(57)【要約】【課題】燃料ノズルにおける音響振動を減衰させる。【解決手段】本発明に従ったシステムはタービン・エンジン（１０）を含むことができる。タービン・エンジン（１０）は燃料ノズル（１２）を含むことができる。燃料ノズル（１２）は空気通路（９４）を含むことができる。燃料ノズル（１２）はまた、該燃料ノズル（１２）がタービン・エンジン（１０）の燃焼域（３８）と連通するように、燃料通路（７４）を含むことができる。また更に、燃料ノズル（１２）は共振器（６８）を含むことができる。共振器（６８）は、燃焼域（３８）に直ぐ隣接して燃料ノズル（１２）内に配置することができる。【選択図】図５
2011017523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン・エンジン（１０）を有するシステムであって、
前記タービン・エンジン（１０）が、
空気通路（９４）及び燃料通路（７４）を持ち、且つ前記タービン・エンジン（１０）の燃焼域（３８）と連通している燃料ノズル（１２）と、
前記燃焼域（３８）に直ぐ隣接して前記燃料ノズル（１２）内に配置された共振器（６８）と、
を有している、システム。
【請求項２】
前記共振器（６８）は前記空気通路（９４）内に配置されている、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記共振器（６８）は、前記燃料ノズル（１２）の下流側端部（８８）に隣接した燃料ノズル空洞（７８）内に配置されている、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記共振器（６８）は、共振器室（１１０）を画成する中空の密閉箱を有しており、前記中空の密閉箱は前記燃料ノズル空洞（７８）内に共振器入口（９８）を有し、また前記中空の密閉箱は前記燃料ノズル（１２）の前記下流側端部（８８）に沿って共振器出口（１０２）を有している、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記共振器入口（９８）は、前記中空の密閉箱を貫通する半径方向（５３）入口、又は軸方向（５２）入口（１１２）、又は両方を有しており、また前記共振器出口（１０２）は軸方向（５２）出口を有している、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記共振器（６８）は、中空の密閉箱と、第１の共振器室（１１６）及び第２の共振器室（１１８）を画成する分割板（１１４）とを有しており、前記第１の共振器室（１１６）及び第２の共振器室（１１８）は異なる周波数に同調している、請求項３記載のシステム。
【請求項７】
前記共振器（６８）は、各々が別々の共振器室（１１６、１１８）を画成する複数の共振器部分を有しており、この場合、これらの共振器部分が異なる周波数に同調している、請求項３記載のシステム。
【請求項８】
前記燃料ノズル（１２）は、軸方向（５２）の第１の室（７２）と第２の室（７８）との間に延在する分割板（７６）を持つ密閉箱を有しており、前記第１の室（７２）が燃料供給入口（７０）及び中央の燃料空洞（７２）を有し、また前記第２の室（７８）が空気供給入口（９２）及び中央の空気空洞（７８）を有し、前記密閉箱が前記中央の燃料空洞（７２）及び前記中央の空気空洞（７８）の周りに同心円状に配置された複数の混合管（６４）を有し、各々の混合管（６４）は前記中央の燃料空洞（７２）から燃料（１４）を受け取るための燃料入口（８４）と空気入口（８６）とを有し、前記共振器（６８）は、前記中央の空気空洞（７８）内に共振器室（１１０）を画成する中空の密閉箱を有しており、また前記中空の密閉箱は前記中央の空洞（７８）内の共振器入口（９８）と共振器出口（１０２）とを有している、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記共振器（６８）は上流側の板（１０６）及び複数の側板（１０８）を有しており、この場合、前記上流側の板（１０６）が、前記共振器室（１１０）を画成するために前記側板（１０８）に結合されている、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記共振器（６８）は同調共振器を有し、前記共振器（６８）は、前記上流側の板（１０６）の長さ及び前記側板（１０８）の長さに基づいて、前記燃料ノズル（１２）の外壁に隣接した燃焼プロセスによって発生された音響振動を減衰させるように同調させている、請求項９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本書で開示する内容は、燃料ノズルにおける音響振動を減衰させることのできる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン・エンジンは燃料及び空気の混合物を燃焼して高温燃焼ガスを発生し、この高温燃焼ガスにより１台以上のタービンを駆動する。具体的に述べると、高温燃焼ガスは強制的にタービン羽根を回転させ、これによりシャフトを駆動して１つ以上の負荷、例えば発電機を回転させる。或る特定のパラメータが燃焼プロセス中に圧力振動を誘起し又は増大させ、これによってガスタービン・エンジンの性能及び効率を低下させ又はエンジン構成要素に損傷を引き起こすことがある。例えば、圧力振動は、少なくとも一部分は、燃焼器に差し向けられた燃料圧力又は空気圧力の変動に起因すると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７４６４５５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの変動は燃焼器の圧力の振動を様々な周波数で生じさせることがある。複数の周波数帯の内の１つがガスタービン・エンジン内の一部品又はサブシステムの固有周波数に対応する場合、その結果生じる燃焼器圧力振動がガスタービン・エンジンの性能及び寿命に特に悪影響を及ぼす。高周波数の圧力振動は一般に燃焼器における「スクリーチ(screech) 」と呼ばれており、この状態は燃焼器システム構成要素の寿命に特に悪影響を及ぼす虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下に、「特許請求の範囲」に記載された発明の範囲に相応する特定の実施形態について概要を記載する。これらの実施形態は「特許請求の範囲」に記載された発明の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ本発明の取り得る形態についての概要を提供しようとするに過ぎない。実際には、本発明は、以下に述べる実施形態と同様であるか又はそれらとは異なることのある様々な形態を包含することができる。
【０００６】
第１の実施形態では、タービン・エンジンを含むシステムを提供し、タービン・エンジンは、空気通路及び燃料通路を持ち、且つタービン・エンジンの燃焼域と連通している燃料ノズルと、燃焼域に直ぐ隣接して燃料ノズル内に配置された共振器とを有する。
【０００７】
第２の実施形態では、燃料ノズルを含むシステムを提供し、燃料ノズルは、燃料を供給するように構成された燃料通路と、空気を供給するように構成された空気通路と、空気通路に沿って配置された共振器とを有し、共振器は、空気入口及び空気出口を持つ共振器室を有し、空気出口は燃焼室に面する燃料ノズルの外壁を貫通して延在する。
【０００８】
第３の実施形態では、燃料ノズルを提供し、燃料ノズルは、当該燃料ノズルが配置される燃料通路と、燃料通路の周りに同心円状にに配置されていて、第１の空気通路からの空気を燃料通路からの燃料と混合させるように構成された複数の混合管と、燃料ノズルの下流側部分にある空気隔室であって、混合管によって円周方向に取り囲まれている空気隔室と、空気隔室に空気を供給するように構成された第２の空気通と、空気隔室内に配置された共振器とを含む。
【０００９】
本発明のこれらの及び他の特徴、側面及び利点は、添付図面を参照した以下の詳しい説明を読むことによってより良く理解されよう。図面では、全図を通じて同様な部品を同様な参照符号で表している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明技術の一実施形態に従った燃焼器に結合された燃料ノズルを持つタービン・システムのブロック図である。
【図２】図２は、本発明技術の一実施形態に従った、図１に示されているようなタービン・システムの一実施形態の縦断面図である。
【図３】図３は、本発明技術の一実施形態に従った、図２に示されているような１つ以上の燃料ノズルを持つ燃焼器の一実施形態の縦断面図である。
【図４】図４は、本発明技術の一実施形態に従った、図３に示されているような燃焼器キャップ組立体の正面図である。
【図５】図５は、本発明技術の一実施形態に従った共振器を持つ、図３に示されているような燃料ノズルの縦断面図である。
【図６】図６は、本発明技術の一実施形態に従った、図５の円弧状の線６−６の内側に示されているような共振器の縦断面図である。
【図７】図７は、本発明技術の別の実施形態に従った、図５の円弧状の線６−６の内側に示されているような共振器の縦断面図である。
【図８】図８は、本発明技術の別の実施形態に従った、図５の円弧状の線６−６の内側に示されているような共振器の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の１つ以上の特定の実施形態を記述する。これらの実施形態の説明を簡潔にするために、実際の具現化手段の全ての特徴を本明細書で記述することはできない。ここで、任意の工業又は設計計画におけるように、任意のこのような実際の具現化手段の開発において、開発者の特定の目標を達成するために、具現化手段によって変わり得るシステム関連及び事業関連の制約の順守のような多数の具現化手段特有の決定を行わなければならないことを理解されたい。また更に、このような開発努力は、複雑で時間がかかることがあるが、それにも拘わらず、この開示を利用する通常の技術者にとって設計、製作及び製造についての日常的な仕事であることを理解されたい。
【００１２】
本発明の様々な実施形態の要素を導入するとき、数を明記しないで記載した要素及び「前記」と付した要素は、１つ以上の要素があることを意味するものとする。また用語「有する」、「含む」及び「持つ」は、排他的なものではなく、列挙した要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味するものとする。
【００１３】
開示する発明の実施形態では、燃料ノズルに直接に共振器装置が組み入れられる。燃料ノズルは、例えば、タービン・エンジン内に配置することができる。燃料ノズルは、最適な混合を達成するために複数の混合管を利用することができ、これは、スクリーチとして知られている高周波燃焼動態(combustion dynamics) を生じさせる傾向を招くことがある。共振器は、燃焼により生じた音響振動を減衰させるように動作することができる。特定の実施形態では、共振器は、減衰効果を最大にするために振動部に近接近して配置することができる。例えば、共振器は燃料ノズルの本体内に、例えば燃料ノズルの中間部及び／又は先端部に直接配置することができる。
【００１４】
更に、共振器は特定の周波数の振動を減衰するように同調(tuning)させることができる。この同調は、共振器の空気取入れ口及び空気出口の寸法を変え、共振器の空気取入れ口及び空気出口の数を変え、及び／又は共振器の空洞の容積を変えることによって達成することができる。空洞の容積は、共振器の上流側の板及び／又は共振器の側板の長さを変えることによって調節することができる。更に、２つ以上の周波数を減衰させることができるように、共振器に２つ以上の空洞を利用することができる。
【００１５】
次に図面に注目して、先ず図１に次いで説明すると、一実施形態のタービン・システム１０は１つ以上の燃料ノズル１２を含むことができる。それらの燃料ノズルからの燃料の燃焼中に音響振動が生じることがあるが、開示した実施形態の燃料ノズル１２は、これらの振動を減衰させるために一体の共振器を含む。タービン・システム（例えば、ガスタービン・エンジン）１０は、タービン・システム１０を動作させるための天然ガス及び／又は水素豊富な合成ガスのような液体又は気体燃料を使用することができる。図示されているように、複数の燃料ノズル１２が燃料流１４を取り入れて、燃料を空気と混合し、その空気燃料混合物を燃焼器１６に分配する。空気燃料混合物は燃焼器１６内の室で燃焼し、これによって高温の加圧された排出ガスを生成する。燃焼器１６は排出ガスを排気出口２０へ向けてタービン１８に差し向ける。排出ガスはタービン１８を通過するとき、１つ以上のタービン羽根に作用して、システム１０の軸に沿ったシャフト２２を回転させる。例示されているように、シャフト２２は、圧縮機２４を含めて、タービン・システム１０の様々な構成要素に接続することができる。圧縮機２４はまたシャフト２２に結合することのできる羽根を含む。シャフト２２が回転するとき、圧縮機２４の羽根もまた回転して、これによって空気取入れ部２６から圧縮機２４を通る空気を圧縮して、燃料ノズル１２及び／又は燃焼器１６へ送る。シャフト２２はまた負荷２８に接続することができ、負荷２８は、例えば、発電所の発電機又は飛行機のプロペラのような、乗り物又は定置負荷であってよい。理解されるように、負荷２８は、タービン・システム１０の回転出力によって駆動することのできる任意の適当な装置を含むことができる。
【００１６】
図２は、図１に概略図で示したタービン・システム１０の一実施形態の縦断面図を例示する。タービン・システム１０は、１つ以上の燃焼器１６の内部に配置された１つ以上の燃料ノズル１２を含む。この場合も同様に、以下に更に詳しく説明するように、各々の例示された燃料ノズル１２は、一群として一緒に結合された複数の燃料ノズルを含むか及び／又は単独の燃料ノズルであってよく、また各々の例示された燃料ノズル１２は、燃焼器１６内の動的振動を低減するために共振器のような音響減衰器を含むことができる。運転中、空気が空気取入れ部２６を介してタービン・システム１０に入って、圧縮機２４で圧縮することができる。圧縮された空気は次いで、燃焼器１６内で燃焼のために燃料ガスと混合することができる。例えば、燃料ノズル１２は、燃焼、放出物、燃料消費量及び出力を最適にするための適当な比率で燃料空気混合物を燃焼器１６内に噴射することができる。燃焼により高温の加圧された排出ガスが発生され、該ガスは次いでタービン１８内の１つ以上の羽根３０を駆動することによりシャフト２２を、従って圧縮機２４及び負荷２８を回転させる。タービン羽根３０の回転はシャフト２２の回転を惹起し、この結果、圧縮機２２内の羽根３２が、空気取入れ部２６で受け取った空気を引き込んで圧縮する。
【００１７】
図３は、複数の燃料ノズル１２を持つ燃焼器１６の一実施形態のの縦断面図である。特定の実施形態では、燃焼器１６の頭端部３２が端部カバー３４を含む。更に、燃焼器１６の頭端部３２は、燃焼室３８を閉止し且つ燃料ノズル１２を収容する燃焼器キャップ組立体３６を含むことができる。燃料ノズル１２は、燃焼、空気及び他の流体を燃焼器１６へ送る。図では、複数の燃料ノズル１２が燃焼器１６の基部の近くで端部カバー３４に取り付けられていて、燃焼器キャップ組立体３６を通り抜ける。例えば、燃焼器キャップ組立体３６は１つ以上の燃料ノズル１２を受け入れていて、各々の燃料ノズル１２に対する支持を行うことができる。各々の燃料ノズル１２は、加圧された空気と燃料との混合を容易にして、その混合物を燃焼器キャップ組立体３６を通して燃焼器１６の燃焼室３８の中へ差し向ける。この空気燃料混合物は燃焼器１６内で燃焼して、これにより高温の加圧された排出ガスを生成することができる。これらの加圧された排出ガスはタービン２０の羽根の回転を駆動する。燃焼器１６は、流れスリーブ４０と、燃焼室３８を形成する燃焼器ライナー４２とを含む。特定の実施形態では、流れスリーブ４０とライナー４２とは互いと同軸又は同心であって、中空の環状空間４４を画成する。中空の環状空間４４は、冷却用の空気を通して、（例えば、ライナー４２及び／又は燃料ノズル１２及び／又はキャップ組立体３６に設けた貫通孔を介して）燃焼域３８に流入させることができる。流れスリーブ４０及びライナー４２の設計は、タービン２０へ向かう方向線４８に沿った遷移部分４６（例えば、先細の部分）への空気燃料混合物の流れを最適にする。例えば、複数の燃料ノズル１２は加圧された空気燃料混合物を燃焼室３８の中へ分配することができ、燃焼室で混合物の燃焼が生じる。その結果の排出ガスが方向線４８に沿って遷移部分４６を通ってタービン１８へ流れて、タービン１８の羽根をシャフト２２と共に回転させる。
【００１８】
このプロセス中、燃焼が燃焼器キャップ組立体３６の下流で生じることがある。この燃焼は圧力変動、すなわち燃焼動態を発生させることがある。これらの燃焼動態は音響振動であることがあり、音響振動は、例えば、燃料ノズル１２内の複数の予混合管における空気と燃料との混合によって引き起こされることがある。これは時間につれて循環的に変化する各燃料ノズル１２内の空気及び燃料の圧力が空気及び燃料の圧力変動を引き起こすことから生じ得る。空気及び燃料の圧力変動は、１つ以上の特定の周波数での燃焼ガスの圧力振動を駆動し又は引き起こすことがある。このような圧力振動は、１つ以上の周波数がタービン・システム１０内の部品又はサブシステムの固有周波数に対応している場合、タービン・システム１０の摩耗及び損傷を増大させることがある。空気／燃料混合の結果として引き起こされる高周波数の音響振動、すなわちスクリーチは、例えば、ほぼ５００〜４０００Ｈｚの周波数になることがある。別の実施形態では、圧力振動は、例えば、ほぼ１０００〜４０００Ｈｚ、１０００〜３０００Ｈｚ、又は１０００〜２５００Ｈｚの周波数で生じることがある。以下に詳しく説明するように、燃料ノズル１２に共振器を付加することにより、上述の圧力振動を減衰させるように動作させることができる。
【００１９】
図４は、燃焼器キャップ組立体３６の一実施形態の正面図を例示する。燃焼器キャップ組立体３６は前面板（すなわち、面）５０を含むことができ、これを貫通して複数のノズル１２が軸方向５２に延在することができる。燃焼器キャップ組立体３６の外面５０は、例えば、ほぼ１０〜２５インチの直径４９を持つ円形の形状とすることができる。燃焼器キャップ組立体３６の面５０にわたって複数のノズル１２を配列することができる。一実施形態では、面５０の外周５４に沿って５つの燃料ノズル１２を配列し、面５０の内側部分５５に単一の燃料ノズル１２を配置することができる。この代わりに燃料ノズル１２は様々な他の構成で配列することができる。面５０の外周５４に沿って配列された燃料ノズル１２の各々は、ほぼ５インチの直径５６を持つことができる。別の実施形態では、直径５６は、ほぼ２、３、４、５、６、７、８、９又は１０インチとすることができる。更に、面５０の外周５４に沿って配列された燃料ノズル１２の各々は、ほぼ１インチの内径５８を持つことができる。別の実施形態では、内径５８は、ほぼ０．５、０．７５、１、１．２５、１．５、１．７５又は２インチとすることができる。面５０の内側部分５５に配置された燃料ノズル１２は、ほぼ３インチの外径６０を持つことができる。別の実施形態では、直径６０は、ほぼ１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０インチとすることができる。更に、面５０の内側部分５５に配置された燃料ノズル１２の各々は、ほぼ０．７５インチの内径６２を持つことができる。別の実施形態では、内径６２は、ほぼ０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１又は１．２インチとすることができる。
【００２０】
燃料ノズル１２の外径５６と内径５８との間、並びに直径６０と内径６２との間には、複数の混合管６４を設けることができる。これらの混合管６４は、燃焼器１６内での空気／燃料混合物の燃焼を効率よくするために空気と燃料とを混合するように動作することができる。これらの混合管６４の各々は、ほぼ０．４インチの直径６６を持つことができる。別の実施形態では、直径６６は、ほぼ０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９又は１インチとすることができる。また更に、各燃料ノズル１２には、ほぼ１０〜１０００本の混合管６４を配置することができる。別の実施形態では、各燃料ノズル１２に、ほぼ１０〜１００、１００〜５００、又は１００〜１０００本の混合管６４を配置することができる。
【００２１】
燃料ノズル１２の内径５８及び６２の各々は、音響共振器６８（例えば、内部に存在する或る容積のガスが特定の周波数（その「共振周波数」と呼ばれる）で固有の振動を行う装置）を収容することができる。共振器６８は、例えば、円筒形密閉箱のような中空の密閉箱とすることができる。この音響共振器６８は燃料ノズル１２内に配置することができ、また燃焼域３８に直ぐ隣接させることができる。共振器６８は、燃焼室３８における燃焼プロセスによって発生された音響振動を減衰させるように動作することができる。この燃焼振動の考えられる原因の一部は、燃焼室３８に入る燃料流又は空気流の振動であり、これらは、燃焼時に、燃焼室３８内で揺らぎを生じさせ、これは燃焼室３８への燃料流及び／又は空気流の変動を増幅することがある。この場合には、燃焼室３８内での圧力振動の振幅が急速に増大する虞がある。これら燃焼システム圧力振動は、次いで、タービン・システム１０全体にわたって圧力振動を引き起こすことがあり、この圧力振動は音響振動を含むことがある。このため、タービン・システム１０内の部品又はサブシステムの１つ以上の固有周波数で振動することによってタービン・システム１０の性能又は寿命を低下させるような圧力振動（例えば、スクリーチ）は、減衰させることができ、或いは除去することさえもできる。以下に述べるように、共振器６８は、例えば燃料ノズル１２に利用すべき燃料に基づいて使用される特定の環境に同調させることができる。
【００２２】
図５は、燃料ノズル１２の縦断面図を例示する。ここで、燃料ノズル１２の様々な面を円周方向又は軸５１、軸方向又は軸５２、及び半径方向又は軸５３に関して記述することができることに留意されたい。例えば、軸５１は長手方向中心線の周りの円周方向に対応し、軸５２は長手方向中心線又は長さ方向に対応し、軸５３は長手方向中心線に対して横方向又は半径方向に対応する。
【００２３】
燃料ノズル１２は、前に述べた混合管６４及び共振器６８を含む。図示されているように、燃料ノズル１２はタービン・エンジン１０の燃焼域３８と連通している。燃料ノズル１２はまた、燃料プレナム７２に開放している燃料通路７０を含むことができる。燃料は方向矢印７４に沿って燃料通路７０を通って燃料プレナム７２の中へ軸方向５２に流れることができる。燃料隔室７２内に入ると、燃料は分割板７６によって燃料隔室７２内に保持することができる。分割板７６は燃料隔室７２を燃料ノズル１２内の空気隔室７８から分離する。燃料が分割板７６と接触することにより、燃料は方向線８０及び８２に沿って半径方向５３に伝播すると共に、燃料は燃料隔室７２内の混合管６４の周りを円周方向５１に流れることができる。
【００２４】
燃料が混合管６４の周りを流れているとき、燃料は混合管６４に設けた複数の燃料口８４を通って混合管６４に入ることができる。これらの燃料口８４は混合管６４の表面に沿って配置することができ、また直径をほぼ０．０１〜０．１インチとすることができる。従って、燃料は混合管６４に流入することができ、且つ方向矢印８６で示すように第１の空気通路の一部として混合管６４の中を軸方向５２に移動している空気と混合することができる。一実施形態では、燃料隔室７２内の燃料と混合管６４の中を流れる空気との間の圧力差により、空気が混合管６４から漏れ出て燃料隔室７２に入ることが防止される。
【００２５】
燃料及び空気は混合管６４内で組み合わさって燃料／空気混合物を形成することができる。燃料／空気混合物は次いで、方向矢印９０で示されているように下流側の板８８を通って燃焼のために燃焼域３８へ軸方向５２に流れることができる。更に、効率の良い燃焼のために適切な燃料／空気混合物を生成するのに役立つように、追加の空気を空気隔室７８から燃焼域３８の中へ送ることができる。この空気隔室７８は燃料ノズル１２の下流側部分（すなわち、燃焼域３８に最も近い燃料ノズル１２の部分）に設けることができる。例えば、空気隔室７８は、燃料ノズル１２の全長のほぼ１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０又は８０パーセントを含む燃料ノズル１２の下流側部分に設けることができる。一実施形態では、空気のみが空気隔室７８に流入することができる。すなわち、燃料は空気隔室７８に流入しない。別の実施形態では、燃料及び空気の両方が空気隔室７８に流入することができ、これにより、空気隔室が燃料／空気隔室になる。
【００２６】
空気は１つ以上の空気入口９２を通して空気隔室７８に入ることができ、空気入口９２は燃料ノズル１２の外面に円周方向５１に配置することができる。空気入口９２は直径を、例えば、ほぼ０．０５、０．１０、０．１５、０．２０、０．２５、０．３０、０．３５、０．４０、０．４５又は０．５０インチとすることができる。空気入口９２は、第２の空気通路の一部として線９４及び９６に沿って混合管６４の周りを通って空気隔室７８の中へ空気を半径方向５３に流入させることができる。空気隔室７８に入った後、空気は方向線１００に沿って軸方向５２に進んで、複数の空気取入れ口９８を介して共振器６８に入ることができる。空気取入れ口９８は共振器６８に対する入口である。空気口９８は、直径を、例えば、ほぼ０．０１、０．０３、０．０５、０．１、０．１５又は０．２０インチにすることができる。空気は更に、方向線１０４で示されるように、軸方向５２に複数の空気出口１０２を通って燃焼域３８に進むことができる。すなわち、空気出口１０２は空気を燃焼室１６の燃焼域３８の中へ直接押し出す（例えば、空気出口１０２は空気を全体として燃料ノズル１０２から噴出させる）。空気出口１０２は直径を、例えば、ほぼ０．０５、０．１、０．１５、０．２、０．２５又は０．３インチにすることができる。
【００２７】
従って、燃料ノズル１２は、入口７０、入口９２、管６４、及び共振器６８に囲まれた出口１０２を除いて、完全に封止することのできる密閉箱を画成することができる。また更に、分割板７６は、密閉箱全体の中に２つの別々の密閉箱（例えば、燃料隔室７２及び空気隔室７８）を画成することができ、また共振器は下流側密閉箱（例えば、空気隔室７８）の中に副密閉箱（例えば、空洞１１０）を画成する。
【００２８】
前に述べたように、燃料ノズル１２内に収容された共振器６８は、燃焼プロセスによって引き起こされた音響振動を減衰させるように動作することができ、これは混合管６４内での空気及び燃料の圧力変動によって影響されることがある。この態様では、タービン・システム１０内の部品又はサブシステムの１つ以上の固有周波数で振動することによってタービン・システム１０の性能及び寿命を低下させるような特定の周波数での変動は、減衰させ又は除去することさえもできる。音響振動は燃料ノズル１２の下流側の板８８付近で最大になることがある。従って、燃焼室３８内の圧力振動の場所に近接近させるように、音響共振器６８を燃料ノズル１２の空気隔室７８内に配置することが有益なことがある。このような場合、共振器６８は、燃料ノズル１２の下流側端部に隣接して空気隔室７８内に配置される。更に、空気隔室内に共振器６８を配置することによって、共振器６８は燃焼器１６への燃料空気混合物の流れを損なわない。
【００２９】
共振器６８は、上流側の板１０６と、共振器空洞１１０を形成するために下流側の板８８に接合できる少なくとも１つの側板１０８とを含むことができる。上流側の板１０６は、下流側の板８８と平行に半径方向５３に延在することができ、またその幅を、例えば、ほぼ０．２、０．４、０．６、０．８、１．０、１．２、１．４、１．６、１．８又は２．０インチにすることができる。側板１０８は、下流側の板８８から上流側の板１０６まで、例えば、ほぼ０．５、１、１．５、２、２．５又は３インチの距離にわたって軸方向５２に延在することができる。従って、下流側の板８８及び上流側の板１０６は平行であり、他方、側板１０８は空洞１１０の周辺に沿って横方向に延在することができる。また更に、特定の実施形態では、板１０６は円板の形状にすることができ、側板は環状の形状にすることができ、及び／又は空洞１１０は円筒形とすることができる。
【００３０】
共振器６８は、圧力振動（例えば、空気、燃料、燃焼など）を減衰させるために共振器空洞１１０を含み、また燃料ノズル１２の下流側端部に沿って空気出口１０２を介して燃焼域３８の中へ直接に空気を流れさせる。すなわち、混合管６４内の空気及び燃料の圧力変動（例えば、振動）に起因して、不均一な燃料／空気混合物が燃焼器室３８に伝達されることがある。この燃料／空気混合物が燃焼するとき、空気が出口１０２を介して空洞１１０の中へ押し込まれて、空洞１１０の内部の圧力を増大させ、同時に燃焼室３８内の振動を減少させることができる。この態様では、圧力振動は音響圧力波を形成することができない。圧力振動がもはや発生されないとき（例えば、燃料／空気混合物の変動が減少するとき）、空洞１１０内の増大した圧力が、空洞１１０内の圧力を燃焼域３８の圧力と等しくするように空気出口１０２を介して空気を強制的に戻す。このプロセスは、減衰により圧力振動を減少させるように繰り返して、これにより、発生される音響振動をより少なくし又は全く無くすことができる。このようにして、共振器６８は、変動する燃料／空気混合物の燃焼によって引き起こされる圧力振動のエネルギを散逸させる。
【００３１】
また更に、このプロセスは、共振器６８を同調させることによって、すなわち、共振器６８の共振周波数を燃焼域３８内で発生される振動に整合させることによって、最適化することができる。これは、空気取入れ口９８及び空気出口１０２の寸法、空気取入れ口９８及び空気出口１０２の数、空洞１１０のジオメトリイ（例えば、形状）、及び／又は空洞１１０の容積を変えることによって達成することができる。空洞１１０の容積は、上流側の板１０６及び／又は側板１０８の長さを変えることによって調節することができる。同調(tuning)は燃焼域３８で発生される圧力振動に基づくものであってよい。このような圧力振動は、燃焼すべき燃料（例えば、合成天然ガス、代替天然ガス、天然ガス、水素など）、混合管６４の数、混合管の直径６６、混合管の長さ、混合管を出て行く流体の燃料／空気比、燃料／空気混合物が燃焼域３８に入る速度などのような、多数の因子に応じて変わり得る。これらの因子に基づいて、共振器６８は、所与の燃焼域３８で発生される振動を打ち消すように具現化することができる。図６〜図８を参照して以下に説明するように他の構成の共振器６８を利用することができる。
【００３２】
図６は、図５の円弧状の線６−６の内側に示されているような共振器６８の縦断面図を例示する。共振器６８は、図５について述べたように、空気取入れ口９８、空気出口１０２、上流側の板１０６、及び側板１０８を含むことができる。空気取入れ口９８は共振器６８上に半径方向５３に整列していて、空気を方向線１００に沿って空洞１１０の中へ軸方向５２に通すことができ、他方、空気出口１０２は、方向線１０４によって示されているように、空気を空洞１１０から燃焼域３８へ通すことができる。加えて、共振器６８は、側板１０８に追加の空気取入れ口１１２を含むことができる。これらの追加の空気取入れ口１１２は、空気取入れ口９８と同じ寸法を持つことができる。
【００３３】
図７は、図５の円弧状の線６−６の内側に示されているような共振器６８の縦断面図を例示する。共振器６８は、図５及び図６について前に述べたのと同様に、空気取入れ口９８、空気出口１０２、上流側の板１０６、側板１０８、及び追加の空気取入れ口１１２を含むことができる。更に、共振器６８は、１つ以上の分割板１１４を含むことができる。これらの分割板１１４は、空洞１１８から空洞１１６を流体封止し且つ空洞１２０から空洞１１８を流体封止するように作用することができる。従って、空気取入れ口９８及び追加の空気取入れ口１１２は、方向線１２２、１２４及び１２６に沿ってそれぞれ空洞１６、１１８及び１２０の中へ独立に空気を軸方向５２に通すことができる。同様に、空気出口１０２は、方向線１２８、１３０及び１３２によって示されるように、それぞれ空洞１６、１１８及び１２０から燃焼域３８の中へ独立に空気を通すことができる。
【００３４】
前に述べたように、分割板１１４は共振器６８を複数の空洞１１６、１１８及び１２０に分割することができる。ここで、共振器６８は１つ以上の分割板１１４を使用することによって任意の数の空洞に分割できることに留意されたい。一実施形態では、空洞１１６、１１８及び１２０は異なる容積にすることができる。例えば、空洞１１６の容積は、空洞１１８の容積のほぼ２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％又は８０％とすることができ、また空洞１１８の容積は、空洞１２０の容積のほぼ２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％又は８０％とすることができる。更に別の例では、空洞１１６、１１８及び１２０は共振器６８の全容積に対する比率で漸進的に大きくなる容積、例えば、１２．５％、３７．５％及び５０％の容積を持つことができる。この態様では、共振器６８は、燃焼域３８で発生される燃焼圧力振動の複数の周波数帯域を散逸するように同調させることができる。すなわち、各空洞１１６、１１８及び１２０は異なる周波数の音響波を散逸させることができる。図７の矩形形状の空洞１１６、１１８及び１２０に加えて、各空洞１１６、１１８及び１２０は、半円筒形又は板８８、１０６及び１０８によって画成される円筒形容積の一部分とすることができる。
【００３５】
図８は、図５の円弧状の線６−６の内側に示されているような共振器６８の縦断面図を例示する。共振器６８は複数の共振器部分１３４、１３６及び１３８を含むことができる。共振器部分１３４、１３６及び１３８の各々は個別の空洞共振器として機能することができる。従って、共振器部分１３４、１３６及び１３８はそれぞれ共振器空洞１４０、１４２及び１４４を含む。また更に、共振器部分１３４、１３６及び１３８は、図５について前に述べたように、空気取入れ口９８、空気出口１０２、上流側の板１０６、及び側板１０８を含むことができる。空気取入れ口９８は、空気を方向線１４６、１４８及び１５０に沿って空洞１４０、１４２及び１４４の中へ軸方向５２に通すことができ、また空気出口１０２は、方向線１５２、１５４及び１５６によって示されているように、空気を空洞１４０、１４２及び１４４から燃焼域３８の中へ通すことができる。それに加えて、共振器部分１３４、１３６及び１３８の１つ以上は、図５、図６及び図７について前に述べたものと同様な追加の空気入口１１２を含むことができる。
【００３６】
更に、空洞１４０、１４２及び１４４は異なる容積のものとすることができる。例えば、空洞１４０の容積は、空洞１４２の容積のほぼ２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％又は８０％とすることができ、また空洞１４２の容積は、空洞１４４の容積のほぼ２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％又は８０％とすることができる。更に別の例では、空洞１４０、１４２及び１４４は共振器６８の全容積に対する比率で漸進的に大きくなる容積、例えば、１２．５％、３７．５％及び５０％の容積を持つことができる。この態様では、共振器６８は、燃焼域３８で発生される様々な周波数を散逸するように同調させることができる。すなわち、各空洞１４０、１４２及び１４４並びに各共振器部分１３４、１３６及び１３８は異なる周波数の音響波を散逸させることができる。図８の矩形形状の空洞１４０、１４２及び１４４に加えて、各空洞１４０、１４２及び１４４は、半円筒形又は板８８、１０６及び１０８によって画成される円筒形容積の一部分とすることができる。円筒形形状の空洞１４０、１４２及び１４４は、例えば、互いに隣接した異なる長さの円筒体であってよい。この代わりに、円筒形形状の空洞１４０、１４２及び１４４は、例えば、複数のリング上の室を画成するように同心に整列させることができる。
【００３７】
本明細書は、最良の実施形態を含めて、本発明を開示するために、また当業者が任意の装置又はシステムを作成し使用し、任意の採用した方法を遂行すること含めて、本発明を実施することができるようにするために、様々な例を使用した。本発明の特許可能な範囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの記載から実質的に差異のない構造的要素を持つ場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３８】
１０  タービン・システム
２０  排気出口
２２  シャフト
３０  タービン羽根
３２  圧縮機の羽根
３４  端部カバー
３６  燃焼器キャップ組立体
３８  燃焼室
４０  流れスリーブ
４２  燃焼器ライナー
４４  中空の環状空間
４６  遷移部分
４８  方向線
４９  直径
５０  面
５１  円周方向
５２  軸方向
５３  半径方向
５４  外周
５５  内側部分
５６  直径
５８  内径
６０  外径
６２  内径
６４  混合管
６６  直径
６８  音響共振器
７０  燃料通路
７２  燃料プレナム
７４  流れの方向
７６  分割板
７８  空気隔室
８０  方向線
８２  方向線
８４  燃料口
８６  方向矢印
８８  下流側の板
９０  方向矢印
９２  空気入口
９４  線
９６  線
９８  空気取入れ口
１００  方向線
１０２  空気出口
１０４  方向線
１０６  上流側の板
１０８  側板
１１０  空洞
１１２  空気取入れ口
１１４  分割板
１１６  空洞
１１８  空洞
１２０  空洞
１２２  方向線
１２４  方向線
１２６  方向線
１２８  方向線
１３０  方向線
１３２  方向線
１３４  共振器部分
１３６  共振器部分
１３８  共振器部分
１４０  空洞
１４２  空洞
１４４  空洞
１４６  方向線
１４８  方向線
１５０  方向線
１５２  方向線
１５４  方向線
１５６  方向線
【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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