[发明专利]在燃烧室中的多个位置处同时进行宽带消振

说明书

技术领域

本发明涉及消振器组件。

特别地，消振器组件用来消减在燃气涡轮的运行期间产生的压力振荡，燃气涡轮设有贫化预混合低排放燃烧系统。

背景技术

已知燃气涡轮包括一个或多个燃烧室，燃料被喷射到燃烧室中，混合到空气流中且燃烧而产生高压烟道气，烟道气在涡轮中膨胀。

在运行期间，可产生压力振荡，其可对燃烧室产生机械损害，并且限制运行范围。

出于这个原因，通常燃烧室设有消振装置，诸如，四分之一波管、亥姆霍兹(Helmholtz)消振器或声屏障，以消减这些压力振荡。

参照图1，传统亥姆霍兹消振器1包括消振空间2(即共振器空间)和颈部3(入口部分)，它们连接到燃烧室5的壁4(以线条图形显示)上，在燃烧室中进行燃烧且产生要消减的压力振荡。

亥姆霍兹消振器的共振频率(即被消减频率)取决于消振空间2和入口部分3(颈部)的几何特征，并且必须对应于燃烧室5中产生的压力振荡的频率。

特别地，空间和颈部的几何结构确定亥姆霍兹消振器的本征频率。亥姆霍兹消振器的最大消振特性实现在本征频率下，并且其典型地处于非常狭窄的频带中。

尽管如此，这些压力振荡的频率可在燃气涡轮与燃气涡轮之间略微变化，并且另外，而且对于同一燃气涡轮，它在燃气涡轮运行(例如，部分负荷、基本负荷、过渡)期间可略微变化。

因为在低频范围下(通常在该范围下使用亥姆霍兹消振器)，亥姆霍兹消振器的消振频率带宽非常狭窄，燃烧室中产生的压力振荡的这种频率变化可使连接到其上且具有预先固定的设计共振频率的亥姆霍兹消振器完全没用。

为了处理具有不同的频率的压力振荡，典型地使用两个或更多个亥姆霍兹消振器。例如，DE 102005062284公开了一种消振器组件，其具有两个或不止两个串联连接的亥姆霍兹消振器，即亥姆霍兹消振器的颈部连接到另一个亥姆霍兹消振器的空间上。这个布置被证明在消减具有不同的分得很开的频率(诸如例如15Hz和90Hz)的压力振荡方面非常高效。

要清楚，在这个情况下，一些压力振荡将不被消减，从而对燃气涡轮的结构和运行产生有害作用。

为了在足够大的带宽中消减压力振荡，典型地多个亥姆霍兹消振器1连接到燃烧室5上。尽管如此，在这个情况下，还是会出现问题。

实际上，为了高效地消减具有固定频率的压力振荡，亥姆霍兹消振器必须位于压力振荡具有最大幅度的燃烧室位置处。

应当清楚，当燃烧室具有在同一位置或在彼此靠近的位置处具有最大幅度的不同频率的压力振荡时，具有不同的特征的不同的亥姆霍兹消振器应当安装在那些位置处。

尽管如此，在燃气涡轮的燃烧室中，亥姆霍兹消振器可连接的位置是有限的，并且因而，通常不可能将不同的亥姆霍兹消振器连接在同一位置处(例如相对于彼此成角度地偏移开)。

此外这个多亥姆霍兹消振器组件的另一个缺点在于，燃烧室的脉动将仅被具有足够靠近脉动频率的共振频率的那些亥姆霍兹消振器衰减。

参照一些其它现有技术图来详细阐述这个概念。图2A显示对应于燃烧室5中的具有幅度A0的脉动频率F_A的波型。对于本领域技术人员将显而易见的是，显示的波型是驻波型的简化形式，其显示在一个时间戳中，具有两个波腹，即波形的最大幅度点。现在，如图2B中显示，消振器1(其预调谐成处理频率F_A)定位在这个频率F_A曲线的高峰处，因而其导致刚好消减那个位置处的波型。换句话说，消振器1定位成最靠近频率F_A的波型的一个波腹。这最终导致频率F_A的模式改变(即，波腹移动位置)，而实际上不对幅度A0产生任何作用。

参照图3A和3B，两个亥姆霍兹消振器1定位成最靠近频率F_A的波腹，使得其导致频率波F_A的幅度从A0降低到A1。但是，这可产生处于具有幅度B0的不同的频率F_B的另一个模式B。因此，如果通过使用多个消振器来对一个主模式起作用，则另一个模式可变成主要的，并且主导系统的动态特性。虽然，模式A的幅度被减小，但是模式B的出现增加燃烧室5中的脉动。实际上，具有不止一个模式的燃烧系统是不稳定的。