(57)【要約】【課題】燃焼器を開示する。【解決手段】本燃焼器（１４）は、燃焼室（４０）を形成しかつタービン（１６）に向かって燃焼生成物を導くことができる１つ以上の燃焼器ライナ（２４）を含む。１つ以上の燃焼器スリーブ（３０）が、燃焼室（４０）の外側に設置されかつ該燃焼室（４０）内の音波の振幅を減少させることができる。１つ以上の燃焼器ライナ（２４）及び１つ以上の燃焼器スリーブ（３０）は、それらの間に１つ以上の流路（３２）を形成する。さらに開示するのは、燃焼器（１４）であり、本燃焼器（１４）は、燃焼室（４０）を形成しかつタービン（１６）に向かって燃焼生成物を導くことができる１つ以上の燃焼器ライナ（２４）を含む。１つ以上の燃焼器スリーブ（３０）が、燃焼室（４０）の外側に配置されかつ燃焼器（１４）内における流体流（５２）の配分を制御して該燃焼室（４０）への該流体流（５２）の均一性を修正することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室（４０）を形成しかつタービン（１６）に向かって燃焼生成物を導くことができる１つ以上の燃焼器ライナ（２４）と、
前記燃焼室（４０）の外側に配置されかつ該燃焼室（４０）内の音波の振幅を減少させることができる１つ以上の燃焼器スリーブ（３０）と、を含み、
前記１つ以上の燃焼器ライナ（２４）及び１つ以上の燃焼器スリーブ（３０）が、それらの間に１つ以上の流路（３２）を形成する、
燃焼器（１４）。
【請求項２】
前記１つ以上の燃焼器スリーブ（３０）が、前記１つ以上の流路（３２）内に流体流（５２）を導くことができる複数の開口（５０）を含む、請求項１記載の燃焼器（１４）。
【請求項３】
前記複数の開口（５０）を通る流体流（５２）が、前記１つ以上の燃焼器ライナ（２４）上に衝突する、請求項２記載の燃焼器（１４）。
【請求項４】
前記複数の開口（５０）が、それを通る前記流体流（５２）を収縮させることによって前記音波を減衰することができる、請求項２記載の燃焼器（１４）。
【請求項５】
前記複数の開口（５０）の開口（５０）間距離が変化する、請求項２記載の燃焼器（１４）。
【請求項６】
前記複数の開口（５０）の開口（５０）寸法（６８）が変化する、請求項２記載の燃焼器（１４）。
【請求項７】
燃焼室（４０）を形成しかつタービン（１６）に向かって燃焼生成物を導くことができる１つ以上の燃焼器ライナ（２４）と、
前記燃焼室（４０）の外側に配置されかつ該燃焼器（１４）内における流体流（５２）の配分を制御して該燃焼室（４０）への該流体流（５２）の均一性を修正することができる１つ以上の燃焼器スリーブ（３０）と、を含み、
前記１つ以上の燃焼器ライナ（２４）及び１つ以上の燃焼器スリーブ（３０）が、それらの間に１つ以上の流路（３２）を形成する、
燃焼器（１４）。
【請求項８】
前記流体流（５２）の均一性を修正することが、該流体流（５２）の均一性を高めること又は低下させることである、請求項７記載の燃焼器（１４）。
【請求項９】
前記１つ以上の燃焼器スリーブ（３０）が、前記１つ以上の流路（３２）内に前記流体流（５２）を導くことができる複数の開口（５０）を含む、請求項７記載の燃焼器（１４）。
【請求項１０】
前記複数の開口（５０）を通る前記流体流（５２）が、前記１つ以上の燃焼器ライナ（２４）上に衝突する、請求項９記載の燃焼器（１４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ターボ機械に関する。より具体的には、本願発明は、ターボ機械用の燃焼器構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばガスタービンのような一般的なターボ機械では、燃焼器は、燃料或いは燃料及び空気混合気の化学エネルギーを熱エネルギーに変換する。熱エネルギーは、流体、多くの場合は圧縮機からの空気によってタービンに運ばれ、タービンにおいて、熱エネルギーは機械エネルギーに変換される。ガスタービンの多くの特性が、それらエネルギー変換効率に影響を与える。それら特性には、ブレード通過周波数、燃料供給変動、燃焼器ヘッドオンボリューム、燃料ノズル設計、燃料空気プロファイル、パージ空気流量、火炎形状及び火炎安定性が含まれる。１つの実施例は、圧縮機の出口において、該圧縮機出口の固定ベーンの列を通過するブレードの列によって発生した振動又は音響周波数、すなわちブレード通過周波数（ＢＰＦ）である。音響現象は、燃焼器に供給される空気内に圧力及び温度の変動並びに振動を生じ、その結果として、燃焼器希薄吹消え、燃焼器ダイナミックス（振動騒音）、エミッションの増加及びその他のガスタービン運転性の問題を引き起こす。
【０００３】
燃焼器ダイナミックス問題は一般的に、以下のこと、すなわち燃焼室において共鳴器を採用すること、ＩＧＶ角度を調整すること、ＩＧＶを形状設定し直すこと、圧縮機最終段ノズル数を変更すること、空気再配分システムを導入すること、或いは燃焼器燃料システムを修正することなどのうちの１つを適用することによって対処される。ダイナミックス問題に対処するために使用する手段は、問題の要因すなわち発生原因に応じて決まる。さらに、これらの解決法は、ガスタービンのテスト及び／又は運転によって問題が見つかった後においてのみ適用される事後対応である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４７１９７４８号明細書
【特許文献２】米国特許第６４９４０４４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様によると、燃焼器は、燃焼室を形成しかつタービンに向かって燃焼生成物を導くことができる１つ以上の燃焼器ライナを含む。１つ以上の燃焼器スリーブが、燃焼室の外側に設置されかつ該燃焼室内の音波の振幅を減少させることができる。１つ以上の燃焼器ライナ及び１つ以上の燃焼器スリーブは、それらの間に１つ以上の流路を形成する。
【０００６】
本発明の別の態様によると、燃焼器は、燃焼室を形成しかつタービンに向かって燃焼生成物を導くことができる１つ以上の燃焼器ライナを含む。１つ以上の燃焼器スリーブが、燃焼室の外側に設置されかつ燃焼器内における流体流の配分を制御して該燃焼室への該流体流の均一性を修正することができる。１つ以上の燃焼器ライナ及び１つ以上の燃焼器スリーブは、それらの間に１つ以上の流路を形成する。
【０００７】
これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させてなした以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。
【０００８】
本発明は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の前述の及びその他の目的、特徴並びに利点は、図面と関連させてなした以下の詳細な説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ターボ機械の実施形態の断面図。
【図２】図１のターボ機械の燃焼器スリーブの実施形態の平面図。
【図３】図１のターボ機械の燃焼器スリーブの別の実施形態の平面図。
【図４】図１のターボ機械の燃焼器の実施形態の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この詳細な説明では、図面を参照しながら実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。
【００１１】
図１に示すのは、例えばガスタービン１０のようなターボ機械である。ガスタービン１０は、加圧流体を複数の燃焼器１４に供給する圧縮機１２を含む。燃料が、燃焼器１４内に噴射され、加圧流体と混合されかつ点火される。燃焼の高温ガス生成物がタービン１６に流れ、タービン１６は、高温ガスから仕事を抽出してロータシャフト１８を駆動し、ロータシャフト１８は次に、圧縮機１２を駆動する。ロータシャフト１８の周りには、複数の燃焼器１４を円周方向に配置することができ、幾つかの実施形態では、１０〜１４個の燃焼器１４を配置することができる。トランジションピース２０が、その上流端部２２で、燃焼器ライナ２４において燃焼器１４に結合され、またその下流端部２６で、タービン１６の後部フレーム２８に結合される。トランジションピース２０は、燃焼器ライナ２４からタービン１６に高温ガス流を運ぶ。燃焼器１４は、燃焼器ライナ２４から半径方向外側に間隔を置いて配置された燃焼器スリーブ３０を含み、燃焼器スリーブ３０は、燃焼器ライナ２４との間に燃焼器流路３２を形成する。燃焼器キャップ３４が、燃焼器ライナ２４の上流端部３６に結合されかつその中に配置された１つ以上のノズル３８を含み、ノズル３８は、燃焼器キャップ３４と燃焼器ライナ２４とによって形成された燃焼室４０内に延びる。インピンジメントスリーブ４２が、燃焼器スリーブ３０に結合されかつトランジションピース２０から半径方向に間隔を置いて配置されて、該トランジションピース２０との間にトランジション流路４４を形成する。インピンジメントスリーブ４２は、それを通してトランジション流路４４内に流れが導入される複数の開口５０を含む。トランジション流路４４は、タービン１６におけるタービン端部４６から燃焼器キャップ３４におけるヘッド端部４８まで延びる。
【００１２】
矢印５２で示す流れが、圧縮機１２からディフューザ５４を通って圧縮機吐出チャンバ５６内に流れる。圧縮機１２から流出した流れ５２は、幾つかの場合にはブレード通過周波数現象によって生じた音波のような変動を含む。流れ５２は、トランジション流路４４を通って流れ、燃焼のために燃焼室４０に流入する。圧縮機１２の作動時に、音波のパルスが、圧縮機１２から燃焼器１４に向かって伝搬する可能性がある。燃焼器１４に達した流れ５２内の音波は、燃焼効率に悪影響を与え、エミッションを増加させかつ／又はガスタービン１０内のハードウェアを損傷させるおそれがある。燃焼室４０内において、乱流、化学反応不安定性及び渦流シェディングのような熱音響効果は、燃焼室４０内における流れ５２の圧力及び温度変動を引き起こす可能性がある。さらに、燃焼過程において多量のエネルギーが放出されるので、流れ５２における不均一性は、燃焼過程によって容易に増幅される。希薄吹消え、振動騒音及びエミッションのような燃焼問題はまた、燃焼室４０内における局所的燃料／空気比に極めて敏感であり、そのような燃料／空気比変動は、燃焼室４０のヘッド端部４８における流れ５２の不均一性によって少なくとも部分的に引き起こされる。
【００１３】
図１に示すようなインピンジメントスリーブ４２は、燃焼室４０に流入する音波の振幅を減少させる減衰器として作用する。幾つかの実施形態では、複数の開口５０は、燃焼器ライナ２４及びトランジションピース２０を音波からシールドするように構成されかつ配置される。流れ５２が複数の開口５０を通って流れる場合に、流れ５２は、各開口５０に流入する時に収縮され、各開口５０から流出する時に膨張し、かつトランジションピース２０及び／又は燃焼器ライナ２４上に衝突する。流れ５２の収縮、膨張及び衝突により、音波が減衰される。さらに、開口５０を通過した後の流れ５２の一部分は、燃焼器１４の周りで円周方向に流れて、燃焼器１４の周辺の周りで該流れ５２の均一性を高める。
【００１４】
図２に示すように、幾つかの実施形態では、インピンジメントスリーブ４２は、該インピンジメントスリーブ４２の外表面６４にわたって流れる流れ５２を遮り、従って音波をさらに減衰させる複数のシンブル５８、スクープ６０及び／又は流れガイドバー６２を含む。
【００１５】
幾つかの実施形態では、複数の開口５０は、ほぼ一定の音波のインピーダンスを確立するようにその構成が変化して、音波の減衰を高めている。図２に示すように、複数の開口５０は、インピンジメントスリーブ４２においてその寸法及び形状を変化させることができる。幾つかの実施形態では、複数の開口５０の開口５０間距離６６は、インピンジメントスリーブ４２の周りの１つ以上の領域内で或いは全体でのいずれかで変化している。図２に示すように、これらの変化を別個に又は組合せて利用して、所望の周波数の減衰を高めることができる。幾つかの実施形態では、図３に示すように、開口５０の開口寸法６８は、インピンジメントスリーブ４２の下流端部７０での開口５０の方が、該インピンジメントスリーブ４２の上流端部７２に配置された開口５０の開口寸法６８よりも大きい。図４に示す実施形態では、開口寸法６８は、開口５０が下流端部７０に近接して配置されるにつれて、増大している。このようにすることにより、トランジション流路４４を通る流れ５２内における一定インピーダンスの範囲を増大させることが可能になる。
【００１６】
幾つかの実施形態では、図４に示すように、トランジション流路４４の幅７４は、下流端部７０から上流端部７２まで変化している。この変化により、トランジション流路４４を通る流れ５２内における一定インピーダンスの範囲をさらに増大させることが可能になる。
【００１７】
図４に関して、燃焼器ライナ２４及び／又はトランジションピース２０は、空気流の拡散、混合及び再配分を高めてトランジション流路４４の下流端部７０における燃焼室４０に流入する流れ５２の均一性を高め又は低下させる、１つ以上のリブ７６、フィン７８、ディンプル８０、表面粗さ（図示せず）並びに／或いはその他の同様の機構を含むことができる。上記した複数の開口５０及びその他の強化構造を設けることは、圧縮機１２から燃焼器１４に流入する音波を減衰し、また燃焼器１４に流入する流れ５２の均一性をも高めるための有効な手段である。
【００１８】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきでなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００１９】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービン
１８  ロータシャフト
２０  トランジションピース
２２  上流端部（トランジションピースの）
２４  燃焼器ライナ
２６  下流端部（トランジションピースの）
２８  後部フレーム
３０  燃焼器スリーブ
３２  燃焼器流路
３４  燃焼器キャップ
３６  上流端部（燃焼器ライナの）
３８  ノズル
４０  燃焼室
４２  インピンジメントスリーブ
４４  トランジション流路
４６  タービン端部（トランジション流路の）
４８  ヘッド端部（トランジション流路の）
５０  開口
５２  流れ
５４  ディフューザ
５６  圧縮機吐出チャンバ
５８  シンブル
６０  スクープ
６２  ガイドバー
６４  外表面
６６  開口間距離
６８  開口寸法
７０  下流端部（インピンジメントスリーブの）
７２  上流端部（インピンジメントスリーブの）
７４  幅（トランジション流路の）
７６  リブ
７８  フィン
８０  ディンプル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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