装备有阻尼装置的燃烧器密封段 |
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| 申请号 | CN201380017751.8 | 申请日 | 2013-03-25 | 公开(公告)号 | CN104204677A | 公开(公告)日 | 2014-12-10 |
| 申请人 | 阿尔斯通技术有限公司; | 发明人 | J.德荣格; A.胡伯; B.舒尔曼斯; U.本兹; | ||||
| 摘要 | 一种用于 涡轮 机部件的带密封布置(100)采用声阻尼。密封板(110)具有邻近 燃烧室 (60)的 正面 (119)和背离燃烧室的背面(121)，构造成具有预定横截面积的一个或多个孔(151)。具有预定容积的一个或多个容器(155)附接至密封板(110)的背面(121)，使得一个或多个孔(151)与一个或多个容器(155) 流体 连通，从而形成至少一个声阻尼器(150)。密封板(110)的侧边缘适配到喷烧器前面板(20)的槽缝(31)中，从而在面板(20)之间形成密封。 | ||||||
| 权利要求 | 1. 一种设计成将第一密封表面密封至第二密封表面的带密封布置(100)，包括： |
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| 说明书全文 | 装备有阻尼装置的燃烧器密封段技术领域背景技术[0002] 燃气涡轮燃烧器在操作期间可导致燃气压力(声学)和温度振荡。这些对于贫油预混的、低排放燃烧器尤其是问题。 [0003] 当这些热-声燃烧振荡的频率与燃烧器容积的一个或多个声学共振频率相匹配时，该振荡被放大。这些压力和热变动可对涡轮造成机械和热损坏。它们也可限制涡轮的可用范围。 [0004] 这种振荡自从燃气涡轮发展的早期就是众所周知的问题。抑制这种振荡的可能方法在于将具有谐振腔的阻尼装置或类似装置附接到燃烧器。 [0005] 空间限制过去，阻尼器已应用于喷烧器(burner)前面板。由于更多的阻尼装置增加阻尼效率，可能使用若干阻尼装置。而且，多个频率可被阻尼。这也将需要附加的阻尼装置。因此，在前面板上可能会有空间限制。 [0006] 安装/替换的困难而且，阻尼装置也已安装在燃烧器衬套段上。由于它们的位置，有时可能难以安装。而且，如果涡轮被重大地修改，由涡轮产生的声学频率会变化。因此，在诸如这些的情况下，想要改变被阻尼的频率。安装在喷烧器衬套上或其它难以到达位置的阻尼器难以被替换以改变被阻尼的共振频率。 [0007] 目前，在燃气涡轮燃烧器中需要一种用于阻尼声-热振荡的系统，该系统更加紧凑，可在仍然提供高效性能的同时容易地安装或替换。 发明内容[0008] 本发明的技术目的在于提供一种用于阻尼期望频率的喷烧器带密封布置，其是紧凑的，适配于常规喷烧器上的现有空间内，易于安装和替换，通过该带密封布置可以阻尼已知的声频。 [0009] 在密封上并入阻尼器的本发明的设计开拓了更宽的设计灵活性，因为密封经常安置在足够空间可用的部位。密封段上的阻尼装置因此可增加高频阻尼潜力，并且增加已解决频率的数目。与安装在喷烧器前面板或燃烧器衬套段上的现有技术设计相比，密封带布置更加便宜且更加易于安装和替换。 [0010] 描述了一种设计成将第一密封表面密封到第二密封表面的带密封布置。它包括密封板，该密封板带有面向燃烧室的正面和背离燃烧室的背面。密封板具有预定横截面积的一个或多个孔，其延伸穿过密封板的厚度，沿着密封板的长度定位。 [0012] 本发明可被描述为一种用于设计具有声阻尼特性的带密封布置的方法，通过：提供密封板，该密封板具有邻近燃烧室的正面和背离燃烧室的背面，构造成具有预定横截面积的一个或多个孔，该孔穿过密封板的厚度从正面延伸到背面；以及将具有预定容积的一个或多个容器附接至密封板的背面，使得一个或多个孔与一个或多个容器流体连通，以形成至少一个声阻尼器。 [0013] 本发明也可被描述为一种用于使用带密封布置在涡轮机部件之间形成阻尼期望声频的密封的方法，通过：计算至少一个横截面积和至少一个容器容积来形成一个亥姆霍兹阻尼器，以阻尼所述期望声频， 形成所计算横截面积的一个或多个孔，其穿过密封板的厚度从正面延伸到背面，将具有所计算容积的一个或多个容器附接至密封板，使得穿过密封板形成的孔流体地联接至容器；以及 在两个涡轮机部件之间附接密封板，从而在它们之间形成密封。 [0014] 根据一个实施例，密封可用于改型到现有的涡轮机部件中。用阻尼改型密封的方法包括以下步骤：移除涡轮机部件之间的现有密封，以提供用于在两个涡轮机部件之间附接具有声阻尼特性的密封的空间；以及插入具有孔和已附接容器的密封，从而在所述涡轮机部件之间形成密封。 [0015] 在查看以下附图和详细描述后，本发明的其它系统、方法、特性及优点对于本领域技术人员将是或将变得显而易见。所有此类附加的系统、方法、特性及优点意图包括在该5描述内、在本发明的范围内、并且受所附权利要求保护。 附图说明[0016] 本发明的很多方面可参考以下附图更好地了解。图中的部件未必按尺寸绘制，而是强调基于清晰地说明本发明的原理来放置。此外，在图中，相同的标号在若干视图中指代相应的部分。现在将参考附图更详细地描述本发明，在附图中：图1是示出经典的亥姆霍兹(Helmholtz)声阻尼器的图。 [0017] 图2是示出经典的亥姆霍兹声阻尼器、以及安装在第一个的背侧上的附加亥姆霍兹声阻尼器的图。 [0018] 图3是对于0.3、0.5和1.0的斯德鲁哈尔(Strouhal)系数绘制的反射系数的相位和振幅相比归一化频率的曲线图。 [0019] 图4是涡轮机的喷烧器组件的透视图，显示了意图用根据本发明的一个实施例的密封带布置来替代的常规密封带。 [0020] 图5显示具有部分地适配于前面板的槽缝内的两个阻尼器的密封带布置的透视图。 [0021] 图6是具有部分地适配于前面板的槽缝内的两个阻尼装置的密封带布置的侧视图。 [0022] 图7是采用六个阻尼装置的本发明的密封带布置的透视图、以及阻尼器的局部放大剖视图。 具体实施方式[0024] 当空气被迫进入空腔时，空腔内的压力增大。当推动空气进入空腔的外力被移除时，内部的较高压力空气将会流出。空腔将停留在比外部稍低的压力，导致空气被吸回。该过程重复，压力变化的量值每次减小。 [0025] 端口(腔室的颈部)中的空气具有质量。因为它处于运动中，其拥有一些动量。较长端口有助于较大质量，反之亦然。端口的横截面直径与空气的质量和腔室的容积有关。 面积对于腔室容积太小的端口会“卡住”气流，而面积对于腔室容积太大的端口倾向于减少端口中空气的动量。 [0026] 例如，图1显示了经典的亥姆霍兹阻尼器。它包括具有容积V的谐振器1，带有通向开口3的声颈(acoustic neck)2，该开口3通常开向腔室，诸如具有期望被阻尼的声振荡的燃烧室7。 [0027] 主要参数，例如谐振器的容积V、声颈2的横截面积(这里以直径D表现)、以及声颈2的长度L，是突出的。 [0028] 亥姆霍兹阻尼器的设计参数以一种方式选择，使得阻尼器的谐振器频率fH与燃烧器振荡的频率相对应。 [0029] 可以看到，角频率(与共振频率fH相对应)由下式给出：单位为弧度/秒。 [0030] 其中，－251658240γ(gamma)为绝热指数或者热容比。对于空气和双原子气体，该值通常为 1.4， －A为颈部横截面积， －251658240m为颈部中的质量， －P0为空腔中的静态压力， －V0为空腔的静态容积。 [0031] 对于带有恒定横截面积的颈部，该面积为：其中： L为颈部的长度，以及 Vn为颈部的容积。 [0033] 气体中的声速通过下式给出：因此，共振的频率为： 。 [0034] 因此，共振频率fH可以通过选择合适的声颈2的横截面积A、声颈2的长度L和谐振器1的容积V0来选择。(请注意该方程式适用于开口的横截面积与声颈的横截面积一样的情况。它还要求恒定横截面积的声颈2。如果开口3的横截面积为不同于声颈2的横截面积的尺寸，或者如果声颈2不具有恒定的横截面积，则必须对这些方程式做出进一步的调整。)亥姆霍兹阻尼器进一步描述于美国专利申请2011/0179796中，该申请公开于2011年 7月28日，由本申请人拥有，且通过引用并入文中。 [0035] 现有技术燃气涡轮机中的亥姆霍兹阻尼器的阻尼效率经常通过增加阻尼容积V(见图1)和/或通过增加燃烧器中单个亥姆霍兹阻尼器的数量来提高。 [0036] 图2显示通过阻尼装置的系列连接形成的布置。它包括上述的基本亥姆霍兹阻尼器，其具有安装于第一个的背侧上的附加亥姆霍兹阻尼器。因此，具有容积V2的第二谐振器4具有带有第二直径D2和第二长度L2的颈部5，该颈部5通向第二开口6。 [0037] 通过选择合适的容积V2、直径D2以及长度L2，第二阻尼器将阻尼第二期望频率。继续该布置，根据相同位置处包含的阻尼器的数量，可以以受控方式阻尼若干频率。 [0038] 图3是反射系数的相位和振幅相比归一化频率的曲线图。反射系数为从谐振器出来的空气与进入谐振器的空气的比率。这对于0.3、0.5和1.0的斯德鲁哈尔系数绘出。斯德鲁哈尔系数(St)定义为(声颈的频率×直径/流体的速度)。 [0039] 如所指示的，当归一化频率约等于1时，存在反射系数的最小绝对值。这指示最大阻尼的点。 [0040] 图4是涡轮的喷烧器组件10的透视图，显示了意图用根据本发明的一个实施例的密封带布置100来替代的常规密封带50。 [0041] 喷烧器组件10具有前面板20和喷烧器喉部40。前面板20在其顶部边缘21和其底部边缘23固定至涡轮机壳体(此处未显示)的一部分。前面板20的左侧边缘25和右侧边缘29具有槽缝31。密封带组件100意图将前面板20密封至相邻喷烧器组件的另一前面板。 [0042] 典型地，在喷烧器组件10的任一侧的前面板后方存在空间，该空间将接纳密封带布置100。 [0043] 在现有技术布置中，常规密封带50的左侧适配到前面板20的右侧边缘29上的槽缝31中。典型地，常规密封带50的右侧适配到第二相邻喷烧器组件(未显示)的前面板的槽缝中。备选地，它可适配到涡轮机壳体构件中。 [0044] 常规密封带50意图在燃气涡轮机的两个部件之间提供密封。这可在喷烧器组件10和第二喷烧器组件之间，或者在喷烧器组件10和涡轮机的壳体构件之间。 [0045] 根据本发明的密封带布置100意图替换常规密封带50。如同常规密封带50一样，它也意图在燃气涡轮机的两个部件之间提供密封。 [0046] 如此处所示，六个阻尼器150并入密封带布置100中。因为该密封带布置100并未完全适配到槽缝31中，而是具有暴露阻尼器150的孔(图5、6、7中的151)的一部分。允许孔与涡轮机的燃烧室流体地相互作用。 [0047] 图5显示了具有适配于前面板20的槽缝内的两个阻尼器150的密封带布置100的透视图。 [0048] 图6是具有适配于前面板20的槽缝内的两个阻尼器150的密封带布置100的侧视图。 [0049] 图7是采用六个阻尼器150的本发明的密封带布置100的透视图、以及阻尼器155的局部放大剖视图。 [0050] 本发明将进一步结合图5、图6和图7来描述。密封带布置100包括附接至密封板110的阻尼器150。密封板110具有第一远端111、第二远端113、左侧边缘115和右侧边缘 117。宽度是从左侧边缘115到右侧边缘117。长度从第一远端111到第二远端113测量。 带的厚度是从正面119到背面121。 [0051] 孔151显示为在正面119中开口并进入颈部153中。颈部153穿过密封板110的厚度并进入容器155中。孔151、颈部153和容器155组成阻尼器150。孔151可具有与颈部153相同的横截面积，从而形成一个连续横截面直径的通道。 [0052] 如以上所指，阻尼器150的尺寸和容积被确定为阻尼期望声频。 [0053] 在备选实施例中，附加的阻尼器(如图2和上述相关描述中所指出)可附接至图5至图7所示的那些，以增加效率或者阻尼附加声频。 [0054] 应当理解，本发明中谐振器和声颈不限于图中所示的形状。这些可并入其它形状，只要它们满足以上假设和方程式。 [0055] 虽然已参考许多优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员应了解，可以做出各种改变，并且可用等价物代替其中的元件，而不脱离本发明的范围。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可做出很多修改，以使特定材料或情形适应于本发明的教导。 [0056] 因此，本发明并不意图限于作为用于实施本发明所预想的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。此外，术语第一、第二等等的使用并不代表任何顺序或重要性，而是，术语第一、第二等等用来区分一个元件与另一个。 [0057] 现在参考附图描述本公开的示例性实施例，其中相同的参考标号始终用来指代相同的元件。在以下的描述中，为了说明的目的，阐述了众多具体细节以提供本公开的透彻理解。然而，本公开可在没有这些具体细节的情况下实施，并且不限于文中公开的示例性实施例。 [0058] 参考标号1 谐振器 2 声颈 3 开口 4 第二谐振器 5 第二声颈 6 第二开口 7 燃烧室 10 喷烧器组件 20 前面板 21 顶部边缘 23 底部边缘 25 左侧边缘 29 右侧边缘 40 喷烧器喉部 50 常规密封带 100 密封带布置 110 密封板 111 第一远端 113 第二远端 115 左侧边缘 117 右侧边缘 119 正面 121 背面 w 宽度 l 长度 t 厚度 150 阻尼器 151 孔 153 颈部 155 容器。 |
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