一种谐振腔喉部组件的制作方法

1.本发明涉及燃气轮机燃烧室，具体而言，涉及一种浮动式谐振腔结构设计。


背景技术：

2.燃气轮机包括压气机、燃烧室、透平等主要部件，燃烧室作为燃气轮机的核心部件，将燃料与经压气机压缩的高压空气混合并燃烧，生成的高温燃气输送至透平做功。现代燃气轮机为了降低排放指标，通常采用贫油预混燃烧技术，在贫油燃烧过程通常运行在贫熄火极限附近，极易诱发燃烧振荡现象。燃烧振荡表现为大幅度压力脉动，压力波上下游传播，从而诱发结构振动，破坏燃烧室壁面热防护，导致结构烧蚀、破坏。
3.抑制热声振荡的策略主要包括主动控制和被动控制。helmholtz谐振腔是现阶段热声振荡被动控制方法中的较为成熟的一种声学抑制手段，在燃气轮机燃烧室上应用较为广泛。目前的谐振腔设计方案中采用焊接的方式将喉部管道与谐振腔腔体及火焰筒壁面相连接；由于目前设计谐振腔为多喉部结构，采用焊接方式将谐振腔腔体与火焰筒连接后，喉部管道的结构尺寸无法改变，在测试阶段无法针对不同的热声振荡频率进行调节；另一方面，采用焊接方式较难保证所有喉部管道的位置度，且两侧焊接固定的方式使得喉部管道的热应力分布差别较大。
4.鉴于以上技术问题，特推出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种谐振腔喉部组件，改变喉部与腔体之间的硬连接属性，降低谐振腔喉部的热应力。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种谐振腔喉部组件，用于连接谐振腔和火焰筒，谐振腔喉部组件包括：浮动安装座，浮动安装座设置为一侧固定在谐振腔腔体侧；喉部安装座，喉部安装座具有第一腔体，喉部安装座设置为一侧固定在火焰筒侧，浮动安装座在另一侧与喉部安装座的另一侧以浮动方式安装；多种喉部塞子，喉部塞子容纳在第一腔体内。本发明的喉部组件改变喉部与腔体之间的硬连接属性，降低谐振腔喉部的热应力；能够灵活实现谐振腔抑制频率调整。因为喉部安装座与浮动安装座以浮动方式配合，在安装时，允许喉部安装座存在小量的加工误差，优化了谐振腔的安装方式。
7.以下是本发明对上述方案的进一步优化：
8.优选的，喉部塞子通过喉部安装座穿设在浮动环安装座内。
9.优选的，在轴向方向上，喉部塞子包括第一端部、第二端部，第二端部与谐振腔腔体侧平齐或延伸至谐振腔腔体内。
10.优选的，喉部塞子可更换以实现谐振腔抑制频率的调节。
11.优选的，喉部塞子的第一端部和/或第二端部装入第一腔体内，喉部塞子可产生轴向方向形变，以释放谐振腔喉部组件的热应力。当谐振器喉部组件受热时，产生的热应力可以通过喉部塞子沿轴向方向自由膨胀的方式释放，降低了喉部结构的热应力分布。
12.优选的，喉部塞子还包括固定部，固定部与喉部安装座固定连接。
13.优选的，固定部设置有外螺纹，第一腔体设置有内螺纹，固定部与第一腔体通过外螺纹和内螺纹连接。
14.优选的，喉部塞子的第一端部通过点焊方式与谐振腔腔体侧连接，和/或第二端部通过点焊方式与火焰筒侧连接。
15.优选的，喉部塞子与第一腔体为可拆卸连接，以实现喉部塞子的快速更换。在试验调试阶段可快速更换不同尺寸的喉部塞子实现对不同的热声振荡频率的抑制效果。
16.优选的，喉部塞子包括外表面和内表面，外表面与第一腔体配合，内表面为圆柱面、阶梯圆柱面、多孔截面中的任一种或多种。
17.优选的，浮动安装座包括：浮动环基座，浮动环基座固定至谐振腔腔体侧；浮动环，浮动环部分容纳在浮动环基座内，与浮动环基座嵌套配合。
18.优选的，浮动环包括内环面，喉部安装座包括外环面，喉部安装座的外环面装入浮动环的内环面内。
19.优选的，浮动环在浮动环基座内可根据喉部安装座的位置进行轴向方向和径向方向的自适应调整。
20.优选的，浮动环基座以焊接方式固定至谐振腔腔体侧。
21.优选的，浮动环包括头部、延伸部、导向部，头部容纳在浮动环基座内，延伸部与喉部安装座嵌套配合，导向部引导浮动环基座与延伸部配合。
22.优选的，延伸部长为c，喉部安装座塞入延伸部内的长度大于0.5c，小于c。
23.优选的，浮动环基座包括：第一端口，第一端口焊接至谐振腔腔体侧上；第二腔体，第二腔体容纳头部；第二端口，第二端口的直径小于第一端口的直径，第二端口使得浮动环在第二腔体范围内进行轴向方向、径向方向的自适应调整。
24.优选的，浮动环基座为截面为l型的第一回转体和/或浮动环为第二回转体。
25.优选的，喉部安装座可在延伸部内滑动，与延伸部部分重叠。
26.根据本发明的另一方面，还提供了一种燃烧室，包括：火焰筒、谐振腔、中心预混通道、多个外围预混通道，多个谐振腔喉部组件；谐振腔位于中心预混通道的外侧，多个外围预混通道围绕谐振腔均匀分布；多个谐振腔喉部组件用于连接谐振腔和火焰筒，其特征在于，谐振腔喉部组件为上述任一项的谐振腔喉部组件。
27.基于上述技术方案，本发明谐振腔喉部组件至少具有如下有益效果：
28.1、将喉部管道分解为喉部安装座、浮动安装座、喉部塞子，优化谐振腔安装方式，改变喉部与腔体之间的硬连接属性，降低谐振腔喉部的热应力；能够灵活实现谐振腔抑制频率调整。
29.2、喉部塞子与喉部安装座采用螺纹连接，能够实现谐振腔腔体与喉部的快速更换，灵活调整谐振腔抑制频率。
30.3、燃烧室优化了谐振腔的安装方式，改变了喉部与腔体之间的硬连接属性，降低谐振腔喉部的热应力，减少了燃烧室壁面的结构烧蚀、破坏。
附图说明
31.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示
意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
32.图1是谐振腔正视图；以及
33.图2是谐振腔左侧图；以及
34.图3是实施例一谐振腔喉部组件；以及
35.图4是实施例二谐振腔喉部组件；以及
36.图5是实施例三谐振腔喉部组件；以及
37.图6是实施例四谐振腔喉部组件。
38.其中，上述附图包括以下附图标记：
39.1、中心预混通道；21、第一谐振腔喉部组件；22、第二谐振腔喉部组件；23、第三谐振腔喉部组件；24、第四谐振腔喉部组件；
40.3、外围预混通道；4、谐振腔；5、中心喷嘴火焰；6、外围喷嘴火焰；7、浮动环基座；71、第一端口；72、第二端口；
41.8、浮动环；81、头部；82；延伸部；83；导向部；
42.9、喉部安装座；10、第一喉部塞子；11、第二喉部塞子；12、第三喉部塞子；13、第四喉部塞子；14、第一端部；15、第二端部；16、固定部；
43.a、谐振腔腔体侧；b、火焰筒侧；c、延伸部长度。
具体实施方式
44.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
45.以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
46.在描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
47.在燃气轮机燃烧室的研制过程中，外围预混通道3对应外围喷嘴火焰6，中心预混通道1对应中心喷嘴火焰5，引起燃烧振荡和热应力较大。谐振腔是现阶段热声振荡被动控制方法中的较为成熟的一种声学抑制手段，在燃气轮机燃烧室上应用较为广泛。如图1-图2所示，谐振腔的设计方案为环形腔体结构，安装在中心预混通道1与外围预混通道3之间的缝隙中。谐振腔喉部组件设计为6组，均布于中心预混通道1外侧。
48.本发明旨在设计一种浮动环式谐振腔喉部组件，优化谐振腔安装方式，一方面改变喉部与腔体之间的硬连接属性，降低谐振腔喉部的热应力，灵活实现谐振腔抑制频率调整；另一方面能够实现谐振腔腔体与喉部的快速更换，灵活调整谐振腔抑制频率。
49.实施例一
50.如图3所示，本发明的第一谐振腔喉部组件21用于连接谐振腔和火焰筒，包括浮动安装座、喉部安装座9、多个第一喉部塞子10。浮动安装座设置为一侧固定在谐振腔腔体侧。喉部安装座9具有第一腔体，喉部安装座9设置为一侧固定在火焰筒侧。在轴向方向上，浮动
安装座在另一侧与喉部安装座9的另一侧以浮动方式安装。多个第一喉部塞子10容纳在第一腔体内。因为喉部安装座9与浮动安装座以浮动方式配合，在安装时，允许喉部安装座9存在小量的加工误差，优化了谐振腔的安装方式。
51.第一喉部塞子10通过喉部安装座9穿设在浮动环安装座内。第一喉部塞子10可更换以实现谐振腔抑制频率的调节。喉部塞子可设计为系列零件，可设计不同的长度、内径、内表面形状，在谐振腔抑制频率需要调节时，通过快速更换喉部塞子以实现谐振腔抑制频率的调节，从而可以灵活调整谐振腔抑制频率。
52.其中，浮动安装座包括浮动环基座7和浮动环8。浮动安装座与喉部安装座9以浮动方式嵌套配合，即浮动环包括内环面，喉部安装座9包括外环面，喉部安装座9的外环面装入浮动环的内环面内。其中，浮动环基座7在其内部形成第二腔体。第二腔体的安装空间稍大于浮动环8的尺寸，使得浮动环8能够在浮动环基座7内沿各个方向小距离移动，可以实现浮动环8在浮动环基座7内根据喉部安装座9的位置进行轴向方向和径向方向的自适应调整。
53.其中，浮动环基座7为截面为l型的第一回转体，固定至谐振腔腔体侧a，可选择以焊接方式固定至谐振腔腔体侧a。浮动环基座7包括第一端口71、第二端口72。第一端口71焊接至谐振腔腔体侧b上，第一端口71的直径大于第二端口72的直径。第二端口72使得浮动环8在第二腔体空间范围内进行轴向方向、径向方向的自适应调整。
54.浮动环8部分容纳在浮动环基座7内，为第二回转体，与浮动环基座7嵌套配合。浮动环8包括头部81、延伸部82、导向部83。头部81容纳在浮动环基座7的第二腔体内。导向部83引导喉部安装座9滑入延伸部82内，尤其是同时将6组喉部安装座9塞入浮动环内时，导向部83起到了良好的导向作用，增加了安装的快捷性和准确性。其中，延伸部长为c，与喉部安装座9嵌套配合。
55.喉部安装座9固定至火焰筒侧b，可选择以焊接方式固定至火焰筒侧b。因浮动环基座7焊接谐振腔腔体侧a，火焰筒侧b焊接至火焰筒侧b，且在燃烧室中，谐振腔与燃烧室前端固定、火焰筒与燃烧室的后端固定，故在设计谐振腔喉部组件时，需要考虑喉部安装座9的长度，需满足喉部安装座9与延伸部82部分重叠。喉部安装座9塞入延伸部82的长度应大于0.5c，小于c。
56.谐振腔喉部组件整体装配时，将第一喉部塞子10装入喉部安装座9内，再将喉部安装座9塞入至浮动环8内即可完成安装。安装时允许喉部安装座存在小量的加工误差，优化了谐振腔的安装方式。也可以先将喉部安装座9塞入至浮动环8内，最后装入第一喉部塞子10。第一喉部塞子10包括第一端部14、第二端部15。第二端部15与谐振腔腔体侧壁平齐。在轴向方向上，第一喉部塞子10以第一端部14可沿轴向方向自由膨胀方式装入第一腔体内，或以第二端部15可沿轴向方向自由膨胀方式装入第一腔体内，也可以以第一端部14和第二端部15均沿轴向方向自由膨胀方式装入第一腔体内。因喉部塞子的第一端部14、第二端部15未固定，或者喉部塞子的两端均未固定，即喉部塞子的轴向自由度并未限定，喉部塞子可产生轴向方向形变，以释放谐振腔喉部组件的热应力。当谐振器喉部组件受热时，产生的热应力可以通过喉部塞子沿轴向方向自由膨胀的方式释放，降低了喉部结构的热应力分布。
57.第一喉部塞子10包括外表面和内表面，外表面与第一腔体配合，内表面为圆柱面。第一喉部塞子10与第一腔体为可拆卸连接，以实现第一喉部塞子10的快速更换。
58.可选地，第一喉部塞子还包括固定部16，固定部16与喉部安装座9固定连接。其中，
固定部16可以设置有外螺纹，与第一腔体的内螺纹配合，通过内螺纹和外螺纹配合实现固定部16与第一腔体连接，在试验调试阶段可快速更换不同尺寸的喉部塞子实现对不同的热声振荡频率的抑制效果。其中，螺纹设计需要计算螺纹的预紧力。
59.优选地，第一喉部塞子10的第一端部14通过点焊方式与谐振腔腔体侧连接，也可以将第二端部15通过点焊方式与火焰筒侧连接。
60.本实施例中一方面，由于喉部塞子两侧未采用焊接等硬连接方式，喉部塞子两侧均能够沿轴向方向自由膨胀，降低喉部管道结构的热应力分布。另一方面，可快速更换不同尺寸的喉部塞子实现对不同的热声振荡频率的抑制效果。
61.实施例二
62.如图4所示，第二谐振腔喉部组件22包括第二喉部塞子11。第二喉部塞子11的内径比第一喉部塞子10的内径小。实施例二提供了一种内径较小的喉部塞子，为热声振荡频率的抑制效果调整提供了一个可选择方案。
63.实施例三
64.如图5所示，第三谐振腔喉部组件23包括第三喉部塞子12。第三喉部塞子12包括的内表面为阶梯圆柱面，即第三喉部塞子12的内径包括两个内径数值，根据实际设计，内表面还可以是多孔截面，或者圆柱面、阶梯圆柱面、多孔截面的不同方式的组合。实施例三为热声振荡频率的抑制效果调整提供了另外一个可选择方案。
65.实施例四
66.如图6所示，第四谐振腔喉部组件24包括第四喉部塞子13。第四喉部塞子13的第二端部15延伸至谐振腔腔体内。即第四喉部塞子13的长度大于第三喉部塞子12、第二喉部塞子11、第一喉部塞子10，为热声振荡频率的抑制效果调整提供了另外一个可选择方案。
67.上述实施例中的第一喉部塞子10、第二喉部塞子11、第三喉部塞子12、、第四喉部塞子13为系列化设计，通过调整喉部塞子的长度、内径均以实现不同热声振荡频率的抑制。在谐振腔抑制频率需要调节时，通过快速更换喉部塞子以实现谐振腔抑制频率的调节，从而可以灵活调整谐振腔抑制频率。
68.本发明还提供了一种燃烧室，包括火焰筒、谐振腔4、中心预混通道1、多个外围预混通道3，多个谐振腔喉部组件；谐振腔4位于中心预混通道1的外侧，多个外围预混通道3围绕谐振腔4均匀分布；多个谐振腔喉部组件用于连接谐振腔4和火焰筒，其中谐振腔喉部组件为实施例一至实施例四任一项的谐振腔喉部组件。本发明的燃烧室优化了谐振腔的安装方式，改变了喉部与腔体之间的硬连接属性，降低谐振腔喉部的热应力，减少了燃烧室壁面的结构烧蚀、破坏。
69.总之，从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现如下技术效果：
70.1、将喉部管道分解为喉部安装座、浮动安装座、喉部塞子，优化谐振腔安装方式，改变喉部与腔体之间的硬连接属性，降低谐振腔喉部的热应力。
71.2、喉部塞子与喉部安装座采用螺纹连接，能够实现谐振腔腔体与喉部的快速更换，灵活调整谐振腔抑制频率。
72.3、燃烧室优化了谐振腔的安装方式，改变了喉部与腔体之间的硬连接属性，降低谐振腔喉部的热应力，减少了燃烧室壁面的结构烧蚀、破坏。
73.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人
员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种谐振腔喉部组件，用于连接谐振腔和火焰筒，其特征在于，谐振腔喉部组件包括：浮动安装座，所述浮动安装座设置为一侧固定在谐振腔腔体侧；喉部安装座(9)，所述喉部安装座(9)具有第一腔体，所述喉部安装座(9)设置为一侧固定在火焰筒侧，所述浮动安装座在另一侧与所述喉部安装座(9)的另一侧以浮动方式安装；多种喉部塞子(10、11、12、13)，所述喉部塞子(10、11、12、13)容纳在所述第一腔体内。2.根据权利要求1所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述喉部塞子(10、11、12、13)通过所述喉部安装座(9)穿设在所述浮动环安装座内。3.根据权利要求2所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，在轴向方向上，所述喉部塞子(10、11、12、13)包括第一端部(14)、第二端部(15)，所述第二端部(15)与所述谐振腔腔体侧壁平齐或延伸至谐振腔腔体内。4.根据权利要求1所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述喉部塞子(10、11、12、13)可更换以实现谐振腔抑制频率的调节。5.根据权利要求3所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述喉部塞子(10、11、12、13)的所述第一端部(14)和/或所述第二端部(15)装入第一腔体内，所述喉部塞子可产生轴向方向形变，以释放所述谐振腔喉部组件的热应力。6.根据权利要求4所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述喉部塞子(10、11、12、13)还包括固定部(16)，所述固定部(16)与喉部安装座(9)固定连接。7.根据权利要求6所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述固定部(16)设置有外螺纹，所述第一腔体设置有内螺纹，所述固定部(16)与所述第一腔体通过所述外螺纹和所述内螺纹连接。8.根据权利要求6所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述喉部塞子(10、11、12、13)的第一端部(14)通过点焊方式与所述谐振腔腔体侧壁连接，和/或第二端部(15)通过点焊方式与火焰筒侧壁连接。9.根据权利要求7所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述喉部塞子(10、11、12、13)与所述第一腔体为可拆卸连接，以实现所述喉部塞子(10、11、12、13)的快速更换。10.根据权利要求2所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述喉部塞子(10、11、12、13)包括外表面和内表面，所述外表面与所述第一腔体配合，所述内表面为圆柱面、阶梯圆柱面、多孔截面中的任一种或多种。11.根据权利要求1所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述浮动安装座包括：浮动环基座(7)，所述浮动环基座(7)固定至所述谐振腔腔体侧；浮动环(8)，所述浮动环(8)部分容纳在所述浮动环基座(7)内，与所述浮动环基座(7)嵌套配合。12.根据权利要求11所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述浮动环(8)包括内环面，所述喉部安装座(9)包括外环面，所述喉部安装座(9)的所述外环面装入所述浮动环(8)的所述内环面内。13.根据权利要求12所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述浮动环(8)在所述浮动环基座(7)内可根据所述喉部安装座(9)的位置进行轴向方向和径向方向的自适应调整。14.根据权利要求13所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述浮动环基座(7)以焊接方式固定至所述谐振腔腔体侧。15.根据权利要求14所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述浮动环(8)包括头部
(81)、延伸部(82)、导向部(83)，所述头部(81)容纳在所述浮动环基座(7)内，所述延伸部(82)与所述喉部安装座(9)嵌套配合，所述导向部(83)引导所述浮动环基座(7)与所述延伸部(82)配合。16.根据权利要求15所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述延伸部长为c，所述喉部安装座(9)塞入所述延伸部(82)内的长度大于0.5c，小于c。17.根据权利要求16所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述浮动环基座(7)包括：第一端口(71)，所述第一端口(71)焊接至所述谐振腔腔体侧上；第二腔体，所述第二腔体容纳所述头部(81)；第二端口(72)，所述第二端口(72)的直径小于所述第一端口(71)的直径，所述第二端口(72)使得所述浮动环(8)在所述第二腔体范围内进行轴向方向、径向方向的自适应调整。18.根据权利要求17所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述浮动环基座(7)为截面为l型的第一回转体和/或所述浮动环(8)为第二回转体。19.根据权利要求18所述的谐振腔喉部组件，其特征在于，所述喉部安装座(9)可在所述延伸部(82)内滑动，与所述延伸部(82)部分重叠。20.一种燃烧室，包括：火焰筒、谐振腔(4)、中心预混通道(1)、多个外围预混通道(3)，多个谐振腔喉部组件；所述谐振腔(4)位于所述中心预混通道(1)的外侧，多个所述外围预混通道(3)围绕所述谐振腔(4)均匀分布；多个所述谐振腔喉部组件用于连接所述谐振腔(4)和所述火焰筒，其特征在于，所述谐振腔喉部组件为权利要求1至权利要求19任一项所述的谐振腔喉部组件。

技术总结
本发明公开了一种谐振腔喉部组件，用于连接谐振腔和火焰筒，谐振腔喉部组件包括：浮动安装座，浮动安装座设置为一侧固定在谐振腔腔体侧；喉部安装座(9)，喉部安装座(9)具有第一腔体，喉部安装座(9)设置为一侧固定在火焰筒侧，浮动安装座在另一侧与喉部安装座(9)的另一侧以浮动方式安装；多种喉部塞子(10、11、12、13)，喉部塞子(10、11、12、13)容纳在第一腔体内。本发明的喉部组件改变了喉部与腔体之间的硬连接属性，降低谐振腔喉部的热应力；能够灵活实现谐振腔抑制频率调整。活实现谐振腔抑制频率调整。活实现谐振腔抑制频率调整。


技术研发人员：杨雨 覃宇鹏 耿杰峰 王昆 任立磊
受保护的技术使用者：中国联合重型燃气轮机技术有限公司
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/6/26