[发明专利]对燃烧器的一部分温度控制和阻尼的涡轮机燃烧器及方法

说明书

技术领域

本说明书公开的主题涉及涡轮机。更具体地，该主题涉及涡轮机的燃烧动力学(combustion dynamics)控制和温度控制。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，燃烧器将燃料或空气-燃料混合物的化学能转化成热能。热能通过流体(通常是来自压缩机的空气)被输送至涡轮机，热能在涡轮机处转化成机械能。若干因素对热能转化成机械能的效率产生影响。所述因素可以包括轮叶通过频率、燃料供给波动、燃料类型和反应性、燃烧器迎面体积、燃料喷嘴设计、空气-燃料分布、火焰形状、空气-燃料混合、火焰保持、燃烧温度、涡轮机部件设计、热气体路径温度稀释、以及排气温度。

例如，涡轮发动机中的选定位置(例如燃烧器)中的高燃烧温度可以使得能够实现改进的燃烧效率和发电。在一些情况下，高温可能缩短某些部件的寿命并且增加某些部件的磨损。

此外，涡轮发动机的有效操作还可能涉及对燃烧动力学(即操作中的动力失稳)进行管理。动力学(dynamics)通常是由涡轮机的区域内(例如燃烧器内)的例如排放气体的温度以及振荡压力水平的状况下的波动造成的。由于例如机械疲劳和热疲劳的因素，高动力学能够对发动机的硬件寿命和可操作性产生限制。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种涡轮机燃烧器包括联接至燃烧器的壁的外部构件，其中至少一个阻尼孔形成在外部构件中。该涡轮机燃烧器进一步包括形成在壁中的至少一个温度控制孔，其中该至少一个温度控制孔形成为相对于与燃烧器中的热气体路径垂直的线成一定角度。

根据本发明的另一个方面，一种用于对燃烧器的一部分进行温度控制和阻尼的方法包括使处理流体(treatment fluid)流过外部构件中的至少一个阻尼孔，该外部构件联接至燃烧器的壁，其中该外部构件形成接收处理流体的谐振腔。该方法进一步包括使处理流体从谐振腔流过形成在壁中的至少一个温度控制孔，其中该至少一个温度控制孔形成为相对于与燃烧器中的热气体路径垂直的线成一定角度。

通过以下结合附图的描述，这些以及其它的优点和特征将变得更加显而易见。

附图说明

说明书结论处的权利要求中特别指出并且明确要求保护被认为是本发明的主题。通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它的特征以及优点是显而易见的，在附图中：

图1是燃气涡轮机系统的一个实施例的示意图；

图2是示例性燃烧器的一部分的剖视详细视图；以及

图3是另一个示例性燃烧器的一部分的剖视详细视图。

通过参照附图的示例，具体实施方式解释本发明的实施例以及优点和特征。

附图标记列表：

具体实施方式

图1是燃气涡轮机系统100的一个实施例的示意图。系统100包括压缩机102、燃烧器104、涡轮机106、轴108和燃料喷嘴110。在一个实施例中，系统100可以包括多个压缩机102、燃烧器104、涡轮机106、轴108和燃料喷嘴110。如图所示，压缩机102和涡轮机106通过轴108联接。轴108可以是单个轴或者联接在一起以形成轴108的多个轴段。

在一个方面中，燃烧器104使用液体燃料和/或气体燃料(例如天然气或者富含氢的合成气)来运行涡轮发动机。例如，燃料喷嘴110与燃料供给和来自压缩机102的加压空气流体连通。燃料喷嘴110产生空气-燃料混合物，并且将空气-燃料混合物排放到燃烧器104中，由此造成能够产生热加压排放气体的燃烧。燃烧器104使热加压排放气体通过过渡件导入涡轮机喷嘴(或者“一级喷嘴”)中，从而使得涡轮机106随着气体离开喷嘴或叶片并且被引导至涡轮机斗叶或轮叶而旋转。涡轮机106的旋转使得轴108旋转，由此在空气流入压缩机102时对空气进行压缩。在一个实施例中，热气体流过涡轮机的一部分(例如燃烧器104)，从而由于不均匀的温度而造成涡轮机部件的磨损和热疲劳。对燃烧器104的部件的温度的控制能够减少磨损并且使得燃烧温度能够提高，由此改进性能。此外，由于压力变化和燃烧(即燃烧动力学)而引起的振荡和振动也能够造成燃烧器104的一部分的磨损。可以通过选定的机构(例如谐振器)控制和减小燃烧动力学，以减少磨损并且提高燃烧器104的寿命。下面参照图2至图3详细讨论对燃烧器104的燃烧动力学以及燃烧器104的温度的控制。