技术领域
[0001] 本
发明涉及一种燃烧器、一种用于
涡轮机特别是燃气涡轮
发动机的燃烧装置、以及一种制造燃烧器的方法。
背景技术
[0002] 作为
涡轮机的一个示例，
燃气涡轮发动机包括作为主要部件的
压气机、燃烧装置和膨胀涡轮。对于燃烧装置，存在各种不同设计，例如环形燃烧装置或环管式燃烧装置。燃烧装置本身包括燃烧器和
燃烧室，
燃料经由燃烧器而被提供至燃烧空间，燃烧室用于密封燃烧空间。燃烧空间还被提供有用于燃烧的含
氧流体，尤其是从压气机提供的空气。
[0003] 燃烧器可以被设计为在稀燃条件下操作，从而保持排放较少，尤其是NOx和CO排放较少。在稀燃条件下，认为燃料和空气的混合中的所有或大部分燃料被燃烧。对于这种稀燃操作，通常提供所谓的主燃料。对于瞬态操作，例如在涡轮机的启动期间，可以提供附加燃料作为所谓的引燃燃料，以稳定火焰并避免燃烧动态。
[0004] 干式低排放(DLE)技术可以用于减少NOx排放。
[0005] DLE型燃烧涉及的一个问题是会发生燃烧动态事件。由诸多不同物理机制引起的这种现象可能会导致结构损坏、对排放产生负面影响并显著影响投产。
[0006] 一般而言，抑制燃烧动态的一种途径是使用被直接安装在燃烧装置(包括环形和环管式燃烧装置两种)的燃烧室中的声学(被动)阻尼器。这种阻尼器例如包括Helmholtz
谐振器或穿孔衬套，以直接冲击燃烧室中的声压。
[0007] 上述解决方案尚未被认为是最佳方案。与燃烧动态相关的机制之一是：存在进入燃烧装置并且尤其是进入燃烧区的
波动燃料分布。燃料的这种调制是由随后的声学事件引起的，并且可能导致破坏性的自驱动反馈回路。
发明内容
[0009] 该目的通过独立
权利要求来实现。
从属权利要求描述了本发明的有利改进和
修改。
[0010] 根据本发明的第一方面，提供了一种涡轮机的燃烧器，尤其是燃气涡轮发动机的燃烧器，其包括至少一个燃烧器区段，至少一个燃烧器区段具有围绕燃烧器内部的相应区段的环形壁，该环形壁包括：
[0011] -界定燃烧器内部的环形内表面，
[0012] -多个阻尼腔，用于阻尼燃烧器内部中的热声振动，每个阻尼腔通过至少一个阻尼孔而被连接至环形内表面。
[0013] 通过这种构造，通过在多个燃烧器区段中的一个燃烧器区段中引入声学阻尼器，上述反馈机制被削减，并且与这种现象相关的燃烧动态被抑制。
[0014] 根据本发明的
实施例，具有环形壁的至少一个燃烧器区段是燃烧器的中间燃烧器区段(特别是混合区段)，该至少一个燃烧器区段被设置在下述两个区段之间：
[0015] -上游燃烧器区段，用于将第一燃料和含氧流体提供至燃烧器内部的上游端；和[0016] -下游燃烧器区段，用于将第二燃料提供至燃烧器内部的下游端或提供至燃烧室。
[0017] 上游燃烧器区段可以被布置为优选通过旋流器而被提供主燃料和空气的混合。下游燃烧器区段可以被布置为提供引燃燃料。中间燃烧器区段可以被称为混合器或混合区段，以实现主燃料和空气的更好混合。
[0018] 在中间燃烧器区段集成被动声学阻尼器的积极效果在于：
[0019] -由于这些声学阻尼器位于燃烧区的上游，因此不存在不希望的空气消耗。因此，将不会经历未受影响的(升高的)火焰
温度对排放
水平的负面影响；
[0020] -如果在现场发生与调制现象有关的动态问题，则可以容易地实现针对该特定现场的对应的燃烧器调节；
[0021] -如果因包括不同燃料规格的操作而发生动态问题，则可以容易地实现燃烧器的适当声学调节以解决该问题。
[0022] 根据本发明的第二方面，提供了一种燃烧装置，包括：
[0023] -多个燃烧器，至少一个燃烧器被以如上所述的方式布置；以及
[0024] -至少一个燃烧室(尤其是环形或环管式燃烧室)，被布置在一个或多个燃烧器的下游。
[0025] 根据本发明的第三方面，提供了一种制造上述燃烧器的方法。该制造方法包括以下步骤：
[0026] -将环形壁
增材制造为一体形成部件，或
[0027] -将上游燃烧器区段、中间燃烧器区段和下游燃烧器区段增材制造为一体形成部件。
[0028] 根据本发明的可能实施例，通过
选择性激光熔化或选择性激光
烧结来执行增材制造步骤。
[0029] 通过使用增材制造技术，燃烧器可以被设计为具有阻尼装置，该阻尼装置被调谐为用于最佳衰减行为(即，抑制已知的特定
频率间隔)。
[0030] 根据本发明的其它可能实施例，每个阻尼腔通过至少一个清洗孔而被连接至环形壁的环形外表面。
[0031] 根据本发明的其它可能实施例，多个阻尼腔中的至少一个阻尼腔具有四边形轮廓或六边形轮廓或圆形轮廓。
[0032] 多个阻尼腔可以沿行和/或列分布在环形壁中，以形成图案。上述行和/或列可以相对于燃烧器的纵向轴线平行或倾斜。
[0033] 在上下文的描述中，当没有不同地
指定时，术语“纵向”、“径向”和“周向”是相对于燃烧器的纵向轴线。
[0034] 术语“上游”/“下游”/“中(游)”用于表示沿燃烧器的纵向轴线的方向，并且是相对于燃料流方向。即使一些流体将被被形成漩涡，但最终主行进方向可以被给定为从燃烧器的上游端到燃烧器的出口(下游端)。出口将流体释放到燃烧室中，因此，燃烧室也位于燃烧器的下游。
[0035] 术语“内部”和“外部”是相对于燃烧器的径向方向使用，径向方向垂直于燃烧器的纵向轴线。径向向内腔(燃烧器内部)由环形壁径向向外包围。燃烧器外部被限定在该环形壁之外，即，燃烧器外部被进一步径向向外地限定。燃烧器外部被认为是中空空间，以引导从涡轮机的压气机提供的压缩含氧流体。
[0036] 需要注意的是，已经结合不同技术方案对本公开的实施例进行了描述。特别地，一些实施例已经结合装置类型权利要求而被描述，而另一些实施例已经结合方法类型权利要求而被描述。然而，本领域技术人员将从上下文的描述中理解，除属于一种类型的技术方案的任意特征组合之外，与不同技术方案相关的任意特征之间的组合、尤其是对于方法类型权利要求的特征与装置类型权利要求的特征之间的组合也是本
申请公开内容的一部分。
[0037] 根据下文将要描述的实施例的示例，本发明的上述及其它方面是显而易见的，并且结合实施例的示例进行解释。下文中将结合实施例的示例更详细地描述本发明，但本发明不限于这些示例。
附图说明
[0038] 图1示出根据本发明的燃烧器的示例性实施例的侧视图；
[0039] 图2示出根据本发明的燃烧器的中间燃烧器区段的纵向截面；
[0040] 图3示出图2中的燃烧器区段的轴测图；
[0041] 图4示出图3的没有环形外表面的轴测图，以示出中间燃烧器区段的环形壁的内侧；
[0042] 图5示意性地示出中间燃烧器区段的环形壁内侧的阻尼器的第一图案；
[0043] 图6示意性地示出中间燃烧器区段的环形壁内侧的阻尼器的第二图案；
[0044] 图7示意性地示出中间燃烧器区段的环形壁内侧的阻尼器的第三图案。
具体实施方式
[0045] 附图中的图示仅为示意性的。应当注意的是，在不同附图中，相似或相同元件或特征具有相同的附图标记。为了避免不必要的重复，已经结合实施例描述的元件或特征在
说明书中不再进一步描述。
[0046] 图1示出根据本发明的一个示例性燃烧器1。燃烧器1可以是燃气涡轮发动机的一部分，并且可以用于环形燃烧装置。燃烧器1包括沿燃烧器1的纵向轴线Y纵向延伸的上游燃烧器区段2、中间燃烧器区段3和下游燃烧器区段4。在上游燃烧器区段2的上游，燃烧器轴5向燃烧器1提供燃料。特别地，上游燃烧器区段2可以是旋流器，用于将燃料与空气进行混合。在燃烧器1的轴向方向上，中间燃烧器区段3在上游燃烧器区段2之后，并提供预混区以进一步混合先前提供的空气和燃料。在更下游，存在下游燃烧器区段4，并且特别地还提供燃烧器尖端42。上游燃烧器区段2、中间燃烧器区段3和下游燃烧器区段4共同包围燃烧器内部6。在更下游，燃烧器尖端42被连接至燃烧装置(未更详细地示出)的燃烧室70。
[0047] 燃烧器轴5、具有旋流器的上游燃烧器区段2、下游燃烧器区段4和燃烧室70是常规的，且不是本发明的特定对象，并且因此不再对它们进行进一步详细描述。
[0048] 图2至图4示出根据本发明的中间燃烧器区段3的一个实施例。
[0049] 在该实施例中，中间燃烧器区段3基本上被构造为围绕燃烧器1的纵向轴线Y的柱形环形壁10。环形壁10也可以具有不同的形状，只要是围绕空间的环形即可。环形壁10包围燃烧器内部6的中间区段。环形壁10包括：界定燃烧器内部6的中间区段的环形内表面16，以及环形壁10的与外部环境7
接触的环形外表面7。
[0050] 环形壁10包括环形冷却流体通路11。为了将空气提供至环形冷却流体通路11中，环形壁10中存在多个冷却流体入口孔14，多个冷却流体入口孔14被设置在环形外表面17上纵向靠近上游燃烧器区段2的
位置中。环形冷却流体通路11使冷却流体入口孔14延伸至设置在环形内表面16上的多个泻流孔15。
[0051] 环形壁10还包括多个阻尼腔30，以用于阻尼燃烧器内部6中的热声振动。每个阻尼腔30通过相应的阻尼孔40而被连接至环形内表面16。每个阻尼孔40包括位于环形内表面16上的阻尼开口41。
[0052] 每个阻尼腔30代表具有以下主要几何参数的Helmholtz谐振器：
[0053] -阻尼腔30的容积Vc，
[0054] -阻尼孔40的横截面积A，
[0055] -阻尼孔40的长度L。
[0056] 每个阻尼腔30可以用于抑制容积V内部的燃烧气体的热声振动的频率f，频率f与面积A和体积Vc与长度L的乘积之比的平方根成比例，即，用符号表示为：
[0057] f～sqrt(A/(Vc＊L))。
[0058] 每个阻尼腔30还通过相应的清洗孔50而被连接至环形外表面17。每个清洗孔50包括位于环形外表面17上的清洗开口51。
[0059] 根据本发明的其它可能实施例(附图中未示出)，不存在清洗孔50。
[0060] 每个阻尼腔30由分别位于径向内部和外部的两个基面31、32以及径向连接两个基面31、32的一个或多个侧面33来界定。如附图2至图4的实施例所示，两个基面31、32可以被定向为基本平行于环形内表面16和/或环形外表面17。
[0061] 根据本发明的各个实施例，两个基面31、32可以具有各种相应轮廓。特别地，两个基面31、32可以具有四边形轮廓(图4和图5)、六边形轮廓(图6)、圆形或椭圆形轮廓(图7)。
[0062] 更一般地，根据本发明的其它实施例(未示出)，每个阻尼腔30的三维形状可以是任意的，例如球形、锥形、矩形、蜂窝状等。阻尼孔40和清洁孔50的形状可以是圆形或椭圆形等。
[0063] 根据本发明的各个实施例，多个阻尼腔30可以沿行和/或列(由轴向朝向X表示)而被分布在环形壁10中，以形成多个相应图案101、102、103。
[0064] 参见图4和图5中的实施例，具有四边形、特别是菱形形状的多个阻尼腔30按照第一图案101分布，该第一图案包括相对于燃烧器1的纵向轴线Y倾斜的多个行(或列)X。
[0065] 参见图6中的实施例，具有六边形形状的多个阻尼腔30按照第二图案102分布，该第二图案包括平行于燃烧器1的纵向轴线Y的多个行(或列)X。
[0066] 参见图7中的实施例，具有椭圆形形状的多个阻尼腔30按照第三图案103分布，该第三图案包括与燃烧器1的纵向轴线Y
正交的多个行(或列)X。
[0067] 环形壁10，特别是阻尼腔30、阻尼孔40和清洗孔50，可以通过增材制造技术而被构建，例如通过选择性激光熔化、
选择性激光烧结、
电子束熔化、选择性热烧结或电子束自由成形而被构建。增材制造技术有利地允许制造多种阻尼腔30的形状和图案。这些种类中的一些可能示例已经在上文中描述并在附图中示出。
