專利名稱：燃燒器和燃燒器嘯叫減輕方法
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)，且更具體地涉及一種燃燒器，其具有可變地定位在其中的噴嘴，從而對(duì)嘯叫(screech)以及其它類型的燃燒動(dòng)態(tài)變化提供減輕作用。
背景技術(shù)：
總的說來，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料-空氣混合物，以形成高溫燃燒氣流。高溫燃燒氣流通過熱氣道而被引導(dǎo)至渦輪。渦輪將來自高溫燃燒氣流的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而使渦輪軸旋轉(zhuǎn)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)可用于各種應(yīng)用，例如用于將功率提供給泵或發(fā)電機(jī)等。運(yùn)行效率通常隨著燃燒氣流的溫度的增加而增加。然而，較高的氣流溫度可能產(chǎn)生較高水平的氮氧化物(NOx)，一種受到美國(guó)聯(lián)邦和州政府規(guī)章并受到國(guó)外相似類型的規(guī)章限制的排放物。因而在有效的溫度范圍內(nèi)操作燃?xì)鉁u輪機(jī)同時(shí)確保NOx的輸出以及其它類型的排放物保持低于所要求的水平之間存在平衡。燃料-空氣混合物可在燃燒器中通過若干個(gè)小管束噴嘴進(jìn)行燃燒?？衫眠@些小管束噴嘴或其它類型的燃燒噴嘴以便減少排放物，并且還允許使用高反應(yīng)性類型的合成氣以及其它燃料。然而，在配備小管束噴嘴或其它類型的燃燒噴嘴的燃燒器中，高氫氣燃料燃燒可能激勵(lì)比大約千赫茲或以上更高的頻率以及縱向聲音模式。通過相鄰噴嘴之間的燃燒相互作用以及燃燒過程和幾何形狀的關(guān)聯(lián)而可能產(chǎn)生嘯叫以及其它類型的燃燒動(dòng)態(tài)變化。燃燒動(dòng)態(tài)變化甚至在低振幅下也可能造成機(jī)械疲勞，并且在較高的振幅下可能導(dǎo)致硬件損傷。因此對(duì)于避免或至少減輕復(fù)雜的燃燒動(dòng)態(tài)變化的改進(jìn)的燃燒器存在需求。此類燃燒器應(yīng)避免此類燃燒動(dòng)態(tài)變化，同時(shí)以最小的排放保持高效的運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)因而提供了一種用于與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的燃燒器。燃燒器可包括帽狀部件和貫穿帽狀部件的若干個(gè)燃料噴嘴。其中一個(gè)或更多燃料噴嘴可設(shè)于相對(duì)于帽狀部件非齊平的位置。本申請(qǐng)還提供了一種用于減輕燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒器中的燃燒動(dòng)態(tài)變化的方法。該方法可包括將若干個(gè)燃料噴嘴定位在燃燒器的帽狀部件中，改變?nèi)剂蠂娮煜鄬?duì)于帽狀部件的位置，以及操作燃燒器以確定由變化位置上的燃料噴嘴所產(chǎn)生的燃燒動(dòng)態(tài)變化的步驟。本申請(qǐng)還提供了一種用于與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的燃燒器。燃燒器可包括帽狀部件和貫穿帽狀部件的若干個(gè)燃料噴嘴。其中一個(gè)或更多燃料噴嘴可設(shè)于相對(duì)于帽狀部件凹陷的位置或突出的位置上。 本領(lǐng)域技術(shù)人員在查看以下結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求所做的詳細(xì)說明后將明晰本申請(qǐng)的這些以及其它特征和改進(jìn)之處。
圖1是可與本文所述的燃燒器一起使用的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。圖2是帶有若干個(gè)小管燃料噴嘴的燃燒器的側(cè)橫截面圖。圖3是圖2的燃燒器的前平面圖。圖4是本文所述的帶有帽狀部件的燃燒器的局部透視圖。圖5是圖4的帶有帽狀部件的燃燒器的另一局部透視圖。零部件列表100燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)110壓縮機(jī)120燃燒器130 渦輪135 負(fù)載140燃燒器管150 端蓋160帽狀部件170流動(dòng)路徑180燃燒器襯套190流套筒200冷卻流動(dòng)路徑210燃料噴嘴220 開口230 小管240燃料路徑250燃料氣室255燃燒區(qū)域260燃燒器270帽狀部件280燃料噴嘴300中心噴嘴310 第一噴嘴320 第二噴嘴330第三噴嘴340第四噴嘴350第五噴嘴360第六噴嘴
4
370凹陷位置380突起位置390齊平位置
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參看圖紙，其中相似的標(biāo)號(hào)表示貫穿若干視圖相似的元件，圖1顯示了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100的示意圖。如上所述，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可包括壓縮機(jī)110，以壓縮進(jìn)入的空氣流。壓縮機(jī)Iio將壓縮的空氣流輸送至燃燒器120。燃燒器120將壓縮的空氣流與壓縮的燃料流混合起來，并點(diǎn)燃混合物。雖然只顯示了單個(gè)燃燒器120，但是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可包括任何數(shù)量的燃燒器120。熱的燃燒氣體又被輸送至渦輪130。熱的燃燒氣體驅(qū)動(dòng)渦輪130，從而產(chǎn)生機(jī)械功。渦輪130中所產(chǎn)生的機(jī)械功驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)110和外部負(fù)載 135，例如發(fā)電機(jī)等。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可使用天然氣、各種類型的合成氣以及其它類型的燃料。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可以是由紐約州斯卡奈塔第市的通用電氣公司提供的9FBA重型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100可具有其它構(gòu)造，并且可使用其它類型的構(gòu)件。這里還可使用其它類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。在這里可一起使用多個(gè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)100、其它類型的渦輪機(jī)以及其它類型的發(fā)電設(shè)備。圖2和圖3顯示了燃燒器120的一個(gè)示例。燃燒器120可包括帽狀筒管140，該帽狀筒管140從定位在其第一端處的端蓋150延伸至其相對(duì)端處的帽狀部件160。帽狀部件160可與端蓋150隔開，從而為穿過帽狀筒管140和帽狀部件160的壓縮空氣流限定了內(nèi)部流動(dòng)路徑170。燃燒器120還可包括定位在帽狀筒管140上游的燃燒器襯套180和流套筒190。燃燒器襯套180和流套筒190可限定貫穿其中的與內(nèi)部流動(dòng)路徑170呈逆向流通的冷卻流動(dòng)路徑200。在帽狀部件160內(nèi)可定位若干個(gè)燃料噴嘴210。這里可使用任何數(shù)量的燃料噴嘴 210。燃料噴嘴210可附著地安裝在穿過帽狀部件160的若干個(gè)開口 220內(nèi)。在此示例中， 各個(gè)燃料噴嘴210可包括一束小管230。各個(gè)小管230可通過燃料路徑240和中心燃料氣室250而與燃料流相通。這里可使用任何數(shù)量的小管230。這里還可使用其它類型的噴嘴和噴嘴構(gòu)造。來自壓縮機(jī)110的空氣因而流過燃燒器襯套180和流套筒190之間的冷卻流動(dòng)路徑200，然后反向進(jìn)入帽狀筒管140?？諝馊缓罅鬟^限定在端蓋150和帽狀部件160之間的內(nèi)部流動(dòng)路徑170。空氣經(jīng)過各個(gè)燃料噴嘴210的小管230，從而與來自各個(gè)小管230的燃料流混合。然后在帽狀部件160下游的燃燒區(qū)域255中可點(diǎn)燃燃料流和空氣流。這里僅作為示例顯示了燃燒器120。這里可使用許多其它類型的燃燒器設(shè)計(jì)和燃燒方法。圖4和圖5顯示了可如本文所述的燃燒器沈0的部分。類似于上述燃燒器120， 燃燒器260包括帶有貫穿其中定位的若干個(gè)燃料噴嘴觀0的帽狀部件270。各個(gè)燃料噴嘴 280在其中均可具有一束小管230。這里還可使用其它類型的噴嘴280和噴嘴構(gòu)造。在這個(gè)示例中，中心噴嘴300可被六個(gè)外部噴嘴310，320，330，340，350，360包圍。這里可使用處于任何位置和/或方向上的任何數(shù)量的燃料噴嘴280和小管230。在圖4的示例中，第一外部噴嘴310、第三外部噴嘴330和第五外部噴嘴350包括與帽狀部件270的面相比凹陷的位置370。在圖5的示例中，第一外部噴嘴310、第三外部噴嘴330和第五外部噴嘴350包括與帽狀部件270的面相比突起的位置380。剩余的燃料噴嘴280可包括相對(duì)于帽狀部件270以與上述相似的方式基本齊平的位置390。任何燃料噴嘴280均可具有凹陷位置370、突起位置380或齊平位置390。類似地，根據(jù)需要可在凹陷位置370、突起位置380和/或齊平位置390上使用燃料噴嘴觀0的任何組合。凹陷位置 370和突起位置380兩者都可被稱為“非齊平位置”。雖然燃料噴嘴觀0已經(jīng)被論述為相對(duì)于帽狀部件270進(jìn)行定位，但帽狀部件的使用可能不是必須的。相反，燃料噴嘴280可定位在跨越齊平位置370等的想象平面的周圍。 換句話說，齊平位置370可與該平面齊平，且凹陷位置370和突起位置380被相應(yīng)地配置。各個(gè)單獨(dú)的燃燒器沈0的嘯叫以及其它類型的燃燒動(dòng)態(tài)變化因而可根據(jù)許多構(gòu)造變量、操作變量以及其它變量而變化，使得各個(gè)燃燒器260可使用處于凹陷位置370、突起位置380和/或齊平位置390上的燃料噴嘴觀0的不同組合。這些不同的噴嘴位置可組合從而減少燃燒動(dòng)態(tài)變化，并改善整體燃燒器性能(既單個(gè)地改善，又將燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī) 100中的燃燒器組合作為一個(gè)整體而改善)。相對(duì)于帽狀部件270和/或彼此處于凹陷位置370、突起位置380和/或齊平位置 390上的燃料噴嘴觀0的使用因而可通過解除至少相鄰燃料噴嘴280之間的相互作用而減輕或避免燃燒動(dòng)態(tài)變化。此定位因而將改善燃料噴嘴280和整個(gè)燃燒器260的整體可操作性、耐用性和可靠性。因而可顯著地改變聲音動(dòng)態(tài)變化，從而改變噴嘴280周圍所釋放的壓力和熱量的相互作用以及由此造成的燃燒動(dòng)態(tài)變化。應(yīng)該明白前面所述只涉及本申請(qǐng)的某些實(shí)施例，并且在不脫離以下權(quán)利要求和其等效物所限定的本申請(qǐng)的主要精神和范圍的情況下，這里可由本領(lǐng)域技術(shù)人員做出許多變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100) —起使用的燃燒器060)，包括帽狀部件O70)；和穿過所述帽狀部件O70)的多個(gè)燃料噴嘴O80)；其中所述多個(gè)燃料噴嘴(觀0)的其中一個(gè)或更多設(shè)于相對(duì)于所述帽狀部件(270)非齊平的位置(370，380)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器060)，其特征在于，所述多個(gè)燃料噴嘴(觀0)各包括在其中的多個(gè)小管030)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器060)，其特征在于，所述非齊平位置(370，380)包括凹陷位置(370)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器060)，其特征在于，所述非齊平位置(370，380)包括突起位置(380)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器060)，其特征在于，所述多個(gè)噴嘴(觀0)的其中一個(gè)或更多還設(shè)于相對(duì)于所述帽狀部件(270)基本齊平的位置(390)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器060)，其特征在于，所述多個(gè)噴嘴(觀0)的其中一個(gè)或更多設(shè)于凹陷位置(370)上，并且所述多個(gè)噴嘴O80)的其中一個(gè)或更多設(shè)于突起位置 (380)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器060)，其特征在于，所述多個(gè)噴嘴(觀0)的其中一個(gè)或更多設(shè)于凹陷位置(370)上，所述多個(gè)噴嘴(觀0)的其中一個(gè)或更多設(shè)于突起位置(380) 上，并且所述多個(gè)噴嘴O80)的其中一個(gè)或更多設(shè)于基本齊平位置(390)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器060)，其特征在于，所述多個(gè)噴嘴(觀0)包括中心噴嘴(300)和多個(gè)外部噴嘴(310,320,330,340,350,360)
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器060)，其特征在于，所述多個(gè)外部噴嘴(310，320， 330，340，350，360)的其中一個(gè)或更多設(shè)于所述非齊平位置(370，380)上。
10.一種減輕燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)的燃燒器Q60)中的燃燒動(dòng)態(tài)變化的方法，包括將若干個(gè)燃料噴嘴(觀0)定位在所述燃燒器O60)的帽狀部件Q70)中；改變所述燃料噴嘴(觀0)相對(duì)于所述帽狀部件O70)的位置(370，380，390)；以及操作所述燃燒器(260)以確定由變化的位置(370，380，390)上的所述燃料噴嘴(觀0) 所產(chǎn)生的燃燒動(dòng)態(tài)變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃燒器和燃燒器嘯叫減輕方法，具體而言，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N用于與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)(100)一起使用的燃燒器(260)。燃燒器(260)可包括帽狀部件(270)和穿過帽狀部件(270)的若干個(gè)燃料噴嘴(280)。其中一個(gè)或更多燃料噴嘴(280)可設(shè)于相對(duì)于帽狀部件(270)非齊平的位置(370，380)上。
文檔編號(hào)F23D14/58GK102374531SQ20111020340
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者G·O·克雷默, T·E·約翰遜, 嚴(yán)鐘昊, 金冠佑 申請(qǐng)人:通用電氣公司