[发明专利]具有至少两个谐振器装置的尤其用于燃气轮机的燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机，其具有至少一燃烧室和至少两个用于阻尼燃 烧室中的声振荡的谐振器装置。

背景技术

燃气轮机设备包括例如，一压缩机和一燃烧室，以及一轮机。压缩机用 于压缩入口空气与一随后的燃料相混合。混合物在燃烧室中发生燃烧，其中 燃烧废气被传递到轮机。在轮机处，从燃烧的废气中提取热量并将其转换为 机械能。

然而，由于燃料质量的不稳定和其它热干扰或声干扰，导致所释放的热 量的量不稳定，且因此导致设备的热力学效率不稳定。在此情况下，存在声 干扰与热干扰的相互作用，所述相互作用可使它们自身增加。燃气轮机(或 通常也称为燃烧机器)的燃烧室中，具有上述性质的热声振荡在设计和操作 用于燃气轮机或燃烧机器的新的燃烧室、燃烧室零件和燃烧器方面表现出问 题。

燃烧过程中所产生的废气具有较高温度。因此用冷却空气来稀释所述废 气，以便将温度降低到燃烧室壁和轮机组件可维持的水平。冷却空气通过燃 烧室壁中的冷却空气开口传递到燃烧室中。另外，所谓的密封空气传递到燃 烧室中，所述密封空气即用于防止热气从燃烧室进入燃烧室的热保护衬里的 相邻元件之间的间隙中的空气。在上述情况下，密封空气通过热保护衬里的 相邻元件之间的间隙而被吹入燃烧室中。

然而，用冷却和密封空气来稀释燃烧气体导致较高程度的污染物排放。 为了减少燃气轮机的污染物排放，因此在现代设备中，使冷却和密封气流保 持较低。然而，因此也减少了声阻尼效应，使得热声振荡可能增加。这可能 涉及热干扰与声干扰之间的相互作用互相增加，这样可能导致燃烧室的高水 平的应力和负载，且导致排放增加。

因此，在当前技术发展水平下，出于减少热声振荡的目的，使用(例如) Helmholtz谐振器来阻尼燃气轮机的燃烧室中的热声振荡，所述Helmholtz 谐振器阻尼所述振荡的振幅。

为了能够阻尼较大频率范围内的热声振荡，DE 33 24 805 Al中提出使用 包含不同谐振频率的两个或两个以上Helmholtz谐振器，其横向排列在通向 燃烧室的空气通道处。在上述情况下，每个Helmholtz谐振器阻尼不同频率 的声振荡。应当注意，必须另外使用冷却空气。无论是增加了冷却空气消耗， 还是意味着可以用较少的冷却空气冷却燃烧废气，都将使燃烧废气中污染物 成比例增加。

因此，需要一种燃烧室和一种燃气轮机，其中不同阻尼装置的排列使额 外冷却空气的需求可保持相对较低。

发明内容

一种尤其用于燃气轮机的根据本发明的燃烧室，包括至少一个燃烧室壁 和至少两个谐振器装置，冷流体(明确地说冷却空气)穿过所述至少一个燃 烧室壁而流动。所述至少两个谐振器装置集成于所述燃烧室壁中，以使所述 冷流体流流过，其中所述谐振器装置中的至少一个具有一使得该谐振器装置 充当一高频谐振器的谐振频率，所述燃烧室的特征在于，所述谐振器装置中 的至少一个具有一使得该谐振器装置充当一中频谐振器的谐振频率，且所述 谐振器装置使所述冷流体流的部分流平行流过每一个所述谐振器装置、使所 述冷流体流的部分流依次连接地流过每一个所述谐振器装置，或使所述冷流 体流的部分流既平行又依次连接地流动每一个所述谐振器装置。在此方面， 使用术语谐振器装置来表示用于阻尼声振荡的阻尼装置，所述阻尼装置包括 至少一个Helmholtz谐振器。根据本发明的燃烧室的卓越之处在于，谐振器 装置集成到所述燃烧室壁中，以使冷流体流流过。

在根据本发明的燃烧室中，谐振器装置集成到所述燃烧室壁中，以使冷 流体流流过的事实规定，用于冷却谐振器装置的冷流体流还仍然可用于冷却 室壁，和/或用于密封间隙，和/或用于稀释燃烧废气。以此方式，燃烧废气 中的污染物含量可保持在较低水平，且同时可借助谐振器装置来有效地减少 热声振荡的影响。

优选地，燃烧室具有至少两个具有不同谐振频率的谐振器装置。至少一 个谐振器装置可呈高频阻尼装置的形式，且至少一个谐振器装置可呈中频阻 尼装置的形式。

在上述情况下，根据本申请，术语高频优选地用于表示约250赫兹(尤 其是约500赫兹)以上的范围。术语中频或中频范围优选地用于表示约30 赫兹与750赫兹之间的范围，(尤其是50赫兹与500赫兹之间的范围)。然 而，指定值和范围存在最高达50％的偏差也是可能的。