(57)【要約】【課題】本出願は、タービン燃焼器（３０）用のスワーラ（１００）を提供する。【解決手段】本スワーラ（１００）は、外側壁（１０５）と、外側壁（１０５）によって形成された通路（１１０）と、端部壁（１１５）とを含むことができる。端部壁（１１５）は、それを貫通する幾つかのアパーチャ（１２０）を含むことができる。本出願の他の実施形態において、タービン燃焼器用のスワーラは、外側壁と、内側壁と、外側壁及び内側壁によって形成された空洞と、端部壁とを含むことができる。外側壁は、それを貫通する幾つかの外側壁アパーチャを含むことができる。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン燃焼器（３０）用のスワーラ（１００）であって、
外側壁（１０５）と、
前記外側壁（１０５）によって形成された通路（１１０）と、
端部壁（１１５）と、を含み、
前記端部壁（１１５）が、それを貫通する複数のアパーチャ（１２０）を含む、
スワーラ（１００）。
【請求項２】
それを通る共鳴周波数をさらに含む、請求項１記載のスワーラ（１００）。
【請求項３】
前記共鳴周波数が、約２４００ヘルツを含む、請求項２記載のスワーラ（１００）。
【請求項４】
前記複数のアパーチャ（１２０）が、複数の傾斜アパーチャ（１２０）を含む、請求項１記載のスワーラ（１００）。
【請求項５】
前記外側壁（１０５）が、その中に複数の外側壁アパーチャ（１８０）を含む、請求項１記載のスワーラ（１００）。
【請求項６】
前記通路（１１０）が、その中に複数のバッフル（１６０）を含む、請求項５記載のスワーラ（１００）。
【請求項７】
複数の後端部プレートアパーチャ（１２６）を備えた後端部プレート（１２５）をさらに含む、請求項５記載のスワーラ（１００）。
【請求項８】
二次燃料ノズル（７０）のスワーラ（１００）をさらに含む、請求項１記載のスワーラ（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、共鳴器として高周波圧力波を吸収する燃焼器用のスワーラに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）ガスタービンの設計は一般的に、希薄燃料空気混合気で作動する。希薄燃料空気混合気は、燃焼チャンバ内で燃焼させる、大量の過剰空気と予混合させた燃料の量を含む。そのような希薄混合気はＮＯｘエミッションの量を低減するが、低及び高周波燃焼不安定性を引起す可能性がある。高周波燃焼不安定性は、スクリーチとも呼ぶことができる。それらの不安定性は、燃料空気流量変動及び燃焼器音響と組合さった燃焼速度変動によって引起される可能性がある。この組合せにより、燃焼器内に非常に大きい振幅の低周波燃焼不安定性及びスクリーチが生じる。燃焼器内でのたとえ小さい振幅のスクリーチであっても、燃焼器の構成要素の寿命を急速に低下させる可能性がある。
【０００３】
そのようなスクリーチ不安定性の振幅を減少させるために、注意深く設置した減衰又は共鳴装置を燃焼器の周りで使用することができる。しかしながら、それらの公知の共鳴装置は、高周波数を完全に吸収する上で十分には有効でなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，５３０，２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、特に乾式低ＮＯｘタービンの燃焼器用の共鳴装置の改良に対する願望が存在する。好ましくは、そのような共鳴装置は、タービン全体の効率及び性能を高めながら高周波スクリーチを吸収すべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本出願は、タービン燃焼器用のスワーラを提供する。本スワーラは、外側壁と、外側壁によって形成された通路と、端部壁とを含むことができる。端部壁は、それを貫通する幾つかのアパーチャを含むことができる。
【０００７】
本出願はさらに、タービン燃焼器用のスワーラを提供する。本スワーラは、外側壁と、内側壁と、外側壁及び内側壁によって形成された空洞と、端部壁とを含むことができる。外側壁は、それを貫通する幾つかの外側壁アパーチャを含むことができる。
【０００８】
本出願はさらに、タービン燃焼器の二次ノズル用の外側スワーラを提供する。本スワーラは、外側壁と、ノズル壁と、外側壁及びノズル壁によって形成された通路と、端部壁とを含むことができる。端部壁は、それを貫通する幾つかのアパーチャを含むことができ、本スワーラは、それを通る共鳴周波数を含むことができるようになる。
【０００９】
本出願のこれらの及びその他の特徴は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させてなした以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ガスタービンエンジンの概略図。
【図２】公知の乾式低ＮＯｘ燃焼器の部分断面図。
【図３】図２の乾式低ＮＯｘ燃焼器の外側スワーラの側面断面図。
【図４】図３の外側スワーラの端部壁の斜視図。
【図５】本明細書に説明したような外側スワーラの側面断面図。
【図６】図５の外側スワーラの端部壁の斜視図。
【図７】図５の外側スワーラの後端部プレートを示す側面断面図。
【図８】本明細書に説明したような外側スワーラの別の実施形態の側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、幾つかの図全体を通して同じ参照符号が同様な要素を表している図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン１０の概略図を示している。公知なように、ガスタービンエンジン１０は、流入空気の流れを加圧する圧縮機２０を含むことができる。圧縮機２０は、加圧空気の流れを燃焼器３０に送給する。燃焼器３０は、加圧空気の流れを加圧燃料の流れと混合しかつその混合気を点火燃焼させる。（単一の燃焼器３０のみを示しているが、ガスタービンエンジン１０は、あらゆる数の燃焼器３０を含むことができる。）次に、高温燃焼ガスが、タービン４０に送給される。高温燃焼ガスは、タービン４０を駆動して、機械的仕事を産生するようにする。タービン４０内で産生された機械的仕事は、圧縮機２０を駆動しかつ発電機などのような外部負荷５０を駆動する。ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス及びその他のタイプの燃料を使用することができる。ガスタービンエンジン１０は、その他の構成を有することができ、またその他のタイプの構成要素を使用することができる。本明細書では、複数のガスタービンエンジン１０、その他のタイプのタービン及びその他のタイプの発電装置を共に使用することができる。
【００１２】
図２は、公知の燃焼器３０の側面断面図である。燃焼器３０は、乾式低ＮＯｘタービンなどで使用することができる。燃焼器３０は、中心二次ノズル７０を囲む幾つかの一次ノズル６０を含むことができる。一次ノズル６０は、一次燃焼チャンバ６５と連通状態にすることができ、一方、二次ノズル７０は、二次燃焼チャンバ７５と連通状態にすることができる。本明細書では、その他の構成を使用することができる。
【００１３】
図３及び図４に示すように、二次ノズル７０は、二次ノズル壁８５の周りに配置された外側スワーラ８０を含むことができる。外側スワーラ８０は、二次ノズル壁８５の端部の周りに配置された内側壁９０を含むことができる。外側スワーラ８０はさらに、外側壁９１及び端部壁９２によって形成される。端部壁９２は、幾つかの外側ブレード又はベーン９５を含むことができる。それらベーン９５は、傾斜しておりかつ流入空気ストリームに対してスワール（旋回）を与えることができる。スワールは、火炎を安定させるのに役立ち、また一次燃焼チャンバ６５の一次燃料−燃料空気混合気と二次燃焼チャンバ７５の二次燃料−燃料空気混合気との混合を高めるのに役立つ。その他の構成も公知である。
【００１４】
図５〜図７は、本明細書で説明するような外側スワーラ１００を示している。スワーラ１００は、上記のように二次ノズル壁８５から延びかつ外側壁１０５及び内側壁１０６を含む。外側壁１０５は、それを貫通する空洞又はスワーラ通路を形成する。スワーラ１００はさらに、それを貫通して延びる幾つかのアパーチャ１２０を備えた端部壁１１５を含むことができる。アパーチャ１２０は、小さい円形孔の形状とすることができる。アパーチャ１２０の寸法及び形状は、変化させることができる。本明細書では、あらゆる数のアパーチャ１２０を使用することができる。アパーチャ１２０は、端部壁１１６内で傾斜してスワールを形成するようにすることができる。スワーラ１００はさらに、それを貫通して延びる幾つかの後端部プレートアパーチャ１２６を備えた後端部プレート１２５を含むことができる。後端部プレートアパーチャ１２６の数、長さ、直径、形状及び位置は、変化させることができる。アパーチャ１２０、１２６は、異なる構成を有することができる。
【００１５】
従って、スワーラ１００のアパーチャ１２０は、ヘルムホルツ共鳴器のタイプとして作用することができる。ヘルムホルツ共鳴器は、それを貫通する開口部を備えた側壁を有する閉鎖空洞を形成する。アパーチャ１２０のパターン内のガスの流体慣性にスワール通路１１０の容積スティフネスが反応して、音響エネルギーを吸収するための有効なメカニズムとなることができる共鳴をスワール通路１１０内に生じさせることができる。アパーチャ１２０の数、長さ、直径、形状及び位置は、ワール通路１１０の容積に対して変化させることができる。具体的には、設計基準には、アパーチャ１２０の寸法、アパーチャ１２０の直径、アパーチャ１２０の数、スワール通路１１０を通る質量流量、スワール通路１１０の容積が含まれる。この実施例では、アパーチャ１２０は、約０．１５インチ（約３．８ミリメートル）の直径、約０．６５インチ（約１６．５ミリメートル）の厚さ、及び約２Ｌｂｍ／秒（約０．９ｋｂｍ／秒）の貫通流量を有して、約２４００ヘルツのスクリーチ周波数を吸収するようにすることができる。本明細書では、その他の寸法及び周波数を使用することができる。
【００１６】
従って、アパーチャ１２０、１２６は、１つ又はそれ以上の関心のある周波数を吸収するように設計することができる。具体的には、スワーラ１００は、約２４００ヘルツ又はそれ以外のスクリーチ音のような広範囲の周波数に合せて設計することができる。従って、スワーラ１００は、燃焼ダイナミックスを軽減しながら燃料−空気流に対してスワールを与える。燃焼ダイナミックスを軽減することにより、全体としてガスタービンエンジン１０の作動ウィンドを改善することができる。さらに、別個の共鳴装置を使用することを必要としない。同様に、二次ノズル壁８５に対する又は該二次ノズル壁８５の周りでの修正を必要としないものとすることができる。
【００１７】
図８は、本明細書で説明するようなスワーラ１３０のさらに別の実施形態を示している。
スワーラ１３０は、二次ノズル壁８５に沿って内部空洞又は通路１５０を形成した外側壁１４０を含むことができる。通路１５０は、幾つかの内部バッフル１６０及び幾つかの内部プレート１７０を含むことができる。スワーラ１３０の外側壁はまた、その中に幾つかの外側壁アパーチャ１８０を含むことができる。スワーラ１３０の内部プレート１７０はまた、幾つかの内部プレートアパーチャ１９０を含むことができる。上記のアパーチャ１２０と同様に、外側壁アパーチャ１８０及び内部プレートアパーチャ１９０の寸法、形状、数、傾斜角度及び位置は、所望の周波数に従って変化させることができる。本明細書では、スワーラ１００の端部壁１１５のアパーチャ１２０もまた、使用することができる。
【００１８】
上記の説明は本出願の一部の実施形態のみに関するものであること並びに本明細書において当業者は特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに多くの変更及び修正を加えることができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００１９】
１０  ガスタービンエンジン
２０  圧縮機
３０  燃焼器
４０  タービン
５０  外部負荷
６０  一次ノズル
６５  一次燃焼チャンバ
７０  二次ノズル
７５  二次燃焼チャンバ
８０  外側スワーラ
８５  二次ノズル壁
９０  内側壁
９１  外側壁
９２  端部壁
９５  外側ブレード
１００  外側スワーラ
１０５  外側壁
１０６  内側壁
１１０  スワーラ通路
１１５  端部壁
１２０  アパーチャ
１２５  後端部プレート
１２６  後端部プレートアパーチャ
１３０  スワーラ
１４０  外側壁
１５０  スワーラ通路
１６０  バッフル
１７０  内部プレート
１８０  外側壁アパーチャ
１９０  内側壁アパーチャ
【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】
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【図８】
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