[发明专利]用于减少涡轮机中的燃烧动态变化的系统和方法

说明书

技术领域

本文所公开的主题涉及涡轮机领域，且更具体地，涉及用于减少涡轮机中的燃烧动态变化(dynamics)的系统和方法。

背景技术

燃烧动态变化是使用贫预混合燃烧的燃气涡轮机中的一种现象。燃烧动态变化包括由通过旋转火焰的燃烧室的径向和方位角模式的激励所引起的低频率、纵向动态变化和高频振荡燃烧。低频和高频二者均包括燃烧场分量和声学分量，这些分量在燃烧期间沿燃烧器传递。在一定的运行条件下，燃烧分量和声学分量结合以产生低频和高频动态场。低频和高频动态场对各种涡轮机部件具有负面影响。更具体地，从燃烧室通过的动态场可导致对下游涡轮机部件的高周疲劳(HCF)。

为了解决此问题，涡轮机以低于最优水平运行，也就是说，避免了某些运行条件以避免助长振荡燃烧的环境。尽管在减少燃烧动态变化方面是有效的，但避免这些运行水平限制了涡轮机的整体运行范围(envelop)。

对燃烧动态变化问题的另一个解决方法是改变燃烧室输入条件。更具体地，已知燃料-空气比的波动会引起导致振荡燃烧的燃烧动态变化。通过改变燃料流率产生燃料-空气混合物中的扰动能使燃烧场与声学场分离以便抑制振荡燃烧。尽管上述两种解决方法在减少燃烧动态变化方面都是有效的，但避免不同的运行水平限制了涡轮机的整体运行范围，而操纵燃料空气比需要结合控制方案，并还可导致低效燃烧。

发明内容

根据本发明的一个方面，涡轮机包括燃烧室和安装到该燃烧室上的至少一个预混合器。该至少一个预混合器包括具有延伸到第二末端部分的第一末端部分的主体。该第一末端部分构造成接收一定数量的燃料和一定数量的空气，而第二末端部分限定出口平面，燃料-空气混合物从该出口平面排入该燃烧室。涡轮机也包括可操作地联接到该至少一个预混合器上的燃烧动态变化减少系统。该燃烧动态变化减少系统包括破坏在该至少一个预混合器内的燃料-空气混合物的流型(flowpattern)的边界层扰动机构和声波引入系统中的至少一个。

根据本发明的另一方面，在涡轮机中减少燃烧动态变化的一种方法包括：通过预混合器将燃料-空气混合物引入燃烧室，并通过破坏在至少一个预混合器内的燃料-空气混合物的流型来减少燃烧动态变化。

通过结合附图的下列描述，这些和其它优点和特征将变得更加明显。

附图说明

被认为是本发明的主题在说明书所附的权利要求中被特别地指出和清楚地要求保护。本发明的上述和其它特征和优点从结合附图的下列具体实施方式中是明显的，其中：

图1是根据本发明示例性实施例的包括燃烧动态变化减少系统的涡轮机的局部、横截面侧视图；

图2是图1的涡轮机的燃烧器部分的横截面侧视图；

图3是根据本发明一个示例性方面的包括燃烧动态变化减少系统的喷嘴组件的示意图；

图4是根据本发明另一个示例性方面的包括燃烧动态变化减少系统的喷嘴组件的示意图；以及

图5是根据本发明又一个示例性方面的包括燃烧动态变化减少系统的喷嘴组件的示意图。

借助参考附图的示例，具体实施方式描述了本发明的实施例以及优点和特征。

部件列表：