裝備有阻尼裝置的燃燒器密封段的制作方法
【專利摘要】一種用于渦輪機(jī)部件的帶密封布置(100)采用聲阻尼。密封板(110)具有鄰近燃燒室(60)的正面(119)和背離燃燒室的背面(121)，構(gòu)造成具有預(yù)定橫截面積的一個或多個孔(151)。具有預(yù)定容積的一個或多個容器(155)附接至密封板(110)的背面(121)，使得一個或多個孔(151)與一個或多個容器(155)流體連通，從而形成至少一個聲阻尼器(150)。密封板(110)的側(cè)邊緣適配到噴燒器前面板(20)的槽縫(31)中，從而在面板(20)之間形成密封。
【專利說明】裝備有阻尼裝置的燃燒器密封段

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)鉁u輪領(lǐng)域，并且更特別地涉及燃?xì)鉁u輪燃燒器，其具有包括在燃燒器密封中的一個或多個調(diào)整的阻尼裝置，以抑制高頻率的熱聲學(xué)引起的壓力振蕩。

【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪燃燒器在操作期間可導(dǎo)致燃?xì)鈮毫?聲學(xué))和溫度振蕩。這些對于貧油預(yù)混的、低排放燃燒器尤其是問題。
[0003]當(dāng)這些熱-聲燃燒振蕩的頻率與燃燒器容積的一個或多個聲學(xué)共振頻率相匹配時，該振蕩被放大。這些壓力和熱變動可對渦輪造成機(jī)械和熱損壞。它們也可限制渦輪的可用范圍。
[0004]這種振蕩自從燃?xì)鉁u輪發(fā)展的早期就是眾所周知的問題。抑制這種振蕩的可能方法在于將具有諧振腔的阻尼裝置或類似裝置附接到燃燒器。
[0005]宇間限制
過去，阻尼器已應(yīng)用于噴燒器(burner)前面板。由于更多的阻尼裝置增加阻尼效率，可能使用若干阻尼裝置。而且，多個頻率可被阻尼。這也將需要附加的阻尼裝置。因此，在前面板上可能會有空間限制。
[0006]安裝/替換的困難
而且，阻尼裝置也已安裝在燃燒器襯套段上。由于它們的位置，有時可能難以安裝。而且，如果渦輪被重大地修改，由渦輪產(chǎn)生的聲學(xué)頻率會變化。因此，在諸如這些的情況下，想要改變被阻尼的頻率。安裝在噴燒器襯套上或其它難以到達(dá)位置的阻尼器難以被替換以改變被阻尼的共振頻率。
[0007]目前，在燃?xì)鉁u輪燃燒器中需要一種用于阻尼聲-熱振蕩的系統(tǒng)，該系統(tǒng)更加緊湊，可在仍然提供高效性能的同時容易地安裝或替換。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的技術(shù)目的在于提供一種用于阻尼期望頻率的噴燒器帶密封布置，其是緊湊的，適配于常規(guī)噴燒器上的現(xiàn)有空間內(nèi)，易于安裝和替換，通過該帶密封布置可以阻尼已知的聲頻。
[0009]在密封上并入阻尼器的本發(fā)明的設(shè)計開拓了更寬的設(shè)計靈活性，因?yàn)槊芊饨?jīng)常安置在足夠空間可用的部位。密封段上的阻尼裝置因此可增加高頻阻尼潛力，并且增加已解決頻率的數(shù)目。與安裝在噴燒器前面板或燃燒器襯套段上的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計相比，密封帶布置更加便宜且更加易于安裝和替換。
[0010]描述了一種設(shè)計成將第一密封表面密封到第二密封表面的帶密封布置。它包括密封板，該密封板帶有面向燃燒室的正面和背離燃燒室的背面。密封板具有預(yù)定橫截面積的一個或多個孔，其延伸穿過密封板的厚度，沿著密封板的長度定位。
[0011]具有預(yù)定容積的一個或多個容器附接至密封板的背面，與一個或多個孔流體連通，以形成至少一個聲阻尼器。帶密封布置密封兩個部件，同時阻尼指定的聲振動。
[0012]本發(fā)明可被描述為一種用于設(shè)計具有聲阻尼特性的帶密封布置的方法，通過: 提供密封板，該密封板具有鄰近燃燒室的正面和背離燃燒室的背面，構(gòu)造成具有預(yù)定橫截面積的一個或多個孔，該孔穿過密封板的厚度從正面延伸到背面；以及
將具有預(yù)定容積的一個或多個容器附接至密封板的背面，使得一個或多個孔與一個或多個容器流體連通，以形成至少一個聲阻尼器。
[0013]本發(fā)明也可被描述為一種用于使用帶密封布置在渦輪機(jī)部件之間形成阻尼期望聲頻的密封的方法，通過:
計算至少一個橫截面積和至少一個容器容積來形成一個亥姆霍茲阻尼器，以阻尼所述期望聲頻，
形成所計算橫截面積的一個或多個孔，其穿過密封板的厚度從正面延伸到背面，
將具有所計算容積的一個或多個容器附接至密封板，使得穿過密封板形成的孔流體地聯(lián)接至容器；以及
在兩個渦輪機(jī)部件之間附接密封板，從而在它們之間形成密封。
[0014]根據(jù)一個實(shí)施例，密封可用于改型到現(xiàn)有的渦輪機(jī)部件中。用阻尼改型密封的方法包括以下步驟:移除渦輪機(jī)部件之間的現(xiàn)有密封，以提供用于在兩個渦輪機(jī)部件之間附接具有聲阻尼特性的密封的空間；以及插入具有孔和已附接容器的密封，從而在所述渦輪機(jī)部件之間形成密封。
[0015]在查看以下附圖和詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其它系統(tǒng)、方法、特性及優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是或?qū)⒆兊蔑@而易見。所有此類附加的系統(tǒng)、方法、特性及優(yōu)點(diǎn)意圖包括在該5描述內(nèi)、在本發(fā)明的范圍內(nèi)、并且受所附權(quán)利要求保護(hù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]本發(fā)明的很多方面可參考以下附圖更好地了解。圖中的部件未必按尺寸繪制，而是強(qiáng)調(diào)基于清晰地說明本發(fā)明的原理來放置。此外，在圖中，相同的標(biāo)號在若干視圖中指代相應(yīng)的部分。現(xiàn)在將參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中:
圖1是示出經(jīng)典的亥姆霍茲(Helmholtz)聲阻尼器的圖。
[0017]圖2是示出經(jīng)典的亥姆霍茲聲阻尼器、以及安裝在第一個的背側(cè)上的附加亥姆霍茲聲阻尼器的圖。
[0018]圖3是對于0.3,0.5和1.0的斯德魯哈爾(Strouhal)系數(shù)繪制的反射系數(shù)的相位和振幅相比歸一化頻率的曲線圖。
[0019]圖4是渦輪機(jī)的噴燒器組件的透視圖，顯示了意圖用根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的密封帶布置來替代的常規(guī)密封帶。
[0020]圖5顯示具有部分地適配于前面板的槽縫內(nèi)的兩個阻尼器的密封帶布置的透視圖。
[0021]圖6是具有部分地適配于前面板的槽縫內(nèi)的兩個阻尼裝置的密封帶布置的側(cè)視圖。
[0022]圖7是采用六個阻尼裝置的本發(fā)明的密封帶布置的透視圖、以及阻尼器的局部放大剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]理論
存在諸如四分之一波長管、亥姆霍茲阻尼器或者聲屏板等若干類型的聲阻尼器。我們將關(guān)注亥姆霍茲阻尼器。
[0024]當(dāng)空氣被迫進(jìn)入空腔時，空腔內(nèi)的壓力增大。當(dāng)推動空氣進(jìn)入空腔的外力被移除時，內(nèi)部的較高壓力空氣將會流出?？涨粚⑼Ａ粼诒韧獠可缘偷膲毫?，導(dǎo)致空氣被吸回。該過程重復(fù)，壓力變化的量值每次減小。
[0025]端口(腔室的頸部)中的空氣具有質(zhì)量。因?yàn)樗幱谶\(yùn)動中，其擁有一些動量。較長端口有助于較大質(zhì)量，反之亦然。端口的橫截面直徑與空氣的質(zhì)量和腔室的容積有關(guān)。面積對于腔室容積太小的端口會“卡住”氣流，而面積對于腔室容積太大的端口傾向于減少端口中空氣的動量。
[0026]例如，圖1顯示了經(jīng)典的亥姆霍茲阻尼器。它包括具有容積V的諧振器1，帶有通向開口 3的聲頸(acoustic neck)2，該開口 3通常開向腔室，諸如具有期望被阻尼的聲振蕩的燃燒室7。
[0027]主要參數(shù)，例如諧振器的容積V、聲頸2的橫截面積(這里以直徑D表現(xiàn))、以及聲頸2的長度L，是突出的。
[0028]亥姆霍茲阻尼器的設(shè)計參數(shù)以一種方式選擇，使得阻尼器的諧振器頻率fH與燃燒器振蕩的頻率相對應(yīng)。
[0029]可以看到，角頻率(與共振頻率fH相對應(yīng))由下式給出:

?—AJ^
/>λ_ 二.......-.....上..t
單位為弧度/秒。
[0030]其中，
- 251658240 y (gamma)為絕熱指數(shù)或者熱容比。對于空氣和雙原子氣體，該值通常為
1.4,
一 A為頸部橫截面積，
-251658240m為頸部中的質(zhì)量，
一 P。為空腔中的靜態(tài)壓力，
一 V0為空腔的靜態(tài)容積。
[0031]對于帶有恒定橫截面積的頸部,該面積為:




tk
其中:
L為頸部的長度，以及 Vn為頸部的容積。
[0032]因此:+ Γ......:Tr.口 ?.η 二廣--
f mIJ:s
廠 I
通過密度的定義:— 一，因此:
/I/ P

?—反
fih, ----- 「^:——..r / >?:,I
以及，


f 一 (>ff

Ja 二
其中:fH為共振頻率(Hz)。
[0033]氣體中的聲速通過下式給出:
一 ΓΤ
Jr J1: Z
t P
因此，共振的頻率為:
f....-卩—...
[0034]因此，共振頻率fH可以通過選擇合適的聲頸2的橫截面積A、聲頸2的長度L和諧振器I的容積Vtl來選擇。(請注意該方程式適用于開口的橫截面積與聲頸的橫截面積一樣的情況。它還要求恒定橫截面積的聲頸2。如果開口 3的橫截面積為不同于聲頸2的橫截面積的尺寸，或者如果聲頸2不具有恒定的橫截面積，則必須對這些方程式做出進(jìn)一步的調(diào)整。)
亥姆霍茲阻尼器進(jìn)一步描述于美國專利申請2011/0179796中，該申請公開于2011年7月28日，由本 申請人:擁有，且通過引用并入文中。
[0035]現(xiàn)有技術(shù)燃?xì)鉁u輪機(jī)中的亥姆霍茲阻尼器的阻尼效率經(jīng)常通過增加阻尼容積V(見圖1)和/或通過增加燃燒器中單個亥姆霍茲阻尼器的數(shù)量來提高。
[0036]圖2顯示通過阻尼裝置的系列連接形成的布置。它包括上述的基本亥姆霍茲阻尼器，其具有安裝于第一個的背側(cè)上的附加亥姆霍茲阻尼器。因此，具有容積V2的第二諧振器4具有帶有第二直徑D2和第二長度L2的頸部5，該頸部5通向第二開口 6。
[0037]通過選擇合適的容積V2、直徑D2以及長度L2，第二阻尼器將阻尼第二期望頻率。繼續(xù)該布置，根據(jù)相同位置處包含的阻尼器的數(shù)量，可以以受控方式阻尼若干頻率。
[0038]圖3是反射系數(shù)的相位和振幅相比歸一化頻率的曲線圖。反射系數(shù)為從諧振器出來的空氣與進(jìn)入諧振器的空氣的比率。這對于0.3、0.5和1.0的斯德魯哈爾系數(shù)繪出。斯德魯哈爾系數(shù)(St)定義為(聲頸的頻率X直徑/流體的速度)。
[0039]如所指示的，當(dāng)歸一化頻率約等于I時，存在反射系數(shù)的最小絕對值。這指示最大阻尼的點(diǎn)。
[0040]圖4是渦輪的噴燒器組件10的透視圖，顯示了意圖用根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的密封帶布置100來替代的常規(guī)密封帶50。
[0041]噴燒器組件10具有前面板20和噴燒器喉部40。前面板20在其頂部邊緣21和其底部邊緣23固定至渦輪機(jī)殼體(此處未顯示)的一部分。前面板20的左側(cè)邊緣25和右側(cè)邊緣29具有槽縫31。密封帶組件100意圖將前面板20密封至相鄰噴燒器組件的另一前面板。
[0042]典型地，在噴燒器組件10的任一側(cè)的前面板后方存在空間，該空間將接納密封帶布置100。
[0043]在現(xiàn)有技術(shù)布置中，常規(guī)密封帶50的左側(cè)適配到前面板20的右側(cè)邊緣29上的槽縫31中。典型地，常規(guī)密封帶50的右側(cè)適配到第二相鄰噴燒器組件(未顯示)的前面板的槽縫中。備選地，它可適配到渦輪機(jī)殼體構(gòu)件中。
[0044]常規(guī)密封帶50意圖在燃?xì)鉁u輪機(jī)的兩個部件之間提供密封。這可在噴燒器組件10和第二噴燒器組件之間，或者在噴燒器組件10和渦輪機(jī)的殼體構(gòu)件之間。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的密封帶布置100意圖替換常規(guī)密封帶50。如同常規(guī)密封帶50 —樣，它也意圖在燃?xì)鉁u輪機(jī)的兩個部件之間提供密封。
[0046]如此處所示，六個阻尼器150并入密封帶布置100中。因?yàn)樵撁芊鈳Р贾?00并未完全適配到槽縫31中，而是具有暴露阻尼器150的孔(圖5、6、7中的151)的一部分。允許孔與渦輪機(jī)的燃燒室流體地相互作用。
[0047]圖5顯示了具有適配于前面板20的槽縫內(nèi)的兩個阻尼器150的密封帶布置100的透視圖。
[0048]圖6是具有適配于前面板20的槽縫內(nèi)的兩個阻尼器150的密封帶布置100的側(cè)視圖。
[0049]圖7是采用六個阻尼器150的本發(fā)明的密封帶布置100的透視圖、以及阻尼器155的局部放大剖視圖。
[0050]本發(fā)明將進(jìn)一步結(jié)合圖5、圖6和圖7來描述。密封帶布置100包括附接至密封板110的阻尼器150。密封板110具有第一遠(yuǎn)端111、第二遠(yuǎn)端113、左側(cè)邊緣115和右側(cè)邊緣117。寬度是從左側(cè)邊緣115到右側(cè)邊緣117。長度從第一遠(yuǎn)端111到第二遠(yuǎn)端113測量。帶的厚度是從正面119到背面121。
[0051]孔151顯示為在正面119中開口并進(jìn)入頸部153中。頸部153穿過密封板110的厚度并進(jìn)入容器155中?？?51、頸部153和容器155組成阻尼器150?？?51可具有與頸部153相同的橫截面積，從而形成一個連續(xù)橫截面直徑的通道。
[0052]如以上所指，阻尼器150的尺寸和容積被確定為阻尼期望聲頻。
[0053]在備選實(shí)施例中，附加的阻尼器(如圖2和上述相關(guān)描述中所指出)可附接至圖5至圖7所示的那些，以增加效率或者阻尼附加聲頻。
[0054]應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明中諧振器和聲頸不限于圖中所示的形狀。這些可并入其它形狀，只要它們滿足以上假設(shè)和方程式。
[0055]雖然已參考許多優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，可以做出各種改變，并且可用等價物代替其中的元件，而不脫離本發(fā)明的范圍。另外，在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍的情況下，可做出很多修改，以使特定材料或情形適應(yīng)于本發(fā)明的教導(dǎo)。
[0056]因此，本發(fā)明并不意圖限于作為用于實(shí)施本發(fā)明所預(yù)想的最佳模式而公開的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。此外，術(shù)語第一、第二等等的使用并不代表任何順序或重要性，而是，術(shù)語第一、第二等等用來區(qū)分一個元件與另一個。
[0057]現(xiàn)在參考附圖描述本公開的示例性實(shí)施例，其中相同的參考標(biāo)號始終用來指代相同的元件。在以下的描述中，為了說明的目的，闡述了眾多具體細(xì)節(jié)以提供本公開的透徹理解。然而，本公開可在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施，并且不限于文中公開的示例性實(shí)施例。
[0058]參考標(biāo)號
1諧振器
2聲頸
3開口
4第二諧振器
5第二聲頸
6第二開口
7燃燒室
10噴燒器組件
20前面板
21頂部邊緣 23底部邊緣 25左側(cè)邊緣 29右側(cè)邊緣 40噴燒器喉部 50常規(guī)密封帶 100密封帶布置
110密封板
111第一遠(yuǎn)端 113第二遠(yuǎn)端 115左側(cè)邊緣 117右側(cè)邊緣 119正面
121背面
w覽度
I長度
t厚度
150阻尼器
151孔 153頸部 155容器。
【權(quán)利要求】
1.一種設(shè)計成將第一密封表面密封至第二密封表面的帶密封布置(100)，包括: 密封板(110)，其帶有面向燃燒室(60)的正面(119)、以及背離所述燃燒室(60)的背面，其特征在于: 預(yù)定橫截面積的一個或多個孔(151)，其延伸穿過所述密封板(110)的厚度，沿著所述密封板的長度定位；以及 具有預(yù)定容積的一個或多個容器(155)，其附接至所述密封板(110)的背面(121)，與所述一個或多個孔(151)流體連通，以形成至少一個聲阻尼器(150)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶密封布置(100)，其特征在于，所述密封板(110)在第一和第二遠(yuǎn)端(111，113)之間延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶密封布置(100)，其特征在于，所述密封板的(110)的厚度在所述密封板(I1)的正面(119)與背面(121)之間延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶密封布置(100)，其特征在于，所述密封板(110)的厚度在2mm 和 8mm+/_0.1mm 之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶密封布置(100)，其特征在于，所述一個或多個孔(151)和所述一個或多個容器(155)的組合形成對應(yīng)的一個或多個阻尼器(150)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶密封布置(100)，其特征在于，所述一個或多個阻尼器(150)被調(diào)整為阻尼一個或多個脈沖頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶密封布置(100)，其特征在于，通過改變對應(yīng)的一個或多個孔(151)和一個或多個容積(155)的尺寸和容積來調(diào)整所述一個或多個阻尼器(150)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶密封布置(100)，其特征在于，所述帶密封布置(100)構(gòu)造成在燃?xì)鉁u輪機(jī)的兩個部件之間提供密封。
9.一種用于設(shè)計具有聲阻尼特性的帶密封布置(100)的方法，所述方法包括: 提供密封板(110)，其具有鄰近燃燒室(60)的正面(119)和背離燃燒室的背面(121)，構(gòu)造成具有預(yù)定橫截面積的一個或多個孔(151)，所述一個或多個孔(151)穿過所述密封板(110)的厚度從所述正面(119)延伸到所述背面(121)； 將具有預(yù)定容積的一個或多個容器(155)附接至所述密封板(110)的背面(121)，使得所述一個或多個孔(151)與所述一個或多個容器(155)流體連通，從而形成至少一個聲阻尼器(150)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括采用帶密封布置(100)以在燃?xì)鉁u輪機(jī)的兩個部件之間提供密封。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括確定期望被阻尼的操作聲頻。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括調(diào)整所述密封帶布置(100)以阻尼期望被阻尼的所述頻率中的一個或多個。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括改變所述一個或多個孔(151)的橫截面直徑以及至少一個容器(155)的容積，以調(diào)整所述密封帶布置(100)。
14.一種用于使用帶密封布置(100)在渦輪機(jī)部件之間形成阻尼期望聲頻的密封的方法，所述方法包括: 提供密封板(110)，其具有正面(119)和背面(121)； 計算至少一個橫截面積和至少一個容器容積來形成亥姆霍茲阻尼器，以阻尼所述期望聲頻； 形成所計算橫截面積的一個或多個孔(151)，其穿過所述密封板(110)的厚度從所述正面(119)延伸到所述背面(121)； 將具有所計算容積的一個或多個容器(155)附接至所述密封板(110)，使得穿過所述密封板(110)形成的孔(151)流體地聯(lián)接至所述容器；以及 在兩個渦輪機(jī)部件之間附接所述密封板(110)，從而在它們之間形成密封。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于在渦輪機(jī)部件之間形成密封的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:移除所述渦輪機(jī)部件之間的現(xiàn)有密封，以提供用于在兩個渦輪機(jī)部件之間附接所述密封板(110)的空間；以及將具有孔(151)和已附接容器(155)的密封板(110)附接到該空間內(nèi)，從而在所述渦輪機(jī)部件之間形成密封。
【文檔編號】F23R3/00GK104204677SQ201380017751
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】J.德榮格, A.胡伯, B.舒爾曼斯, U.本茲 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司