(57)【要約】【課題】燃焼システム内の燃焼ダイナミックスのモード結合を低減する。【解決手段】システムは、第１の燃焼器と第２の燃焼器とを含むガスタービンエンジンを含む。第１の燃焼器は、第１の燃焼器の第１のヘッド端室内に配置された第１の燃料ノズルを含む。第１の燃料ノズルは、第１の燃焼器の第１の燃焼室内に燃料を噴射するように構成された第１のオリフィスを含む。第２の燃焼器は、第２の燃焼器の第２のヘッド端室内に配置された第２の燃料ノズルを含む。第２の燃料ノズルは、第２の燃焼器の第２の燃焼室内に燃料を噴射するように構成された第２のオリフィスを含む。第２の燃焼器はまた、第２のオリフィスの上流側の燃料通路に配置された第２のオリフィス板を含む。第２のオリフィス板は、第１の燃焼器と第２の燃焼器との間のモード結合を低減するのを補助するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記第１の燃焼器（１２）の第１のヘッド端室（５１）内に配置された第１の燃料ノズルであって、前記第１の燃焼器（１２）の第１の燃焼室（１９）内に燃料（４）を噴射するように構成された第１のオリフィスを備える前記第１の燃料ノズルを備える第１の燃焼器（１２）と、
前記第２の燃焼器（１２）の第２のヘッド端室（５１）内に配置された第２の燃料ノズルであって、前記第２の燃焼器（１２）の第２の燃焼室（１９）内に前記燃料（４）を噴射するように構成された第２のオリフィスを備える前記第２の燃料ノズルと、
前記第２のオリフィスの上流側の燃料通路（５）に配置された第２のオリフィス板（１３）であって、前記第１の燃焼器（１２）と前記第２の燃焼器（１２）との間のモード結合を低減するのを補助するように構成される前記第２のオリフィス板（１３）と
を備える第２の燃焼器（１２）と
を備えるガスタービンエンジンを備える、システム。
【請求項２】
前記第２のオリフィスが、内側ベーンパックオリフィス、外側ベーンパックオリフィス、パイロットオリフィス、拡散オリフィスの少なくとも１つ、またはこれらの任意の組み合わせを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のオリフィスの上流側の燃料通路（５）に配置された第１のオリフィス板（１３）を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のオリフィス板（１３）の第１の有効オリフィス面積が、前記第２のオリフィス板（１３）の第２の有効オリフィス面積と異なる、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１のオリフィス板（１３）が、前記第２のオリフィス板（１３）に対して少なくとも１つの相違点を有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの相違点が、前記第１の燃焼器（１２）と前記第２の燃焼器（１２）との間のモード結合を低減するのを補助するように構成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のオリフィス板（１３）が、前記第１の燃焼器（１２）における第１の燃焼ダイナミックスを少なくとも部分的に制御するように構成され、
前記第２のオリフィス板（１３）が、前記第２の燃焼器（１２）における第２の燃焼ダイナミックスを少なくとも部分的に制御するように構成され、
前記第１のオリフィス板（１３）と前記第２のオリフィス板（１３）との間の前記少なくとも１つの相違点により、前記第１の燃焼ダイナミックスと前記第２の燃焼ダイナミックスとの間に差が生じる、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの相違点が、前記第１のオリフィス板（１３）と前記第２のオリフィス板（１３）との間の、異なるオリフィス直径、異なるオリフィス形状、異なるオリフィス数、オリフィスの異なる幾何学的配置、または、隣接するオリフィス間の異なる距離の少なくとも１つ、またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２のオリフィス板（１３）が、前記第２の燃焼器（１２）の外側に前記第２の燃焼器（１２）の第２の端カバーに隣接して配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
第１の複数の第１の燃焼器（１２）と、
第２の複数の第２の燃焼器（１２）であって、前記第１および第２の複数の燃焼器（１２）が、前記第１の複数の第１の燃焼器（１２）と前記第２の複数の第２の燃焼器（１２）との間のモード結合を低減するのを補助するように所定のパターンで配設される第２の複数の第２の燃焼器（１２）と
を備える、請求項１に記載のシステム
【請求項１１】
前記第１の燃焼器（１２）が、前記第１の燃焼器（１２）の前記第１のヘッド端室（５１）内に配置された第３の燃料ノズルであって、前記第１の燃焼器（１２）の前記第１の燃焼室（１９）内に燃料（４）を噴射するように構成された第３のオリフィスを備える前記第３の燃料ノズルと、
前記第３のオリフィスの上流側の前記燃料通路（５）に配置された第３のオリフィス板（１３）であって、前記第１の燃焼器（１２）と前記第２の燃焼器（１２）との間のモード結合を低減するのを補助するように構成される前記第３のオリフィス板（１３）とを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の燃焼器（１２）の第１のヘッド端室（５１）内に配置された第１の燃料ノズルであって、前記第１の燃焼器（１２）の第１の燃焼室（１９）内に燃料（４）を噴射するように構成された第１のオリフィスを備える前記第１の燃料ノズルと、
前記第１のオリフィスの上流側の燃料通路（５）に配置された第１のオリフィス板（１３）であって、前記第１の燃焼器（１２）における第１の燃焼ダイナミックスを少なくとも部分的に制御するように構成される前記第１のオリフィス板（１３）と
を備える第１の燃焼器（１２）
を備えるシステム。
【請求項１３】
前記第１のオリフィス板（１３）が、前記燃料通路（５）を通る、燃料流量、燃料速度の少なくとも１つ、またはこれらの任意の組み合わせを少なくとも部分的に制御するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
第２の燃焼器（１２）を備えるシステムであって、
前記第２の燃焼器（１２）が、
前記第２の燃焼器（１２）の前記第２のヘッド端室（５１）内に配置された第２の燃料ノズルであって、前記第２の燃焼器（１２）の前記第２の燃焼室（１９）内に前記燃料（４）を噴射するように構成された第２のオリフィスを備える前記第２の燃料ノズルと、
前記第２のオリフィスの上流側の前記燃料通路（５）に配置された第２のオリフィス板（１３）であって、前記第１の燃焼ダイナミックスに対して前記第２の燃焼ダイナミックスを変化させるために、前記第１のオリフィス板（１３）と前記第２のオリフィス板（１３）が少なくとも１つの相違点を有する、前記第２のオリフィス板（１３）と
を備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１の燃焼器（１２）が、前記第１の燃焼器（１２）の前記第１のヘッド端室（５１）内に配置された第３の燃料ノズルであって、前記第１の燃焼器（１２）の前記第１の燃焼室（１９）内に燃料（４）を噴射するように構成された第３のオリフィスを備える前記第３の燃料ノズルと、
前記第３のオリフィスの上流側の前記燃料通路（５）に配置された第３のオリフィス板（１３）であって、前記第１の燃焼器（１２）における第１の燃焼ダイナミックスを少なくとも部分的に制御するように構成される前記第３のオリフィス板（１３）と
を備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
第１の燃焼器（１２）の前記第１のヘッド端室（５１）内に配置された第１の燃料ノズルの第１のオリフィスから前記第１の燃焼器（１２）の第１の燃焼室（１９）内に燃料（４）を噴射することと、
第２の燃焼器（１２）の第２のヘッド端室（５１）内に配置された第２の燃料ノズルの第２のオリフィスから前記第２の燃焼器（１２）の第２の燃焼室（１９）内に前記燃料（４）を噴射することと、
前記第２のオリフィスの上流側の前記燃料通路（５）に配置された第２のオリフィス板（１３）を用いて、前記第２の燃焼器（１２）における第２の燃焼ダイナミックスを制御することであって、前記第２のオリフィス板（１３）が、前記第１の燃焼器（１２）と前記第２の燃焼器（１２）との間のモード結合を低減するのを補助するように構成される、前記制御することと
を含む方法。
【請求項１７】
前記第１のオリフィスの上流側の前記燃料通路（５）に配置された第１のオリフィス板（１３）を用いて、前記第１の燃焼器（１２）における第１の燃焼ダイナミックスを制御することであって、前記第１のオリフィス板（１３）が、前記第１の燃焼器（１２）と前記第２の燃焼器（１２）との間のモード結合を低減するのを補助するように構成される、前記制御することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の燃焼器（１２）と前記第２の燃焼器（１２）との間のモード結合を低減するために、前記第２のオリフィス板（１３）との少なくとも１つの相違点を有する前記第１のオリフィス板（１３）を設けることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の燃焼器（１２）の前記第１のヘッド端室（５１）内に配置された第３の燃料ノズルの第３のオリフィスから前記第１の燃焼器（１２）の前記第１の燃焼室（１９）内に前記燃料（４）を噴射することと、
前記第３のオリフィスの上流側の前記燃料通路（５）に配置された第３のオリフィス板（１３）を用いて、前記第１の燃焼器（１２）における第１の燃焼ダイナミックスを制御することであって、前記第３のオリフィス板（１３）が、前記第１の燃焼器（１２）と前記第２の燃焼器（１２）との間のモード結合を低減するのを補助するように構成される、前記制御することと
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のオリフィス板（１３）、前記第２のオリフィス板（１３）、および前記第３のオリフィス板（１３）を使用して、前記第１の燃焼器（１２）への第１の全燃料流れを前記第２の燃焼器（１２）への第２の全燃料流れの範囲に維持することを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の主題は、一般にガスタービンシステムに関し、より詳細には、燃焼ダイナミックスを制御するためのシステムおよび方法、より具体的には、燃焼ダイナミックスのモード結合を低減するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムは、一般に、圧縮機セクションと、燃焼器セクションと、タービンセクションとを有するガスタービンエンジンを含む。燃焼器セクションは、各燃焼器内部の燃焼室内に燃料および酸化剤（例えば、空気）を噴射するように構成された燃料ノズルを備えた１つまたは複数の燃焼器（例えば、燃焼缶）を含み得る。各燃焼器では、燃料と酸化剤との混合物が燃焼して高温燃焼ガスを発生し、次いで、高温燃焼ガスがタービンセクション内の１つまたは複数のタービン段に流入してタービン段を駆動する。各燃焼器は、燃焼器の音響振動が（熱放出の振動成分としても知られる）火炎ダイナミックスと相互作用するときに生じ、燃焼器内に自律圧力振動をもたらす、燃焼ダイナミックスを発生する場合がある。燃焼ダイナミックスは、多数の離散周波数でまたは周波数域にわたって生じる可能性があり、それぞれの燃焼器に対して上流側と下流側の両方へ移動することができる。例えば、圧力波および／または音波は、タービンセクション内に（例えば、１つまたは複数のタービン段を通って）下流側へ移動するかまたは燃料システム内に上流側へ移動することができる。下流側のタービンセクションのある構成要素は、詳細には個々の燃焼器により発生する燃焼ダイナミックスが互いに同相でコヒーレントな関係を呈しかつ構成要素の固有周波数もしくは共振周波数のまたはその近傍の周波数を有する場合に、潜在的に燃焼ダイナミックスに応答する可能性がある。本明細書で述べる場合、「コヒーレンス」は、２つの動的信号間の線形関係の強さを指す場合があり、動的信号間の周波数の重なりの程度によって強く影響され得る。燃焼ダイナミックスの文脈において、「コヒーレンス」とは、燃焼システムが呈するモード結合、すなわち燃焼器同士の音響相互作用を示す尺度である。よって、タービンシステム内の構成要素の何らかの不所望の共振応答（例えば、共振挙動）の可能性を低減するために、燃焼ダイナミックス、および／または燃焼ダイナミックスのモード結合を制御する必要性がある。
【発明の概要】
【０００３】
最初に特許請求された発明の範囲内にある実施形態について以下で要約する。これらの実施形態は、特許請求した発明の範囲を限定することを意図するものではなく、むしろそれらの実施形態は、本発明の実施可能な形態の簡潔な概要を示すことのみを意図している。実際、本発明は、以下に述べる実施形態と同様または異なる種々の形態を包含することができる。
【０００４】
第１の実施形態において、システムは、第１の燃焼器と第２の燃焼器とを含むガスタービンエンジンを含む。第１の燃焼器は、第１の燃焼器の第１のヘッド端室内に配置された第１の燃料ノズルを含む。第１の燃料ノズルは、第１の燃焼器の第１の燃焼室内に燃料を噴射するように構成された第１のオリフィスを含む。第２の燃焼器は、第２の燃焼器の第２のヘッド端室内に配置された第２の燃料ノズルを含む。第２の燃料ノズルは、第２の燃焼器の第２の燃焼室内に燃料を噴射するように構成された第２のオリフィスを含む。第２の燃焼器はまた、第２のオリフィスの上流側の燃料通路に配置された第２のオリフィス板を含む。第２のオリフィス板は、第１の燃焼器と第２の燃焼器との間のモード結合を低減するのを補助するように構成される。
【０００５】
第２の実施形態において、システムは、第１の燃焼器の第１のヘッド端室内に配置された第１の燃料ノズルを含む第１の燃焼器を含む。第１の燃料ノズルは、第１の燃焼器の第１の燃焼室内に燃料を噴射するように構成された第１のオリフィスを含む。第１の燃焼器はまた、第１のオリフィスの上流側の燃料通路に配置された第１のオリフィス板を含む。第１のオリフィス板は、第１の燃焼器における第１の燃焼ダイナミックスを少なくとも部分的に制御するように構成される。
【０００６】
第３の実施形態において、方法は、第１の燃焼器の第１のヘッド端室内に配置された第１の燃料ノズルの第１のオリフィスから第１の燃焼器の第１の燃焼室内に燃料を噴射することと、第２の燃焼器の第２のヘッド端室内に配置された第２の燃料ノズルの第２のオリフィスから第２の燃焼器の第２の燃焼室内に燃料を噴射することと、第２のオリフィスの上流側の燃料通路に配置された第２のオリフィス板を用いて、第２の燃焼器における第２の燃焼ダイナミックスを制御することとを含み、第２のオリフィス板が、第１の燃焼器と第２の燃焼器との間のモード結合を低減するのを補助するように構成される。
【０００７】
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様および利点は、図面全体を通して類似の符号が類似の部分を表す添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むとき、より良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】下流側の構成要素における不所望の振動応答の可能性を低減するために燃焼ダイナミックスおよび／または燃焼ダイナミックスのモード結合を制御するように構成されたオリフィス板を備えた複数の燃焼器を有するガスタービンシステムの実施形態の概略図である。
【図２】燃焼器が下流側の構成要素における不所望の振動応答の可能性を低減するために燃焼ダイナミックスおよび／または燃焼ダイナミックスのモード結合を制御するように構成されたオリフィス板を有する、図１の燃焼器のうちの１つの実施形態の断面概略図である。
【図３】燃焼器が下流側の構成要素における不所望の振動応答の可能性を低減するために燃焼ダイナミックスおよび／または燃焼ダイナミックスのモード結合を制御するように構成された少なくとも１つのオリフィス板を有する、図１の燃焼器のうちの１つの部分の実施形態の概略図である。
【図４】下流側の構成要素における不所望の振動応答の可能性を低減するために燃焼ダイナミックスおよび／または燃焼ダイナミックスのモード結合を制御するように構成されたオリフィス板を各々備えた複数の燃焼器を有するガスタービンシステムの実施形態の概略図である。
【図５】下流側の構成要素における不所望の振動応答の可能性を低減するために燃焼ダイナミックスおよび／または燃焼ダイナミックスのモード結合を制御するように所定のパターンで配設された第１の複数の第１の燃焼器と第２の複数の第２の燃焼器とを有するガスタービンシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の１つまたは複数の具体的な実施形態を以下に説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、本明細書では、実際の実施態様の特徴全てを説明しているわけでない。かかる実際の実施態様の開発においては、あらゆる工学または設計プロジェクトと同様に、実施態様毎に異なり得る（システム関連およびビジネス関連の制約の遵守などの）開発者の具体的目標を達成するために、多数の実施態様特有の決定を下さなければならないことを理解されたい。加えて、このような開発努力は、複雑かつ時間を要するものであり得るが、本開示の利益を享受する当業者にとっては設計、製作、および製造の通常の取り組みとなるであろうことを理解されたい。
【００１０】
本発明の種々の実施形態の要素を導入する場合に、冠詞「ａ（１つの）」、「ａｎ（１つの）」、「ｔｈｅ（その）」および「ｓａｉｄ（前記）」は、１つまたは複数の要素が存在することを意味することが意図される。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」および「ｈａｖｉｎｇ（有する）」は、包含的であることが意図され、列挙された要素以外に追加の要素が存在してもよいことを意味する。
【００１１】
本開示の実施形態は、１つまたは複数のタービン燃焼器の幾何学的構造を変化させる（例えば、燃料ノズルの上流側の燃料通路にオリフィス板を配置する）ことによりガスタービンシステム内の下流側の構成要素における不所望の振動応答を低減するために、燃焼ダイナミックスおよび／または燃焼ダイナミックスのモード結合を低減することを対象とする。本明細書で使用する場合、「オリフィス板」は、オリフィス板を通る流体の流れを制限する、１つまたは複数の孔（すなわち、オリフィス）が貫通する板として定義することができる。ガスタービン燃焼器（または燃焼器組立体）は、燃焼プロセス、燃焼器内への吸入流体流れ（例えば、燃料、酸化剤、希釈剤など）の特性、および種々の他の要因に起因して燃焼ダイナミックスを発生する場合がある。燃焼ダイナミックスは、圧力変動、脈動、振動、および／またはある周波数の波として特徴付けることができる。吸入流体流れの特性は、速度、圧力、速度および／または圧力の変動、流体通路のばらつき（例えば、曲折、形状、途切れなど）、またはこれらの任意の組み合わせを含み得る。集合的に、燃焼ダイナミックスは、燃焼器から下流側の種々の構成要素における振動応答および／または共振挙動を潜在的に引き起こす可能性がある。例えば、（例えば、ある周波数、周波数域、振幅などの）燃焼ダイナミックスは、ガスタービンシステム内で下流側へ移動することができる。下流側の構成要素が、それらの圧力変動（例えば、燃焼ダイナミックス）により駆動される固有周波数または共振周波数を有する場合、圧力変動は、振動、応力、疲労などを潜在的に引き起こす可能性がある。構成要素は、タービンノズル、タービンブレード、タービンシュラウド、タービンホイール、軸受、またはこれらの任意の組み合わせを含み得る。下流側の構成要素は、同相でコヒーレントな燃焼トーンにより敏感であるので、特に重要である。したがって、具体的には、コヒーレンスを低減することにより、下流側の構成要素における不所望の振動の可能性を低減する。
【００１２】
以下に詳細に述べるように、本開示の実施形態は、燃焼器内の種々の燃料回路への燃料の分配を修正するために、燃料ノズルの上流側の燃料通路に配置されたオリフィス板を１つまたは複数のガスタービンエンジンに備え得る。燃料回路は、燃焼器のヘッド端に１つまたは複数の燃料ノズルを含み得る。特に、オリフィス板は、別の燃焼器に比べて個々の燃焼器の燃料配分を変えることができ、それにより、ヘッド端における所与の燃料ノズルへの燃料流れを変える。所与の燃料ノズルまたは燃料ノズル群への燃料流量の差から生じる燃料ノズル圧力比および／または当量比の変化は、各燃焼器における燃焼不安定性周波数および／または振幅に直接影響を与え得る。１つまたは複数の燃焼器における燃焼ダイナミックス周波数が他の燃焼器の燃焼ダイナミックス周波数から遠ざけられるにつれて、コヒーレンス、ひいては燃焼ダイナミックスのモード結合が低減される。その結果、本発明の種々の実施形態は、下流側の構成要素において振動応答を引き起こす燃焼器トーンの能力を低減することができる。
【００１３】
本開示の実施形態は、複数のガスタービン燃焼器の間のオリフィス板の構成を変化させることができ、それにより、燃焼ダイナミックス振幅および／または複数のガスタービン燃焼器の間の燃焼ダイナミックスのモード結合を低減するようにして燃焼器毎の燃焼ダイナミックスを変化させる。例えば、オリフィス板の構成により引き起こされる燃料配分の変化は、燃料配分、ひいては、燃焼ダイナミックス周波数に燃焼器毎のばらつきを生じさせ得、それにより、詳細にはガスタービンシステムの構成要素の共振周波数と同調する周波数において、燃焼器のモード結合の可能性を低減する。したがって、複数のガスタービン燃焼器のオリフィス板の有効オリフィス面積を変更することにより、燃焼器毎に周波数をずらすことができ、モード結合を妨げる。換言すれば、複数のガスタービン燃焼器における周波数の類似性を低減することにより、コヒーレンスを低減することができる。
【００１４】
よって、ガスタービンエンジンは、燃焼器の燃料配分を変えるために様々なオリフィス板の構成を用いることができ、それにより、燃焼器の燃焼ダイナミックスを変え、ひいては、燃焼器における燃焼ダイナミックスにより引き起こされるガスタービンシステム構成要素における不所望の振動応答を緩和する。例えば、各ガスタービン燃焼器のオリフィス板の幾何学的構造は、１つまたは複数の角度付き面、湾曲面（例えば、凹面、凸面、一定曲率、または種々の曲率）、平坦面、凹部、突起、多角形面（例えば、三角形面、五角形面、六角形面、または四角形面）、段差面もしくはジグザグ面、屈曲面、不規則な面（例えば、不均一面、凸凹面、または非対称面、波状面、ギザギザ面、尖面、鋸歯状の面）、またはこれらの任意の組み合わせを含み得る。しかしながら、一部の実施形態では、タービン燃焼器の少なくとも一部（例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、もしくは１０）または全てが、異なる角度付きオリフィス板、異なる湾曲状オリフィス板、異なる平坦状オリフィス板、異なるオリフィス構成、またはこれらの任意の組み合わせなどの、異なるオリフィス板を有する。一部の実施形態において、異なる燃焼器に供給する燃料ラインにおけるオリフィス板のオリフィス間の幾何学的特性（例えば、高さ、幅、深さ、長さ、角度、角度特性、曲率半径、幾何学的特徴の向きなど）は、異なるものとすることができる。詳細には、一部の実施形態では、異なる燃焼器に関連付けられた燃焼器のオリフィス板は、異なる幾何学的形状、異なる幾何学的特性、異なる幾何学的配置のいずれか１つ、またはこれらの任意の組み合わせを有し得る。
【００１５】
よって、１つまたは複数の種々のオリフィス板を有する１つまたは複数の燃焼器を用いた本開示の実施形態は、１つまたは複数の燃焼器の燃料配分を変化させるのを補助し、それにより、各燃焼器内および隣接するまたは隣接しない燃焼器の間の燃焼ダイナミックスを変化させる。本開示の実施形態の使用は、燃焼器のモード結合を緩和するのを補助し、これにより、燃焼器から下流側の構成要素および燃焼器自体における不所望の振動応答の可能性を低減する。例えば、他の燃焼器の１つまたは複数に比べて異なる幾何学的構造（例えば、異なる幾何学的形状、幾何学的特性、または幾何学的配置）のオリフィス板を燃料供給ラインに備えた１つまたは複数の燃焼器を提供することにより、燃焼器毎の異なる燃料配分を提供することができ、それにより、燃焼器毎の燃焼器ダイナミックスを変え、ガスタービンシステムの燃焼器のコヒーレントな挙動の可能性を低減する。
【００１６】
前述の内容を念頭に置いて、図１は、複数の燃焼器１２を有するガスタービンシステム１０の実施形態の概略図であり、この図では、１つまたは複数の燃焼器１２が、少なくとも１つの他の燃焼器１２の燃焼器オリフィス板１３と異なる構成および／または幾何学的構造を有する燃焼器オリフィス板１３を備えている。ある実施形態では、全ての燃焼器１２が燃焼器オリフィス板１３を有するとは限らないことに留意すべきである。以下に述べるように、オリフィス板１３は、燃焼器１２に燃料４を搬送する燃料通路５に配置することができる。以下の記述において、燃料通路５は、燃料４が燃焼されるように最終的に燃焼器１２内に噴射される場所へ燃料４が移動するときに、燃料４がたどる通路の全てまたは任意の部分を指す場合がある。ある実施形態において、追加のオリフィス板１３は、燃焼器１２のヘッド端における燃料ノズルに燃料を供給する１つまたは複数の燃料回路に配置することができる。上述したように、各オリフィス板１３は、オリフィス板１３を通る燃料４の流れを制限する、１つまたは複数の孔（すなわち、オリフィス）を含む。各オリフィス板１３における孔は、オリフィス板１３の前後の所与の差圧に対してオリフィス板１３を通る流体（例えば、燃料４）の質量流れを決定するオリフィス板１３の有効オリフィス面積を集合的に画定する。オリフィス板１３の有効オリフィス面積は、燃料４が通過する総合面積であり、流れ係数または吐出係数を乗算したオリフィス板１３の孔の総面積として算出することができる。流れ係数は、オリフィス板１３を通る実際と理論の最大流れの比を表し得る。
【００１７】
図１に示す燃焼器１２のうちの１つまたは複数において、オリフィス板１３は、特定の燃焼器１２における燃焼ダイナミックスを変更し、それにより、燃焼器１２の下流側の構成要素における何らかの不所望の振動応答を低減するのを補助するように構成された構成を有し得る。例えば、オリフィス板の構成は、オリフィス板の幾何学的オリフィス面積または有効オリフィス面積のいずれかを変更し、それにより、燃料回路を通る流れおよび最終的には燃焼器における燃料配分を変更し、所与の燃焼器１２により発生する燃焼ダイナミックスの振幅および周波数を最終的に変える幾何学的特徴を含み得る。加えて、本開示の実施形態は、複数の燃焼器１２の間の燃焼ダイナミックスの何らかのモード結合を低減または回避するのを補助し、それにより、複数の燃焼器１２の下流側のガスタービン構成要素の何らかの不所望の振動応答を低減するのを補助するために、複数の燃焼器１２間のオリフィス板１３の幾何学的構造を変化させることができる。例えば、本開示の実施形態は、複数の燃焼器１２の間のオリフィス板１３の、幾何学的形状（例えば、角度付き、湾曲状、段状、凹状、凸状、または平坦状）、幾何学的特性（例えば、高さ、幅、深さ、長さ、角度、角度特性、曲率半径、オリフィス間の距離）、幾何学的配置（例えば、規則的、不規則など）、またはこれらの任意の組み合わせを変化させることができる。その結果、燃焼器１２の間のオリフィス板１３の不均一な幾何学的構成は、燃焼ダイナミックス周波数を燃焼器１２毎に変化させるのを補助することができる。したがって、複数の燃焼器１２により発生する燃焼ダイナミックスは、ガスタービンシステム１０内において不所望の振動応答を潜在的に引き起こし得るコヒーレントな挙動をもたらす可能性が低い。
【００１８】
図示の実施形態において、タービンシステム１０は、１つまたは複数の燃焼器１２が燃料通路５に配置された１つまたは複数のオリフィス板１３を備えた、複数の燃焼器１２（例えば、１２ａおよび１２ｂ）を有する。このオリフィス板１３は、オリフィス板１３に存在するオリフィスの、数、配置、直径、形状、全有効オリフィス面積、またはこれらの任意の組み合わせなどが燃焼器１２によって異なり得る。このようにして、隣接するオリフィス板１３の幾何学的配置を変化させることができ、それにより、燃焼器のモード結合、ひいては、下流側の構成要素における何らかの不所望の振動応答を低減する。一部の実施形態では、オリフィス板１３の幾何学的構造については、幾何学的形状、幾何学的特性、および／または幾何学的配置を燃焼器１２毎に変えることができる。ある実施形態において、オリフィス板１３は、各燃焼器１２で異ならず、および／または各燃焼器１２は、燃焼器１２に燃料４を提供する燃料回路に配置されるオリフィス板１３を有さない。本開示の実施形態において、燃焼器１２のサブセットまたは群の１つまたは複数のオリフィス板１３は、燃焼器１２の別のサブセットまたは別の群の１つまたは複数のオリフィス板１３と異なる。サブセットまたは群は、１つまたは複数の燃焼器１２を含み得、最大でガスタービンシステム１０内に含まれる燃焼器１２の数まで、任意の数（例えば、２、３、４、５、６、またはそれより多く）の燃焼器１２の群またはサブセットが存在し得る。
【００１９】
ガスタービンシステム１０は、圧縮機１４と、燃料通路５に配置されたオリフィス板１３を備えた１つまたは複数の燃焼器１２と、タービン１６とを含む。１つまたは複数のガスタービン燃焼器１２は、燃料通路５に配置されたオリフィス板１３を含み得、このオリフィス板１３は、燃料４の流れ、または他の材料と燃料４の混合物を、燃料４の供給源から１つまたは複数（例えば、１、２、３、４、５、６またはそれより多く）の燃料ノズル１８に導くように構成することができる。例えば、オリフィス板１３は、図２に更に説明するように、燃料４の供給源から、燃料ノズル１８を介して（例えば、燃料ノズル１８の、内側ベーンオリフィス、外側ベーンオリフィス、パイロットオリフィス、拡散オリフィス、またはこれらの任意の組み合わせを使用して）それぞれの燃焼室１９内に燃料４を送るように構成される。ガスタービン燃焼器１２は、燃焼室１９内で加圧酸化剤（例えば、空気）と燃料の混合物（例えば、燃料４と空気の混合物）に点火してこれを燃焼させ、次いで、得られた高温加圧燃焼ガス２４（例えば、排ガス）をタービン１６に通す。特に、オリフィス板１３の幾何学的構造を変化させることにより、燃料４の供給源から燃焼室１９内に送られる燃料４の流量を変化させることができる。更に、（燃料流通路５を介する）１つまたは複数の燃料回路から１つまたは複数の燃焼器１２への流量を変化させることにより、１つまたは複数の燃焼器１２への燃料配分、ひいては、１つまたは複数の燃焼器１２の燃焼室１９内の燃焼ダイナミックスを変化させる、調節する、または変更することができる。残りの燃焼器１２に比べて１つまたは複数の燃焼器１２における燃焼ダイナミックス（具体的には、周波数）を変化させることにより、燃焼器１２間のモード結合の可能性を低減することができ、したがって、下流側の構成要素における不所望の振動応答を低減することができる。
【００２０】
タービン１６内のタービンブレードは、ガスタービンシステム１０のシャフト２６に連結され、このシャフトもまた、タービンシステム１０全体にわたって複数の他の構成要素に連結することができる。燃焼ガス２４がタービン１６のタービンブレードに衝突してブレードの間を流れると、タービン１６が駆動されて回転し、シャフト２６を回転させる。最終的に、燃焼ガス２４は、排気出口２８を介してタービンシステム１０から出る。更に、図示の実施形態において、シャフト２６は、シャフト２６の回転により動力供給される負荷３０に連結される。負荷３０は、発電機、飛行機のプロペラ、または他の負荷などの、タービンシステム１０のトルクにより動力を発生する任意の適切な装置とすることができる。
【００２１】
ガスタービンシステム１０の圧縮機１４は、圧縮機ブレードを含む。圧縮機１４内の圧縮機ブレードは、シャフト２６に連結され、上述のように、タービン１６によりシャフト２６が回転駆動されると回転する。圧縮機ブレードが圧縮機１４内で回転すると、圧縮機１４が、吸気口３２から受け取った空気（または任意の適切な酸化剤）を圧縮して、加圧空気３４（例えば、加圧酸化剤）を生成する。次いで、加圧空気（例えば、加圧酸化剤）３４は、燃焼器１２の燃料ノズル１８に送り込まれる。上述のように、燃料ノズル１８は、加圧空気（例えば、加圧酸化剤）３４と燃料４を混合して、燃焼に適した混合比を生成する。以下の記述では、燃焼器１２の軸方向すなわち軸線４２（例えば、長手方向軸線）、燃焼器１２の径方向すなわち軸線４４、および燃焼器１２の円周方向すなわち軸線４６について言及がなされる場合がある。
【００２２】
図２は、燃料通路５に配置されたオリフィス板１３を含む、図１の燃焼器１２のうちの１つの実施形態の断面図である。燃焼器１２は、ヘッド端５０と、端カバー５２と、燃焼器キャップ組立体５４と、燃焼室１９とを含む。燃焼器１２のヘッド端５０は、一般に、端カバー５２と燃焼室１９との間に軸方向に位置決めされたヘッド端室５１でキャップ組立体５４と燃料ノズル１８を取り囲む。燃焼器キャップ組立体５４は、一般に燃料ノズル１８を収容する。燃料ノズル１８は、燃料４、酸化剤、および時には他の流体を燃焼室１９に送る。ある実施形態において、燃料通路５は、図２に示すように、各燃料ノズル１８への別個の燃料通路または燃焼器１２の１つもしくは複数の燃料ノズル１８群における全ての燃料ノズル１８の種々の領域に供給する燃料通路に分かれ得る。例えば、各燃料ノズル１８は、複数のオリフィスを有し得、それらオリフィスを通して燃料４を燃焼室１９内に噴射することができる。複数のオリフィスは、燃料ノズル１８に沿って異なる箇所に配置することができ、および／または互いに異なる特性（例えば、直径）を有し得る。例えば、燃料ノズル１８のあるオリフィスを、始動、通常運転、低率運転などの間に選択的に使用することができる。燃料ノズル１８の他のオリフィスは、燃焼器１２の燃焼ダイナミックスを変更するために使用することができる。ある実施形態において、燃料通路５全体の一部である、特定の燃料回路は、複数の燃料ノズル１８の各々に対する特定のタイプのオリフィスに燃料４を送るために使用することができる。したがって、複数の燃料回路は、複数の燃料ノズル１８の各々に対する複数のオリフィスに燃料４を送るために使用することができる。
【００２３】
ある実施形態では、複数の燃焼器１２の各々対してほぼ同じ全燃料流量を維持することが有利であり得る。全燃料流量は、特定の燃焼器１２用の複数の燃料ノズル１８の各々により噴射される燃料流量の合計を表し得る。以下に更に詳述するように、オリフィス板１３は、複数の燃焼器１２の各々に対する全燃料流量をほぼ維持するために使用することができる。例えば、オリフィス板１３を第１の燃焼器１２群の燃料流通路５（例えば、燃料回路）に配置する場合には、周波数差、ひいてはコヒーレンスまたは燃焼器システムのモード結合の低減をもたらすように、燃焼器レベルで燃料配分を変更し、ひいては燃焼器レベルで周波数（燃焼ダイナミックス）を制御すると同時に、燃焼器１２への同じ燃料流量を維持するのを補助するために、オリフィス板１３を第２の燃焼器１２群の燃料流通路５（例えば、燃料回路）に配置することができる。オリフィス板１３の他の配置も可能であり、以下に詳細に説明する。
【００２４】
燃焼器１２は、燃焼室１９の周りおよび燃焼器１２の軸線４２の周りに円周方向４６に延びる１つまたは複数の壁を有し、一般に、ガスタービンシステム１０の回転軸線（例えば、シャフト２６）の周囲に円周方向に間隔をあけて配置された複数の燃焼器１２のうちの１つを表している。ある実施形態において、オリフィス板１３の幾何学的構造は、燃料配分、ひいては、燃焼器１２の間の燃焼ダイナミックスを変化させるために２つ以上（または全て）の燃焼器１２間で異なり得る。例えば、異なる燃焼器１２におけるオリフィス板１３は、板および／または板のオリフィスの幾何学的形状、幾何学的特性、および／または幾何学的配置の差を含み得る。具体的には、オリフィス板１３のばらつきは、以下に詳細に説明するように、各燃焼器１２の燃焼ダイナミックスの周波数、場合により振幅が、ガスタービンシステム１０内の少なくとも１つの他の燃焼器１２と異なるように、燃料配分、ひいては、複数の燃焼器１２の２つ以上の間の燃焼ダイナミックスを変化させるのを補助する。このようにして、オリフィス板１３のばらつきは、ガスタービンシステム１０内の不所望の振動応答を低減するのを補助し、ひいては、ガスタービンシステム１０の振動応力、損耗、および／または性能劣化を最小限に抑える。
【００２５】
図示の実施形態において、１つまたは複数の燃料ノズル１８は、端カバー５２に取り付けられ、燃焼器キャップ組立体５４を貫通して燃焼室１９に達している。例えば、燃焼器キャップ組立体５４は、１つまたは複数（例えば、１、２、３、４、５、６またはそれより多く）の燃料ノズル１８を収容し、各燃料ノズル１８を支持することができる。燃焼器キャップ組立体５４は、燃料ノズル１８の長さの一部に沿って配置され、燃焼器１２内に燃料ノズル１８を収納する。各燃料ノズル１８は、加圧酸化剤と燃料（例えば、燃料４）との混合を容易にし、燃焼器キャップ組立体５４を通して燃焼室１９内に混合物を導く。次いで、酸化剤−燃料混合物は、室１９の１次燃焼ゾーン６２内で燃焼することができ、それにより、高温加圧排気ガスを生成する。これらの加圧排気ガスは、タービン１６内でブレードの回転を駆動する。
【００２６】
各燃焼器１２は、燃焼器ライナ６０が燃焼室１９の周囲に円周方向に延びる一方で、中間流路または中間流通空間６４を画定するように内壁（例えば、燃焼器ライナ６０）の周囲に円周方向に配置された外壁（例えば、流れスリーブ５８）を含む。内壁６０はまた、移行部品６６を含み得、この移行部品６６は、一般にタービン１６の第１の段に向かって小径となる。インピンジメントスリーブ５９は、移行部品６６の周りに円周方向４６に配置される。ライナ６０は、燃焼室１９に直接面しかつ露出する燃焼器１２の内面を画定する。流れスリーブ５８および／またはインピンジメントスリーブ５９は、複数の穿孔６１を含み得、これらの穿孔６１は、インピンジメント冷却の目的でライナ６０および移行部品６６に空気を衝突させると同時に、酸化剤の流れ６７（例えば、空気流）を圧縮機吐出口６８から流路６４内に導く。次いで、流路６４は、（例えば、高温燃焼ガスの下流方向６９に対して）酸化剤の流れ６７をヘッド端５０に向けて上流方向に導き、その結果、酸化剤の流れ６７が更に、ヘッド端室５１を通り、燃料ノズル１８を通って、燃焼室１９に流入する前にライナ６０を冷却する。
【００２７】
オリフィス板１３は、オリフィスの幾何学的形状、幾何学的特性、または幾何学的配置などの特定の幾何学的構造を有し得、このオリフィス板１３は、燃焼器１２の燃料配分を変化させ、それにより燃焼器１２内の燃焼ダイナミックス（例えば、圧力脈動、変動、または振動）を変化させるように構成することができる。例えば、ヘッド端室５１は、端カバー５２と、端カバー５２から軸方向４２にずらして配置された燃焼器キャップ組立体５４と、室５１の周りに円周方向４６に延びる壁５３とにより画定されるまたは境界を定められる。室５１内に配置された１つまたは複数の燃料ノズル１８に通じる燃料通路５に沿って配置されたオリフィス板１３に対する幾何学的変化は、ヘッド端室５１内の燃料ノズル１８を通る燃料４の流れを変更することができ、それにより、燃料ノズルにより燃料を燃焼室内に噴射する１つまたは複数のオリフィスの前後の圧力比を変え、また、１つまたは複数の燃料ノズル１８に対する火炎の局所当量比を変える。特定の燃料ノズル（または燃料ノズル１８群）への燃料４の流量の増加させることにより、燃料ノズルにより燃料を燃焼室１９内に噴射する１つまたは複数のオリフィスの前後の圧力比を増加させ、また、燃料ノズル１８の局所当量比を増加させ、火炎ダイナミックスひいては燃焼ダイナミックスを変える。同様に、特定の燃料ノズル（または燃料ノズル１８群）への燃料４の流量の減少させることにより、燃料ノズルにより燃料を燃焼室内に噴射する１つまたは複数のオリフィスの前後の圧力比を減少させ、また、燃料ノズル１８の局所当量比を減少させ、火炎ダイナミックスひいては燃焼ダイナミックスを変える。このようにして、燃料配分を変えることにより、火炎ダイナミックスを変え、それにより燃焼器１２の燃焼ダイナミックスを変える。例えば、オリフィス板１３は、ある燃焼器１２の燃焼ダイナミックスの周波数、場合により振幅を別の燃焼器１２に対して変化させることができる。ある実施形態では、燃焼器１２がある周波数でまたはある周波数域内で動作するように調整するようにしてオリフィス板１３を修正することができる。多燃焼器１２式ガスタービンシステム１０において、１つまたは複数の燃焼器１２を含む第１の群の燃焼器１２は、ある周波数および／または周波数域で動作するように第１の群の燃焼器１２を調整するオリフィス板１３であって、１つまたは複数の燃焼器１２の１つまたは複数の燃料回路への燃料４の燃料流れを制限するためのオリフィス板１３を備え得る。加えて、第２の群の燃焼器１２を含む、１つまたは複数の他の燃焼器１２の他の燃料回路の１つまたは複数は、異なる周波数および／または周波数域で動作するように第２の群の燃焼器１２を調整するオリフィス板１３であって、第２の群の燃焼器１２内において１つまたは複数の燃焼器１２への燃料４の燃料流れを制限するためのオリフィス板１３を備え得、このオリフィス板１３は、第１の群の燃焼器１２に関連付けられた、燃料４に使用するオリフィス板１３と異なるものとするかまたは同じものとすることができる。このように、各燃焼器１２への同様の燃料流れを維持しつつ、１つまたは複数の残りの燃焼器１２に比べて異なる周波数で動作するように、１つまたは複数の燃焼器１２を調整することができる。各燃焼器１２への同様の全燃料流れを維持することは、ある実施形態では望ましい場合があるが、他の実施形態では、全ての燃焼器１２が同じ燃料流れを有さなくてもよい。例えば、燃焼器１２は、燃焼器毎の燃焼ダイナミックスを交代させる（ａｌｔｅｒｎａｔｅ）、燃焼ダイナミックス周波数を徐々に上げるもしくは徐々に下げる、または複数の燃焼器１２の間の燃焼ダイナミックス周波数をランダムに分布させるオリフィス板１３を燃料通路５に備え得る。ある実施形態において、燃焼器１２は、多数の燃焼器１２の群が、別の群（図５に示す）における燃焼器１２の燃焼周波数と異なる単一の燃焼ダイナミックス周波数を生成することができるように、１つまたは複数の燃焼器１２の群において修正することができる。各燃焼器がそれ自体の燃焼周波数を生成する、多数の燃焼器１２群を、群内における燃焼器１２の任意の所望の空間的な配置（例えば、隣接配置または交互配置）で用いることができる。ある実施形態では、燃料通路５にオリフィス板１３を有さない、１つもしくは複数の燃焼器１２、または燃焼器群が存在し得、その結果、それらの燃焼器１２がオリフィス板１３を含む１つまたは複数の燃焼器１２群と異なる周波数を有し得る。
【００２８】
端カバー５２は、一般に、燃料供給源から、１つまたは複数の燃料ノズル１８を介して燃焼室１９内に液体燃料、ガス燃料、および／または混合燃料を送るように構成することができる。ガスタービン燃焼器１２は、燃焼室１９内で加圧酸化剤と燃料の混合物（例えば、酸化剤−燃料混合物）に点火してこれを燃焼させ、次いで、得られた高温加圧燃焼ガス２４（例えば、排ガス）をタービン１６に下流方向６９へ通す。ある実施形態では、燃焼器１２の間の燃焼ダイナミックス周波数の差を達成し、ひいては、ガスタービンシステム１０内の不所望の振動応答を低減するために、（例えば、燃料ノズル１８の上流側に配置された）オリフィス板１３の幾何学的構造を変化させることにより、１つまたは複数の燃焼器１２における燃料配分、ひいては、１つまたは複数の燃焼器１２の燃焼ダイナミックス周波数を変化させる、調節する、または変更することができる。
【００２９】
図２に示すように、１つまたは複数のオリフィス板１３は、燃焼器１２のヘッド端室５１内に配置された１つまたは複数の燃料ノズル１８に通じる燃料通路５に沿って配置することができる。具体的には、燃料ノズル１８は、燃焼室１９内の燃焼の特性を調節するために、燃料ノズル１８の異なる領域またはエリア（内側ベーン燃料オリフィス、外側ベーン燃料オリフィス、パイロット燃料オリフィス、拡散燃料通路オリフィス、またはこれらの任意の組み合わせなど）から燃料４を噴射するように構成することができる。例えば、燃料ノズル１８の異なる領域のうちの１つまたは複数からのより多くのまたはより少ない燃料４の噴射を、火炎にわたる空燃比プロファイル、および／または燃料を燃焼室内に噴射する１つまたは複数のオリフィスの前後の圧力比を調節するために使用することができ、これにより火炎ダイナミックスを変え、ならびに、この燃料４の噴射はまた、燃焼室１９内に生成された燃焼ガス２４の組成に影響を与え得る（例えば、ＣＯおよびＮＯxなどのより多くのまたはより少ない排出物を生み出す）。燃料ノズル１８に通じる燃料通路５の１つまたは複数の燃料回路に沿って配置されたオリフィス板１３の幾何学的変化は、燃焼室１９を通る燃料４の流れを変更することができ、それにより、燃焼器１２の燃料配分を変える。したがって、燃料ノズル１８に通じるオリフィス板１３は、燃焼器１２間のモード結合を低減するために使用することができる。
【００３０】
図３は、燃料通路５に配置された１つまたは複数のオリフィス板１３を含む、図１の燃焼器のうちの１つの燃料ノズル１８のうちの１つの一部の実施形態の概略図である。例えば、燃料通路５は、燃料ノズル１８の１つまたは複数のベーンパック８０（例えば、流れの方向に対してある角度で位置決めされた複数のベーン）に燃料４を搬送するベーン燃料通路７０と、燃料ノズル１８の先端８８付近に配置された１つまたは複数の拡散またはパイロットオリフィス８６に燃料４を搬送する拡散またはパイロット燃料通路７２とに分割することができる。ベーンパック８０は、燃料ノズル１８を通って流れる燃料４の流れに旋回運動を与えるための１つまたは複数のベーンを含み得る。拡散またはパイロットオリフィス８６は、全負荷、始動、低率運転、または停止などの、燃焼器１２の運転のある部分の間に使用することができる。ある実施形態において、ベーン燃料通路７０および拡散またはパイロット燃料通路７２のうちの一方または両方は、ベーンパック８０および拡散またはパイロットオリフィス８６への燃料４の流れをそれぞれ調節するためのオリフィス板１３を含み得る。ある実施形態において、ベーン燃料通路７０は、１つまたは複数の外側ベーンオリフィス８２に燃料４を搬送する外側ベーン燃料通路７４と、１つまたは複数の内側ベーンオリフィス８４に燃料４を搬送する内側ベーン燃料通路７６とに分割することができる。他の実施形態において、燃料４は、単一のベーン燃料通路７０により内側ベーンオリフィス８４と外側ベーンオリフィス８２の両方に搬送することができる。図３に示すように、外側ベーンオリフィス８２は、内側ベーンオリフィス８４よりも燃焼器１２の軸方向軸線４２から更に離間して配置される。外側ベーン燃料通路７４および内側ベーン燃料通路７６の一方または両方は、外側ベーンオリフィス８２および内側ベーンオリフィス８４への燃料４の流れをそれぞれ調節する（例えば、外側ベーンオリフィス８２と内側ベーンオリフィス８４との間で燃料４を配分する）ためのオリフィス板１３を含み得る。
【００３１】
図４は、１つまたは複数の燃焼器１２が燃料通路５に配置されたオリフィス板１３を有する複数の燃焼器１２を有するガスタービンシステム１０の概略図である。図示の実施形態において、ガスタービンシステム１０は、タービン１６に連結された４つの燃焼器１２を含む。しかしながら、他の実施形態では、ガスタービンシステム１０は、任意の数の燃焼器１２（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６またはそれより多くの燃焼器）を含む。図４には燃焼器１２の各々に対してオリフィス板１３を示しているが、ある実施形態では、ガスタービンシステム１０の全ての燃焼器１２が、燃料通路５に配置されたオリフィス板１３を有するとは限らない。ある実施形態において、燃焼器１２のサブセットは、燃料通路５に配置されたオリフィス板１３を有し得、その一方で、燃焼器１２の第２のサブセットは、燃料通路５に配置されるオリフィス板１３を有さなくてもよい。図４に示すように、燃焼器１２の各々は、中央燃料ノズル９２の周りに径方向４４に配設された複数の外側燃料ノズル９０含む。加えて、ある実施形態では、切頭パイ形状などの他の形状を使用できるが、燃料ノズル９０、９２の各々は、円形断面形状を有し得る。ある実施形態では、燃料ノズル９０、９２の数、形状、および配置を、図４に示す数、形状、および配置と異なるものとすることができ、所望の燃焼効率または燃焼性能を達成するように選択することができる。
【００３２】
図４に示すように、ガスタービンシステム１０の運転範囲にわたる多数の燃料供給体制を可能にするように、燃料ノズル９０、９２を種々の群または回路に分割することができる。例えば、中央燃料ノズル９２は、１次燃料ノズル群を画定することができ、かつ中央ノズル供給ライン９４から燃料４を受け取ることができ、その一方で、その中央燃料ノズル９２を取り囲む外側燃料ノズル９０を、それぞれの外側ノズル供給ライン９６、９８から燃料４（または異なる燃料）を受け取る２次および／または３次燃料ノズル群としてグループ化することができる。したがって、ノズル供給ライン９４、９６、および９８は、図３に示す燃料通路７０、７４、または７６の全てまたは一部を含み得る。図示の実施形態は、２次燃料ノズル群の２つの隣接しない燃料ノズル９０が外側ノズル供給ライン９６により供給され、３次燃料ノズル群の３つの燃料ノズル９０が他の外側ノズル供給ライン９８により供給される燃料ノズル９０、９２の１つの特定の配置を示している。しかしながら、ある実施形態では、中央燃料ノズル９２と、外側燃料ノズル９０の１つまたは複数とを含む群を含む、他の燃料ノズル９０、９２群を使用することができる。加えて、図４に示すように、１つまたは複数の燃焼器１２への燃料４の流量を調節するために、１つまたは複数のオリフィス板１３をノズル供給ライン９４、９６、および／または９８に配置することができる。以下に述べるように、これらのオリフィス板１３は、燃焼器１２の各々に対してほぼ同じ全燃料流量（例えば、特定の燃焼器１２に対する燃料４の種々の流量の合計）を維持するのを補助するために使用することができる。燃料通路５におけるオリフィス板１３はまた、１次火炎ゾーンの当量比および／または燃料ノズルにより燃料が燃焼室内に噴射される１つまたは複数のオリフィスの圧力比を変えることができ、このことにより、１つまたは複数の燃焼器１２の燃焼ダイナミックスの振幅および／または周波数を変えることができる。
【００３３】
基底負荷運転時には、燃焼器１２内の燃料ノズル９０、９２に燃料４を供給するために、ノズル供給ライン９４、９６および９８の全てを使用することができる（それぞれのノズル供給ライン９４、９６および９８がそれぞれの１次燃料ノズル９０、９２群、２次燃料ノズル９０、９２群、３次燃料ノズル９０、９２群に供給する）。対応する１次燃料マニホールド１０６、２次燃料マニホールド１０８、および３次燃料マニホールド１１０にそれぞれ連結された１次ガス制御弁１００、２次ガス制御弁１０２、および３次ガス制御弁１０４により表すように、低減運転またはターンダウン運転時には、燃料４の流れを低減するかまたは燃料ノズル９０、９２の１つまたは複数の群から完全に排除することができる。加えて、拡散またはパイロット燃料通路７２は、基底負荷運転時および低減運転またはターンダウン運転時に、拡散またはパイロットオリフィス８６を通して燃料ノズル１８の１つまたは複数に燃料４を供給するために使用することができる。拡散またはパイロット燃料通路７２を通る燃料４の流れは、拡散またはパイロット燃料制御弁１１２により制御することができる。
【００３４】
図４に示すように、燃料４は、種々の（例えば、１次、２次、３次、拡散またはパイロット）燃料回路を通して燃料通路５に沿って燃焼器１２のうちの１つまたは複数に提供され、１次マニホールド１０６、２次マニホールド１０８、３次マニホールド１１０、および／または拡散もしくはパイロットマニホールド１１４に連結された１次燃料制御弁１００、２次燃料制御弁１０２、３次燃料制御弁１０４、および／または拡散もしくはパイロット燃料制御弁１１２により調節することができる。オリフィス板１３は、燃焼器１２の１つまたは複数に対する個々の燃料供給ラインに沿って配置することができる。例えば、１つまたは複数の燃焼器１２は、拡散またはパイロット燃料通路７２を介して拡散またはパイロットマニホールド１１４に連結することができる。ある実施形態において、燃焼器１２は、外側ベーンオリフィス８２／内側ベーンオリフィス８４および／または拡散またはパイロットオリフィス８６を含む。このような実施形態において、ガスタービンシステム１０は、別個の内側および外側ベーン燃料通路ならびに拡散またはパイロット燃料通路を含まなくてもよい。燃料ノズル１８は、内側ベーンオリフィス８４と外側ベーンオリフィス８２とを含み得るが、ガスタービンシステム内の１つまたは複数の燃料ノズルは、別個の内側ベーン燃料通路７６と外側ベーン燃料通路７４を有さなくてもよい。その代わりに、ベーン燃料通路７０により（例えば、ノズル供給ライン９４、９６、９８を通して）、内側ベーンオリフィス８４と外側ベーンオリフィス８２に燃料を送ることができる。図４に示すように、（例えば、ノズル供給ライン９４、９６、および／または９８により供給される）ベーン燃料通路７０のうちの１つまたは複数は、オリフィス板１３を含み得、および／または拡散またはパイロット燃料通路７２の１つまたは複数もまた、オリフィス板１３を含み得る。外側ベーン燃料通路７４および内側ベーン燃料通路７６が、ある実施形態では、外側ノズル供給ライン９６および９８、ならびに場合により中央ノズル供給ライン９４により供給され得ることに留意すべきである。ある実施形態において、内側／外側ベーン用の燃料流通路は、端カバー５２で分かれる。ある実施形態において、ベーン燃料通路７０のうちの少なくとも１つは、オリフィス板１３を含み、および／または拡散またはパイロット燃料通路７２のうちの少なくとも１つは、オリフィス板１３を含む。加えて、ある実施形態において、燃焼器１２のうちの１つまたは複数は、ベーン燃料通路７０かまたは拡散もしくはパイロット燃料通路７２のいずれかにオリフィス板１３を含まなくてもよい。換言すれば、燃焼器１２間のモード結合の低減は、燃料通路７０および７２の全てがオリフィス板１３を有することなく達成することができる。更に、上述したように、オリフィス板１３は、互いの１つまたは複数の相違点を含み得る。しかしながら、ある実施形態では、ガスタービンシステム１０で使用されるオリフィス板１３が、互いに異なっていなくてもよい。例えば、オリフィス板１３は、第１の群の燃焼器１２用の燃料通路５に配置することができ、第２の群の燃焼器１２は、オリフィス板１３を全く含まなくてもよい。これらの実施形態において、オリフィス板１３は互いに同様のものとすることができるが、ガスタービンシステム１０内にオリフィス板１３を配置することにより、ガスタービンシステム１０内の燃焼ダイナミックスおよび／または燃焼ダイナミックスのモード結合を低減するのを補助することができる。
【００３５】
各オリフィス板１３の有効オリフィス面積は、オリフィス板１３が、ある燃焼器１２（例えば、第１の燃焼器）から別の燃焼器１２（例えば、第２の燃焼器）への燃料配分の所望の差または偏りに基づいて燃料４に使用される場合、燃料通路７２、７４、７６およびノズル供給ライン９４、９６、９８に関して実質的に異なるものとすることができる。ある実施形態において、燃料通路７０は、外側ノズル供給ライン９６および９８に接続され、場合により中央ノズル供給ライン９４にも接続することができる。オリフィス板１３を使用して燃焼器１２間の燃料配分を変更するより、燃焼ダイナミックスの周波数および／または振幅に直接影響を与え、他の燃焼器１２に比べて１つまたは複数の燃焼器１２における周波数を変更することにより、コヒーレンス、ひいては、燃焼ダイナミックスのモード結合を低減することができる。
【００３６】
図４に示す図示の実施形態において、ベーン燃料通路７０（または拡散もしくはパイロット燃料通路７２）のうちの１つに配置されたオリフィス板１３のうちの少なくとも１つの有効オリフィス面積は、別のベーン燃料通路７０（または拡散もしくはパイロット燃料通路７２）に配置された別のオリフィス板１３の有効オリフィス面積とは実質的に異なる。一実施形態において、オリフィス板１３の有効オリフィス面積の少なくとも１つは、２つ以上の燃焼器１２間の燃焼ダイナミックス周波数の差を生成するように、２つ以上の燃焼器１２間で実質的に異なる。代替的に、ある実施形態において、オリフィス板１３は、燃焼器１２のサブセット用の燃料通路５に配置することができる。更に、オリフィス板１３が燃料流通路５に配置されない第２のセットの燃焼器１２が存在し得る。更に、種々の実施形態を説明する上で個々の燃焼器１２に言及がなされているが、本明細書で説明する原理は、２つ以上の燃焼器１２を有する燃焼器群に等しく適用することができる。
【００３７】
図５は、所定のパターンで配設されかつ仮想分割線１３８により互いに分離された第１の群１３０の第１の燃焼器１３２（例えば、「Ａ」燃焼器）と第２の群１３４の第２の燃焼器１３６（例えば、「Ｂ」燃焼器）とを有するガスタービンシステム１０の概略図である。他の燃焼器１２群を、ガスタービンシステム１０の周囲に円周方向４６に配置することもできる。１つまたは複数のオリフィス板１３は、燃料４の流れ、ひいては、燃焼器１２のうちの１つまたは複数への燃料配分を調節するために、第１の回路１４０に連結された燃料通路に、および任意選択的に第２の回路１４２に連結された燃料通路のうちの１つまたは複数に配置することができ、その結果、第１の群１３０の燃焼ダイナミックス周波数は、第２の群１３４の燃料ダイナミックス周波数と異なる。第１の回路１４０は、図４に示す燃料マニホールド１０６、１０８、１１０、または１１４のいずれか１つとすることができ、第２の回路１４２は、第１の回路１４０と異なる燃料マニホールド１０６、１０８、１１０、または１１４の別の１つとすることができる。第１の回路１４０に連結された燃料通路は、燃料通路７２、７４、７６、９４、９６、または９８のいずれか１つとすることができ、第２の回路１４２に連結された燃料通路は、第１の回路１４０に連結された燃料通路と異なる燃料通路７２、７４、７６、９４、９６、または９８の別の１つとすることができる。したがって、オリフィス板１３は、所望の燃焼ダイナミックス周波数を達成するように調節または調整することができる。第１の群１３０のオリフィス板１３は、第２の群１３４のオリフィス板１３と異なるものとすることができる。例えば、第１の群１３０と第２の群１３４のオリフィス板は、オリフィスの数、オリフィスのサイズ、オリフィスの形状、オリフィスの間隔、オリフィスの径方向および円周方向の分布、オリフィスの角度、有効オリフィス面積などにおいて異なり得る。加えて、第１の群１３０および第２の群１３４における燃焼器１２は、任意の所望の空間的な向きで（例えば、互いに隣接してまたは他の群の燃焼器１２と交互に）配設することができる。オリフィス板１３が図５の第１の群１３０と第２の群１３４の両方に示されているが、ある実施形態では、オリフィス板１３を第１の群１３０のみまたは第２の群１３４のみで使用することができる。
【００３８】
図５に示すように、第２の群１３４のオリフィス板１３は、第１の回路１４０に連結された燃料通路に配置することができる。これらの燃料通路を通る燃料４の流量を制限することにより、第１の群１３０の第１の回路１４０に連結された燃料通路を通る燃料４の流量を増加させることができる。燃焼器１２を通る燃料４の流量が調節されない場合には、第１の群１３０の燃焼器１２を通る全燃料流量（例えば、特定の燃焼器１２への燃料４の種々の流量の合計）は、燃料４の流量の増加のために、第２の群１３４の燃焼器１２を通る全燃料流量よりも大きいものとすることができる。ある実施形態では、燃焼器１２を通る全燃料流量のかかる差により、燃焼器温度および／または燃焼器排出物（例えば、ＮＯx）の差などの燃焼器性能の差が生じる場合がある。したがって、オリフィス板１３はまた、第１の群１３０の第２の回路１４２に連結された燃料通路に配置することもできる。具体的には、第１の群１３０のこれらの燃料通路におけるオリフィス板は、燃料通路を通る燃料４の流量に制限をもたらすことができ、これにより、第２の群１３４の第２の回路１４２に連結された燃料通路を通る燃料４の流量を増加させることができる。第１の群１３０の第２の回路１４２に連結された燃料通路を通る燃料４の流量の減少量は、第１の群１３０の第１の回路１４０に連結された燃料通路を通る燃料４の流量の増加量とほぼ同一とすることができる。同様に、第２の群１３４の第１の回路１４０に連結された燃料通路を通る燃料４の流量の減少量は、第２の群１３４の第２の回路１４２に連結された燃料通路を通る燃料４の流量の増加量とほぼ同一とすることができる。したがって、第１の群１３０と第２の群１３４の両方にオリフィス板１３を使用することで、燃焼器１２への全燃料流量は全て、（例えば、互いに比較して１０％、５％、３％、２％、１％、またはそれよりも小さい値の範囲などの範囲内の）ほぼ同じ流量とすることができ、それにより燃焼器性能の差を低減する。ある実施形態では、第１の群１３０におけるオリフィス板１３を省略することができる。更なる実施形態において、オリフィス板１３は、両方の群１３０および１３４の第１の回路１４０と第２の回路１４２の両方に連結された燃料通路に配置することができ、第１の群１３０に配置されたオリフィス板１３は、第２の群１３４に配置された対応するオリフィス板１３と異なっても異ならなくてもよい。更に、本開示の実施形態のいずれかにおいて、一部の燃焼器１２は、燃料通路のいずれかにオリフィス板１３を含まなくてもよい。
【００３９】
本発明の技術的効果は、燃焼器１２の燃焼ダイナミックスを低減することと、燃焼ダイナミックスおよび／または多数の燃焼器１２間の燃焼ダイナミックスのモード結合を低減することと、（例えば、構成要素の固有周波数と一致する燃焼ダイナミックス周波数に起因する）ガスタービンシステム１０内の潜在的な不所望の振動応答を低減することとを含む。燃料通路５に配置されたオリフィス板１３は、例えば、１つまたは複数の燃焼器１２への燃料４の流量を変化させ、それにより１つまたは複数の燃焼器１２への燃料配分を変えることにより、これらの技術的効果を達成することができる。例えば、オリフィス板１３および／または板１３のオリフィスの以下の特性（幾何学形状（例えば、角度付き、凹状、凸状、凹状に角度付き、凸状に角度付き、種々の多角形と同様の形状、不規則形状、不規則に角度付き）、幾何学的特性（例えば、寸法、高さ、幅、深さ、長さ、角度、角度特性など）、幾何学的配置（例えば、位置、箇所など）、および／またはこれらの任意の組み合わせ）を変更することにより、多数の燃焼器１２のオリフィス板１３を変化させることができる。１つまたは複数の燃焼器１２のオリフィス板１３を変化させることにより、（例えば、外側オリフィス８２および内側オリフィス８４ならびに／または拡散もしくはパイロットオリフィス８６から）燃焼室１９に送られる燃料４の流入条件を変更することができ、１つまたは複数の燃焼器１２内の燃焼ダイナミックスを変化させることができる。加えて、ある実施形態では、燃焼器１２を通る燃料４の流量を調節するために、追加のオリフィス板１３を使用することができる。よって、複数の燃焼器１２の間の燃焼ダイナミックスのばらつきは、燃焼ダイナミックスおよび／または燃焼器１２間の燃焼ダイナミックスのモード結合を低減するのを補助することができ、それにより、ガスタービンシステム１０内の不所望の振動応答を潜在的にもたらし得る何らかの卓越周波数の可能性を低減するのを補助することができる。
【００４０】
本明細書では、最良の形態を含めて本発明を開示するとともに、任意の装置またはシステムの製造および使用ならびに任意の包含される方法の実行を含めて、当業者が本発明を実施できるようにもするために、例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により定義され、当業者が想到する他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違点を有する均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４１】
４  燃料
５  燃料通路、燃料流通路
１０  ガスタービンシステム
１２  燃焼器
１３  オリフィス板
１４  圧縮機
１６  タービン
１８  燃料ノズル
１９  燃焼室
２４  高温加圧燃焼ガス
２６  シャフト
２８  排気出口
３０  負荷
３２  吸気口
３４  加圧空気
４２  軸方向、軸線
４４  径方向、軸線
４６  円周方向、軸線
５０  ヘッド端
５１  ヘッド端室
５２  端カバー
５３  壁
５４  燃焼器キャップ組立体
５８  流れスリーブ
５９  インピンジメントスリーブ
６０  燃焼器ライナ
６１  穿孔
６２  １次燃焼ゾーン
６４  中間流路または中間流通空間
６６  移行部品
６７  酸化剤の流れ
６８  圧縮機吐出口
６９  下流方向
７０  ベーン燃料通路
７２  拡散またはパイロット燃料通路
７４  外側ベーン燃料通路
７６  内側ベーン燃料通路
８０  ベーンパック
８２  外側ベーンオリフィス
８４  内側ベーンオリフィス
８６  拡散またはパイロットオリフィス
８８  先端
９０  外側燃料ノズル
９２  中央燃料ノズル
９４  中央ノズル供給ライン
９６  外側ノズル供給ライン
９８  外側ノズル供給ライン
１００  １次ガス制御弁、１次燃料制御弁
１０２  ２次ガス制御弁、２次燃料制御弁
１０４  ３次ガス制御弁、３次燃料制御弁
１０６  １次燃料マニホールド
１０８  ２次燃料マニホールド
１１０  ３次燃料マニホールド
１１２  拡散またはパイロット燃料制御弁
１１４  拡散またはパイロットマニホールド
１３０  第１の群
１３２  第１の燃焼器
１３４  第２の群
１３６  第２の燃焼器
１３８  仮想分割線
１４０  第１の回路
１４２  第２の回路
【図１】
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【図２】
2015219004.tif 000004
【図３】
2015219004.tif 000005
【図４】
2015219004.tif 000006
【図５】
2015219004.tif 000007
【外国語明細書】
2015219004000001.pdf