[发明专利]用于燃气涡轮发动机的燃烧室

说明书

一种用于燃气涡轮发动机(1)的燃烧室(10)包括：内壁(22)，内壁(22)划定燃烧室(10)的内部体积(V)的界限，燃烧气体从燃烧器(2)通过内部体积(V)流动到燃气涡轮发动机(1)的燃气涡轮(3)；多个阻尼腔(30)，用于燃烧气体的热声振动的阻尼，每个阻尼腔(30)通过内壁(22)上的至少一个阻尼孔(40)与内部体积(V)连通；至少一个冷却通路(50)，用于供冷却介质在内部体积(V)外流动，以与内壁(22)热接触，每个阻尼腔(30)包括与冷却通路(50)连通的至少一个吹扫孔(60)，用于将冷却介质的一部分通过阻尼腔(30)吹扫到内部体积(V)。

技术领域

本发明涉及用于燃气涡轮的燃烧室和包括这样的燃烧室的燃气涡轮发动机。

背景技术

燃烧动力学中的热声效应是一种众所周知的复杂现象，该现象在现代低排放燃气涡轮燃烧装置中出现得相当频繁。燃烧过程固有的不稳定性引起了燃烧气体的强有力的热声振动，这种强有力的热声振动可能是由热释放与周围声响之间多余的互作用造成的。由于燃烧过程所涉及的能量，高动态水平(high dynamic level)可能是致命的，并且在耦合的声学-结构互作用中，这可能会损坏周围的燃烧室结构。剧烈的燃烧动力还可能会影响燃气涡轮的整体运行，这表现为试运转期间的高排放水平和高成本。对这种现象加以抑制是必要的并且可以通过不同的方式来实现，例如最小化与源的声互作用、改变声频谱、移动结构本征模式或者引入无源阻尼装置来获得可允许的动力水平。

通常，通过使用经典的亥姆霍兹共振器来解决对燃烧室中的(低频)燃烧不稳定性的抑制。这种声装置的阻尼能力是通过在燃烧室壁中的孔的后面建立声腔来实现的。

目标频率是要被该装置抑制的频率f，它是通过腔的几何参数来确定的，即：

-腔的体积Vc，

-腔与燃烧室之间的阻尼孔的横截面面积A，

-腔与燃烧室之间的阻尼孔的长度L。

根据众所周知的亥姆霍兹共振器原理(上述参数与亥姆霍兹共振器有关联)，要被抑制的频率f与面积A和体积Vc乘长度L的乘积之间的比率的平方根成比例，即，用符号表示为：

f～sqrt(A/(Vc*L)

长度L与将亥姆霍兹共振器与燃烧室分离的壁的厚度(一般情况下，范围为从2mm至4mm)有关，并且阻尼孔的面积A不能高于上限，这取决于技术上的约束，尤其是对将亥姆霍兹共振器与燃烧室分离的壁的结构要求。阻尼孔的直径的典型的取值范围在0.5mm与4mm之间。因此，以上关系表明：解决中高频f的仅有的实际可能性需要借助于小亥姆霍兹装置，即，体积Vc的值较小的亥姆霍兹装置。然而，由于当前制造技术的限制，这几乎是不可能实现的。作为一种替代方案，使用所谓的带孔缸套(perforated liner)或软壁。

参照图1和图2，软壁由燃烧装置内壁22a中的大量窄间隔孔40a实现，燃烧装置内壁22a与燃烧室1的外壁25a是间隔开的。窄间隔孔40a共享被包括在内壁22a与外壁25a之间的同一声腔30a。这样的装置通常是通过焊接来制造的，这样的装置允许对如下频率间隔进行抑制或限制：该频率间隔的值取决于孔的尺寸、间距、腔深度和长度以及取决于通过孔的空气流的速度。

第一个缺陷源于冷却介质(特别是压缩空气)必须沿着腔30a流动。由于燃烧装置的壁暴露于灼热的气体中，所以燃烧装置的壁需要被冷却，并且为此，通常需要大量的冷却空气在腔30a中低速流动。然而，由于连接在冷侧上(即连接到冷却空气在其中流动的腔30a)的孔数以百计，存在着在腔30a中摄入灼热的气体的风险。该风险是由燃烧室内壁22a上不同切向和/或轴向的压力变化引起的。为了抑制该问题，可能需要过量的冷却空气。

另外，在一些情况中，阻尼能力可能主要基于通过阻尼孔的高空气流动速度，这种方法消耗大量的冷却空气并因此极力限制要使用的孔的数目。由于孔的数目与声衰减的程度成正比，所以这种方法可能导致对燃烧不稳定性的阻尼不够充分。