(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムおよび方法が提供される。【解決手段】軸の周りに配置されている第１の燃焼器１４および第２の燃焼器１４を含み、各燃焼器１４が、燃焼器１４の少なくとも部分を横切って半径方向に延在するキャップ組立体５０と、キャップ組立体５０から下流にある燃焼室３８とを備える。各キャップ組立体５０が、キャップ組立体５０を通って軸方向に延在して、キャップ組立体５０を通って燃焼室３８に流体連通をもたらす複数のチューブと、各チューブを通って延在して、各チューブ内に流体連通をもたらす燃料ノズル３４とを備える。各キャップ組立体５０が軸方向の長さを含み、第１の燃焼器１４内のキャップ組立体５０の軸方向の長さが、第２の燃焼器１４内のキャップ組立体５０の軸方向の長さと異なる。【選択図】図２
2014040999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．軸の周りに配置されている第１の燃焼器および第２の燃焼器であって、前記各燃焼器が、前記燃焼器の少なくとも部分を横切って半径方向に延在するキャップ組立体と、前記キャップ組立体から下流にある燃焼室とを備える第１の燃焼器および第２の燃焼器を備える、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムであって、
ｂ．前記各キャップ組立体が、前記キャップ組立体を通って軸方向に延在して、前記キャップ組立体を通って前記燃焼室に流体連通をもたらす複数のチューブと、前記各チューブを通って延在して、前記各チューブ内に流体連通をもたらす燃料噴射装置とを備え、
ｃ．前記各キャップ組立体が軸方向の長さを有し、前記第１の燃焼器内の前記キャップ組立体の前記軸方向の長さが、前記第２の燃焼器内の前記キャップ組立体の前記軸方向の長さと異なる、システム。
【請求項２】
前記各キャップ組立体内の前記複数のチューブが、前記各キャップ組立体を横切って半径方向に配置されている複数のチューブ束の中に配置され、前記各チューブを通る前記燃料噴射装置が前記燃焼室から第４の軸方向の距離にあり、前記第４の軸方向の距離が、前記第１の燃焼器内の少なくとも２つの前記チューブ束に対して異なる、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記各キャップ組立体が、前記キャップ組立体を通って軸方向に延在して前記キャップ組立体を通って前記燃焼室に流体連通をもたらす燃料ノズルをさらに備え、前記各燃料ノズルが、軸方向に延在する中央本体と、前記軸方向に延在する中央本体の少なくとも部分を円周方向に取り囲むシュラウドと、前記中央本体と前記シュラウドとの間に半径方向に延在する複数の静翼と、前記複数の静翼の少なくとも１つを通る、前記燃焼室から第１の軸方向の距離にある第１の燃料ポートと、前記中央本体を通る、前記燃焼室から第２の軸方向の距離にある第２の燃料ポートとを備え、前記複数の静翼が、前記燃焼室から第３の軸方向の距離にある、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の燃焼器内の少なくとも１つの前記第１の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第１の軸方向の距離と異なり、前記第１の燃焼器内の前記第２の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第２の軸方向の距離と異なり、または前記第１の燃焼器内の前記第３の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第３の軸方向の距離と異なる、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の燃焼器内の少なくとも２つの前記第１の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第１の軸方向の距離と異なり、前記第１の燃焼器内の前記第２の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第２の軸方向の距離と異なり、または前記第１の燃焼器内の前記第３の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第３の軸方向の距離と異なる、請求項３記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の燃焼器内の前記第１の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第１の軸方向の距離と異なり、前記第１の燃焼器内の前記第２の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第２の軸方向の距離と異なり、前記第１の燃焼器内の前記第３の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第３の軸方向の距離と異なる、請求項３記載のシステム。
【請求項７】
前記各燃焼器が複数の燃料ノズルを備え、前記第１の軸方向の距離、前記第２の軸方向の距離、または前記第３の軸方向の距離の少なくとも１つが、前記第１の燃焼器内の少なくとも２つの燃料ノズルに対して異なる、請求項３記載のシステム。
【請求項８】
前記各燃焼器が複数の燃料ノズルを備え、前記第１の軸方向の距離、前記第２の軸方向の距離、または前記第３の軸方向の距離の少なくとも２つが、前記第１の燃焼器内の少なくとも２つの燃料ノズルに対して異なる、請求項３記載のシステム。
【請求項９】
前記各燃焼器が複数の燃料ノズルを備え、前記第１の軸方向の距離、前記第２の軸方向の距離、および前記第３の軸方向の距離が、前記第１の燃焼器内の少なくとも２つの燃料ノズルに対して異なる、請求項３記載のシステム。
【請求項１０】
ａ．軸の周りに配置されている第１の燃焼器および第２の燃焼器であって、前記各燃焼器が、前記燃焼器の少なくとも部分を横切って半径方向に延在するキャップ組立体と、前記キャップ組立体から下流にある燃焼室とを備える第１の燃焼器および第２の燃焼器を備える、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムであって、
ｂ．前記各キャップ組立体が、前記キャップ組立体を通って軸方向に延在して、前記キャップ組立体を通って前記燃焼室に流体連通をもたらす燃料ノズルを備え、前記各燃料ノズルが、軸方向に延在する中央本体と、前記軸方向に延在する中央本体の少なくとも部分を円周方向に取り囲むシュラウドと、前記中央本体と前記シュラウドとの間に半径方向に延在する複数の静翼と、前記複数の静翼の少なくとも１つを通る、前記燃焼室から第１の軸方向の距離にある第１の燃料ポートと、前記中央本体を通る、前記燃焼室から第２の軸方向の距離にある第２の燃料ポートとを備え、前記複数の静翼が、前記燃焼室から第３の軸方向の距離にあり、
ｃ．前記各キャップ組立体が軸方向の長さを含み、前記第１の燃焼器内の前記キャップ組立体の前記軸方向の長さが、前記第２の燃焼器内の前記キャップ組立体の前記軸方向の長さと異なる、システム。
【請求項１１】
前記第１の燃焼器内の少なくとも１つの前記第１の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第１の軸方向の距離と異なり、前記第１の燃焼器内の前記第２の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第２の軸方向の距離と異なり、または前記第１の燃焼器内の前記第３の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第３の軸方向の距離と異なる、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の燃焼器内の少なくとも２つの前記第１の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第１の軸方向の距離と異なり、前記第１の燃焼器内の前記第２の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第２の軸方向の距離と異なり、または前記第１の燃焼器内の前記第３の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第３の軸方向の距離と異なる、請求項１０記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の燃焼器内の前記第１の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第１の軸方向の距離と異なり、前記第１の燃焼器内の前記第２の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第２の軸方向の距離と異なり、前記第１の燃焼器内の前記第３の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第３の軸方向の距離と異なる、請求項１０記載のシステム。
【請求項１４】
前記各燃焼器が複数の燃料ノズルを備え、前記第１の軸方向の距離、前記第２の軸方向の距離、または前記第３の軸方向の距離の少なくとも１つが、前記第１の燃焼器内の少なくとも２つの燃料ノズルに対して異なる、請求項１０記載のシステム。
【請求項１５】
前記各燃焼器が複数の燃料ノズルを備え、前記第１の軸方向の距離、前記第２の軸方向の距離、または前記第３の軸方向の距離の少なくとも２つが、前記第１の燃焼器内の少なくとも２つの燃料ノズルに対して異なる、請求項１０記載のシステム。
【請求項１６】
前記各燃焼器が複数の燃料ノズルを備え、前記第１の軸方向の距離、前記第２の軸方向の距離、および前記第３の軸方向の距離が、前記第１の燃焼器内の少なくとも２つの燃料ノズルに対して異なる、請求項１０記載のシステム。
【請求項１７】
ａ．軸の周りに配置されている第１の燃焼器および第２の燃焼器であって、前記各燃焼器が、前記燃焼器の少なくとも部分を横切って半径方向に延在するキャップ組立体と、前記キャップ組立体から下流にある燃焼室とを備える第１の燃焼器および第２の燃焼器を備える、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムにおいて、
ｂ．前記各キャップ組立体が、前記キャップ組立体を通って軸方向に延在して、前記キャップ組立体を通って前記燃焼室に流体連通をもたらす燃料ノズルを備え、前記各燃料ノズルが、軸方向に延在する中央本体と、前記軸方向に延在する中央本体の少なくとも部分を円周方向に取り囲むシュラウドと、前記中央本体と前記シュラウドとの間に半径方向に延在する複数の静翼と、前記複数の静翼の少なくとも１つを通る、前記燃焼室から第１の軸方向の距離にある第１の燃料ポートと、前記中央本体を通る、前記燃焼室から第２の軸方向の距離にある第２の燃料ポートとを備え、前記複数の静翼が、前記燃焼室から第３の軸方向の距離にあり、
ｃ．前記第２の燃焼器内の燃焼不安定性周波数と異なる、前記第１の燃焼器内の燃焼不安定性周波数を生成するための手段を備える、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステム。
【請求項１８】
前記各キャップ組立体が、前記キャップ組立体を通って軸方向に延在して、前記キャップ組立体を通って前記燃焼室に流体連通をもたらす複数のチューブと、前記各チューブを通って延在して、前記燃焼室から第４の軸方向の距離にある前記各チューブ内に流体連通をもたらす燃料噴射装置とを備え、前記第１の燃焼器内の前記第４の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第４の軸方向の距離と異なる、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記各キャップ組立体内の前記複数のチューブが、前記各キャップ組立体を横切って半径方向に配置されている複数のチューブ束の中に配置され、前記第４の軸方向の距離が、前記第１の燃焼器内の少なくとも２つの前記チューブ束に対して異なる、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１の燃焼器内の少なくとも１つの前記第１の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第１の軸方向の距離と異なり、前記第１の燃焼器内の前記第２の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第２の軸方向の距離と異なり、または前記第１の燃焼器内の前記第３の軸方向の距離が、前記第２の燃焼器内の前記第３の軸方向の距離と異なる、請求項１７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムおよび方法を含む。特定の実施形態では、本発明をガスタービンまたは他のターボ機械内部に組み込むことができる。
【背景技術】
【０００２】
燃焼器は、通常、燃料に点火して、高温高圧を有する燃焼ガスを生成する産業用運転、および商用運転で使用される。例えば、ガスタービン、および他のターボ機械は、典型的には、動力または推力を生成するための１つまたは複数の燃焼器を含む。電力を生成するために使用される典型的なガスタービンは、前方に軸方向の圧縮機、中間部近傍に複数の燃焼器、および後方にタービンを含む。周囲空気が作動流体として圧縮機に入り、圧縮機は漸次、作動流体に運動エネルギーを与えて、非常に高いエネルギーレベルの状態の圧縮された作動流体を生成する。圧縮された作動流体は、圧縮機を出て、燃焼器内の１つまたは複数の燃料ノズル、および／またはチューブを通って流れ、燃焼器内で圧縮された作動流体は点火の前に燃料と混合して、高温高圧を有する燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはタービンに流れ、タービンで燃焼ガスは膨張して、仕事を生成する。例えば、タービン内での燃焼ガスの膨張によって、発電機に結合されているシャフトを回転させて、電気を生成することができる。
【０００３】
様々な要因が、燃焼器の設計および作動に影響を与える。例えば、より高い燃焼ガス温度によって、一般に、燃焼器の熱力学的効率を向上させる。しかしながら、より高い燃焼ガス温度によって、また、燃焼火炎が燃料ノズルによって供給される燃料の方へ移動する保炎状態を促進するが、相対的に短期間に燃料ノズルの摩耗を加速させる原因になる可能性がある。加えて、より高い燃焼ガス温度は、一般に、二原子窒素の分離速度を増加させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が増加する。反対に、低減された燃料流、および／または部分負荷運転（減量運転）に関連するより低い燃焼ガス温度は、一般に、燃焼ガスの化学反応速度を減少させ、一酸化窒素および未燃炭化水素の生成を増加させる。
【０００４】
保炎を防ぎ、望ましくない排出物を制御すると同時に、有効なより高い作動温度で効果的でありながら、特定の作動状態で、いくつかの燃焼器は、燃焼工程の相互作用または結合、あるいは燃焼器の１つまたは複数の音響共鳴周波数を伴う火炎ダイナミクスから生じる燃焼不安定性を生成する場合がある。例えば、燃焼不安定性の１つの機構が、音響圧力振動が燃料ポートでの流量変動の原因になり、次いで、それによって火炎区域内の燃料空気比率の変動につながる場合に起こり得る。結果として生じる燃料／空気比率変動および音響圧力振動が特定の相挙動（例えば、概ね同位相で）を有する場合、自励のフィードバックループが結果として生じる。この機構、および結果として生じる燃焼ダイナミクスの大きさは、燃料噴射と、燃料が火炎区域に到達する時間との間の遅延時間、当技術分野で対流時間（タウ）として周知である時間に依存する。対流時間が増加するにつれて、燃焼不安定性の周波数が減少し、対流時間が減少するとき、燃焼不安定性の周波数が増加する。その結果は、１つまたは複数の燃焼器、および／または下流の構成要素の有効な寿命を低減する可能性がある燃焼ダイナミクスである。例えば、燃焼ダイナミクスは、燃料ノズル、および／または燃焼室内の圧力振動を生成する場合があり、それがこれらの構成要素の高サイクル疲れ寿命、燃焼火炎の安定性、保炎のための設計余裕、および／または望ましくない排出物に悪影響を及ぼす可能性がある。別法として、または追加的に、同位相およびコヒーレントな特定の周波数で、十分な振幅を有する燃焼ダイナミクスは、タービンおよび／または他の下流の構成要素に望ましくない共振を生成する場合がある。他の燃焼器から離れた１つまたは複数の燃焼器内の燃焼不安定性の周波数を変更することによって、燃焼システム全体のコヒーレンスが低減されることになり、燃焼器対燃焼器の結合が減少するであろう。このことによって、下流の構成要素の振動応答の原因となる燃焼器音調の能力を減少させ、また、燃焼器対燃焼器の相殺的干渉を促進し、燃焼ダイナミクス振幅を低減する。したがって、各燃焼器によって発生する燃焼ダイナミクスの位相、および／またはコヒーレンスを調節するシステムおよび方法が、燃焼器の熱力学的効率を高め、加速される摩耗を防ぎ、火炎安定性を促進し、および／または広範囲の作動水準に亘って望ましくない排出物を低減することに有益であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７５７８１３０号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様および利点は、以下の説明の中で記載され、またはその説明から明らかになることが可能であり、または本発明を実施することによって習得可能である。
【０００７】
本発明の一実施形態は、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムであって、そのシステムは、軸の周りに配置されている第１の燃焼器および第２の燃焼器を含み、各燃焼器が、燃焼器の少なくとも部分を横切って半径方向に延在するキャップ組立体と、キャップ組立体から下流にある燃焼室とを備える。各キャップ組立体が、キャップ組立体を通って軸方向に延在して、キャップ組立体を通って燃焼室に流体連通をもたらす複数のチューブと、各チューブを通って延在して、各チューブ内に流体連通をもたらす燃料噴射装置とを備える。各キャップ組立体が軸方向の長さを有し、第１の燃焼器内のキャップ組立体の軸方向の長さが、第２の燃焼器内のキャップ組立体の軸方向の長さと異なる。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムが、軸の周りに配置されている第１の燃焼器および第２の燃焼器を含み、各燃焼器が、燃焼器の少なくとも部分を横切って半径方向に延在するキャップ組立体と、キャップ組立体から下流にある燃焼室とを備える。各キャップ組立体が、キャップ組立体を通って軸方向に延在して、キャップ組立体を通って燃焼室に流体連通をもたらす燃料ノズルを備える。各燃料ノズルが、軸方向に延在する中央本体と、軸方向に延在する中央本体の少なくとも部分を円周方向に取り囲むシュラウドと、中央本体とシュラウドとの間に半径方向に延在する複数の静翼と、複数の静翼の少なくとも１つを通る、燃焼室から第１の軸方向の距離にある第１の燃料ポートと、中央本体を通る、燃焼室から第２の軸方向の距離にある第２の燃料ポートとを備え、複数の静翼が、燃焼室から第３の軸方向の距離にある。各キャップ組立体が軸方向の長さを有し、第１の燃焼器内のキャップ組立体の軸方向の長さが、第２の燃焼器内のキャップ組立体の軸方向の長さと異なる。
【０００９】
さらに別の実施形態では、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムが、軸の周りに配置されている第１の燃焼器および第２の燃焼器を含み、各燃焼器が、燃焼器の少なくとも部分を横切って半径方向に延在するキャップ組立体と、キャップ組立体から下流にある燃焼室とを備える。各キャップ組立体が、キャップ組立体を通って軸方向に延在して、キャップ組立体を通って燃焼室に流体連通をもたらす燃料ノズルを備える。各燃料ノズルが、軸方向に延在する中央本体と、軸方向に延在する中央本体の少なくとも部分を円周方向に取り囲むシュラウドと、中央本体とシュラウドとの間に半径方向に延在する複数の静翼と、複数の静翼の少なくとも１つを通る、燃焼室から第１の軸方向の距離にある第１の燃料ポートと、中央本体を通る、燃焼室から第２の軸方向の距離にある第２の燃料ポートとを備え、複数の静翼が、燃焼室から第３の軸方向の距離にある。そのシステムは、第２の燃焼器内の燃焼不安定性周波数と異なる、第１の燃焼器内の燃焼不安定性周波数を生成するための構造をさらに含む。
【００１０】
当業者は、本明細書を再考すれば、そのような実施形態、および他の実施形態の特徴および態様をさらによく理解するであろう。
【００１１】
当業者にとって最良の形態を含む、本発明の完全で、可能な開示を添付の図面への参照を含む、本明細書の残りの部分でより具体的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の様々な実施形態による、例示的ガスタービンの簡略な側面横断面図である。
【図２】本発明の様々な実施形態による、例示的燃焼器の簡略な側面横断面図である。
【図３】本発明の実施形態による、図２に示すキャップ組立体の上流平面図である。
【図４】本発明の代替実施形態による、図２に示すキャップ組立体の上流平面図である。
【図５】本発明の代替実施形態による、図２に示すキャップ組立体の上流平面図である。
【図６】本発明の実施形態による、線Ａ−Ａに沿って取られた、図３に示す燃焼器の頭部端の側面横断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムの図である。
【図８】本発明の第２の実施形態による、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムの図である。
【図９】本発明の実施形態による、線Ｂ−Ｂに沿って取られた、図５に示す燃焼器の頭部端の側面横断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態による、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムの図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態による、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムの図である。
【図１２】本発明の様々な実施形態による、燃焼ダイナミクスの例示的グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の本実施形態に対して詳しく参照することになるが、本発明の１つまたは複数の実施例が、添付の図面に図示されている。詳細な説明では、図面の中の特徴を呼ぶために数字および文字符号を使用する。図面および説明の中の同じ、または類似の符号は、本発明の同じ、または類似の部品を呼ぶために使用した。本明細書で使用するように、「第１の」、「第２の」および「第３の」という用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別するために交換可能に使用可能であり、個々の構成要素の位置、または重要性を意味する意図はない。加えて、「上流」および「下流」という用語は、流体通路内の構成要素の相対的な位置を示す。例えば、流体が構成要素Ａから構成要素Ｂに流れる場合、構成要素Ａは、構成要素Ｂの上流にある。逆に、構成要素Ｂが構成要素Ａから流体流を受け取る場合、構成要素Ｂは、構成要素Ａの下流にある。
【００１４】
各実施例は本発明の説明として提供され、本発明を限定するものではない。実際に、当業者にとって、本発明の範囲または精神から逸脱せずに、本発明の中で修正形態および変形形態が作製可能であることは明らかである。例えば、一実施形態の部分として図示し、説明する特徴は、別の実施形態に使用されて、さらに別の実施形態を生み出すことができる。したがって、本発明は、そのような修正形態および変形形態を添付の特許請求の範囲、およびその均等物の範囲内にあるものとして含むように意図するものである。
【００１５】
本発明の様々な実施形態は、熱力学的効率を高め、火炎安定性を促進し、および／または広範囲の作動水準に亘って望ましくない排出物を低減するために、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムおよび方法を含む。そのシステムおよび方法は、一般に、複数の燃焼器を備え、各燃焼器は、１つまたは複数の燃料ノズル、および／またはチューブ、ならびに燃料ノズル、および／またはチューブから下流にある燃焼室を備える。各燃料ノズルは、１つまたは複数の燃料ポート、および／または半径方向に延在する静翼を備え、各チューブは、１つまたは複数の燃料噴射装置を備える。システムおよび方法は、第２の燃焼器内の燃焼不安定性周波数と異なる、第１の燃焼器内の燃焼不安定性周波数を生成するための様々な手段を含む。その結果、本発明の様々な実施形態が、作動条件の拡張、寿命の延長、および／または整備間隔の延長、保炎の設計余裕の改善、および／または望ましくない排出物の低減をもたらすことができる。本発明の例示的実施形態は、説明の目的のために、ガスタービン内の燃焼ダイナミクスの文脈で全体的に説明することになるが、当業者なら、本発明の実施形態が任意の燃焼ダイナミクスに応用可能であり、特許請求の範囲で具体的に記載しない限りガスタービンに限定するのではないということをすぐに理解するであろう。
【００１６】
図１は、本発明の様々な実施形態を組み込むことができる例示的ガスタービン１０の簡略な側面横断面図を提供する。図示のように、ガスタービン１０は、一般に、前方に圧縮機区域１２、中間部近傍の燃焼区域に半径方向に配置されている複数の燃焼器１４、および後方にタービン区域１６を備えることができる。圧縮機区域１２およびタービン区域１６は、共通の回転子１８を共有することができ、回転子１８は、発電機２０に結合されて電気を生成する。周囲空気などの作動流体２２が、圧縮機区域１２に入り、静翼２４および動翼２６の交番の段を通過することができる。圧縮機ケーシング２８は、静翼２４および動翼２６が作動流体２２を加速し、方向を変えて、圧縮された作動流体２２の連続流を生成するとき、作動流体２２を含む。圧縮された作動流体２２の大部分が、圧縮機排出プレナム３０を通って、燃焼器１４に流れる。燃焼器ケーシング３２が、各燃焼器１４のいくつかの、またはすべてを円周方向に取り囲んで、圧縮機区域１２から流れる圧縮された作動流体２２を含むことができる。燃料が、１つまたは複数の燃料ノズル３４、および／またはチューブ３６内の圧縮された作動流体２２と混合され得る。可能な燃料には、例えば、溶鉱炉ガス、コークス炉ガス、天然ガス、気化した液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素、プロパンガスの１つまたは複数が含まれる。次いで、燃料と圧縮された作動流体２２の混合物が、燃焼室３８内に流れ込むことができ、燃焼室３８内で混合物は発火して、高温高圧を有する燃焼ガスを生成する。移行ダクト４０が、燃焼室３８の少なくとも部分を円周方向に取り囲み、燃焼ガスが、移行ダクト４０を通ってタービン区域１６に流れる。
【００１７】
タービン区域１６は、固定ノズル４２およびタービン動翼４４の交番の段を含むことができる。固定ノズル４２は、燃焼ガスをタービン動翼４４の次の段に向け直し、燃焼ガスは、タービン動翼４４の上を通過するにつれて膨張し、タービン動翼４４および回転子１８を回転させる。次いで、燃焼ガスは固定ノズル４２の次の段に流れ、固定ノズル４２は、燃焼ガスをタービン動翼４４の次の段へ向け直し、その工程は続きの段に対して繰り返される。
【００１８】
燃焼器１４は、当技術分野で周知の任意の型であってよく、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、任意の特定の燃焼器設計に限定されない。図２は、本発明の様々な実施形態による、例示的燃焼器１４の簡略な側面横断面図を提供する。燃焼器ケーシング３２は、燃焼器１４の少なくとも部分を円周方向に取り囲んで、圧縮機１２から流れる圧縮された作動流体２２を含む。図２に示すように、燃焼器ケーシング３２は、端部カバー４６に結合され、または端部カバー４６を含むことができ、端部カバー４６は、各燃焼器１４の少なくとも部分を横切って半径方向に延在して、燃料、希釈剤、および／または添加剤を各燃焼器１４に供給するための境界面を提供する。加えて、燃焼器ケーシング３２、および端部カバー４６は、結合して、各燃焼器１４内に頭部端４８を少なくとも部分的に画定することができる。燃料ノズル３４、および／またはチューブ３６は、キャップ組立体５０内に半径方向に配置可能であり、キャップ組立体５０は、各燃焼器１４の少なくとも部分を横切って半径方向に、頭部端４８から下流に延在する。ライナ５２は、キャップ組立体５０に結合されて、キャップ組立体５０から下流にある燃焼室３８を少なくとも部分的に画定することができる。このようにして、作動流体２２は、例えば、衝突スリーブ５６の流入孔５４を通って、移行ダクト４０およびライナ５２の外側に沿って流れて、移行ダクト４０およびライナ５２に対流冷却をもたらすことができる。作動流体２２が頭部端４８に到達すると、作動流体２２は逆方向になり、燃料ノズル３４、および／またはチューブ３６は作動流体２２のために流体連通を提供して、作動流体２２はキャップ組立体５０を通って燃焼室３８内に流れる。
【００１９】
一般的に円柱形で示されているが、燃料ノズル３４、および／またはチューブ３６の半径方向の断面は、任意の幾何学的形状であってよく、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、任意の特定の半径方向の断面に限定されない。加えて、燃焼器１４の様々な実施形態は、キャップ組立体５０内の異なる数、および異なる配置の燃料ノズル３４、および／またはチューブ３６を含むことができ、図３から図５は、本発明の範囲内にあるキャップ組立体５０内の燃料ノズル３４、および／またはチューブ３６の例示的配置の上流平面図を提供する。例えば、図３に示すように、複数の燃料ノズル３４が単一の燃料ノズル３４の周りに放射状に配置され得る。別法として、図４に示すように、チューブ３６がキャップ組立体５０全体に亘って半径方向に配置可能であり、チューブ３６は、様々なグループに区分されて、燃焼器１４の作動範囲全体に複数の燃料状態を促進することができる。例えば、図４に示すように、チューブ３６は、中央のチューブ束６０を円周方向に取り囲む複数の円形チューブ束５８の中に集められることが可能である。別法として、図５に示すように、複数のパイ形状のチューブ束６２が、単一の燃料ノズル３４を円周方向に取り囲むことができる。基底負荷作動中、燃料は、各燃料ノズル３４、および図３から図５に示すチューブ束５８、６０、６２に供給可能でありながら、一方、操業短縮または減量運転中に、燃料流は、中央燃料ノズル３４、または中央チューブ束６０、および／または１つまたは複数の円周方向に配置されている燃料ノズル３４、あるいは円形、またはパイ形状チューブ束５８、６２から低減され、または完全に取り除かれ得る。当業者なら、本明細書の教示から燃料ノズル３４、チューブ３６、およびチューブ束５８、６０、６２に対する他の形状および配置、ならびに燃料ノズル３４、チューブ３６、およびチューブ束５８、６０、６２に対する特定の形状および配置が、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、本発明を限定するものではないとすぐに理解するであろう。
【００２０】
図６は、本発明の実施形態による、線Ａ−Ａに沿って取られた、図３に示す燃焼器１４の頭部端４８の側面横断面図を提供する。図３および図６に示すように、燃焼器１４は、中央燃料ノズル３４の周りに半径方向に配置されている複数の燃料ノズル３４を含むことができ、中央燃料ノズル３４は燃焼器１４の軸方向中心線６４と実質的に整列している。各燃料ノズル３４は、端部カバー４６から下流に軸方向に延在する中央本体６６、および中央本体６６の少なくとも部分を円周方向に取り囲んで、中央本体６６とシュラウド６８との間の環状通路７０を画定するシュラウド６８を備えることができる。１つまたは複数の静翼７２が中央本体６６とシュラウド６８との間に半径方向に延在することができ、静翼７２は、中央本体６６とシュラウド６８との間の環状通路７０を通って流れる作動流体２２に渦流を与えるために曲がり、または湾曲することができる。静翼７２、および／または中央本体６６は、１つまたは複数の燃料ポート７４を含むことができる。このようにして、燃料は、中央本体６６、および／または静翼７２を通って供給可能であり、燃料ポート７４は、燃料が環状通路７０内に流れ込み、混合物が燃焼室３８に到達する前に、作動流体２２と混合するように流体連通を提供する。
【００２１】
図２に示す例示的燃焼器１４のように、燃料ノズル３４が燃焼器１４に組み込まれている場合、結果として生じる燃焼室３８内の燃焼工程は、放熱変動を発生する可能性があり、次に放熱変動は、燃焼器１４の１つまたは複数の音響形波動に結合して、燃焼不安定性を生成する場合がある。放熱変動によって引き起こされる音響振動が、燃料ポート７４を通る流量変動の原因になる場合、燃焼不安定性を生成することがある１つの特定の仕組みが発生する。例えば、燃焼火炎に関連する圧脈波が、燃焼室３８から上流に各環状通路７０内に伝播する場合がある。圧脈波が、燃料ポート７４、および／または静翼７２に到達するとすぐに、圧脈波は、燃料ポート７４、および／または静翼７２を通る流体流に干渉する場合があり、燃焼火炎の方へ下流に流れる燃料／空気混合物濃度に変動を生成する。次いで、この燃料／空気比率の変動は下流へ火炎領域まで移動し、火炎領域では、放熱変動を引き起こす。結果として生じる放熱変動が、概ね、圧力変動と同位相であると仮定すると、それによって、さらに放熱変動が促進されて、連続的フィードバックループを生成することになろう。逆に、結果として生じる放熱変動、および圧力変動が位相を異にすると仮定すると、相殺的干渉が、特定の燃料ノズル３４に関連する燃焼不安定性周波数の大きさを減少させることになる。今度は、燃料ノズル３４に関連する燃焼不安定性周波数は、強め合うように、または相殺的に互いに干渉して、特定の燃焼器１４に関連する燃焼ダイナミクスの振幅を増加させ、または減少させることができる。
【００２２】
結果として生じる燃焼不安定性周波数は、音響圧力振動が燃料ポートに到達し、次いで、結果として生じる燃料／空気比率変動が火炎領域に到達するのにかかる時間の関数となるであろう。この時間は、当技術分野で対流時間、または時定数（タウ）として周知である。したがって、燃料／空気比率変動、および音響圧力振動の相互作用によって生成される燃焼不安定性周波数は、燃料ポート７４および／または静翼７２と、燃焼室３８（すなわち、燃料ノズル３４の端部またはシュラウド６８の端部）との間の軸方向の距離に反比例する。特定の実施形態では、これらの燃焼不安定性周波数は、１つまたは複数の燃料ノズル３４の中で調節され、および／または調整されて、個別の燃焼器１４に関連する燃焼ダイナミクスに影響を及ぼすことができる。図３および図６に示す特定の実施形態では、例えば、燃焼器１４は、各燃料ノズル３４に対して、燃料ポート７４および／または静翼７２と、燃焼室３８との間の異なる軸方向の距離７６を有する複数の燃料ノズル３４を含むことができる。その結果、各燃料ノズル３４に対して生成される燃焼不安定性周波数はわずかに異なり、燃料ノズル３４間の強め合う干渉が特定の燃焼器１４に関連する燃焼ダイナミクスの振幅を増加することを低減し、または防止する。当業者なら、本明細書の教示から、燃料ポート７４および／または静翼７２と、燃焼室３８との間の軸方向の距離７６の変化の複数の組合せによって、各燃料ノズル３４に対する所望の燃焼不安定性周波数、および／または特定の燃焼器１４に対する所望の燃焼ダイナミクスを達成することができるということを容易に理解するであろう。例えば、特定の実施形態では、燃料ポート７４および／または静翼７２と、燃焼室３８との間の軸方向の距離７６は、特定の燃焼器１４内でいくつかのまたはすべての燃料ノズル３４に対して同じ、または異なることがあり、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、任意の特定の軸方向の距離７６の組合せに限定されない。
【００２３】
ガスタービン１０内に組み込まれている複数の燃焼器１４に関連する燃焼ダイナミクスは、今度は、強め合うように、または相殺的に互いに干渉して、ガスタービン１０に関連する燃焼ダイナミクスの振幅、および／またはコヒーレンスを増加または減少させることができる。特定の実施形態では、１つまたは複数の燃焼器１４に関連する燃焼不安定性周波数、および／または燃焼ダイナミクスは、調節され、および／または調整されて、他の燃焼器１４の燃焼ダイナミクス、および、したがって、ガスタービン１０に関連する燃焼ダイナミクスとの相互作用に影響を及ぼすことができる。例えば、図７は、本発明の第１の実施形態による、燃焼ダイナミクス、および／または燃焼ダイナミクスのコヒーレンスを低減するためのシステムを提供する。図７に示す特定の実施形態では、図３および図６に示す複数の燃焼器１４が、軸７８の周りに配置されている。軸７８は、例えば、圧縮機区域１２をタービン区域１６に結合するガスタービン１０内の回転子１８に一致することができるが、本発明は、軸７８の特定の配向、または軸７８の周りの燃焼器１４の特定の配置に限定されるのではない。
【００２４】
図７に示すように、各燃焼器１４は、図２、図３および図６に関連して上記に説明するように、燃料ノズル３４から下流にある燃焼室３８と共に、複数の燃料ノズル３４を含む。加えて、システムはさらに、他方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数を生成する手段を含む。他方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数を生成する機能によって、燃焼ダイナミクスの振幅を増加させ、または２つ以上の燃焼器１４の燃焼ダイナミクスのコヒーレンスを増加させかねない燃焼不安定性周波数間のコヒーレント干渉、または強め合う干渉を低減し、または防止する。その手段の構造は、２つの燃焼器１４間で、燃料ポート７４と燃焼室３８との間、および／または静翼７２と燃焼室３８との間の１つまたは複数の軸方向の距離の相違を含むことができる。例えば、図７に示す特定の実施形態では、燃料ポート７４と燃焼室３８との間、および静翼７２と燃焼室３８との間の各軸方向の距離７６は、２つの燃焼器１４間で異なる。その結果、その手段は、２つの燃焼器１４内で異なる燃焼不安定性周波数を生成する。当業者なら、本明細書の教示から、燃料ポート７４と燃焼室３８との間、および／または静翼７２と燃焼室３８との間の軸方向の距離７６の変化の複数の組合せによって、他方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数を生成することができることを容易に理解するであろう。例えば、特定の実施形態では、燃料ポート７４と燃焼室３８との間、および／または静翼７２と燃焼室３８との間の１つまたは複数の軸方向の距離７６が、軸方向の距離７６がすべての両燃焼器１４間で同じではない限り、他方の燃焼器１４に比較して特定の燃焼器１４内の１つまたは複数の燃料ノズル３４に対して同じ、または異なることが可能であるが、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、軸方向の距離７６の任意の特定の組合せに限定されない。
【００２５】
図８は、本発明の第２の実施形態による燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムを提供する。図８に示すように、各燃焼器１４は、図２、図３、図６および図７に関連して上記に説明するように、燃料ノズル３４から下流にある燃焼室３８と共に、再び、複数の燃料ノズル３４を含む。加えて、燃料ポート７４、および／または静翼７２の軸方向の位置は各燃焼器１４内で同じ、または異なることができる。図８に示す特定の実施形態では、例えば、燃料ポート７４、および静翼７２の軸方向の位置は同じ燃焼器１４内で異なるが、しかし、燃料ポート７４、および静翼７２の軸方向の位置は、両燃焼器１４内で繰り返される。
【００２６】
図８に示す実施形態は、他方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数または共振周波数と異なる、一方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数または共振周波数を生成するための手段を再び含む。この特定の実施形態では、手段のための構造が、他方の燃焼器１４内のキャップ組立体の軸方向の長さ８０と比較して、一方の燃焼器１４内のキャップ組立体５０の軸方向の長さ８０の相違を含むことができる。燃料ポート７４および静翼７２の軸方向の位置が両燃焼器１４内で繰り返されるので、２つの燃焼器１４間の軸方向の長さ８０の相違が、２つの燃焼器１４間での、燃料ポート７４と燃焼室３８との間、および静翼７２と燃焼室３８との間の軸方向の距離７６の対応する相違を生成する。２つの燃焼器１４間の軸方向の距離７６の相違が、２つの燃焼器１４間の燃焼不安定性周波数または共振周波数の対応する相違を生成する。当業者なら、本明細書の教示から、燃料ポート７４と燃焼室３８との間、および／または静翼７２と燃焼室３８との間の軸方向の距離７６の変化の複数の組合せによって、他方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数または共振周波数と異なる、一方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数または共振周波数を生成することができることを容易に理解するであろう。例えば、特定の実施形態では、燃料ポート７４と燃焼室３８との間、および／または静翼７２と燃焼室３８との間の１つまたは複数の軸方向の距離７６が、他方の燃焼器１４に比較して特定の燃焼器１４内の１つまたは複数の燃料ノズル３４に対して同じ、または異なることが可能であるが、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、軸方向の距離７６の任意の特定の組合せに限定されない。
【００２７】
図９は、本発明の実施形態による、線Ｂ−Ｂに沿って取られた、図５に示す燃焼器１４の頭部端４８の側面横断面図を提供する。図示のように、キャップ組立体５０は、燃焼器１４の少なくとも部分を横切って半径方向に延在し、下流面８４から軸方向に分離された上流面８２を含む。上流面８２および下流面８４は、全体的に平坦、またはまっすぐであり、キャップ組立体５０を通る作動流体２２の全体の流れに対して垂直に配向されている。図９に示す特定の実施形態では、燃料ノズル３４は再びキャップ組立体５０の軸方向中心線６４に実質的に整列し、キャップ組立体５０を通って延在して、キャップ組立体５０を通って燃焼室３８に流体連通をもたらす。燃料ノズル３４は、燃焼室３８に入る前に、燃料を作動流体２２と混合するために、当業者なら周知の任意の適切な構造を含むことができるが、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、任意の特定の構造または設計に限定されない。例えば、図９に示すように、燃料ノズル３４は、図６に示す実施形態に関連して上記に説明するように、中央本体６６、シュラウド６８、環状通路７０、静翼７２および燃料ポート７４を含むことができる。
【００２８】
図５および図９に示すように、チューブ３６は、パイ形状チューブ束６２内に燃料ノズル３４の周りに円周方向に配置可能であり、キャップ組立体５０の上流面８２から下流面８４を通って延在することができる。各チューブ３６は、全体的に上流面８２近傍の入口８６、および下流面８４近傍の出口８８を含んで、キャップ組立体５０を通って、チューブ３６から下流の燃焼室３８内に流体連通をもたらす。
【００２９】
図９に示すように、上流面８２および下流面８４は、キャップ組立体５０内に燃料プレナム９０を少なくとも部分的に画定することができる。燃料導管９２が、ケーシング３２、および／または端部カバー４６から上流面８２を通って延在して、燃料が燃料プレナム９０内に流れ込むように流体連通をもたらすことができる。１つまたは複数のチューブ３６が、燃料噴射装置９４を含むことができ、燃料噴射装置９４は、チューブ３６を通って延在して、燃料プレナム９０からチューブ３６内に流体連通をもたらす。燃料噴射装置９４は、半径方向に、軸方向に、および／または方位角的に曲がって、燃料噴射装置９４を通ってチューブ３６内に入って流れる燃料に渦流を発射し、および／または与えることができる。したがって、作動流体２２はチューブ入口８６内に流れ、燃料導管９２からの燃料はチューブ３６の周りを燃料プレナム９０内に流れて、燃料噴射装置９４を通ってチューブ３６内に流れて作動流体２２と混合する前に、チューブ３６に対流冷却をもたらすことができる。次いで、燃料と作動流体の混合物は、チューブ３６を通って燃焼室３８内に流れることができる。
【００３０】
図６の実施形態に関連して上記に説明するように、図２に示す例示的燃焼器１４のように、チューブ３６が燃焼器１４内に組み込まれている場合、結果として生じる燃焼室３８内の燃焼工程が、放熱変動を生成し、その放熱変動が今度は燃焼器１４の１つまたは複数の音響形波動と結合して、燃焼不安定性を生成する場合がある。放熱変動によって引き起こされる音響振動が燃料噴射装置９４の上流に移動する場合、燃焼不安定性を生成することがある１つの特定の仕組みが発生し、その場合、音響振動が燃料噴射装置９４を通る燃料流に干渉し、燃焼火炎に向かって下流に流れる燃料空気混合物の濃度の変動を生成する可能性がある。次いで、この燃料／空気比率変動は下流へ火炎領域にまで移動し、火炎領域では、放熱変動を引き起こす可能性がある。結果として生じる放熱変動が、概ね、圧力変動と同位相であると仮定すると、それによって、さらに放熱変動が促進されて、連続的フィードバックループを完成することになろう。逆に、結果として生じる放熱変動、および圧力変動が位相を異にすると仮定すると、相殺的干渉が、チューブ３６、チューブ束６２、および／またはキャップ組立体５０に関連する燃焼不安定性周波数の大きさを減少させることになる。今度は、チューブ３６、および／またはチューブ束６２に関連する燃焼不安定性周波数は、強め合うように、または相殺的に互いに干渉して、特定の燃焼器１４に関連する燃焼ダイナミクスの振幅を増加させ、または減少させることができる。
【００３１】
結果として生じる燃焼不安定性周波数は、音響圧力振動が燃料噴射装置９４に到達し、次いで、結果として生じる燃料／空気比率変動が火炎領域に到達するのにかかる時間の関数となるであろう。この時間は、当技術分野で対流時間、または時定数（Ｔａｕ）として周知である。したがって、燃料／空気比率変動、および音響圧力振動の相互作用によって生成される燃焼不安定性周波数は、燃料噴射装置９４と、燃焼室３８（すなわち、チューブ出口８８）との間の軸方向の距離に反比例する。特定の実施形態では、これらの燃焼不安定性周波数は、１つまたは複数のチューブ３６、および／またはチューブ束６２の中で調節され、および／または調整されて、個別の燃焼器１４に関連する燃焼ダイナミクスに影響を及ぼすことができる。図５および図９に示す特定の実施形態では、例えば、チューブ３６は、各チューブ束６２に対して燃料噴射装置９４と燃焼室３８との間の異なる軸方向の距離９６を有することができる。その結果、各チューブ束６２に対する燃焼不安定性周波数はわずかに異なることになり、チューブ束６２間の強め合う干渉が特定の燃焼器１４に関連する燃焼ダイナミクスの振幅を増加することを低減し、防止する。当業者なら、本明細書の教示から、燃料噴射装置９４と燃焼室３８との間の軸方向の距離９６の変化の複数の組合せによって、各チューブ３６および／またはチューブ束６２に対する所望の燃焼不安定性周波数、および／または特定の燃焼器１４に対する、所望の燃焼ダイナミクスを達成することができるということを容易に理解するであろう。例えば、特定の実施形態では、燃料噴射装置９４と燃焼室３８との間の軸方向の距離９６は、特定の燃焼器１４内でいくつかのまたはすべてのチューブ３６、および／またはチューブ束６２に対して同じ、または異なることがあり、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、任意の特定の軸方向の距離９６の組合せに限定されない。
【００３２】
ガスタービン１０内に組み込まれている複数の燃焼器１４に関連する燃焼ダイナミクスは、今度は、強め合うように、または相殺的に互いに干渉して、ガスタービン１０に関連する燃焼ダイナミクスの振幅、および／またはコヒーレンスを増加または減少させることができる。特定の実施形態では、１つまたは複数の燃焼器１４に関連する燃焼不安定性周波数、および／または燃焼ダイナミクスは、調節され、および／または調整されて、他の燃焼器１４の燃焼ダイナミクス、および、したがって、ガスタービン１０に関連する燃焼ダイナミクスとの相互作用に影響を及ぼすことができる。例えば、図１０は、本発明の第３の実施形態による、燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムを提供する。図１０に示す特定の実施形態では、図５および図９に示す複数の燃焼器１４が、軸１００の周りに配置されている。軸１００は、例えば、圧縮機区域１２をタービン区域１６に結合するガスタービン１０内の回転子１８に一致することができるが、本発明は、軸１００の特定の配向、または軸１００の周りの燃焼器１４の特定の配置に限定されるのではない。
【００３３】
図１０に示すように、各燃焼器１４は、燃料ノズル３４を円周方向に取り囲むパイ形状チューブ束６２に配置されている複数のチューブ３６を含み、燃焼室３８は、図２、図５および図９に関連して上記に説明するように、チューブ３６、チューブ束６２、および燃料ノズル３４から下流にある。加えて、システムはさらに、他方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数を生成する手段を含む。その手段の構造は、２つの燃焼器１４間で、燃料噴射装置９４と燃焼室３８との間の１つまたは複数の軸方向の距離９６の相違を含むことができる。例えば、図１０に示す特定の実施形態では、各チューブ束６２に対する燃料噴射装置９４と燃焼室３８との間の軸方向の距離９６は、２つの燃焼器１４間で異なる。その結果、その手段は、２つの燃焼器１４内で異なる燃焼不安定性周波数を生成する。当業者なら、本明細書の教示から、燃料噴射装置９４と燃焼室３８との間の軸方向の距離９６の変化の複数の組合せによって、他方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数を生成することができることを容易に理解するであろう。例えば、特定の実施形態では、燃料噴射装置９４と燃焼室３８との間の１つまたは複数の軸方向の距離９６が、他方の燃焼器１４に比較して特定の燃焼器１４内の１つまたは複数のチューブ３６、および／またはチューブ束６２に対して同じ、または異なることが可能であるが、軸方向の距離９６が両燃焼器１４間で同じではない限り、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、軸方向の距離９６の任意の特定の組合せに限定されない。
【００３４】
図１１は、本発明の第４の実施形態による燃焼ダイナミクスを低減するためのシステムを提供する。図１１に示すように、各燃焼器１４は、図２、図５、図９および図１０に関連して上記に説明するように、燃料ノズル３４を円周方向に取り囲むパイ形状のチューブ束６２内に配置されている複数のチューブ３６を再び含み、燃焼室３８は、チューブ３６、チューブ束６２、および燃料ノズル３４から下流にある。加えて、燃料噴射装置９４の軸方向の位置は各燃焼器１４内で同じ、または異なることができる。図１１に示す特定の実施形態では、例えば、燃料噴射装置９４の軸方向の位置は同じ燃焼器１４内の各チューブ束６２に対して異なるが、しかし、各チューブ束６２に対する燃料噴射装置９４の軸方向の位置は、両燃焼器１４内で繰り返される。
【００３５】
図１１に示す実施形態は、他方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数または共振周波数と異なる、一方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数または共振周波数を生成するための手段を再び含む。図８に説明し、図示する上記の実施形態のように、手段のための構造が、他方の燃焼器１４内のキャップ組立体の軸方向の長さ８０と比較して、一方の燃焼器１４内のキャップ組立体５０の軸方向の長さ８０の相違を含むことができる。燃料噴射装置９４の軸方向の位置が両燃焼器１４内で繰り返されるので、２つの燃焼器１４間の軸方向の長さ８０の相違が、２つの燃焼器１４間での、燃料噴射装置９４と燃焼室３８との間の軸方向の距離９６の対応する相違を生成する。２つの燃焼器１４間の軸方向の距離９６の相違が、２つの燃焼器１４間の燃焼不安定性周波数または共振周波数の対応する相違を生成する。当業者なら、本明細書の教示から、燃料噴射装置９４と燃焼室３８との間の軸方向の距離９６の変化の複数の組合せによって、他方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数または共振周波数と異なる、一方の燃焼器１４内の燃焼不安定周波数または共振周波数を生成することができることを容易に理解するであろう。例えば、特定の実施形態では、燃料噴射装置９４と燃焼室３８との間の１つまたは複数の軸方向の距離９６が、他方の燃焼器１４に比較して特定の燃焼器１４内の１つまたは複数のチューブ３６、および／またはチューブ束６２に対して同じ、または異なることが可能であるが、本発明は、特許請求の範囲で具体的に記載しない限り、軸方向の距離９６の任意の特定の組合せに限定されない。
【００３６】
図１２は、本発明の様々な実施形態による、燃焼ダイナミクスの例示的なグラフを提供する。水平軸は、燃焼不安定性周波数または共振周波数の範囲を示し、垂直軸は、振幅の範囲を示す。図１２に示すシステムは、ガスタービン１０または他のターボ機械に組み込まれている３つ以上の燃焼器１４を含むことができる。他方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器１４内の燃焼不安定周波数を生成する手段を使用して、各燃焼器１４は、所望の燃焼不安定性周波数または燃焼ダイナミクスを達成するために調節、および／または調整され得る。図１２に示すように、例えば、燃焼器１４の第１のグループは、調節および／または調整されて、第１の燃焼不安定性周波数１０２を達成することができ、燃焼器１４の第２のグループは、調節および／または調整されて、第２の燃焼不安定性周波数１０４を達成することができ、燃焼器１４の第３のグループは、調節および／または調整されて、第３の燃焼不安定性周波数１０６を達成することができる。第１の燃焼不安定性周波数１０２、第２の燃焼不安定性周波数１０４、および第３の燃焼不安定性周波数１０６は、互いにわずかに異なり、したがって、互いとわずかに位相を異にする。その結果、燃焼器１４に関連する、第１の燃焼不安定性周波数１０２、第２の燃焼不安定性周波数１０４、および第３の燃焼不安定性周波数１０６は、コヒーレントに、または強め合うように互いに干渉することができず、燃焼ダイナミクスの増加を減少させ、または防止し、および／または燃焼システムが、タービン区域１６の下流で共振を発生させる能力を低減する。
【００３７】
当業者なら、本明細書の教示から、図１から図１１に関連して説明し、図示する様々な構造が、燃焼ダイナミクスを低減し、および／または２つ以上の燃焼器１４に対する燃焼ダイナミクスのコヒーレンスを低減する１つまたは複数の方法を提供することができることを容易に理解するであろう。例えば、その方法は、作動流体２２および燃料を１つまたは複数の燃料ノズル３４、チューブ３６、および／またはチューブ束６２を通って、複数の燃焼器１４の燃焼室３８内に流すステップを含む。特定の実施形態では、その方法は、燃料ポート７４と燃焼室３８との間、および／または静翼７２と燃焼室３８との間の１つまたは複数の軸方向の距離７６を変えるステップを含むことができ、軸方向の距離７６がすべての燃焼器１４間で同じではない限り、他方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数を生成することができる。別の実施形態では、その方法は、燃料噴射装置９４と燃焼室３８との間の１つまたは複数の軸方向の距離９６を変えるステップを含むことができ、軸方向の距離９６がすべての燃焼器１４間で同じではない限り、他方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数を生成することができる。さらに別の実施形態では、その方法は、キャップ組立体５０の１つまたは複数の軸方向の長さ８０を変えるステップを含むことができ、軸方向の長さ８０がすべての燃焼器１４間で同じではない限り、他方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数と異なる、一方の燃焼器１４内の燃焼不安定性周波数を生成することができる。
【００３８】
図１から図１２に関連して説明し、図示する様々な実施形態は、既存の燃焼器１４にまさる１つまたは複数の以下の利点を提供することができる。具体的には、異なる軸方向の距離７６、９６、および／または軸方向の長さ８０が、単一で、または様々な組合せで、燃焼ダイナミクスの燃焼不安定性周波数を分断することができる。その結果、本明細書に記載する様々な実施形態が、熱力学的効率を高め、火炎安定性を促進し、および／または広範囲の作動水準に亘って望ましくない排出物を低減することができる。
【００３９】
ここに記載する説明は、本発明を開示するために最良の型を含む例を使用し、すべての当業者が、任意の装置またはシステムを作製し、使用し、任意の組み込まれている方法を実施することを含めて本発明を実施することができるための例を使用する。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い当たる他の例を含むことができる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を含むならば、またはそれらが特許請求の範囲の文言と実質的ではない相違を有する均等な構造的要素を含むならば、特許請求の範囲内にあると意図するものである。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機区域
１４  燃焼器
１６  タービン区域
１８  回転子
２０  発電機
２２  作動流体
２４  静翼
２６  動翼
２８  圧縮機ケーシング
３０  圧縮機排出プレナム
３２  燃焼器ケーシング
３４  燃料ノズル
３６  チューブ
３８  燃焼室
４０  移行ダクト
４２  固定ノズル
４４  タービン動翼
４６  端部カバー
４８  頭部端
５０  キャップ組立体
５２  ライナ
５４  流入孔
５６  衝突スリーブ
５８  円形チューブ束
６０  中央チューブ束
６２  パイ形状チューブ束
６４  軸方向中心線
６６  中央本体
６８  シュラウド
７０  環状通路
７２  静翼
７４  燃料ポート
７６  軸方向の距離
７８  軸
８０  キャップ組立体の軸方向の長さ
８２  上流面
８４  下流面
８６  チューブ入口
８８  チューブ出口
９０  燃料プレナム
９２  燃料導管
９４  燃料噴射装置
９６  軸方向の距離
１００  軸
１０２  第１の共振周波数
１０４  第２の共振周波数
１０６  第３の共振周波数
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
2014040999000001.pdf