專利名稱：用于燃料噴嘴的頻率調(diào)節(jié)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于燃料噴嘴的頻率調(diào)節(jié)的裝置和方法。
背景技術(shù)：
為了確保能夠接受的系統(tǒng)耐久性和可靠性，必須避免干式低NOx (DLN)燃燒系統(tǒng)內(nèi)的過大的動壓(或動態(tài)性)。隨著DLN燃燒系統(tǒng)在排放和燃?xì)鉁u輪循環(huán)方面變得更加有侵蝕性，燃燒器在面對這些燃燒器動壓脈動(動態(tài)性)時傾向于變得較不堅固，并且可能產(chǎn)生由過大的動態(tài)性導(dǎo)致的系統(tǒng)失效?？蓪?shí)施對燃燒器動態(tài)性的連續(xù)監(jiān)視以提供對過大的動態(tài)性的即時警告。為監(jiān)視燃燒器動態(tài)性，例如通過燃燒室內(nèi)的動壓傳感器或者通過外部地安裝在燃燒器外殼上的加速度計，對發(fā)生在燃燒室內(nèi)的聲學(xué)模式中的一個的音調(diào)(tone)頻率進(jìn)行探測。聲學(xué)模式是以燃燒器的一個或多個自然頻率或諧振頻率發(fā)生的駐波，并且以橫向于燃燒襯套的軸線的方向傳播。聲學(xué)模式的頻率依賴于燃燒器的尺寸和燃燒室內(nèi)部的音速， 后者反過來依賴于燃燒室內(nèi)部的氣體。氣體的音速可從氣體的溫度和特性確定。燃料噴嘴的自然頻率或多個自然頻率是燃燒系統(tǒng)中常見的問題。期望在噴嘴的操作期間可能發(fā)生的對全部所關(guān)心的燃燒和轉(zhuǎn)子音調(diào)調(diào)節(jié)自然頻率或者多個自然頻率，以防止對噴嘴的損壞，該損壞在如果燃燒器和/或轉(zhuǎn)子音調(diào)頻率與噴嘴的自然頻率基本上相同時發(fā)生。然而，由于該區(qū)域內(nèi)的有限的可利用空間，先前設(shè)計不能夠充分地阻尼硬件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個示范實(shí)施例，燃燒襯套帽組件包括懸臂式燃料噴嘴安裝在其內(nèi)的柱形套筒；和多個支承桿，每個支承桿具有由柱形套筒支承的第一端和構(gòu)造成接觸懸臂式燃料噴嘴的第二端，每個支承桿能夠調(diào)節(jié)有效長度以對懸臂式燃料噴嘴提供可調(diào)節(jié)壓緊力。根據(jù)另一個示范實(shí)施例，燃燒襯套帽組件包括懸臂式燃料噴嘴安裝在其內(nèi)的柱形套筒；和用于對懸臂式燃料噴嘴提供可調(diào)節(jié)壓緊力的裝置。根據(jù)又一個示范實(shí)施例，提供用于調(diào)節(jié)布置在燃?xì)鉁u輪燃燒襯套帽組件中的燃料噴嘴的諧振頻率的方法。燃燒襯套帽組件包括多個支承桿，其在柱形套筒與安裝在套筒內(nèi)的懸臂式燃料噴嘴之間延伸。相關(guān)的燃?xì)鉁u輪具有至少一些所關(guān)心的燃燒和轉(zhuǎn)子音調(diào)。該方法包括調(diào)節(jié)支承桿的有效長度以調(diào)節(jié)對懸臂式燃料噴嘴施加的壓緊力，從而將燃料噴嘴的諧振頻率增加為大于所關(guān)心的燃燒和轉(zhuǎn)子音調(diào)。


圖1概略地描述了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的燃料噴嘴支承件；圖2概略地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的燃燒襯套帽組件；圖3概略地描述了包括支承桿的圖2中的燃燒襯套帽組件的一部分；圖4概略地描述了包括支承桿的圖1中的燃料噴嘴支承件的一部分；
圖5概略地描述了包括支承桿的圖2中的燃燒襯套帽組件的一部分；圖6概略地描述了包括支承桿和套筒的圖2中的燃燒襯套帽組件的一部分；并且圖7概略地描述了根據(jù)樣本實(shí)施例的燃燒襯套帽組件的套筒。部件列表2中心燃料噴嘴4凸緣組件6同心管組件8進(jìn)口流調(diào)節(jié)器(薄板金屬濾網(wǎng))10 護(hù)罩12 輪轂14擴(kuò)散計量孔16燃料噴嘴后尖端18旋流葉片(旋流噴嘴)20支承桿22安裝凸緣組件24 (多個)支柱26 (多個)外燃料噴嘴開口28柱形外套筒30燃燒襯套帽組件32螺紋凸起部34支承桿第一端36支承桿第二端38支承板40 套筒42支承桿孔洞44第一護(hù)罩區(qū)段46第二護(hù)罩區(qū)段48 接頭
具體實(shí)施例方式參考圖1，燃燒器包括中心燃料噴嘴2。中心燃料噴嘴2包括在一端由凸緣組件4 支承的同心管組件6。中心燃料噴嘴2還包括進(jìn)口流調(diào)節(jié)器8，例如薄板金屬濾網(wǎng)。圍繞同心管組件6提供護(hù)罩10。如圖1所示，中心燃料噴嘴2由凸緣組件4以懸臂方式支承。同心管組件6包括在燃料噴嘴后尖端16具有擴(kuò)散計量孔14的輪轂12。旋流葉片或者多個旋流葉片18 (即旋流噴嘴(swozzle))可圍繞同心管組件6設(shè)置在護(hù)罩10內(nèi)。如圖1所示，支承桿20可在從旋流噴嘴18下游的某點(diǎn)處接觸中心燃料噴嘴2的護(hù)罩10，例如在大體上在同心管組件6和旋流噴嘴18上延伸的第一護(hù)罩區(qū)段44與大體上在輪轂12和燃料噴嘴后尖端16上延伸的第二護(hù)罩區(qū)段46之間的接頭48處。中心燃料噴嘴2的同心管組件6在護(hù)罩10內(nèi)由設(shè)置在柱形外套筒觀和護(hù)罩10的外表面之間的多個支承桿20支承。參考圖6，支承桿20接觸中心燃料噴嘴2的護(hù)罩10 的外表面。雖然支承桿20例如在圖4-6中示出為具有大體上矩形的橫截面，但是應(yīng)該理解支承桿20可具有任意的橫截面。參考圖2和3，燃燒器的燃燒襯套帽組件30包括安裝凸緣組件22，其同心地圍繞柱形外套筒觀。多個支柱M繞柱形外套筒觀支承安裝凸緣組件22。柱形外套筒觀圍繞多個外燃料噴嘴開口 26，其同心地圍繞中心燃料噴嘴2間隔開。柱形外套筒觀包括多個螺紋凸起部32。每個螺紋凸起部32接收相應(yīng)支承桿20 的第一端34。支承桿20的第一端34具有螺紋以與螺紋凸緣32螺紋接合。每個支承桿20 的第一端34也包括成形端，例如六邊形的或者八邊形的，其可通過扳手或者其它工具接合以相對于螺紋凸起部32調(diào)節(jié)支承桿20的位置。參考圖4-7，支承桿20包括接觸中心燃料噴嘴2的護(hù)罩10的第二端36。第二端 36接觸中心燃料噴嘴的護(hù)罩10，但是在該示例性實(shí)施例中不連接或緊固到中心燃料噴嘴的護(hù)罩10。如圖4和6中所示，燃燒器還包括支承柱形外套筒觀的支承板38。套筒40圍繞護(hù)罩10設(shè)置，并且包括多個支承桿孔洞42，支承桿20的第二端36通過孔洞42延伸為接觸護(hù)罩10。接觸中心燃料噴嘴2的護(hù)罩10的支承桿20的第二端36可取決于操作狀況而具有多種設(shè)計裸金屬、金屬絲網(wǎng)、磨損涂層等。為了提供附加的剛度至中心燃料噴嘴2的懸臂式安裝，支承桿20被加到帽組件 30，并且通過調(diào)節(jié)支承桿的第一端34與燃燒襯套帽組件30的螺紋凸起部32的螺紋接合而壓緊中心燃料噴嘴2的護(hù)罩10。第一端34在螺紋凸起部32內(nèi)調(diào)節(jié)以壓緊在護(hù)罩10與燃燒襯套帽組件30的柱形外套筒觀上的螺紋凸起部32之間的支承桿20。通過調(diào)節(jié)每個支承桿的第一端34與它的相應(yīng)螺紋凸起部32之間的螺紋接合，每個支承桿20可壓緊相同的量，或者每個支承桿可壓緊不同的量。傳感器設(shè)置在燃燒器和渦輪內(nèi)以監(jiān)視燃燒器的燃燒動態(tài)性和渦輪的操作。傳感器可為例如燃燒動壓傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱?或加速度計。來自傳感器的信號可被處理以識別所關(guān)心的音調(diào)或頻率。例如，信號可如美國專利號7，278，266中所公開地處理，但是應(yīng)該理解其它的信號處理也可利用。支承桿20作為剛性彈簧與中心燃料噴嘴2的護(hù)罩10接觸。支承桿20的壓緊提供充分的阻尼以提高中心燃料噴嘴2的自然頻率到超過可在燃燒器的操作期間發(fā)生的所關(guān)心的燃燒或者轉(zhuǎn)子音調(diào)。支承桿20的壓緊也通過增加的阻尼降低中心燃料噴嘴2的振幅響應(yīng)，即振動。支承桿20也可壓緊以增加中心燃料噴嘴的自然頻率到超過燃燒器可在具體的操作狀況下經(jīng)歷的燃燒和/或轉(zhuǎn)子音調(diào)。支承桿或者每個支承桿的壓緊量可取決于操作狀況而變化。不同的操作狀況可要求支承桿的不同的壓緊量，以增加中心燃料噴嘴的自然頻率到超過可在特定的操作狀況下發(fā)生的燃燒和轉(zhuǎn)子音調(diào)。所提供的支承桿的數(shù)量可依賴于燃燒器中可利用的空間量，例如燃燒襯套帽組件的外套筒與護(hù)罩之間可利用的空間。大體上，提供的支承桿越多，發(fā)生的阻尼越多。支承桿20提供充分的剛度以提高中心燃料噴嘴的自然頻率到超過所關(guān)心的燃燒和轉(zhuǎn)子音調(diào)，并且通過增加的阻尼降低振幅響應(yīng)。支承桿20可以以2與3之間的系數(shù)增加中心燃料噴嘴的自然頻率。剛度的這種增加允許能夠超越現(xiàn)有的硬件性能的更加堅固和耐久的燃料設(shè)計。支承桿20可針對現(xiàn)有燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，其中如果存在的話，需要對中心燃料噴嘴進(jìn)行少量設(shè)計改變。修改可包括為套筒40提供孔洞，或者在現(xiàn)有套筒中形成孔洞。燃燒襯套帽組件可通過對現(xiàn)有柱形外套筒增加螺紋凸起部或者為新柱形外套筒提供螺紋凸起部來修改。這允許外場硬件的回收利用。利用現(xiàn)有硬件允許用戶繼續(xù)操作直到達(dá)到零件壽命。雖然本發(fā)明結(jié)合當(dāng)前認(rèn)為最實(shí)用和最優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)該理解本發(fā)明不受限于公開的實(shí)施例，而是恰恰相反，其意圖涵蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的不同的修改和等價布置。
權(quán)利要求
1.一種燃燒襯套帽組件(30)，包括柱形套筒( )，懸臂式燃料噴嘴(2)安裝在所述柱形套筒內(nèi)；和多個支承桿(20)，每個支承桿具有由所述柱形套筒支承的第一端(34)和構(gòu)造成接觸所述懸臂式燃料噴嘴的第二端(36)，每個支承桿能夠調(diào)節(jié)有效長度以對所述懸臂式燃料噴嘴提供可調(diào)節(jié)壓緊力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒襯套帽組件，其特征在于，所述燃料噴嘴包括旋流葉片 (18)，并且所述支承桿構(gòu)造成在基本上鄰接所述旋流葉片的區(qū)域處接觸所述懸臂式燃料噴嘴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒襯套帽組件，其特征在于，所述懸臂式燃料噴嘴(2)在所述柱形套筒08)內(nèi)居中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒襯套帽組件，其特征在于，所述支承桿00)圍繞所述懸臂式燃料噴嘴O)周向地間隔開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒襯套帽組件，其特征在于，所述支承桿的第二端(36)包括裸金屬、金屬絲網(wǎng)或者磨損涂層中的至少一個。
6.一種燃燒襯套帽組件(30)，包括柱形套筒( )，懸臂式燃料噴嘴(2)安裝在所述柱形套筒內(nèi)；和用于對所述懸臂式燃料噴嘴提供可調(diào)節(jié)壓緊力的裝置OO)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒襯套帽組件，其特征在于，所述燃料噴嘴包括旋流葉片 (18)，并且所述提供可調(diào)節(jié)壓緊力的裝置OO)構(gòu)造成在基本上鄰接所述旋流葉片的區(qū)域處接觸所述懸臂式燃料噴嘴(2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒襯套帽組件，其特征在于，所述懸臂式燃料噴嘴(2)在所述柱形套筒08)內(nèi)居中。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒襯套帽組件，其特征在于，所述提供可調(diào)節(jié)壓緊力的裝置OO)周向地圍繞所述懸臂式燃料噴嘴O)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒襯套帽組件，其特征在于，所述提供可調(diào)節(jié)壓緊力的裝置OO)經(jīng)由裸金屬、金屬絲網(wǎng)或者磨損涂層中的至少一個接觸所述懸臂式燃料噴嘴O)。
11.一種用于燃?xì)鉁u輪的燃燒器，包括根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任一項所述的燃燒襯套帽組件(30)；多個外燃料噴嘴，其圍繞所述懸臂式燃料噴嘴設(shè)置；和圍繞并且支承所述柱形套筒的安裝凸緣組件02)。
12.一種用于調(diào)節(jié)布置在燃?xì)鉁u輪燃燒襯套帽組件(30)中的燃料噴嘴( 的諧振頻率的方法，所述燃燒襯套帽組件包括多個支承桿(20)，其在柱形套筒08)與安裝在所述套筒內(nèi)的懸臂式燃料噴嘴(2)之間延伸，相關(guān)的燃?xì)鉁u輪具有至少一些所關(guān)心的燃燒和轉(zhuǎn)子音調(diào)，所述方法包括調(diào)節(jié)所述支承桿OO)的有效長度，以調(diào)節(jié)對所述懸臂式燃料噴嘴( 施加的壓緊力， 從而將所述燃料噴嘴的諧振頻率增加為大于所關(guān)心的燃燒和轉(zhuǎn)子音調(diào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述諧振頻率被調(diào)節(jié)為所述所關(guān)心的燃燒和轉(zhuǎn)子音調(diào)的最高頻率的至少兩倍。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述燃料噴嘴包括旋流葉片，并且所述支承桿構(gòu)造成在基本上鄰接所述旋流葉片的區(qū)域處接觸所述懸臂式燃料噴嘴。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述支承桿圍繞所述懸臂式燃料噴嘴周向地間隔開。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于燃料噴嘴的頻率調(diào)節(jié)的裝置和方法。一種燃燒襯套帽組件(30)，其包括懸臂式燃料噴嘴(2)安裝在其內(nèi)的柱形套筒(28)；和多個支承桿(20)。每個支承桿具有由柱形套筒支承的第一端(34)和構(gòu)造成接觸懸臂式燃料噴嘴的第二端(36)。每個支承桿能夠調(diào)節(jié)有效長度以對懸臂式燃料噴嘴提供可調(diào)節(jié)壓緊力。提供一種用于調(diào)節(jié)安裝在柱形套筒中的懸臂式燃料噴嘴的諧振頻率的方法。多個支承桿在柱形套筒與懸臂式燃料噴嘴之間延伸。相關(guān)的燃?xì)鉁u輪具有至少一些所關(guān)心的燃燒和轉(zhuǎn)子音調(diào)。該方法包括調(diào)節(jié)支承桿的有效長度，以調(diào)節(jié)對懸臂式燃料噴嘴施加的壓緊力，從而將燃料噴嘴的諧振頻率增加為大于所關(guān)心的燃燒和轉(zhuǎn)子音調(diào)。
文檔編號F23D14/46GK102374534SQ20111024509
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者C·P·基納, D·西拉爾 申請人:通用電氣公司