(57)【要約】      （修正有）【課題】キャップを有する高周波音響ダンパ用のシステムおよび方法を提供する。【解決手段】回転機械用の音響ダンパ１００は、壁１０４と、冷却空気入口１２０および１２２と、出口１０２と、キャップ１２８および１３０とを含む。壁１０４は、壁１０４が減衰チャンバ１０６を部分的に画定するように、バーナのフロントパネルの背面から延びる。冷却空気入口１２０および１２２は、フロントパネルの背面内に画定され、冷却空気１２４の流れを減衰チャンバ１０６内に送るように構成される。出口１０２は、フロントパネルの背面内に画定され、冷却空気１２４の流れを減衰チャンバ１０６の外に送るように構成される。キャップ１２８および１３０は、冷却空気入口１２０および１２２の上に少なくとも部分的に位置決めされ、減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４の流れの速度を低減するように構成される。【選択図】図４
2020190408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械（１０）用の音響ダンパ（１００）であって、
燃焼チャンバフロントパネル（９０）の背面（９６）から延びる少なくとも１つの壁（１０４）であって、それにより減衰チャンバ（１０６）を少なくとも部分的に画定する少なくとも１つの壁（１０４）と、
前記フロントパネル（９０）の前記背面（９６）内に画定された少なくとも１つの冷却空気入口（１２０および１２２）であって、冷却空気（１２４）の流れを前記減衰チャンバ（１０６）内に送るように配向される少なくとも１つの冷却空気入口（１２０および１２２）と、
前記フロントパネル（９０）の前記背面（９６）内に画定された少なくとも１つの出口（１０２）であって、前記冷却空気（１２４）の流れを前記減衰チャンバ（１０６）の外に送るように配向される少なくとも１つの出口（１０２）と、
前記少なくとも１つの冷却空気入口（１２０および１２２）の上に少なくとも部分的に延び、前記減衰チャンバ（１０６）内の前記冷却空気（１２４）の流れの速度を低減するように配向される少なくとも１つのキャップ（１２８および１３０）と
を備える、音響ダンパ（１００）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの冷却空気入口（１２０および１２２）は、第１の冷却空気入口（１２０）と、第２の冷却空気入口（１２２）とを備える、請求項１に記載の音響ダンパ（１００）。
【請求項３】
前記少なくとも１つのキャップ（１２８および１３０）は、前記第１の冷却空気入口（１２０）の上に部分的に位置決めされた第１のキャップ（１２８）と、前記第２の冷却空気入口（１２２）の上に部分的に位置決めされた第２のキャップ（１３０）とを備える、請求項２に記載の音響ダンパ（１００）。
【請求項４】
前記少なくとも１つのキャップ（１２８および１３０）は、前記冷却空気（１２４）の流れを前記減衰チャンバ（１０６）内に送るように構成されたキャップ開口部（１３４）を画定する、請求項１に記載の音響ダンパ（１００）。
【請求項５】
前記少なくとも１つのキャップ（１２８および１３０）は、前記キャップ開口部（１３４）が前記少なくとも１つの出口（１０２）とは反対側を向くように、前記少なくとも１つの冷却空気入口（１２０および１２２）の上に位置決めされる、請求項４に記載の音響ダンパ（１００）。
【請求項６】
前記少なくとも１つのキャップ（１２８および１３０）は、少なくとも１つの半球形シェル（１３２）を備える、請求項１に記載の音響ダンパ（１００）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの半球形シェル（１３２）は、約４ミリメートル〜約１０ミリメートルのキャップ直径（１３６）を画定する、請求項６に記載の音響ダンパ（１００）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのキャップ（１２８および１３０）は、前記冷却空気（１２４）の流れを前記減衰チャンバ（１０６）内に送るように構成された少なくとも１つのキャップ穴（７０２）を画定する、請求項１に記載の音響ダンパ（１００）。
【請求項９】
前記少なくとも１つのキャップ穴（７０２）は、複数のキャップ穴（７０２）を備える、請求項８に記載の音響ダンパ（１００）。
【請求項１０】
前面および反対側の背面（９６）を有するフロントパネル（９０）を備える少なくとも１つのバーナ（２４）と、
前記フロントパネル（９０）の前記背面（９６）に位置決めされた少なくとも１つの音響ダンパ（１００）であって、
前記フロントパネル（９０）の前記背面（９６）から延びる少なくとも１つの壁（１０４）であって、それにより減衰チャンバ（１０６）を部分的に画定する少なくとも１つの壁（１０４）、
前記フロントパネル（９０）の前記背面（９６）内に画定された少なくとも１つの冷却空気入口（１２０および１２２）であって、冷却空気（１２４）の流れを前記減衰チャンバ（１０６）内に送るように配向される少なくとも１つの冷却空気入口（１２０および１２２）、
前記フロントパネル（９０）の前記背面（９６）内に画定された少なくとも１つの出口（１０２）であって、前記冷却空気（１２４）の流れを前記減衰チャンバ（１０６）の外に送るように配向される少なくとも１つの出口（１０２）、および
前記少なくとも１つの冷却空気入口（１２０および１２２）の上に少なくとも部分的に延び、前記減衰チャンバ（１０６）内の前記冷却空気（１２４）の流れの速度を低減するように配向される少なくとも１つのキャップ（１２８および１３０）
を備える少なくとも１つの音響ダンパ（１００）と
を備える、回転機械（１０）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの冷却空気入口（１２０および１２２）は、第１の冷却空気入口（１２０）と、第２の冷却空気入口（１２２）とを備える、請求項１０に記載の回転機械（１０）。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのキャップ（１２８および１３０）は、前記第１の冷却空気入口（１２０）の上に部分的に位置決めされた第１のキャップ（１２８）と、前記第２の冷却空気入口（１２２）の上に部分的に位置決めされた第２のキャップ（１３０）とを備える、請求項１１に記載の回転機械（１０）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのキャップ（１２８および１３０）は、前記冷却空気（１２４）の流れを前記減衰チャンバ（１０６）内に送るように構成されたキャップ開口部（１３４）を画定する、請求項１０に記載の回転機械（１０）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのキャップ（１２８および１３０）は、前記キャップ開口部（１３４）が前記少なくとも１つの出口（１０２）とは反対側を向くように、前記少なくとも１つの冷却空気入口（１２０および１２２）の上に位置決めされる、請求項１３に記載の回転機械（１０）。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのキャップ（１２８および１３０）は、少なくとも１つの半球形シェル（１３２）を備える、請求項１０に記載の回転機械（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジン内で使用される高周波ダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、典型的には、直列流れ構成で配置された少なくとも１つの圧縮機、少なくとも１つのバーナ、および少なくとも１つのタービンを含む。典型的には、圧縮機は、圧縮空気をバーナに送り、そこで圧縮空気は燃料の流れと混合されて燃焼し、タービンに送られる高温燃焼ガスの流れを作り出す。しかし、バーナ内の燃焼ダイナミックスが安定しないことがあることから、少なくともいくつかのバーナ内の燃焼が不安定な場合がある。具体的には、燃焼中に放出された熱は、燃焼によって引き起こされた圧力の増加と相まって、バーナ内で音圧振動を発生させる可能性がある。
【０００３】
既知のバーナ内では、音圧振動は、典型的には、通常の動作条件中に発生し、バーナ内の燃料／空気の化学量論、バーナ内の総質量流量、および／または他の動作条件に依存し得る。経時的に、音圧振動は、機器の損傷または他の動作上の問題を引き起こす可能性がある。音圧振動の影響の低減を促進するために、少なくともいくつかのバーナは、音圧振動を吸収し、圧力振動の振幅を低減する少なくとも１つの音響ダンパを含む。音響ダンパへの損傷を防ぎ、音響ダンパを清潔に保つために、圧縮冷却空気の流れが音響ダンパ内に送られる。しかし、圧縮冷却空気の流れが高速で音響ダンパに入る場合、音響ダンパ内の圧力が減少し、高温燃焼ガスが音響ダンパ内に流れ込む場合がある。対照的に、冷却空気の流れが低速である場合、冷却が音響ダンパ内では効果的でない場合がある。
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、回転機械用の音響ダンパが提供される。回転機械は、前面および反対側の背面を有するフロントパネルを含む少なくとも１つのバーナを含む。音響ダンパは、少なくとも１つの壁と、少なくとも１つの冷却空気入口と、少なくとも１つの出口と、少なくとも１つのキャップとを含む。少なくとも１つの壁は、フロントパネルの背面から延び、減衰チャンバを画定する。少なくとも１つの冷却空気入口は、フロントパネルの背面内に画定され、冷却空気の流れを減衰チャンバ内に送るように構成される。少なくとも１つの出口は、フロントパネルの背面内に画定され、冷却空気の流れを減衰チャンバの外に送るように構成される。少なくとも１つのキャップは、少なくとも１つの冷却空気入口の上に少なくとも部分的に位置決めされ、減衰チャンバ内の冷却空気の流れの速度を低減するように構成される。
【０００５】
別の態様では、音響ダンパをバーナのフロントパネルに製造する方法が提供される。方法は、フロントパネルを通る出口を画定することを含む。出口は、フロントパネルの前面からフロントパネルの背面に延びる。方法はまた、フロントパネルの背面内に少なくとも１つの冷却空気入口を画定することを含む。方法は、少なくとも１つの壁をフロントパネルの背面に形成することをさらに含む。フロントパネルの少なくとも１つの壁および背面は、減衰チャンバを画定する。方法はまた、少なくとも１つの冷却空気入口の上に少なくとも部分的に位置決めされた少なくとも１つのキャップを形成することを含む。少なくとも１つのキャップは、減衰チャンバ内の冷却空気の流れの速度を低減するように構成される。
【０００６】
別の態様では、回転機械が提供される。回転機械は、少なくとも１つのバーナと、少なくとも１つの音響ダンパとを含む。少なくとも１つのバーナは、前面および反対側の背面を有するフロントパネルを含む。少なくとも１つの音響ダンパは、フロントパネルの背面に位置決めされ、少なくとも１つの壁と、少なくとも１つの冷却空気入口と、少なくとも１つの出口と、少なくとも１つのキャップとを含む。少なくとも１つの壁は、フロントパネルの背面から延び、減衰チャンバを画定する。少なくとも１つの冷却空気入口は、フロントパネルの背面内に画定され、冷却空気の流れを減衰チャンバ内に送るように構成される。少なくとも１つの出口は、フロントパネルの背面内に画定され、冷却空気の流れを減衰チャンバの外に送るように構成される。少なくとも１つのキャップは、少なくとも１つの冷却空気入口の上に少なくとも部分的に位置決めされ、減衰チャンバ内の冷却空気の流れの速度を低減するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例示的な回転機械の概略図である。
【図２】図１に示す回転機械の燃焼器セクションと共に位置決めされた例示的なバーナの斜視図である。
【図３】図２に示すバーナ内に位置決めされ得る例示的なフロントパネルの背面図である。
【図４】図３に示すフロントパネルの背面に位置決めされ得る例示的な音響ダンパの斜視図である。
【図５】図４に示す音響ダンパと共に使用される例示的なキャップの斜視図である。
【図６】図４に示すキャップの切り欠き上面図である。
【図７】図４に示す音響ダンパと共に使用され得る代替のキャップの斜視図である。
【図８】図４に示す音響ダンパと共に使用され得る別の代替のキャップの斜視図である。
【図９】図４に示す音響ダンパなどの音響ダンパを製造する例示的な方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書に記載の例示的な音響ダンパおよび方法は、音響ダンパ内の冷却流の速度の低減、バーナ内の音響振動の低減、および音響ダンパ内への高温ガスの吸引の低減を促進する。本明細書に記載の例示的な音響ダンパは、バーナのフロントパネルの背面から延びる少なくとも１つの壁を含む。フロントパネルの壁および背面は、減衰チャンバを画定する。フロントパネルの背面はまた、少なくとも１つの冷却空気入口および少なくとも１つの出口を画定する。冷却空気入口は、冷却空気の流れを減衰チャンバ内に送るように配向され、出口は、冷却空気の流れを減衰チャンバから送るように配向される。ダンパは、冷却空気の流路内にあり、フロントパネルの背面から冷却空気入口の上に延びる少なくとも１つのキャップをさらに含む。
【０００９】
動作中、音響ダンパの出口は音響ダンパ内への音響振動の通過を可能にし、したがって音圧振動を減衰させ、バーナへの損傷を低減する。減衰チャンバ内への冷却空気の流れは、音響ダンパを冷却し、音響ダンパへの損傷の低減を促進する。減衰チャンバ内の冷却空気の流れの速度は、減衰チャンバ内の圧力を低下させる。圧力の低下により、高温燃焼ガスが減衰チャンバ内に吸引または送られるようになり得、音響ダンパに損傷を与える可能性がある。キャップは、冷却空気の流れの速度の低減、および燃焼ガスの吸引によって引き起こされる音響ダンパへの潜在的な損傷の低減を促進する。
【００１０】
別途指定のない限り、本明細書で使用される「一般に」、「実質的に」、および「およそ」などの近似を表す文言は、そのように修飾された用語が、絶対的または完全な程度ではなく、当業者によって認識されるようなおおよその程度にのみ適用され得ることを示している。近似を表す文言は、それが関連する基本的機能の変更をもたらすことなく許容範囲で変化することができる定量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限界が特定されてもよい。このような範囲は、組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈または文言が特に指示しない限り、本明細書に含まれるすべての部分範囲を含む。
【００１１】
加えて、別途指定のない限り、「第１の」、「第２の」、などの用語は、本明細書において単に標識として使用されているにすぎず、これらの用語が言及する項目について順序、位置、または階層上の要件を加えることを意図するものではない。さらに、例えば、「第２の」項目への言及は、例えば、「第１の」もしくはより小さい番号の項目、または「第３の」もしくはより大きい番号の項目の存在を要求するものではなく、または排除するものでもない。
【００１２】
図１は、本開示の実施形態が使用され得る例示的な回転機械１０の概略図である。この例示的な実施形態では、回転機械１０は、吸気セクション１２、吸気セクション１２の下流に結合された圧縮機セクション１４、圧縮機セクション１４の下流に結合された燃焼器セクション１６、燃焼器セクション１６の下流に結合されたタービンセクション１８、およびタービンセクション１８の下流に結合された排気セクション２０を含むガスタービンである。ほぼ管状のケーシング３６は、吸気セクション１２、圧縮機セクション１４、燃焼器セクション１６、タービンセクション１８、および排気セクション２０の１つまたは複数を少なくとも部分的に取り囲む。代替の実施形態では、回転機械１０は、本開示の実施形態が本明細書に記載のように機能することを可能にされるロータブレードを有する任意の機械である。例示的な実施形態では、タービンセクション１８は、ロータシャフト２２を介して圧縮機セクション１４に結合される。本明細書で使用される場合、「結合する」という用語は、構成要素間の直接的な機械的、電気的、および／または通信接続に限定されず、複数の構成要素間の間接的な機械的、電気的、および／または通信接続も含むことができることに留意されたい。
【００１３】
ガスタービン１０の動作中、吸気セクション１２は、空気を圧縮機セクション１４に向けて送る。圧縮機セクション１４は、空気を圧縮してより高い圧力および温度にする。より具体的には、ロータシャフト２２は、圧縮機セクション１４内のロータシャフト２２に結合された圧縮機ブレード４０の少なくとも１つの円周方向列に回転エネルギーを与える。例示的な実施形態では、圧縮機ブレード４０の各列に先行して、ケーシング３６から半径方向内側に延びる圧縮機ステータベーン４２の円周方向列が設けられ、空気流を圧縮機ブレード４０内に案内する。圧縮機ブレード４０の回転エネルギーは、空気の圧力および温度を上昇させる。圧縮機セクション１４は、圧縮空気を燃焼器セクション１６に向けて排出する。
【００１４】
燃焼器セクション１６では、圧縮空気が燃料と混合されて点火され、タービンセクション１８に向けて送られる燃焼ガスを生成する。より具体的には、燃焼器セクション１６は、少なくとも１つのバーナ２４を含み、そこでは燃料、例えば、天然ガスおよび／または燃料オイルが空気流内に噴射され、燃料／空気混合物が点火され、タービンセクション１８に向けて送られる高温燃焼ガスを生成する。
【００１５】
タービンセクション１８は、燃焼ガス流からの熱エネルギーを機械的回転エネルギーに変換する。より具体的には、燃焼ガスは、タービンセクション１８内のロータシャフト２２に結合されたロータブレード７０の少なくとも１つの円周方向列に回転エネルギーを与える。例示的な実施形態では、ロータブレード７０の各列に先行して、ケーシング３６から半径方向内側に延びるタービンステータベーン７２の円周方向列が設けられ、燃焼ガスをロータブレード７０内に案内する。ロータシャフト２２は、限定はしないが、発電機および／または機械的駆動用途などの負荷（図示せず）に結合することができる。排気された燃焼ガスは、タービンセクション１８から下流に流れ、排気セクション２０に入る。
【００１６】
図２は、燃焼器セクション１６と共に位置決めされ、例示的なフロントパネル９０を含むバーナ２４の斜視図である。図３は、バーナ２４内に位置決めされたフロントパネル９０の背面図である。バーナ２４は、バーナチャンバ８２、バーナ入口８４、およびバーナ出口８６を画定する少なくとも１つのバーナ壁８０を含む。フロントパネル９０は、バーナ入口８４に結合され、フロントパネル入口９２を画定する。フロントパネル９０は、前面９４と、前面９４の反対側である背面９６とを有する。フロントパネル９０は、背面９６がバーナ２４に結合され、前面９４がバーナ２４とは反対側に配向されるようにバーナ２４に位置決めされる。図３に示すように、複数の音響ダンパ１００がフロントパネル９０の背面９６にわたって延びる。例示的な実施形態では、約３０〜約４０の音響ダンパ１００がフロントパネル９０の背面９６に位置決めされる。しかし、バーナ２４が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の数の音響ダンパ１００が、フロントパネル９０の背面９６に位置決めされてもよい。フロントパネル９０は、フロントパネル９０を通って前面９４から背面９６に延びる複数の出口１０２を画定する。
【００１７】
動作中、圧縮機セクション１４からの圧縮空気の流れは、フロントパネル入口９２およびバーナ入口８４を通ってバーナ２４内に送られる。燃料の流れが圧縮空気の流れ内に噴射され、圧縮空気と燃料の混合物が点火される。バーナ２４内の燃焼ダイナミックスが安定しないことがあることから、バーナ２４内の燃焼が不安定な場合がある。具体的には、燃焼中に放出された熱は、燃焼によって引き起こされた圧力の増加と相まって、バーナ２４内に音圧振動を引き起こす可能性がある。音圧振動は、一般に、通常の動作条件中に発生し、バーナ２４内の燃料／空気の化学量論、バーナ２４内の総質量流量、および／または他の動作条件に依存し得る。音圧振動は、機器の損傷または他の動作上の問題を引き起こす可能性がある。しかし、音響ダンパ１００は、音圧振動の吸収および／または圧力振動の振幅の低減を促進する。具体的には、出口１０２は、音圧振動が音響ダンパ１００に入るのを可能にし、そこで音圧振動は減衰される。
【００１８】
図４は、音響ダンパ１００の斜視図である。音響ダンパ１００は、フロントパネル９０の背面９６と協働して減衰チャンバ１０６を画定する少なくとも１つの壁１０４を含む。例示的な実施形態では、音響ダンパ１００はまた、上面１０８を含む。フロントパネル９０の壁１０４、上面１０８、および背面９６は、協働して減衰チャンバ１０６を画定する。壁１０４、上面１０８、および背面９６は、図４では透明に示されている。
【００１９】
図示の実施形態では、壁１０４は、概して楕円形であり、背面９６から実質的に垂直に延びる。具体的には、図示の実施形態では、壁１０４は、背面９６から実質的に垂直に延びる２つの半円弧１１０および２つの直線部分１１２を含む。直線部分１１２は、半円弧１１０から連続的に延びる。上面１０８は、半円弧１１０上の２つの半円錐１１４と、直線部分１１２上の２つの傾斜部分１１６とを含む。傾斜部分１１６は、傾斜部分１１６が半円錐１１４の間に画定された細長頂点１１８を形成するように、半円錐１１４に結合される。図示の実施形態では、半円弧１１０、直線部分１１２、半円錐１１４、傾斜部分１１６、細長頂点１１８、およびフロントパネル９０の背面９６は、協働して減衰チャンバ１０６を画定する。あるいは、音響ダンパ１００および減衰チャンバ１０６は、音響ダンパ１００が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の他の形状を有してもよい。具体的には、音響ダンパ１００および減衰チャンバ１０６の形状は、計算流体力学（ＣＦＤ）分析によって決定されてもよく、バーナ２４内の燃料／空気の化学量論、バーナ２４内の総質量流量、および／または任意の他の動作条件に基づいて選択され得る。
【００２０】
図４に示すように、少なくとも１つの出口１０２は、フロントパネル９０を通って前面９４から背面９６に延びる。出口１０２は、音圧振動が減衰チャンバ１０６に入るのを可能にし、そこで音圧振動は減衰される。例示的な実施形態では、出口１０２は、フロントパネル９０を通って延びる円形導管である。あるいは、出口１０２は、音響ダンパ１００が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の他の形状を有してもよい。具体的には、出口１０２の形状は、ＣＦＤ分析によって決定されてもよく、バーナ２４内の燃料／空気の化学量論、バーナ２４内の総質量流量、および／または任意の他の動作条件に基づいて選択され得る。加えて、例示的な実施形態は各音響ダンパ１００に対して単一の出口１０２のみを含むが、音響ダンパ１００は、限定はしないが、２つ、３つ、またはそれ以上の出口１０２を含む、音響ダンパ１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の数の出口１０２を含んでもよい。具体的には、各音響ダンパ１００に含まれる出口１０２の数は、ＣＦＤ分析によって決定されてもよく、バーナ２４内の燃料／空気の化学量論、バーナ２４内の総質量流量、および／または任意の他の動作条件に基づいて選択され得る。
【００２１】
フロントパネル９０の背面９６は、少なくとも１つの冷却空気入口１２０および／または１２２を画定する。具体的には、例示的な実施形態では、フロントパネル９０の背面９６は、第１の冷却空気入口１２０および第２の冷却空気入口１２２を画定する。冷却空気入口１２０および１２２は、矢印１２４および１２６によって示されるように、冷却空気の流れを減衰チャンバ１０６内に送るように配向される。具体的には、第１の冷却空気入口１２０は、矢印１２４によって示されるように、第１の冷却空気の流れを送るように配向され、第２の冷却空気入口１２２は、矢印１２６によって示されるように、第２の冷却空気の流れを送るように配向される。しかし、音響ダンパ１００は、限定はしないが、１つ、３つ、またはそれ以上の冷却空気入口１２０および１２２を含む、音響ダンパ１００が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の他の数の冷却空気入口１２０および１２２を含んでもよい。具体的には、各音響ダンパ１００に含まれる冷却空気入口１２０および１２２の数は、ＣＦＤ分析によって決定されてもよく、バーナ２４内の燃料／空気の化学量論、バーナ２４内の総質量流量、および／または任意の他の動作条件に基づいて選択され得る。例示的な実施形態では、冷却空気１２４および１２６の流れの供給源は、圧縮機セクション１４であり、冷却空気１２４および１２６の流れは、典型的には、燃焼ガスよりも高い圧力を有し、それにより冷却空気１２４および１２６の流れは、出口１０２を通って音響ダンパ１００の外に送られる。したがって、冷却空気入口１２０および１２２は、冷却空気１２４および１２６の流れを減衰チャンバ１０６内に送るように配向され、出口１０２は、冷却空気１２４および１２６の流れを減衰チャンバ１０６から送るように配向される。
【００２２】
動作中、バーナ２４は、燃料／空気混合物に点火し、タービンセクション１８に向けて送られる高温燃焼ガスを生成する。燃焼中に放出された熱は、燃焼によって引き起こされた圧力の増加と相まって、バーナ２４内で音圧振動を発生させる可能性がある。音圧振動は、出口１０２を通って音響ダンパ１００に入り、減衰チャンバ１０６内で減衰される。燃焼中に放出された熱は、音響ダンパ１００に損傷を与える可能性があり、冷却空気入口１２０および１２２は、冷却空気１２４および１２６を音響ダンパ１００内に送って音響ダンパ１００の温度を低下させ、燃焼中に放出された熱によって引き起こされる損傷の低減を促進する。しかし、減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の高速の流れは、減衰チャンバ１０６内の圧力を低下させ、したがって高温燃焼ガスが減衰チャンバ１０６内に引き込まれることを可能にし得る。高温ガスは、音響ダンパ１００への損傷を引き起こす場合がある。
【００２３】
減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れの速度を低減するために、少なくとも１つのキャップ１２８および／または１３０が冷却空気入口１２０および１２２の上に部分的に減衰チャンバ１０６内に位置決めされる。図示の実施形態では、複数のキャップ１２８および１３０は、キャップ１２８および１３０が冷却空気入口１２０および１２２に少なくとも部分的にわたって延びるように、減衰チャンバ１０６内に位置決めされる。具体的には、第１のキャップ１２８は、第１の冷却空気入口１２０を部分的に覆い、第２のキャップ１３０は、第２の冷却空気入口１２２を部分的に覆う。各キャップ１２８および１３０は、冷却空気１２４および１２６の流れの経路内に位置決めされ、減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れを中断し、減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れの速度を低減する。したがって、キャップ１２８および１３０は、減衰チャンバ１０６内への減衰ガスの吸引の低減を促進し、燃焼ガスの吸引によって引き起こされる音響ダンパ１００への損傷を低減する。
【００２４】
図５は、音響ダンパ１００内の第１のキャップ１２８の斜視図である。壁１０４、上面１０８、および背面９６は、図５では透明に示されている。図６は、第１のキャップ１２８の切り欠き上面図である。図示の実施形態では、キャップ１２８および１３０は、背面９６から延び、冷却空気入口１２０および１２２を実質的に覆う中空の半球形カバーまたはカップである。具体的には、各キャップ１２８および１３０は、キャップ開口部１３４を画定する半球形シェル１３２を有する。シェル１３２は、冷却空気１２４および１２６の流れの経路内に位置決めされ、減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れを中断し、減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れの速度の低減を促進する。具体的には、シェル１３２は、キャップ開口部１３４が出口１０２とは反対側を向くように、冷却空気入口１２０および１２２の上に位置決めされる。
【００２５】
キャップ開口部１３４は、冷却空気１２４および１２６の流れを減衰チャンバ１０６内に送るように配向される。加えて、冷却空気入口１２０および１２２は、冷却空気１２４および１２６の流れをシェル１３２の後部に送るように配向され、それにより冷却空気１２４および１２６の流れは、キャップ開口部１３４を出るために向きを変える必要がある。加えて、キャップ開口部１３４が出口１０２とは反対側に配向されるので、冷却空気１２４および１２６は、出口１０２を通って音響ダンパ１００を出るために再び向きを変える必要がある。したがって、キャップ１２８および１３０は、冷却空気入口１２０および１２２の上に位置決めされ、冷却空気１２４および１２６の流れを減衰チャンバ１０６内の曲がりくねった経路に追従させる。よって、キャップ１２８および１３０は、減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れを中断し、減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れの速度を低減する。したがって、キャップ１２８および１３０は、減衰チャンバ１０６内への減衰ガスの吸引の低減を促進し、燃焼ガスの吸引によって引き起こされる音響ダンパ１００への損傷の低減を促進する。
【００２６】
図示の実施形態では、シェル１３２は、半球形の形状を有する。しかし、シェル１３２は、限定はしないが、円筒形および／または平行六面体の形状を含む、音響ダンパ１００が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の他の形状を有してもよい。具体的には、各シェル１３２の形状は、ＣＦＤ分析によって決定されてもよく、バーナ２４内の燃料／空気の化学量論、バーナ２４内の総質量流量、および／または任意の他の動作条件に基づいて変更することができる。加えて、キャップ１２８および１３０は各々、同じ形状を有してもよく、またはキャップ１２８および１３０は各々、異なる形状を有してもよい。
【００２７】
図６に示すように、各キャップ１２８および１３０は、キャップ直径１３６と、キャップ直径１３６からキャップ開口部１３４に実質的に垂直に延びる切断距離１３８とを有する。切断距離１３８は、キャップ開口部１３４のサイズを決定する。切断距離１３８が増加すると、キャップ開口部１３４がキャップ１２８および１３０の中心１４０とは反対側に移動し、キャップ開口部１３４のサイズが減少する。逆に、切断距離１３８が減少すると、キャップ開口部１３４がキャップ１２８および１３０の中心１４０に向かって移動し、キャップ開口部１３４のサイズが増加する。例示的な実施形態では、キャップ直径１３６は、約４ミリメートル（ｍｍ）〜約１０ｍｍである。より具体的には、例示的な実施形態では、キャップ直径１３６は、約６ｍｍである。例示的な実施形態では、切断距離１３８は、約０．５ｍｍ〜約５ｍｍである。より具体的には、例示的な実施形態では、切断距離１３８は、約１．２ｍｍである。
【００２８】
キャップ直径１３６および切断距離１３８は、キャップ１２８および１３０が減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れを中断し、減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れの速度を低減するように、ＣＦＤ分析によって決定される。しかし、キャップ１２８および１３０は、音響ダンパ１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意のキャップ直径１３６および／または切断距離１３８を有してもよい。加えて、キャップ１２８および１３０は各々、同じキャップ直径１３６および／または切断距離１３８を有してもよく、またはキャップ１２８および１３０は各々、異なるキャップ直径１３６および切断距離１３８を有してもよい。
【００２９】
例示的な実施形態では、音響ダンパ１００は、２つのキャップ１２８および１３０を含み、これは各冷却空気入口１２０および１２２に対して１つずつである。しかし、音響ダンパ１００は、限定はしないが、１つ、３つ、またはそれ以上のキャップ１２８および１３０を含む、音響ダンパ１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の数のキャップ１２８および１３０を含んでもよい。具体的には、第１のキャップ１２８は、第１の冷却空気入口１２０の上に位置決めされ得るが、第２の冷却空気入口１２２は、第２のキャップ１３０によって覆われなくてもよい。キャップ１２８および１３０の数は、ＣＦＤ分析によって決定され得、音響ダンパ１００内への高温燃焼ガスの吸引の低減を促進するために必要なキャップ１２８および１３０の数を決定する。加えて、各キャップ１２８および１３０は、壁１０４に対して音響ダンパ１００内に位置を有する。具体的には、各キャップ１２８および１３０は、壁１０４からキャップ距離１４２に位置決めされる。キャップ距離１４２は、キャップ開口部１３４の中心１４４から壁１０４までの距離である。キャップ距離１４２は、キャップ１２８および１３０と壁１０４との間の空間の量を決定し、冷却空気１２４および１２６の流れが出口１０２に向かって向きを変える必要がある空間の量を決定する。
【００３０】
キャップ距離１４２が増加すると、冷却空気１２４および１２６が出口１０２に向かって向きを変える必要がある空間の量が増加し、冷却空気１２４および１２６の流れに対する抵抗が減少し、冷却空気１２４および１２６の流れの速度が増加する。逆に、キャップ距離１４２が減少すると、冷却空気１２４および１２６が出口１０２に向かって向きを変える必要がある空間の量が減少し、冷却空気１２４および１２６の流れに対する抵抗が増加し、冷却空気１２４および１２６の流れの速度が減少する。例示的な実施形態では、キャップ距離１４２は、約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍである。より具体的には、例示的な実施形態では、キャップ距離１４２は、約１ｍｍである。ＣＦＤ分析は、キャップ距離１４２を調整することによって各キャップ１２８および１３０の位置を決定して減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れを中断し、減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れの速度を低減する。加えて、ＣＦＤ分析はまた、各キャップ１２８および１３０のキャップ直径１３６および切断距離１３８を同時に調整して減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れを中断し、減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れの速度を低減する。さらに、代替の実施形態では、シェル１３２は、冷却空気入口１２０および１２２の上に位置決めされてもよく、それによりキャップ開口部１３４は、キャップ１２８および１３０が本明細書に記載のように動作することを可能にするように出口１０２に対して任意の配向で位置決めされる。
【００３１】
キャップ直径１３６、切断距離１３８、およびキャップ距離１４２は、各キャップ１２８および１３０に対して調整されて減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れを中断し、減衰チャンバ１０６内への高温燃焼ガスの吸引を低減し、かつ音響ダンパ１００への損傷を低減するために減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れの速度を低減する。具体的には、ＣＦＤ分析は、高温燃焼ガスの吸引が低減されるように、キャップ直径１３６、切断距離１３８、およびキャップ距離１４２を調整する。したがって、キャップ１２８および１３０は、音響ダンパ１００内への高温燃焼ガスの吸引の低減を促進し、音響ダンパ１００への損傷を低減し、バーナ２４および回転機械１０の信頼性を改善する。
【００３２】
図７は、キャップ７００の斜視図である。図８は、キャップ８００の斜視図である。キャップ７００および８００は、キャップ１２８および１３０の代替の実施形態である。キャップ７００のキャップ開口部１３４は、上述のキャップ開口部１３４ではなく複数のキャップ穴７０２を含み、キャップ８００のキャップ開口部１３４は、上述のキャップ開口部１３４ではなく複数のキャップ穴８０２を含む。キャップ穴７０２は、シェル１３２から減衰チャンバ１０６内へと冷却空気１２４および１２６の流れを送るように構成される。図示の実施形態では、キャップ穴７０２は、シェル１３２を通って延びる円形の穴である。しかし、キャップ穴７０２は、キャップ７００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の形状を有してもよい。図示の実施形態では、キャップ７００は、直線状に配置された３つのキャップ穴７０２を含む。しかし、キャップ７００は、キャップ７００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の配置の任意の数のキャップ穴７０２を含んでもよい。キャップ穴７０２は、キャップ開口部１３４と比較して冷却空気１２４および１２６の流れがシェル１３２から流出する必要がある面積を減少させ、冷却空気１２４および１２６の流れに対する抵抗を増加させ、冷却空気１２４および１２６の流れの速度を減少させる。したがって、キャップ７００は、キャップ１２８および１３０と比較して冷却空気１２４および１２６の流れの速度をさらに減少させる。
【００３３】
キャップ８００は、キャップ８００が２列に直線状に配置されたより多くのキャップ穴８０２を含むことを除いて、キャップ７００と同様である。キャップ穴８０２はまた、キャップ穴７０２よりも大きい。したがって、キャップ穴８０２は、キャップ開口部１３４と比較して冷却空気１２４および１２６の流れがシェル１３２から流出する必要がある面積を減少させるが、キャップ穴８０２は、キャップ穴７０２と比較して冷却空気１２４および１２６の流れがシェル１３２から流出する必要がある面積を増加させる。したがって、キャップ８００は、キャップ１２８および１３０と比較して冷却空気１２４および１２６の流れの速度を減少させ、キャップ７００と比較して冷却空気１２４および１２６の流れの速度を増加させる。冷却空気１２４および１２６の流れの速度は、キャップ１２８および１３０、７００、および８００のキャップ開口部１３４を調整することによって調節することができる。具体的には、第１のキャップ１２８のキャップ開口部１３４は、キャップ穴７０２を含むことができ、第２のキャップ１３０のキャップ開口部１３４は、上述のキャップ開口部１３４を含むことができる。したがって、キャップ１２８および１３０、７００、および８００のキャップ開口部１３４は、減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れを中断し、減衰チャンバ１０６内への高温燃焼ガスの吸引を低減し、かつ音響ダンパ１００への損傷を低減するために減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れの速度を低減するように調整され得る。
【００３４】
図９は、音響ダンパ１００を製造する例示的な方法９００のフロー図である。方法９００は、フロントパネル９０を通って延びるように少なくとも１つの出口１０２を画定すること９０２を含む。出口１０２は、フロントパネル９０の前面９４からフロントパネル９０の背面９６に延びる。方法９００はまた、フロントパネル９０の背面９６内に少なくとも１つの冷却空気入口１２０および１２２を画定すること９０４を含む。方法９００は、少なくとも１つの壁１０４をフロントパネル９０の背面９６に形成すること９０６をさらに含む。フロントパネル９０の壁１０４および背面９６は、減衰チャンバ１０６を画定する。方法９００はまた、少なくとも１つのキャップ１２８をフロントパネル９０の背面９６に形成すること９０８を含む。キャップ１２８は、減衰チャンバ１０６内の冷却空気１２４および１２６の流れの速度を低減するように配向される。
【００３５】
本明細書に記載の音響ダンパ１００は、音響ダンパ１００が本明細書に記載のように動作することを可能にする任意の製造技術を使用して製造されてもよい。例示的な実施形態では、各音響ダンパ１００は、音響ダンパ１００およびフロントパネル９０を付加製造することによって製造される。具体的には、フロントパネル９０は、フロントパネル９０内に出口１０２ならびに冷却空気入口１２０および１２２を画定するように付加製造される。次に、音響ダンパ１００およびキャップ１２８がフロントパネル９０の背面９６に付加製造される。付加製造により、キャップ１２８を音響ダンパ１００内に形成するためのコストおよび時間が削減される。したがって、音響ダンパ１００の付加製造により、バーナ２４および回転機械１０の信頼性を高める一方、キャップ１２８を有する音響ダンパ１００を生産するためのコストおよび製造時間を削減することが容易になる。
【００３６】
本明細書に記載の例示的な音響ダンパおよび方法は、音響ダンパ内の冷却流の速度の低減、バーナ内の音響振動の低減、および音響ダンパ内への高温ガスの吸引の低減を促進する。本明細書に記載の例示的な音響ダンパは、バーナのフロントパネルの背面から延びる少なくとも１つの壁を含む。フロントパネルの壁および背面は、減衰チャンバを画定する。フロントパネルの背面はまた、少なくとも１つの冷却空気入口および少なくとも１つの出口を画定する。冷却空気入口は、冷却空気の流れを減衰チャンバ内に送るように配向され、出口は、冷却空気の流れを減衰チャンバから送るように配向される。ダンパは、冷却空気の流路内にあり、フロントパネルの背面から冷却空気入口の上に延びる少なくとも１つのキャップをさらに含む。
【００３７】
動作中、音響ダンパの出口は音響ダンパ内への音響振動の通過を可能にし、したがって音圧振動を減衰させ、バーナへの損傷を低減する。減衰チャンバ内への冷却空気の流れは、音響ダンパを冷却し、音響ダンパへの損傷の低減を促進する。減衰チャンバ内の冷却空気の流れの速度は、減衰チャンバ内の圧力を低下させる。圧力の低下により、高温燃焼ガスが減衰チャンバ内に吸引または送られるようになり得、音響ダンパに損傷を与える可能性がある。キャップは、冷却空気の流れの速度の低減、および燃焼ガスの吸引によって引き起こされる音響ダンパへの潜在的な損傷の低減を促進する。
【００３８】
本明細書に記載の方法、装置、およびシステムは、本明細書に記載の具体的な実施形態に限定されない。例えば、各装置またはシステムの構成要素および／または各方法のステップは、本明細書に記載の他の構成要素および／またはステップから独立してかつ別個に使用および／または実施することができる。加えて、各構成要素および／またはステップはまた、他のアセンブリおよび方法で使用および／または実施することができる。
【００３９】
本開示について様々な具体的な実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば、本開示が特許請求の範囲の趣旨および範囲内で変更形態を使用して実施することができることを認識するであろう。本開示の様々な実施形態の具体的な特徴は、一部の図面に示され、他の図面には示されていないかもしれないが、これは単に便宜上にすぎない。さらに、上記の説明における「一実施形態」への言及は、記載した特徴も組み込んだ付加的な実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図しない。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または特許請求することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  回転機械／ガスタービン
１２  吸気セクション
１４  圧縮機セクション
１６  燃焼器セクション
１８  タービンセクション
２０  排気セクション
２２  ロータシャフト
２４  バーナ
３６  ケーシング
４０  圧縮機ブレード
４２  圧縮機ステータベーン
７０  ロータブレード
７２  タービンステータベーン
８０  バーナ壁
８２  バーナチャンバ
８４  バーナ入口
８６  バーナ出口
９０  フロントパネル
９２  フロントパネル入口
９４  前面
９６  背面
１００  音響ダンパ
１０２  出口
１０４  壁
１０６  減衰チャンバ
１０８  上面
１１０  半円弧
１１２  直線部分
１１４  半円錐
１１６  傾斜部分
１１８  細長頂点
１２０  第１の冷却空気入口
１２２  第２の冷却空気入口
１２４  冷却空気
１２６  冷却空気
１２８  第１のキャップ
１３０  第２のキャップ
１３２  半球形シェル
１３４  キャップ開口部
１３６  キャップ直径
１３８  切断距離
１４０  キャップの中心
１４２  キャップ距離
１４４  キャップ開口部の中心
７００  キャップ
７０２  キャップ穴
８００  キャップ
８０２  キャップ穴
９００  方法
９０２  フロー
９０４  フロー
９０６  フロー
９０８  フロー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020190408.tif 000009
【図８】
2020190408.tif 000010
【図９】
2020190408.tif 000011
【外国語明細書】
2020190408000001.pdf
2020190408000002.pdf
2020190408000003.pdf
2020190408000004.pdf