用于燃烧系统中的相干性降低的系统和方法 |
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| 申请号 | CN201510280947.7 | 申请日 | 2015-05-28 | 公开(公告)号 | CN105318354A | 公开(公告)日 | 2016-02-10 |
| 申请人 | 通用电气公司; | 发明人 | S.L.克罗瑟斯; J.V.齐特诺; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于燃烧系统中的相干性降低的系统和方法。具体而言，系统包括具有第一 燃烧器 和第二燃烧器的燃气 涡轮 发动机 。该第一燃烧器包括第一组 燃料 喷嘴 和第一多个注入 柱塞 。该第一多个注入柱塞沿第一燃料路径以第一构造配置在该第一组燃料喷嘴的上游，并且该第一多个注入柱塞构造成使燃料前进至该第一组燃料喷嘴。该系统还包括具有第二组燃料喷嘴和第二多个注入柱塞的第二燃烧器。该第二多个注入柱塞沿第二燃料路径以第二构造配置在该第二组燃料喷嘴的上游的第二构造中，并且该第二个多个注入柱塞构造成使燃料前进至该第二组燃料喷嘴。该第二构造相对于该第一构造具有至少一个差异。 | ||||||
| 权利要求 | 1. 一种系统，包括： |
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| 说明书全文 | 用于燃烧系统中的相干性降低的系统和方法技术领域背景技术[0002] 燃气涡轮系统大体包括燃气涡轮发动机，其具有压缩机区段、燃烧器区段、和涡轮区段。燃烧器区段可包括具有燃料喷嘴的一个或更多个燃烧器(例如，燃烧罐)，该燃料喷嘴构造为在各燃烧器内将燃料和氧化剂(例如空气)喷射到燃烧室中。在各燃烧器中，燃料和氧化剂的混合物燃烧来生成热燃烧气体，其然后流入涡轮区段中的一个或更多个涡轮级中并驱动其。各燃烧器可生成燃烧动态，该燃烧动态在火焰动态(也公知为热释放的振荡成分)与燃烧器的一个或更多个声学模式交互作用或激励其时发生，来导致燃烧器中的压力振荡。 [0003] 燃烧动态可在多个离散的频率下或横跨频率范围而发生，并且可向相对于相应燃烧器向上游和下游两者行进。例如，压力和/或声波可例如穿过一个或更多个涡轮级向下游行进到涡轮区段中，或向上游行进到燃料系统中。涡轮区段的某些下游构件可潜在地响应于燃烧动态，尤其是如果由单独的燃烧器生成的燃烧动态呈现出与彼此的同相和相干关系，并且具有在构件的固有或共振频率处或附近的频率。如本文中所论述的，“相干性”可指在两个动态信号之间的线性关系的强度，并且可较强地受到它们之间的频率重叠度影响。在一些情况中，“相干性”是由燃烧系统呈现的模态耦合、或燃烧器与燃烧器声学交互作用的测量结果。因此，需要控制燃烧动态、和/或燃烧动态的模态耦合，以降低在涡轮系统中的构件的任何不需要的共鸣振动响应(例如，共振行为)的可能性。 发明内容 [0004] 在下面总结了在范围上与原始主张保护的发明相适的某些实施例。这些实施例不意图限制本主张保护的发明的范围，而是这些实施例意图仅提供本发明的可能形式的简要总结。事实上，本发明可涵盖可与在下面提出的实施例相似或不同的多种形式。 [0005] 在第一实施例中，系统包括燃气涡轮发动机，其具有第一燃烧器和第二燃烧器。第一燃烧器包括第一组燃料喷嘴和第一个多个注入柱塞。该第一个多个注入柱塞沿第一燃料路径以第一构造配置在该第一组燃料喷嘴的上游，并且该第一个多个注入柱塞构造为使燃料前进至该第一组燃料喷嘴。该系统还包括具有第二组燃料喷嘴和第二个多个注入柱塞的第二燃烧器。该第二个多个注入柱塞沿第二燃料路径以第二构造配置在该第二组燃料喷嘴的上游，并且该第二个多个注入柱塞构造为使燃料前进至该第二组燃料喷嘴。该第二构造相对于该第一构造具有至少一个差异。 [0006] 在第二实施例中，系统包括第一涡轮燃烧器。第一燃烧器包括第一个多个燃料喷嘴，该第一个多个燃料喷嘴构造为使空气-燃料混合物前进至该第一涡轮燃烧器的燃烧室。该第一多个燃料喷嘴包括第一组燃料喷嘴和第二组燃料喷嘴。该系统还包括第一个多个注入柱塞，该第一个多个注入柱塞构造为使燃料前进至该第一个多个燃料喷嘴。该第一多个注入柱塞包括与该第一组燃料喷嘴相关的第一组注入柱塞和与该第二组燃料喷嘴相关的第二组注入柱塞。该第一组注入柱塞相对于该第二组注入柱塞具有至少一个差异。 [0007] 在第三实施例中，方法包括利用沿第一燃料路径配置在该第一组燃料喷嘴的上游的第一多个注入柱塞的第一构造控制第一燃烧器的第一燃烧动态或该第一燃烧器的第一组注入柱塞的第一对流时间。该方法还包括，利用沿第二燃料路径配置在该第二组燃料喷嘴的上游的第二多个注入柱塞的第二构造控制第二燃烧器的第二燃烧动态或该第二燃烧器的第二组注入柱塞的第二对流时间。该第二多个注入柱塞相对于该第一多个注入柱塞具有至少一个差异。 [0008] 技术方案1：一种系统，包括：燃气涡轮发动机，包括： 第一燃烧器，其具有第一组燃料喷嘴和第一多个注入柱塞，其中，所述第一多个注入柱塞沿第一燃料路径以第一构造配置在所述第一组燃料喷嘴的上游，并且所述第一多个注入柱塞构造成使燃料前进至所述第一组燃料喷嘴；和 第二燃烧器，其具有第二组燃料喷嘴和第二多个注入柱塞，其中，所述第二多个注入柱塞沿第二燃料路径以第二构造配置在所述第二组燃料喷嘴的上游，并且所述第二多个注入柱塞构造成使燃料前进至所述第二组燃料喷嘴，且所述第二构造相对于所述第一构造具有至少一个差异。 [0009] 技术方案2：根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述至少一个差异构造成通过相对于所述第二组注入柱塞的第二对流时间改变所述第一组注入柱塞的第一对流时间，来降低所述第一燃烧器与所述第二燃烧器之间的相干性。 [0010] 技术方案3：根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述至少一个差异构造成通过相对于所述第二组燃料喷嘴的空气-燃料混合物的第二比率改变所述第一组燃料喷嘴的空气-燃料混合物的第一比率，来改变所述第一燃烧器与所述第二燃烧器之间的燃烧动态。 [0011] 技术方案4：根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述第一多个注入柱塞与所述第二多个注入柱塞之间的所述至少一个差异包括所述第一多个注入柱塞中的至少一个注入柱塞与所述第二多个注入柱塞中的至少一个注入柱塞之间的差异。 [0012] 技术方案5：根据技术方案4所述的系统，其特征在于，所述第一多个注入柱塞与所述第二多个注入柱塞之间的所述至少一个差异包括以下中的至少一者：不同轴向构造、不同周向构造、或不同几何条件，或它们的任意组合。 [0013] 技术方案6：根据技术方案5所述的系统，其特征在于，所述不同轴向构造包括以下中的至少一者：所述第一或第二燃烧器的一个或更多个轴线之间的不同轴向放置、不同轴向场所、不同轴向位置、或不同轴向布置，或它们的任意组合。 [0014] 技术方案7：根据技术方案5所述的系统，其特征在于，所述不同周向构造包括以下中的至少一者：所述第一和第二燃烧器的第一轴线之间的不同周向放置、不同周向场所、不同周向位置、或不同周向布置、或它们的任意组合。 [0015] 技术方案8：根据技术方案5所述的系统，其特征在于，所述不同几何条件包括以下中的至少一者：所述第一多个注入柱塞与所述第二多个注入柱塞之间的不同角度、不同尺寸、或不同形状、或它们的任意组合。 [0016] 技术方案9：根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述第一组燃料喷嘴布置到一个或更多个燃料回路中，且其中，所述第一多个注入柱塞中的第一注入柱塞和第二注入柱塞分别与所述一个或更多个燃料回路中的第一燃料回路和第二燃料回路相关。 [0017] 技术方案10：根据技术方案9所述的系统，其特征在于，所述第一注入柱塞相对于所述第二注入柱塞包括至少一个差异，且其中，所述至少一个差异包括不同轴向构造、不同周向构造、不同几何条件、或它们的任意组合。 [0018] 技术方案11：一种系统，包括：第一涡轮燃烧器，包括： 第一多个燃料喷嘴，其构造为使空气-燃料混合物前进至所述第一涡轮燃烧器的燃烧 室，其中，所述第一多个燃料喷嘴包括第一组燃料喷嘴和第二组燃料喷嘴；和 第一多个注入柱塞，其构造成使燃料前进至所述第一多个燃料喷嘴，其中，所述第一多个注入柱塞包括与所述第一组燃料喷嘴相关的第一组注入柱塞和与所述第二组燃料喷嘴相关的第二组注入柱塞，并且所述第一组注入柱塞相对于所述第二组注入柱塞具有至少一个差异。 [0019] 技术方案12：根据技术方案11所述的系统，其特征在于，所述至少一个差异构造成通过相对于所述第二组注入柱塞的第二对流时间改变所述第一组注入柱塞的第一对流时间，来降低第一燃烧器与第二燃烧器之间的相干性。 [0020] 技术方案13．根据技术方案11所述的系统，其特征在于，包括第二涡轮燃烧器，所述第二涡轮燃烧器包括：第二多个燃料喷嘴，其构造成使所述空气-燃料混合物前进至所述第二涡轮燃烧器的 第二燃烧室，其中，所述第二多个燃料喷嘴包括第三组燃料喷嘴和第四组燃料喷嘴；且第二多个注入柱塞，其构造成使所述燃料前进至所述第二多个燃料喷嘴，其中，所述第二多个注入柱塞包括与所述第三组燃料喷嘴相关的第三组注入柱塞和与所述第四组燃料喷嘴相关的第四组注入柱塞。 [0021] 技术方案14：根据技术方案13所述的系统，其特征在于，相对于所述第三组注入柱塞或所述第四组注入柱塞，所述第一组注入柱塞或所述第二组注入柱塞包括至少一个差异。 [0022] 技术方案15：根据技术方案14所述的系统，其特征在于，所述至少一个差异构造成通过相对于所述第二组燃料喷嘴的空气-燃料混合物的第二比率改变所述第一组燃料喷嘴的空气-燃料混合物的第一比率，来改变所述第一燃烧器与所述第二燃烧器之间的燃烧动态。 [0023] 技术方案16：根据技术方案11所述的系统，其特征在于，所述第一组注入柱塞与所述第二组注入柱塞之间的所述至少一个差异包括不同轴向构造、不同周向构造、不同几何条件、或它们的任意组合。 [0024] 技术方案17：根据技术方案11所述的系统，其特征在于，所述第一组注入柱塞或所述第二组注入柱塞包括一组零注入柱塞。 [0025] 技术方案18：一种方法，包括：利用沿第一燃料路径配置在第一组燃料喷嘴上游的第一多个注入柱塞的第一构造来 控制第一燃烧器的第一燃烧动态或所述第一燃烧器的第一组注入柱塞的第一对流时间；且利用沿第二燃料路径配置在第二组燃料喷嘴上游的第二多个注入柱塞的第二构造来 控制第二燃烧器的第二燃烧动态或所述第二燃烧器的第二组注入柱塞的第二对流时间，其中，所述第二多个注入柱塞相对于所述第一多个注入柱塞具有至少一个差异。 [0026] 技术方案19：根据技术方案18所述的方法，其特征在于，所述至少一个差异包括不同轴向构造、不同周向构造、不同几何条件、或它们的任意组合。 [0028] 当参照附图阅读下列详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中，遍及附图，相同的标号代表相同的部分，其中：图1是具有多个燃烧器的燃气涡轮系统的实施例的示意图，该燃烧器具有相应的燃料 回路构造，燃料回路构造构造为控制燃烧动态和/或燃烧动态的模态耦合，来降低下游构件中的不需要的振动响应的可能性； 图2是图1的燃烧器中的一个的实施例的剖面示意图，其中，该燃烧器包括第一四元系 (quaternary)燃料回路构造，该燃料回路构造具有注入柱塞的轴向交错。 [0029] 图3是图1的燃烧器中的一个的实施例的剖面示意图，其中该燃烧器包括第二四元系燃料回路构造，该燃料回路构造具有注入柱塞的周向布置。 [0030] 图4是沿4-4线取得的图3的燃烧器的实施例的剖面示意图，其示出了绕轴线布置且被朝第一燃料回路偏置的四元(quat)柱塞；且图5是沿5-5线取得的图1的燃气涡轮系统的实施例的剖面示意图，其示出具有相应 的四元系燃料回路构造的多个燃烧器，该燃料回路构造构造成控制燃烧动态和/或燃烧动态的模态耦合，来降低下游构件中的不需要的振动响应的可能性。 具体实施方式[0031] 下面将描述本发明的一个或更多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，可不在说明书中描述实际实现方式的所有特征。应当理解的是，在任何这种实际实现方式的开发中，如同在任何工程或设计项目中一样，必须进行许多实现方式特定的决定来实现开发者的具体目标，例如符合可从一个实现方式到另一个实现方式而改变的系统相关和商业相关的约束。而且，应当理解的是，这种开发努力可能是复杂并且耗费时间的，但是对于享有本公开的益处的本领域技术人员而言仍将是设计、制造和加工的例行工作。 [0032] 当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图指存在一个或更多个元件。术语“包括、“包含”和“具有”意图为包含的并且指的是可存在除列出的元件外的附加元件。 [0033] 本公开的实施例涉及通过改变燃料回路构造(诸如四元系燃料回路或歧管的构造)来降低燃气涡轮系统中的燃烧动态和/或燃烧动态的模态耦合(例如，降低下游构件中的不需要的振动响应)。具体而言，本公开的实施例涉及改变与燃气涡轮系统的一个或更多个燃烧器相关的一个或更多个四元系燃料回路内改变的多个注入柱塞(例如四元柱塞)的构造，使得四元柱塞的布置构造成降低系统内的燃烧动态和/或不需要的振动响应。 [0034] 如在上面提到的，由于燃烧过程、到燃烧器中的进入流体流(例如，燃料、氧化剂、稀释剂等)的特性、和各种其它因素，燃气涡轮燃烧器(或燃烧器组件)可产生燃烧动态。燃烧动态可定性为某些频率下的压力波动、脉动、振荡、和/或波。流体流特性可包括速度、压力、速度和/或压力的波动、流路的变化(例如，转向、形状、中断等)、或它们的任何组合。 共同地，燃烧动态可潜在地引起燃烧器的上游/或下游的各种构件中的振动响应和/或共振行为。例如，燃烧动态(例如，在某些频率，频率范围、幅度、燃烧器与燃烧器阶段等下)可在燃气涡轮系统中既向上游又向下游行进。如果燃气涡轮燃烧器、上游构件、和/或下游构件具有由这些压力波动(例如，燃烧动态)驱动的固有或共振频率，那么压力波动可潜在地引起振动、应力、疲劳等。该构件可包括燃烧器衬套、燃烧器流动套管、燃烧器帽、燃料喷嘴、涡轮喷嘴、涡轮叶片、涡轮护罩、涡轮叶轮、轴承、燃料供应组件或它们的任意组合。下游构件是特别让人感兴趣的，因为它们对同相且相干的燃烧音调更为敏感。因而，降低相干性尤其降低下游构件中的不需要的振动的可能性。 [0035] 如在下面详细论述的，本公开的实施例可配备具有特定燃料回路布置(例如，四元系燃料回路布置)的一个或更多个燃气涡轮燃烧器，该燃料回路布置构造成修改燃气涡轮燃烧器的燃烧动态，例如，改变频率、幅度、燃烧器与燃烧器相干性、频率范围、或它们的任意组合。具体而言，与特定燃烧器相关的各四元系燃料回路系统的多个四元系柱塞或四元柱塞(例如，注入柱塞)的布置可改变一个或更多个四元柱塞的对流时间，和/或喷嘴水平处的燃料-气体比率，这可以以显著减少或消除该涡轮燃烧器上游和/或下游的构件以及燃气涡轮燃烧器的任何不需要的振动响应的方式改变燃烧动态。改变喷嘴水平处的燃料-空气比率可修改热释放的分配，这改变了火焰动态，且因此改变了燃烧动态。此外，对流时间是燃烧动态频率和/或幅度中的重要因素。该对流时间指注入燃料通过燃气涡轮燃烧器的燃料端口注入的时间与当燃料到达燃烧室和点燃时的时间之间的延迟。改变四元柱塞的轴向位置改变了燃料在四元柱塞与火焰区之间的行进时间，并且因此改变了对流时间。通常，对流时间与频率之间存在逆相关。即，当对流时间增大时，燃烧不稳定性的频率减小，并且，当对流时间减小时，燃烧不稳定性的频率增大。此外，改变四元柱塞之间的对流时间可促进由四元柱塞产生，或是由促使的燃烧动态的破坏性干扰，这可降低燃烧动态的幅度并且/或者改变燃烧动态的频率。例如，围绕燃烧器的头端轴向地和/或周向地改变四元柱塞的构造(例如，放置、布置、位置、场所等)可有助于一个或更多个四元柱塞的对流时间和/或喷嘴水平处的燃料-气体比率的调谐，并且可导致具有降低的幅度，和/或相对于燃气涡轮系统中的构件的任何共振频率不同和/或散布在更大频率范围上的频率，或它们的任意组合的燃烧动态。此外，改变四元柱塞的几何条件(例如，尺寸、形状、角度等)可引入一个或更多个四元柱塞的对流时间，和/或喷嘴水平处的燃料-气体比率方面的变化，并且可导致具有降低的幅度，和/或相对于燃气涡轮系统中的任何构件共振频率频率不同和/或散布在更大频率范围上的频率，或它们的任意组合的燃烧动态。 [0036] 除了燃烧器水平(即，单独的涡轮燃烧器)上的修改之外，本公开的实施例可改变多个燃气涡轮燃烧器之间的各四元系燃料回路内的四元柱塞的构造(例如，布置、场所、位置等)，和/或几何条件(例如，角度、尺寸、形状等)，从而以降低多个燃气涡轮燃烧器之间的燃烧动态幅度和/或燃烧动态的模态耦合的方式从燃烧器到燃烧器改变燃烧动态。例如，改变轴向地和/或周向地在系统的燃烧器之间(between)或之间(among)的四元柱塞的构造(例如，放置、场所、位置、布置等)可导致的燃烧动态频率(例如，不同的、散布在更大频率范围上的频率，或它们的任意组合)方面的燃烧器到燃烧器变化，从而降低了尤其是在与燃气涡轮系统的构件的共振频率匹配的频率处的燃烧器的模态耦合的可能性。类似地，四元柱塞的几何条件(例如，尺寸、形状、角度等)可在系统的燃烧器之间或之间改变，以帮助降低不需要的振动响应。 [0037] 鉴于前述，图1是具有多个燃烧器12的燃气涡轮系统10的实施例的示意图，其中，各燃烧器12与一个或更多个四元系燃料回路13(例如，四元燃料回路13)相关。各四元燃料回路13可包括多个四元系柱塞14(例如，注入柱塞、四元柱塞)，其中，各四元柱塞14可构造成在燃烧器12中的燃料喷嘴18上游将燃料注入燃烧器12中。例如，各个四元 燃烧器回路13可包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个四元柱塞14，其在燃料喷嘴18(例如，主燃料喷嘴18)的上游绕燃烧器12的周围布置。可在燃烧器12之内和/或之间改变 各个四元燃料回路13的四元柱塞14的构造和/或几何条件，以改变特定燃烧器12中和/ 或燃烧器12之间的燃烧动态，从而有助于降低系统10下游的构件中的任何不需要的振动响应，如下面进一步详细地描述的。具体地，在燃烧器12之内和/或在燃烧器12之间改变四元柱塞14的构造和/或几何条件可改变该四元柱塞之间的对流时间，和/或与该四元柱塞14相关的燃料喷嘴18之间的燃料-空气比率，从而在特定燃烧器12内、和/或在相邻 燃烧器12之间、和/或在多个燃烧器12之间，降低燃烧动态幅度并且/或者改变燃烧动态频率，期望这降低燃烧器12的相干性，如下面进一步详细地描述的。 [0038] 在示出的实施例中，燃气涡轮发动机10包括各自具有四元燃料回路13的一个或更多个燃烧器12、压缩机11和涡轮16。各四元燃料回路13可包括一个或更多个四元柱塞14，其可构造成在燃烧器12内的一个或更多个燃料喷嘴18(例如，1、2、3、4、5、6或更多个)的上游将燃料从一个或更多个燃料源引导至燃烧器12中。燃烧器12在燃烧室19内点燃 且燃烧加压的氧化剂(例如，空气)和燃料混合物(例如，空气-燃料混合物)，且然后将所得的热加压燃烧气体24(例如，废气)通到涡轮16中。在某些实施例中，燃料喷嘴18可被分组至一个或更多个主燃料回路(例如，1、2、3、4、5或更多个燃料回路)中，在此各主燃料回路包括一个或更多个燃料喷嘴18。各主燃料回路可与燃料源相关。与一个或更多个主燃料回路相关的燃料喷嘴18还可与一个或更多个四元柱塞14相关，例如，一个或多个四元柱塞14可将燃料注入流动通路64(如图2中所示)中，在此，其在进入与一个或更多个燃料回路相关的一个或更多个燃料喷嘴18之前与来自压缩机排放口68(如图2中所示)的空 气流67混合，从而产生燃料-空气混合物，燃料-空气混合物然后进入燃料喷嘴18，在此将通过燃料喷嘴18注入额外的燃料。在某些实施例中，改变四元柱塞14的构造和/或几何条件可调谐一个或更多个四元柱塞的对流时间和/或与四元柱塞14相关的一个或更多个燃料喷嘴18的空气/燃料比率，从而在燃烧器12内和/或系统10的燃烧器12之间改变 燃烧动态幅度和/或频率。 [0039] 具体而言，改变四元柱塞14的构造和/或几何条件可改变一个或更多个四元柱塞的对流时间，和/或一个或更多个燃料喷嘴18的燃料-空气比率。因此，通过四元柱塞的构造和/或几何条件来改变一个或更多个四元柱塞的对流时间，和/或一个或更多个燃料喷嘴18的燃料-空气比率可修改燃烧器12的和/或系统10的燃烧器之间的所得的燃烧动态。修改燃烧动态又可降低燃烧器12和/或下游构件中的不需要的振动响应的可能性。 例如，在某些实施例中，系统10的燃烧器12可为相同的，除了各燃烧器12内的四元柱塞14的构造和/或几何条件方面的变化之外。因此，燃烧器12之间的四元柱塞14的构造和/ 或几何条件方面的变化可有助于修改或降低燃烧器12之间的燃烧动态的模态耦合。 [0040] 涡轮16内的涡轮叶片联接至燃气涡轮系统10的轴26，其还可遍及涡轮系统10联接至若干其它构件。在燃烧气体24相对于涡轮16的涡轮叶片且在它们之间流动时，涡轮16被驱动旋转，这导致轴26旋转。最终，燃烧气体24经由废气出口28离开涡轮系统10。 此外，在示出的实施例中，轴26联接至负载30，负载30通过轴26的旋转而被供能。该负载 30可为通过涡轮系统10的扭矩生成功率的任何适当的装置，诸如发电机、飞机的螺旋桨或其他负载。 [0041] 燃气涡轮系统10的压缩机11包括压缩机叶片。如上面所讨论的，压缩机11内的压缩机叶片联接至轴26，且将在轴26通过涡轮16而被驱动旋转时旋转。在压缩机叶片在压缩机11内旋转时，压缩机11压缩从空气进口32接收的空气(或任何适当的氧化剂)来产生加压空气34。然后将加压空气34供给到燃烧器12的燃料喷嘴18中。如在上面提到 的，燃料喷嘴18混合加压空气34和燃料，来产生用于燃烧的适当的混合比。在下面的论述中，可对燃烧器12的轴向方向或轴线42(例如，纵向轴线)、燃烧器12的径向方向或轴线 44、和燃烧器12的周向方向或轴线46进行参考。 [0042] 在某些实施例中，轴向地和/或周向地改变四元燃料回路13的四元柱塞14的构造并且/或者改变四元柱塞14的几何条件(例如，形状、尺寸、角度等)可有助于降低系统10中的燃烧器12和/或下游涡轮构件内的不需要的振动响应。例如，在示出的实施例中，系统10包括与第一四元燃料回路13相关的第一燃烧器17和与第二四元燃料回路13相关 的第二燃烧器21。各四元燃料回路13可与构造成使燃料和/或空气/燃料混合物前进至 燃料喷嘴18的多个四元柱塞14相关。在某些实施例中，与特定燃烧器12相关的多个四元柱塞14的构造可同与相邻的或不相邻的燃烧器12相关的多个四元柱塞14的构造不同。例如，与第一燃烧器17有关的第一组四元柱塞14可近似沿着第一轴线48沿着系统10的周 向方向46配置。在示出的实施例中，与第二燃烧器21相关的第二组四元柱塞15可沿着近似平行于轴线48的第二轴线50配置。具体而言，第二组四元柱塞15可相对于第一组四元柱塞14轴向地交错，使得四元柱塞14的第一构造与四元柱塞15的第二构造不同。 [0043] 尽管示出的实施例描述了通过系统10的相邻燃烧器12之间的四元柱塞14的轴向交错来改变四元柱塞14的构造，但应当注意的是，四元柱塞14的构造可通过沿着1、2、 3、4、5、6或更多个轴向位置沿周向方向46轴向地交错系统10内的2、3、4、5、6或更多个燃烧器12之间的四元柱塞14来改变。在某些实施例中，可通过在特定燃烧器12内沿着1、 2、3、4、5、6或更多个轴向位置沿着周向方向46轴向地交错四元柱塞14来在该特定燃烧器 12(如在图2中进一步说明的)内改变四元柱塞14的构造。此外，在某些实施例中，应当注意的是，一个或更多个燃烧器12之间的四元柱塞14的构造可通过以各种构造周向地分布四元柱塞14来改变，如参考图3-5进一步描述的。 [0044] 图2是图1的系统10中的燃烧器12的实施例的剖面示意图，其中，燃烧器12包括第一四元系燃料回路构造，在此，四元柱塞14(例如，注入柱塞)在1、2、3、4、5、6或更多个轴向位置处沿着周向方向46轴向地交错。如在上面参考图1提及的，四元柱塞14的构造可通过在一个或更多个轴向位置48、50处在一个或更多个燃烧器12之间轴向地交错四元柱塞14来改变。在示出的实施例中，在单个燃烧器12内改变四元柱塞14，使得该四元柱塞14沿着的第一轴向位置48、第二轴向位置50和第三轴向位置52沿着系统10的周向方 向46周向地交错。如在上面提及的，在燃烧器12内改变四元柱塞14的构造和/或几何条件可改变一个或更多个四元柱塞的对流时间和/或与四元柱塞14相关的燃料喷嘴18的燃料-空气比率，从而降低系统10内的燃烧动态幅度，期望这降低燃气涡轮系统10内的不需要的振动响应。 [0045] 在示出的实施例中，燃烧器12包括头端54和燃烧室19。燃烧器12的头端54大体包封帽组件56和燃料喷嘴18，诸如1、2、3、4、5、6、7或更多个燃料喷嘴18。在某些实施例中，燃料喷嘴18使燃料、空气、燃料-空气混合物且有时使其他液体前进至燃烧室19。具体而言，燃料喷嘴18可被分组或布置到一个或更多个不同的燃料回路中，使得各燃料回路包含一个或更多个燃料喷嘴18，且其中，各燃料回路可使燃料和/或空气/燃料混合物从一个或更多个燃料源前进。燃烧器帽组件56沿着燃料喷嘴18的长度的一部分配置，从而将燃料喷嘴18容纳在燃烧器12内。各燃料喷嘴18有助于加压空气和燃料的混合，并且引导混合物通过燃烧器帽组件56并进入燃烧室19中。空气-燃料混合物可然后在燃烧室19的 主燃烧区57中燃烧，从而产生沿下游方向69流动的热加压废气。这些加压废气驱动涡轮 16内的叶片旋转。燃烧器12具有绕燃烧室19和燃烧器12的轴线42周向地46延伸的一 个或更多个壁，且大体代表以间隔的布置绕燃气涡轮系统10的旋转轴线(例如，轴26)周向地配置的多个燃烧器12中的一个。 [0046] 各燃烧器12包括外壁(例如，流动套筒58)，其绕内壁(例如，燃烧器衬套60)周向地配置，以限定中间流动通路或空间64，而燃烧器衬套60绕燃烧室19周向地延伸。内壁60还可包括过渡件66，其大体朝涡轮16的第一级收敛。冲击套筒59绕过渡件66周向地 配置。衬套60限定燃烧器12的内表面，该内表面直接面向且暴露于燃烧室19。流动套筒 58和冲击套筒59包括多个穿孔61，穿孔61将来自压缩机排放口68的空气流67引导到流 动通路64中，同时还使空气冲击衬套60和过渡件66，以用于冲击冷却。流动通路64然后沿上游方向朝头端54(例如，相对于热燃烧气体的下游方向69)引导空气流67，使得空气流67在流动穿过燃烧器帽组件56、穿过燃料喷嘴18、和进入燃烧室19之前进一步冷却衬套60。 [0047] 在某些实施例中，燃烧器12可包括四元系燃料回路13，四元系燃料回路13具有处于不同构造和/或几何条件的多个四元柱塞14。具体地，四元柱塞14可在头端附近绕燃烧器12周向地配置。在某些实施例中，流动穿过燃烧器帽组件56的空气流67可遇到与燃料喷嘴18相关的四元柱塞14。具体地，四元柱塞14可构造为燃料注入器，其在燃料喷嘴18的上游将燃料的一部分注入空气流67中。特别地，一个或更多个四元柱塞14可与一个或更多个相应的燃料喷嘴18相关。在某些实施例中，各燃料喷嘴18可与一个或更多个四元柱塞14相关。此外，在一些实施例中，一个或更多个四元柱塞14可与一组燃料喷嘴18有关，诸如特定燃料回路内的一组燃料喷嘴18，如参考图5进一步解释的。通过四元柱塞14注入的燃料可由经由燃料歧管连接至四元燃料回路13的一个或更多个燃料源提供。在某些实施例中，四元柱塞14可包括与燃烧器12的下游方向69面对和/或近似垂直地成角度的一个或更多个燃料开口(未示出)。由四元柱塞14提供的燃料可与朝燃料喷嘴18流动的空气流67混合，以形成空气/燃料混合物，然后使该该空气/燃料混合物经由燃料喷嘴 18前进至燃烧室19。 [0048] 如在上面提及的，在燃烧器12之间改变四元柱塞14的构造(例如，位置、场所、布置、放置、轴向交错、周向变化等)和/或几何条件(例如，尺寸、形状、角度等)可在燃烧器12之间改变一个或更多个四元柱塞的对流时间，和/或与四元柱塞14相关的燃料喷嘴18的燃料-空气比率，从而降低燃烧动态幅度，并且/或者在燃烧器之间改变燃烧动态频率，期望这降低燃烧动态的模态耦合。例如，在燃烧器12的示出的实施例中，第一组四元柱塞 14近似沿着第一轴向位置48配置，第二组四元柱塞15近似沿着第二轴向位置50配置，且第三组四元柱塞23近似沿着第三轴向位置52配置，使得各组四元柱塞14、15和23的邻近头端54并绕燃烧器12的周围轴向地交错。各组四元柱塞14可包括构造成使燃料朝一个 或更多个特定燃料喷嘴18前进的0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个四元柱塞14。在一些实施例中，轴向地交错四元柱塞14可改变一个或更多个四元柱塞的对流时间，并且/或者可改变一个或更多个燃料喷嘴18的空气/燃料比率。例如，在示出的实施例中，与第一组四元柱塞14(其具有三个四元柱塞14)有关的一个或更多个燃料喷嘴18的空气/燃料比 率可不同于与第三组四元柱塞14(其具有四个四元柱塞14)的一个或更多个燃料喷嘴18 的空气/燃料比率，从而改变燃烧器12的燃烧动态，以降低燃烧器内和/或下游构件中的不需要的振动响应。 [0049] 尽管示出的实施例描述了具有近似相同尺寸和/或形状的各组四元柱塞14、15和23，但应当注意的是，在一些实施例中，各四元柱塞14和/或各组四元柱塞14、15或23可具有不同的几何条件(例如，尺寸、形状、角度等)。例如，在某些实施例中，第一组四元柱塞14相对于第二组四元柱塞15可在尺寸方面不同(例如，为1:1、1.5:1、2:1、2.5:1等的比率)。类似地，第一组四元柱塞14相对于第二组四元柱塞15可在形状方面不同(例如方形、圆锥形等)，或可相对于第二组四元柱塞15处于不同的角度，从而改变燃烧器12的燃烧动态，以降低燃气涡轮系统10中的不需要的振动响应。例如，四元柱塞14可包括面对燃烧器12的下游方向69和/或与其近似垂直地成角度的一个或更多个燃料开口(未示出)。 在某些实施例中，特定四元柱塞14上的燃料开口的相对于下游方向69的角度与燃料开口与在另一四元柱塞14上开口相对于下游方向69的角度不同(例如，大或小近似1、2、3、4、 5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180度)。在其他实施例中，整个四元柱塞14可与下游方向69近似垂直地成角度，使得特定四元柱塞14的角度不同于另一四元柱塞14的角度(例如，大或小近似1、2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、 60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180度)。 [0050] 在一些实施例中，如参考图3进一步描述的，通过沿特定轴向位置在周向方向46上在各种构造中分布四元柱塞14，可在特定燃烧器12内在单个轴向位置(例如，第一轴向位置48、第二轴向位置50或第三轴向位置52)处改变四元柱塞14的构造。此外，在一些实施例中，如参考图5进一步描述的，通过在与至少一个其他燃烧器12相比不同地在一个燃烧器12中在各种构造中在特定轴向位置处周向地散布四元柱塞14，可在系统10内在相邻燃烧器12之间和/或在多个燃烧器12之间改变四元柱塞14的构造。 [0051] 图3是图1的系统10中的燃烧器12的实施例的剖面示意图，在图1中，燃烧器12包括第二四元系燃料回路构造，其具有特定轴向位置处的四元柱塞14(例如，注入柱塞)的周向散布(即，沿着周向轴线46)。例如，在示出的实施例中，包括五个四元柱塞14的第四组四元柱塞25和包括三个四元柱塞14的第五组四元柱塞27近似沿着第二轴向位置50沿周向轴线46周向地配置(例如，布置，构造等)。具体而言，各组四元柱塞25、27可构造成使燃料前进至一个或更多个特定燃料喷嘴18和/或燃料喷嘴18的特定组(例如，包括一 个或更多个燃料喷嘴18的燃料回路)。如在上面提及的，在燃烧器12内改变四元柱塞14的构造可改变一个或更多个四元柱塞14的对流时间并且/或者改变与一个或更多个四元柱塞14相关的一个或更多个燃料喷嘴18的燃料-空气比率，从而降低相干性且降低系统 12内以及下游构件中的不需要的振动响应。 [0052] 在一些实施例中，四元柱塞14可近似配置在单个轴向位置(例如，第二轴向位置50)处，使得四元柱塞14在各种结构中周向地布置且与各种燃料喷嘴18和/或各种燃料 喷嘴18的组(例如，包括一个或更多个燃料喷嘴18的燃料回路)相关。例如，在示出的实施例中，包括五个四元柱塞14的第四组25四元柱塞14可远离包括三个四元柱塞14的第 五组27四元柱塞14的空间地布置和/或聚集。在这种实施例中，如参考图4进一步描述 的，各组四元柱塞14(例如，第四组25和/或第五组27)可与一个或更多个燃料喷嘴18相关，诸如单个燃料喷嘴18和/或分组到单个燃料回路中的燃料喷嘴18的组。各组四元柱塞14可包括构造成增大或减小特定燃料喷嘴18或燃料喷嘴18的特定组的燃料-空气比 率的0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个四元柱塞14。在一些实施例中，在各种周向构造中的特定轴向位置处周向地配置四元柱塞14可改变与一个或更多个四元柱塞14相关的一个或更多个燃料喷嘴18的空气-燃料比率。例如，在图3的示出的实施例中，与第四组四元柱塞25(其具有5个四元柱塞14)相关的燃料喷嘴18的空气/燃料比率可不同于与第五 组四元柱塞27(其具有3个四元柱塞14)相关的一个或更多个燃料喷嘴18的空气-燃料 比率。此外，既不与第四组四元柱塞25也不与第五组四元柱塞27相关的一个或更多个燃料喷嘴的空气-燃料比率也可为不同的，从而改变燃烧器12的燃烧动态，以降低燃烧器12内或下游构件内的不需要的振动响应。 [0053] 在一些实施例中，除了各种四元柱塞14构造(例如，特定轴向位置48、50或52处的周向布置)之外，各四元柱塞14和/或各组四元柱塞25或27还可具有不同的几何条件(例如，尺寸、形状、角度等)。例如，在某些实施例中，第四组四元柱塞25可相对于第五组四元柱塞25在尺寸方面不同(例如，为近似1:1、1.5:1、2:1、2.5:1等的比率)，使得来自第四组25的一个或更多个四元柱塞14大于或小于来自第五组27的一个或更多个四元柱塞14 的尺寸。类似地，第四组四元柱塞25相对于第五组四元柱塞25可在形状方面不同(例如，方形、圆锥形等)，或相对于第五组四元柱塞27可具有不同的角度，从而改变燃烧器12的燃烧动态，以降低燃烧器12内或下游构件内的不需要的振动响应。例如，四元柱塞14可包括面对燃烧器12的下游方向69和/或与其近似垂直地成角度的一个或多个燃料开口(未示 出)。在某些实施例中，特定的四元柱塞14上的燃料开口相对于下游方向69的角度可大于或小于另一四元柱塞14上的燃料开口相对于下游方向69的角度(例如，大或小1、2、3、4、 5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180度)。 [0054] 图4是图3的燃烧器12的实施例69的剖面示意图，其示出在第二轴向位置50处周向地布置且被朝第一燃料回路72的四元柱塞14偏置。在某些实施例中，燃烧器12可包括四个或更多个燃料回路，诸如第一燃料回路72、中央燃料回路74、第二燃料回路76和一个或更多个四元燃料回路13。具体地，第一燃料回路72可包括三个燃料喷嘴18(例如，第一燃料喷嘴73、第二燃料喷嘴75和第三燃料喷嘴77)。此外，中央燃料回路74可包括单个燃料喷嘴且第二燃料回路76可包括两个燃料喷嘴18(例如，第四燃料喷嘴79和第五燃料喷嘴81)。具体而言，各燃料喷嘴18和/或各燃料回路(例如第一燃料回路72、中央燃料回路74或第二燃料回路76)可与构造成使燃料前进至相应燃料喷嘴18和/或相应燃料回 路(例如，一个或更多个燃料喷嘴18)的一个或更多个四元柱塞14有关。因此，四元柱塞 14可构造成改变与四元柱塞14相关的燃料喷嘴18和/或燃料回路的空气/燃料比率，从 而降低相干性且降低燃烧器12和/或下游构件内的不需要的振动响应。 [0055] 在一些实施例中，多个四元柱塞可与燃烧器12的一个或更多个燃料喷嘴18相关。例如，在示出的实施例中，第四组四元柱塞25和第五组四元柱塞27与第一燃料回路72相关。具体地，第四组四元柱塞25和第五组四元柱塞27可与第一燃料喷嘴73、第二燃料喷嘴75和第三燃料喷嘴77相关。因此，第四组四元柱塞25和第五组四元柱塞27可构造为 燃料注入器，以使燃料的一部分在与第一燃料回路72相关的燃料喷嘴18的上游前进或注入至空气流67中。以此方式，与第一燃料回路72相关的四元柱塞14可构造成相对于第二燃料回路76和/或中央燃料回路74改变或偏置第一燃料回路72的空气/燃料比率。此 外，如在上面提及的，改变燃料喷嘴18的空气/燃料比率可降低燃烧动态幅度和/或相干性并且可因此降低燃烧器12和/或下游构件内的不需要的振动响应。 [0056] 在一些实施例中，四元柱塞14(例如，一个或更多个四元柱塞14和/或一组或更多组四元柱塞14)可布置成朝任意燃料喷嘴18和/或燃料回路(例如，第二燃料回路76和/或中央燃料回路74)偏置燃料流，使得燃料回路之间且因此燃料喷嘴18之间的空气/燃料比率在燃烧器12内和/或之间不同。此外，除了改变四元柱塞14的轴向和周向的构造，使得四元柱塞14偏置通过某些燃料喷嘴18和/或某些燃料回路的四元回路燃料流之外，在某些实施例中，四元柱塞14的几何条件可在各燃料喷嘴18和/或各燃料回路之间不同。例如，与第一燃料回路72相关的四元柱塞14的尺寸、形状和/或角度可不同于与第二燃料回路76或中央燃料回路74相关的那些，使得燃料回路之间且因此燃料喷嘴18之间的对流时间和/或空气/燃料比率可在燃烧器12之内和/或之间不同。 [0057] 图5是沿5-5线截取的图1的燃气涡轮系统10的实施例的剖面示意图，其示出各自具有相应的四元柱塞14构造的多个燃烧器12，该构造构造成控制燃烧动态和/或燃烧动态的模态耦合，以降低下游构件中的不需要的振动响应的可能性。具体地，应当注意的是，各四元柱塞14构造可包括任意变化技术(例如，轴向交错、周向放置和/或尺寸、形状、角度等方面的变化)并且/或者可包括变化技术的任意组合。各变化技术，可单独地或与其他变化技术组合地构造为有助于降低燃烧动态幅度和/或降低相干性，以降低系统10内的下游构件中的不需要的振动响应。此外，如在下面进一步描述的，四元柱塞14构造可以以系统10内的不同的样式或分组改变。 [0058] 在一些实施例中，四元柱塞14的构造可朝一个或更多个燃料回路偏置四元燃料，使得相邻燃烧器12具有朝不同燃料回路偏置燃料的四元柱塞14。例如，在示出的实施例中，第一燃烧器17中的四元柱塞14的第一构造70构造为朝第一燃料回路72偏置四元燃料流，使得第一燃烧器17的燃料喷嘴73、75和77具有与第一燃烧器17的其他燃料回路不同地偏置的空气/燃料比率。此外，第二构造78的四元柱塞14布置成朝第二燃料回路76偏置四元燃料流，使得第二燃烧器21的燃料喷嘴79和81具有与第二燃烧器21的其他燃 料回路不同地偏置的空气/燃料比率。而且，四元柱塞14的第一构造70可不同于四元柱塞14的第二构造78，使得第一燃烧器17相对于第二燃烧器20具有不同的燃烧动态频率，从而降低相干性且降低燃气涡轮系统10中的不需要的振动响应。 [0059] 在一些实施例中，四元柱塞14的几何条件可在燃烧器12之间改变，使得特定燃烧器12相对于至少一个其他燃烧器12具有不同的燃烧动态频率。例如，在示出的实施例中，第一燃烧器17中的四元柱塞14的第一构造70包括与第三燃烧器83中的四元柱塞14的第三构造80的四元柱塞14形状(例如，方形)不同的四元柱塞14形状(例如，圆形)。在 某些实施例中，四元柱塞14的尺寸可在燃烧器12之间改变。例如，第四燃烧器85中的第四构造82包括与第五燃烧器中的第五构造84的四元柱塞14相比在尺寸方面不同的四元 柱塞14。特别地，第四构造82的四元柱塞14在尺寸上可更小，使得第四和第五构造82、84的四元柱塞之间的比率可近似为1:1、1.5:1、2:1、2.5:1等。 [0060] 在一些实施例中，除了与几何条件有关的变化之外，四元柱塞14的构造(例如，第三构造80相对于第一构造70)还包括与沿各种轴线的轴向交错和/或四元柱塞14的周向定位有关的变化，以朝其他燃料回路偏置四元燃料。以此方式，不同参数的组合可用于帮助降低相干性和降低系统10内的下游构件中的不需要的振动响应。此外，在某些实施例中，特定燃烧器12相对于其他燃烧器12可不具有四元柱塞14中的任何变化并且/或者可没 有任何四元柱塞14。例如，在第六燃烧器89中的第六构造86中，没有四元柱塞14配置在燃烧器89内。以此方式，第六燃烧器89可具有与第一燃烧器17、第二燃烧器21、第三燃烧器83、第四燃烧器85和/或第五燃烧器87不同的燃烧动态频率。 [0061] 在一些实施例中，系统10可包括燃烧器12的一个或更多个分组(例如，1、2、3、4、5或更多个)，其中，各组燃烧器12包括一个或更多个燃烧器12(例如，1、2、3、4、5或更多个)。在一些情况下，各组燃烧器12可包括与系统10内的一个或更多个其他组燃烧器12不同的相同燃烧器12。例如，第一组燃烧器12可包括具有四元柱塞14的第一构造的相同燃烧器12，且第二组燃烧器12可包括具有四元柱塞14的第二构造的相同燃烧器12。此外，四元柱塞14的第一构造可在一个或更多个方面与四元柱塞14的第二构造不同，如在上面描述的(例如，轴向交错、周向放置和/或尺寸、形状、角度方面的变化等)。因此，第一组燃烧器12可产生与系统10内的第二组燃烧器12的燃烧动态频率不同的燃烧动态频率。 [0062] 本发明的技术效果包括通过改变与燃气涡轮系统10的一个或更多个燃烧器12相关的多个注入柱塞14(例如，四元柱塞14)的构造来降低燃气涡轮系统10中的燃烧动态和/或燃烧动态的模态耦合(例如，降低下游构件中不需要的振动响应)。与特定燃烧器12相关的多个四元柱塞14的布置可以以显著减少或消除燃烧器和/或燃烧器12下游的构件的不需要的振动响应的方式改变燃烧动态。例如，轴向地和/或周向地改变四元柱塞14的构造(例如，放置、布置、位置、场所等)可有助于一个或更多个四元柱塞的对流时间和/或燃料喷嘴18水平处的燃料-空气比率的调谐，并且相对于燃气涡轮系统10中的构件的任何共振频率，和/或燃气涡轮系统10中的其他燃烧器12中的一个或更多个的燃烧动态，可导致不同、散布在更大频率范围上的燃烧动态频率或它们的任意组合。此外，改变四元柱塞14的几何条件(例如，尺寸，形状，角度等)可引入两个或更多个四元柱塞之间的对流时间和/或两个或更多个燃料喷嘴18之间的燃料-空气比率的变化，并且因此可有助于降低燃烧动态幅度和/或燃烧动态的模态耦合，这可降低系统10内的燃烧器12和/或下游构件 内的不需要的振动响应。 |
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