方法还包括使工作流体流过第二组喷嘴，其中，第二组喷嘴与第一组喷嘴 相邻并且与其隔开；和使第二组喷嘴中的至少一个喷嘴与第一组喷嘴中的至少一个喷嘴上 的第一衰减部件接触。
本领域技术人员将在审阅说明书之后更好地理解这些实施例的特征和方面以及 其他的特征和方面。
本发明的全面且能够实现的公开(包括对本领域技术人员而言的其最佳模式)更 具体地提出在说明书的剩余部分(包括参考附图)中，其中图1是根据本发明的实施例的示范燃烧器的简化截面图；图2是沿线A-A截取的图1中示出的端帽的实施例的下游平面图；图3是沿线A-A截取的图1中示出的端帽的可选实施例的下游平面图；图4是沿线A-A截取的图1中示出的端帽的可选实施例的下游平面图；图5是根据本发明的第一实施例的图1中示出的端盖和喷嘴的局部透视图；图6是根据本发明的实施例的沿线B-B截取的图1中示出的端帽的上游平面图；图7是根据本发明的可选实施例的沿线B-B截取的图1中示出的端帽的上游平面图； 图8是根据本发明的可选实施例的沿线B-B截取的图1中示出的端帽的上游平面图；和图9是根据本发明的可选实施例的沿线B-B截取的图1中示出的端帽的上游平面图。
现在将详细地参考本发明的实施例，在附图中示出本发明的一个或更多个实例。 详细的描述使用数字标记和字母标记以指示附图中的特征。附图和描述中的同样或相似的 标记用于指示本发明的同样或相似的部件。
每个实例经由本发明的解释提供，不限制本发明。事实上，对本领域技术人员而言 显而易见的是，在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明作出修改和变化。例 如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可使用在另一个实施例上以产生又一个实施 例。因此，意图是，本发明涵盖在所附权利要求和它们的等同的范围内的这些修改和变化。
本发明的各种实施例包括用于使燃烧器喷嘴振动衰减的系统和方法。在具体实施 例中，多个喷嘴可配置成第一组和第二组，其中，每组包括一个或更多个喷嘴。如在本文中 使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以可互换地用于区别一个构件和另一个构件，并 且不意图表示单个构件的位置或重要性。第一组喷嘴或第二组喷嘴中的至少一个可包括减 振器、冲击表面、接触片、衰减部件或其他装置，用于使第一组喷嘴和第二组喷嘴之间的振 动衰减。当第一组喷嘴或第二组喷嘴中的一个或多个喷嘴振动时，与衰减器、冲击表面、接 触片、衰减部件或其他装置的接触干扰振动的频率，从而使第一组喷嘴和第二组喷嘴之间 的振动有效地衰减。虽然本发明的示范实施例将在并入到燃气涡轮中的燃烧器的背景下被 大体描述，用于说明的目的，但是本领域技术人员将容易理解，本发明的实施例可应用于任 何燃烧器并且不受限于燃气涡轮燃烧器，除非在权利要求中特别说明。
图1示出了根据本发明的各种实施例的诸如将包括在燃气涡轮中的示范燃烧器 10的简化截面图。壳体12可围绕燃烧器10，并且端盖14可横跨燃烧器10的至少一部分 径向地延伸，以便壳体12和端盖14组合以容纳流到燃烧器10的工作流体。工作流体可例 如经过冲击套筒18中的流动孔16以沿着过渡件20和衬套22的外部流动，以向过渡件20 和衬套22提供对流冷却。当工作流体到达端盖14时，工作流体反转方向以流动穿过多个 喷嘴24进入下游燃烧室26。如在本文中使用的，术语“上游”和“下游”指示构件在流体路 径中的相对位置。例如，如果流体从构件A流到构件B，则构件A位于构件B上游。相反地， 如果构件B从构件A接收流体流，则构件B位于构件A下游。
喷嘴24在端盖14和燃烧室26之间大体轴向地延伸。如图1所示，每个喷嘴24 可包括固定地附接于端盖14的燃料导管28。燃料导管28可为燃料和/或其他添加剂提供 流体连通，以流动穿过端盖14和喷嘴24并且进入燃烧室26。可选地或另外地，喷嘴24可 固定地附接于轴向地位于端盖14和燃烧室26之间的端帽30，并且燃料和/或其他添加剂 可通过圆周地围绕燃烧器10的燃料导管供应到喷嘴24。
燃烧器10的各种实施例可包括不同类型、形状和配置的喷嘴24，其横跨端帽30分 开或分组成各种组，并且图2至4提供沿线A-A截取的图1中示出的端帽30的各种实施例 的下游平面图。在图2中示出的实施例中，例如，每个喷嘴24可包括中心体32、围绕中心体32的至少一部分的护罩34和位于中心体32和护罩34之间的环形通路36。环形通路36 为工作流体提供流体连通以流动穿过端帽30并且进入燃烧室26。另外，中心体32从燃料 导管28接收燃料，并且为燃料提供流体连通以流动穿过环形通路36并且进入燃烧室26。 每个喷嘴24可进一步包括多个旋流静叶(swirler vane) 38以将旋润给予流动穿过环形通 路34的工作流体和燃料。如图2所示，喷嘴24可分开或分组成具有单一喷嘴24的第一组 40，其中，第二组42具有四个喷嘴24，与第一组40喷嘴24相邻并且圆周地围绕第一组40 喷嘴24。
可选地，如在图3中示出的实施例中说明的，每个喷嘴24可包括多个预混器管44， 其从燃料导管28接收燃料，并且为工作流体和/或燃料提供流体连通以流动穿过端帽30 并且进入燃烧室26。如图3所示，具有六个喷嘴24的第二组40喷嘴24可再次圆周地围绕 具有单一喷嘴24的第一组42喷嘴24。
图4中不出的具体实施例表不关于图2和图3描述和说明的实施例的混合组合。 特别地，第一组40喷嘴24中的单一喷嘴24与图2中示出和描述的喷嘴24设计大致一致， 并且第二组42喷嘴24中的饼(pie)型喷嘴24与图3中示出和描述的喷嘴24设计大致一 致。本领域技术人员将容易理解，图2至4提供各种类型、形状和数量的喷嘴24的示范配 置，并且本发明的实施例不受限于任何具体喷嘴类型、形状或配置，除非在权利要求中特别 说明。
图5提供根据本发明的实施例的图1中示出的端盖14和喷嘴24的局部立体图。 在该具体实施例中，第一组40喷嘴24包括与燃烧器10的轴向中心线46对齐的单一喷嘴 24，并且第二组42喷嘴24包括四个喷嘴24，其与第一组40喷嘴24相邻并且圆周地围绕第 一组40喷嘴24，如在图2中示出的实施例中。第一组40喷嘴24和第二组42喷嘴24的至 少一部分，特别是该实施例中的燃料导管28，可固定地附接于端盖14。第一组40喷嘴24 和第二组42喷嘴24具有固有或共振频率，其由与每个喷嘴24相关的各种设计参数和/或 操作条件的组合产生。例如，每个喷嘴24的特定材料、刚度、质量、长度、直径、几何形状和 流速是影响每个喷嘴24中的固有或共振频率的设计参数和操作条件的非限制性实例。在 具体实施例中，设计参数和/或操作条件可特别地选定或调节以确保第一组40喷嘴24具 有与第二组42喷嘴24的固有频率不同的固有频率，以避免产生可增大喷嘴24中的振动的 谐波频率。
如图5所示，喷嘴24中的一个或更多个包括用于使第一组40喷嘴24和第二组42 喷嘴24之间的振动衰减的装置。用于使第一组40喷嘴24和第二组42喷嘴24之间的振 动衰减的结构可包括衰减器、接触片、冲击表面、衰减部件或相似装置，其附接于第一组40 喷嘴24和/或第二组42喷嘴24中的一个或更多个喷嘴24，并且能够连续地暴露于燃烧器 10中的温度、压力和流动条件。例如，该结构可包括低或高合金钢。例如，该结构可包括已 知为T800的硬化材料，其包括(按重量计)27到30%的钥、16. 5到18. 5%的铬、3到3. 8% 的硅、小于1. 5%的铁、小于1. 5%的镍、小于O. 15%的氧、小于O. 08%的碳、小于O. 03%的磷、 小于O. 03%的硫和剩余的钴。用于使第一组40喷嘴24和第二组42喷嘴24之间的振动衰 减的另一种适当材料可包括已知为WC17CO的组合物，其包括碳化钨17和钴。另一种适当 组合物可为钨铬钴合金(Stellite) 6，其包括(按重量计)27到32%的铬、4到6%的钨、O. 9 到1. 4%的碳、3%的镍、3%的铁、1. 6%的硅和剩余的钴。又一种适当组合物已知为CM64，其包括(按重量计)26到30%的铬、4到6%的镍、小于O. 5%的钥、18到21%的钨+钥、O. 75到1. 25%的钒、O. 005到O. 1%的硼、O. 7到1%的碳、小于3%的铁、小于1%的锰、小于1%的铋和剩余的钴。
用于使第一组40喷嘴24和第二组42喷嘴24之间的振动衰减的装置可附接于具 有各种几何形状的、第一组40喷嘴24和/或第二组42喷嘴24中的一个或更多个喷嘴24， 并且图6至9提供沿线B-B截取的图1中示出的端帽30的可选实施例的示范上游平面图。 如在图6至9中示出的每个实施例中说明的，第一组40喷嘴24包括与燃烧器10的轴向中 心线46对齐的单一喷嘴24，并且第二组42喷嘴24包括四个或更多个喷嘴24，其与第一组 40喷嘴24相邻并且圆周地围绕第一组40喷嘴24。每个实施例包括用于衰减的装置和第 二组42喷嘴24之间的间隙48。间隙48的宽度选定成允许每个喷嘴24在热膨胀和收缩期 间独立于相邻喷嘴24移动，同时还允许使第二组42喷嘴24中的喷嘴24振动以接触用于 衰减的装置。例如，间隙48的宽度可为大约O. 001到O. 020英寸，但是间隙48的特定宽度 不限制本发明，除非在权利要求中特别说明。
如图6和图7所示，用于使振动衰减的装置包括衰减部件50，其附接于并且圆周 地围绕第一组40喷嘴24。虽然示出为完全围绕第一组40喷嘴24的连续结构，但是在具 体实施例中，衰减部件50可包括多个区段，其绕着第一组40喷嘴24的可接触第二组42喷 嘴24中的相邻喷嘴24的部分圆周地配置。当第一组40和/或第二组42中的喷嘴24振 动时，与振动相关的移动导致衰减部件50和相邻喷嘴24之间的接触以消除或减小每个喷 嘴24中的振动。如图6和图7所示，衰减部件50的形状可基本上匹配第二组42喷嘴24 中的喷嘴24的相邻轮廓，以便衰减部件50与第二组42喷嘴24基本上相切。该具体几何 形状增大衰减部件50和第二组42喷嘴24之间的接触点的表面面积以增强衰减部件50的 衰减效果。
如图8和图9所示，用于使振动衰减的装置包括衰减部件50，其附接于并且圆周地 围绕第一组40喷嘴24和第二组42喷嘴24 二者中的每个喷嘴24。虽然示出为完全围绕每 个喷嘴24的连续结构，但是在具体实施例中，每个衰减部件50可包括多个区段，其绕着喷 嘴24的可接触相邻喷嘴24的部分圆周地配置。当第一组40喷嘴24和/或第二组42喷 嘴24中的喷嘴24振动时，与振动相关的移动导致衰减部件50和相邻喷嘴24之间的接触 以消除或减小每个喷嘴24中的振动。如图8和图9所示，每个衰减部件50可包括基本上 平坦的表面52，其增大相邻衰减部件50之间的接触点的表面面积以增强衰减部件50的衰 减效果。
在图9中示出的具体实施例中，绕着第二组42喷嘴24的每个衰减部件50进一步 包括突片、延伸部或第二衰减部件54，其朝向第二组42喷嘴24中的相邻喷嘴24延伸。以 该方式，附接于第二组42喷嘴24的第二衰减部件54可影响第二组42喷嘴24中的相邻喷 嘴24，以使第二组42喷嘴24中的相邻喷嘴24之间的振动衰减。
因此，先前关于图1至9描述的实施例可提供用于使燃烧器喷嘴24振动衰减的方 法。该方法大体包括使工作流体流动穿过第一组40喷嘴24，其中，第一组40喷嘴24包括 衰减部件50，其附接于并且圆周地围绕第一组40喷嘴24的至少一部分。该方法进一步包 括使工作流体流动穿过第二组42喷嘴24，其中，第二组42喷嘴24与第一组40喷嘴24相 邻并且与其隔开。另外，该方法包括使第二组42喷嘴24中的至少一个喷嘴24与第一组40喷嘴24中的至少一个喷嘴24上的衰减部件50接触。在具体实施例中，该方法可进一步包 括使第二组喷嘴中的至少一个喷嘴与衰减部件50接触，衰减部件50附接于并且圆周地围 绕第二组42喷嘴24的至少一部分。
该书面描述使用实例以公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能 够实践本发明，包括制备和使用任何装置或系统并且执行任何合并的方法。本发明的专利 权范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其他实例。如果其他实例包 括与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果其他实例包括与权利要求的字面 语言并无实质差别的等效结构元件，则这些其他实例意图在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种用于使燃烧器喷嘴(24)振动衰减的系统，其包括 端盖(14)，其横跨所述燃烧器(10)的至少一部分径向地延伸； 燃烧室(26)，其位于所述端盖(14)下游； 第一组喷嘴(40)，其在所述端盖(14)和所述燃烧室(26)之间轴向地延伸； 第二组喷嘴(42)，其在所述端盖(14)和所述燃烧室(26)之间轴向地延伸，其中，所述第二组喷嘴(42)与所述第一组喷嘴(40)相邻； 用于使所述第一组喷嘴(40)和所述第二组喷嘴(42)之间的振动衰减的装置；和 间隙(48)，其位于用于使振动衰减的所述装置和所述第二组喷嘴(42)之间。
2.如任何前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述第一组喷嘴(40)或所述第二组喷嘴(42)的至少一部分固定地附接于所述端盖(14)。
3.如任何前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述第一组喷嘴(40)具有与所述第二组喷嘴(42)不同的固有频率。
4.如任何前述权利要求所述的系统，其特征在于，用于使所述第一组喷嘴(40)和所述第二组喷嘴(42)之间的振动衰减的所述装置与所述第二组喷嘴(42)基本上相切。
5.如任何前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述第一组喷嘴(40)或所述第二组喷嘴(42)中的至少ー个喷嘴(24)包括多个预混器管(44)。
6.如任何前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述第一组喷嘴(40)或所述第二组喷嘴(42)中的至少ー个喷嘴(24)包括中心体(32)、围绕所述中心体(32)的至少一部分的护罩(34)和位于所述中心体(32)和所述护罩(34)之间的环形通路(36)。
7.如任何前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述第二组喷嘴(42)圆周地围绕所述第一组喷嘴(40)。
8.如任何前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述第二组喷嘴(42)包括多个喷嘴(24)，并且进一歩包括用于使所述第二组喷嘴(42)中的所述多个喷嘴(24)之间的振动衰减的装置。
9.一种用于使燃烧器喷嘴(24)振动衰减的方法，其包括 使工作流体流动穿过第一组喷嘴(40)，其中，所述第一组喷嘴(40)包括第一衰减部件(50)，其附接于并且圆周地围绕所述第一组喷嘴(40)的至少一部分； 使所述工作流体流动穿过第二组喷嘴(42)，其中，所述第二组喷嘴(42)与所述第一组喷嘴(40)相邻并且与其隔开；和 使所述第二组喷嘴(42)中的至少ー个喷嘴(24)与所述第一组喷嘴(40)中的至少ー个喷嘴(24)上的第一衰减部件(50)接触。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在干，进ー步包括使所述第二组喷嘴(42)中的所述至少一个喷嘴(24)与所述第一组喷嘴(40)中的所述至少一个喷嘴(24)上的所述第一衰减部件(50)接触，其中，所述第二组喷嘴(42)包括第二衰减部件(54)，其附接于并且圆周地围绕所述第二组喷嘴(42)的至少一部分。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在干，进ー步包括使所述第二组喷嘴(42)中的至少ー个喷嘴(24)与所述第二衰减部件(54)接触。
12.如权利要求9至11中的任一项所述的方法，其特征在干，进ー步包括在所述第一组喷嘴(40)中产生与所述第二组喷嘴(42)不同的固有频率。
全文摘要
本发明涉及用于使燃烧器喷嘴振动衰减的系统和方法。用于使燃烧器喷嘴振动衰减的系统包括端盖和位于端盖下游的燃烧室。第一组喷嘴和第二组喷嘴在端盖和燃烧室之间轴向地延伸。第二组喷嘴与第一组喷嘴相邻。该系统包括用于使喷嘴之间的振动衰减的装置，其中，间隙位于用于使振动衰减的装置和第二组喷嘴之间。用于使燃烧器喷嘴振动衰减的方法包括使工作流体流动穿过第一组喷嘴和第二组喷嘴，其中，第一组喷嘴包括衰减部件，其附接于并且圆周地围绕第一组喷嘴的至少一部分；和使第二组喷嘴中的至少一个喷嘴与第一组喷嘴中的至少一个喷嘴上的衰减部件接触。
文档编号F23D11/38GK102997236SQ20121032901
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月7日 优先权日2011年9月9日
发明者K.C.贝索姆, B.J.巴丁 申请人:通用电气公司