CN102116478B - 用以减轻燃烧动态特性的燃料***声学特征和方法 - Google Patents

用以减轻燃烧动态特性的燃料***声学特征和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用以减轻燃烧动态特性的燃料***声学特征和方法。具体而言，提供了一种燃料***的干式低NOx(DLN)燃料喷嘴(10)，以及该燃料喷嘴(10)包括：一个或多个下游孔口(20)，其形成为用以限定引导流体沿其流动的第一流体通路(21)；上游孔口(40)，其定位在一个或多个下游孔口(20)上游，形成为用以限定引导流体沿其流动的第二流体通路(41)；以及连接通道(50)，其设置成用以分别将下游孔口(20)的第一流体通路(21)和上游孔口(40)的第二流体通路(41)彼此流体地联接。上游孔口(40)的径向尺寸和轴向位置中的至少一个经设定用以协作地解调燃料***声阻抗。

Description

用以减轻燃烧动态特性的燃料***声学特征和方法
技术领域
本文所公开的主题涉及一种用以减轻多喷嘴干式低NOx(DLN)燃烧***的燃烧动态特性(dynamics)的燃料***。
背景技术
在燃气涡轮发动机中，燃料和空气混合在一起且在燃烧器的燃烧区内燃烧。这种燃烧的能量然后转变成涡轮中的机械能，其中该机械能例如可用于发电。排出燃烧的副产物。然而，最近关于这些副产物对环境影响的关注已在增长，且已试图构建干式低NOx(DLN)燃烧器，其设计成用以减少作为燃烧副产物所产生的不合需要的NOx排放量。
对于DLN燃气涡轮燃烧器操作而言，燃烧动态特性已视作为可妨碍可操作性、缩短零件寿命和降低相关DLN***的总体耐用性的考虑因素。对于燃烧动态特性的一个主要因素是由于混合区段中的压力波动和对应的燃料流速和空气流速波动而何时发生燃料/空气比波动。燃料/空气比波动可导致热释放波动和持续燃烧动态特性。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种燃料***的干式低NOx(DLN)燃料喷嘴，以及该燃料喷嘴包括：一个或多个下游孔口(orifice)，其形成为用以限定引导流体沿其流动的第一流体通路；上游孔口，其定位在该一个或多个下游孔口的上游，形成为用以限定引导流体沿其流动的第二流体通路；以及连接通道，其设置成分别将下游孔口的第一流体通路和上游孔口的第二流体通路彼此流体(或流体连通)地联接。上游孔口的径向尺寸和轴向位置中的至少一个经设定用以协作地(或协调性地)解调燃料***的声阻抗。
根据本发明的另一方面，提供了一种燃料***的干式低NOx(DLN)燃料多喷嘴，以及该喷嘴包括：多个下游孔口，其形成为用以限定引导流体沿其流动的第一流体通路且布置成用以形成下游孔口子组合；多个上游孔口，其定位在下游孔口的上游且分别与对应的一个下游孔口子组合相关，各上游孔口均形成为用以限定引导流体沿其流动的第二流体通路；以及多个连接通道，其设置成分别将子组合下游孔口的第一流体通路和对应的上游孔口的第二流体通路彼此流体(或流体连通)地联接。各上游孔口的径向尺寸和轴向位置中的至少一个独立地设定成用以协作地解调燃料***的声阻抗。
根据本发明的又一个方面，提供了一种组装燃料***的干式低NOx(DLN)燃料多喷嘴的方法，以及该方法包括将多个下游孔口与多个上游孔口流体(或流体连通)地联接，该多个下游孔口形成为用以限定引导流体沿其流动的第一流体通路且布置为用以形成下游孔口子组合，该多个上游孔口定位在下游孔口的上游且分别与对应的一个下游孔口子组合相关联，各上游孔口均形成为用以限定引导流体沿其流动的第二流体通路；以及独立地调节各上游孔口的径向尺寸和轴向位置中的至少一个，以便协作地解调燃料***的声阻抗。
通过结合附图的如下描述，这些及其它优点和特征将变得更为明显。
附图说明
在权利要求中具体地指出且明确地主张了视作为本发明的主题。通过结合附图的如下详细描述，本发明的前述及其它特征和优点将变得清楚，在附图中：
图1为燃料喷嘴组合的简图的侧截面视图；
图2为多个燃料喷嘴组合的简图的侧截面视图；以及
图3为多喷嘴筒形燃烧器构件的透视图。
本详细说明通过举例而非限制的方式，参照附图阐述了本发明的实施例以及优点和特征。
零件清单
10燃料喷嘴
20，20ij下游孔口
21第一流体通路
40，40ij上游孔口
41第二流体通路
50，50i连接通道
51燃料供送管
52燃料供送管
L燃料供送管长度
53燃料喷嘴部分
LN燃料喷嘴部分长度
54下游端
55公共歧管
RUP，RUP1-3上游孔口的径向尺寸
PL，PL1-3上游孔口的轴向位置
NL下游孔口的轴向位置
RDO下游孔口的径向尺寸
60管路
61侧壁
62开孔
70管路
71侧壁
72开孔
80多喷嘴
81，82，83下游孔口子组合
具体实施方式
根据本发明的实施例，有可能通过声学地解调燃料***声响应来防止或显著减轻燃料/空气比波动驱动的燃烧动态特性。对于包括多个喷嘴和/或喷嘴组合的燃烧器***而言，组合之间失配的燃料***阻抗可用于进一步减轻燃烧动态特性。
如图1中所示，提供了燃料***(即，图1和图2的燃料流)的干式低NOx(DLN)燃料喷嘴10，以及该燃料喷嘴10包括一个或多个下游孔口20、上游孔口40以及连接通道50。各下游孔口20均形成为用以限定第一流体通路21，诸如燃料流的流体沿该第一流体通路21经引导流向混合区段，且然后流向喷嘴10流体地联接到其上的燃烧器的燃烧区。上游孔口40相对于流体通路21的流动方向定位在下游孔口20的上游，且形成为用以限定第二流体通路41，流体沿该第二流体通路41经引导流向下游孔口20。连接通道50设置成用以分别将下游孔口20的第一流体通路21和上游孔口40的第二流体通路41彼此流体地(或流体连通地，fluidly)联接。对于这种构造，上游孔口40的径向尺寸RUP和轴向位置PL中的至少一个可设定为可变的值，以便协作地解调燃料***的声阻抗，从而防止或显著减轻燃料/空气比波动驱动的燃烧动态特性。
下游孔口20中的各个均定位在轴向位置NL处，且具有径向尺寸RDO，且可包括管路60，该管路60在其下游端处通向燃烧器的混合区段。下游孔口20的管路60包括侧壁61，该侧壁61形成为用以限定从侧壁61上游端延伸至下游端的开孔62。尽管本发明的实施例包括将上游孔口40的径向尺寸RUP和轴向位置PL设定为可变的值，但下游孔口20的径向尺寸RDO和轴向位置NL则是保持不变的，且解调操作的数目保持相对较少。然而，应理解的是，实际上，可能需要或期望改变下游孔口20的径向尺寸RDO和轴向位置NL，且因此，应理解的是也存在在其中这是可能的实施例。
上游孔口40定位在轴向位置PL处，且具有径向尺寸RUP，以及可包括通向连接通道50的管路70，其中，如上文所述，径向尺寸RUP可设定为可变的值。上游孔口40的管路70包括侧壁71，该侧壁71形成为用以限定从侧壁71上游端延伸至其下游端的开孔72。
连接通道可包括设置在上游孔口40的下游且流体(或流体连通)地联接到该上游孔口40上的燃料供送管51；设置在上游孔口40的上游且流体地联接到该上游孔口40上的上游燃料供送管52；一个或多个燃料喷嘴部分53，各燃料喷嘴部分53均具有下游孔口20设置在其上的下游端54；以及公共歧管55。公共歧管55流体地(或流体连通地)介于燃料供送管51与燃料喷嘴部分53之间。
燃料供送管51的长度L是可改变的。这样，从公共歧管55平面所测得的上游孔口40的轴向位置PL是可调的。即是说，当长度L缩短时，上游孔口40的轴向位置PL便接近公共歧管55。相反，当长度L延长时，则轴向位置PL便从公共歧管55退回。上游孔口40的径向尺寸RUP可等于或小于燃料供送管51的径向尺寸RP。然而，应理解的是，也存在在其中径向尺寸RUP将大于径向尺寸RP的实施例。
根据实施例，燃料喷嘴部分53在数量上可为多个。即是说，如图1中所示，燃料喷嘴部分53可提供为三(3)个单独的燃料喷嘴部分53，但应理解的是，这仅为示例性的，且还存在具有更多或更少数目的燃料喷嘴部分53的实施例。在任何情况下，各燃料喷嘴部分53均具有从公共歧管55所测得的大致相似的轴向长度LN，且流体(或流体连通)地联接到公共歧管55上，从而接收公共的燃料流。此外，一个或多个下游孔口20在数量上对应地为多个，其中，多个下游孔口20中的各个均与对应的燃料喷嘴部分53相关联。
参看图2和图3，提供了干式低NOx(DLN)燃料多喷嘴80。燃料多喷嘴80的许多构件在结构和操作上与燃料喷嘴10的对应构件相似，且其详细说明可根据上文获得。
如图2和图3中所示，燃料多喷嘴80包括多个下游孔口，如布置为用以形成下游孔口子组合81，82和83的示例性下游孔口2011，2012，2013，2021，2022和2031(下文称为″20ij″)，它们以可设定为可变形式的预定模式(pattern)而排列在燃料多喷嘴80内。燃料多喷嘴80还包括多个上游孔口401，402和403(下文称为″40i″)以及多个连接通道501，502和503(下文称为″50i″)。各上游孔口40i均定位在下游孔口20ij的上游，且分别与如图2中所示的对应的一个下游孔口子组合81，82或83相关联。多个连接通道50i设置成用以分别将子组合下游孔口20ij的第一流体通路和对应的上游孔口40i的第二流体通路彼此流体(流体连通)地联接。对于这种构造，各上游孔口40i的径向尺寸RUP1，UP2，UP3和轴向位置PL1，L2，L3中的至少一个可设定为可变的值，以便协作地解调燃料***的声阻抗，从而防止或显著减轻燃料/空气比波动驱动的燃烧动态特性。
根据实施例，至少一个或多个上游孔口40i定位在独特(或特有)的轴向位置处，例如使得PL3＞PL2＞PL1。类似的是，至少一个或多个上游孔口40i具有独特(或特有)的径向尺寸，例如使得RUP1＞RUP2＞RUP3。
在燃料多喷嘴80中，多个连接通道50i中的各个均可包括设置在各上游孔口40i的下游且流体(或流体连通)地联接到各上游孔口40i上的燃料供送管51、分别具有各下游孔口20ij设置于其上的下游端54的多个燃料喷嘴部分53，以及公共歧管55。在各下游孔口子组合81，82，83中，公共歧管55流体(或流体连通)地介于燃料供送管51与多个燃料喷嘴部分53之间。
根据本发明的另一方面，提供了一种组装燃料***的干式低NOx(DLN)燃料多喷嘴的方法。该方法包括将形成为用以限定引导流体沿其流动的第一流体通路且布置为用以形成下游孔口子组合的多个下游孔口与多个上游孔口流体(或流体连通)地联接，该多个上游孔口定位在下游孔口的上游，且分别与相应的一个下游孔口子组合相关联。各上游孔口均形成为用以限定引导流体沿其流动的第二流体通路。该方法还包括独立地调节各上游孔口的径向尺寸和轴向位置中的至少一个用以协作地解调燃料***的声阻抗。独立调节可包括将至少一个或多个上游孔口定位在独特(或特有)的轴向位置和/或使至少一个或多个上游孔口形成为具有独特(或特有)的径向尺寸。
尽管仅结合了有限数量的实施例对本发明进行了详细描述，但应容易理解的是，本发明并不限于这些公开的实施例。相反，本发明可进行修改，以结合任意数目的此前并未描述但与本发明的精神和范围相匹配的变型、备选方案、替换方案或等效布置。此外，尽管已描述了本发明的多种实施例，但应当理解，本发明的方面可仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应看作是由以上说明所限制，而是仅受限于所附权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种燃料***的干式低NOx(DLN)燃料喷嘴，包括：
一个或多个下游孔口，所述一个或多个下游孔口形成为用以限定引导流体沿其流动的第一流体通路；
上游孔口，所述上游孔口定位在所述一个或多个下游孔口的上游，形成为用以限定引导所述流体沿其流动的第二流体通路；以及
连接通道，所述连接通道具有燃料供送管，所述连接通道设置成用以分别将所述下游孔口的第一流体通路和所述上游孔口的第二流体通路彼此流体连通地联接，
所述上游孔口的径向尺寸和轴向位置中的至少一个协作地解调所述燃料***的声阻抗，所述上游孔口具有比所述燃料供送管的径向尺寸更小的径向尺寸。
2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，各所述下游孔口均包括管路，所述管路在其下游端处通向燃烧器的混合区段且包括侧壁，所述侧壁形成为用以限定从其上游端延伸至所述下游端的开孔。
3.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述上游孔口包括管路，所述管路包括侧壁，所述侧壁形成为用以限定从其上游端延伸至其下游端的开孔。
4.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述连接通道还包括：
燃料供送管，其设置在所述上游孔口的下游且流体连通地联接到所述上游孔口上；
燃料喷嘴部分，其具有各所述下游孔口设置于其上的下游端；以及
公共歧管，其流体连通地介于所述燃料供送管与所述燃料喷嘴部分之间。
5.根据权利要求4所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述燃料供送管的长度是可改变的，使得所述上游孔口的轴向位置为可调的。
6.根据权利要求4所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述上游孔口的轴向位置是相对于所述公共歧管的轴向位置测量的。
7.根据权利要求4所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述燃料喷嘴部分在数量上为多个，其中，各燃料喷嘴部分均流体连通地联接到所述公共歧管上。
8.根据权利要求7所述的燃料喷嘴，其特征在于，各燃料喷嘴部分的各所述下游孔口在数量上为多个，其中，所述多个下游孔口中的各个均与对应的燃料喷嘴部分相关联。
9.根据权利要求8所述的燃料喷嘴，其特征在于，各燃料喷嘴部分均具有从所述公共歧管测量的大致相似的轴向长度，以及各下游孔口均具有大致相似的径向尺寸。
10.一种燃料***的干式低NOx(DLN)燃料多喷嘴包括：
多个下游孔口，其形成为用以限定引导流体沿其流动的第一流体通路且布置成用以形成下游孔口子组合；
多个上游孔口，其定位在下游孔口的上游且分别与对应的一个所述下游孔口子组合相关，各上游孔口均形成为用以限定引导流体沿其流动的第二流体通路；以及
多个连接通道，各连接通道具有燃料供送管且设置成分别将子组合下游孔口的第一流体通路和对应的上游孔口的第二流体通路彼此流体连通地联接，
各所述上游孔口的径向尺寸和轴向位置中的至少一个协作地解调所述燃料***的声阻抗，所述上游孔口具有比对应燃料供送管的径向尺寸更小的径向尺寸。
11.根据权利要求10所述的燃料多喷嘴，其特征在于，所述上游孔口中的至少一个或多个位于轴向位置处。
12.根据权利要求10所述的燃料多喷嘴，其特征在于，所述多个连接通道中的各连接通道还包括：
燃料供送管，其设置在各所述上游孔口的下游且流体地联接到各所述上游孔口上；
多个燃料喷嘴部分，其各具有各所述下游孔口设置于其上的下游端；以及
公共歧管，其流体地介于所述燃料供送管与所述多个燃料喷嘴部分之间。
13.根据权利要求12所述的燃料多喷嘴，其特征在于，各所述燃料供送管的长度是可改变的，使得所述上游孔口的轴向位置为可调的。
14.根据权利要求12所述的燃料多喷嘴，其特征在于，各所述上游孔口的轴向位置是相对于所述公共歧管的轴向位置测量的。
15.根据权利要求12所述的燃料多喷嘴，其特征在于，所述多个燃料喷嘴部分中的每个均具有从所述公共歧管测量的大致相似的轴向长度，以及各下游孔口均具有大致相似的径向尺寸。
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