(57)【要約】【課題】第１の燃料ノズルを含む第１の燃焼器と、第２の燃料ノズルを含む第２の燃焼器とを備えるガスタービンエンジンを提供する。【解決手段】システムは、第１の燃料オリフィスを含む第１のピストンに結合された第１の駆動装置を含む第１の音響調節装置を更に備える。第１のピストンが、第１の燃焼器の第１の燃料ノズルに通じる第１の燃料通路に沿って配置される。システムは、第２の燃料オリフィスを含む第２のピストンに結合された第２の駆動装置を含む第２の音響調節装置を更に備える。第２のピストンが、第２の燃焼器の第２の燃料ノズルに通じる第２の燃料通路に沿って配置される。【選択図】図１
2015200308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の燃料ノズル（２０）を含む第１の燃焼器（１２）と、
第２の燃料ノズル（２０）を含む第２の燃焼器（１２）と、
第１の燃料オリフィス（７０）を含む第１のピストン（６６）に結合された第１の駆動装置（６７）を含む第１の音響調節装置（１４）であって、前記第１のピストン（６６）が前記第１の燃料ノズル（２０）に通じる第１の燃料通路（１６）に沿って配置される第１の音響調節装置（１４）と、
第２の燃料オリフィス（７０）を含む第２のピストン（６６）に結合された第２の駆動装置（６７）を含む第２の音響調節装置（１４）であって、前記第２のピストン（６６）が前記第２の燃料ノズル（２０）に通じる第２の燃料通路（１６）に沿って配置される第２の音響調節装置（１４）と
を備えるガスタービンエンジンを備えるシステム（１０）。
【請求項２】
前記ガスタービンエンジンが、前記第１の駆動装置（６７）および前記第２の駆動装置（６７）を制御して、前記第１の燃料ノズル（２０）または前記第２の燃料ノズル（２０）の燃料システム音響インピーダンスを変化させるように構成された制御装置（６８）を備える、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記第１の駆動装置（６７）が、第１の複数の穴開きディスクを含む第１の回転ディスクシステム（４２）に結合され、前記第２の駆動装置（６７）が、第２の複数の穴開きディスクを含む第２の回転ディスクシステム（４２）に結合される、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記第１の音響調節装置（１４）の前記第１の駆動装置（６７）が、前記第１のピストン（６６）の第１の軸位置を調節して、前記第１の燃料オリフィス（７０）と前記第１の燃料ノズル（２０）との間の第１の距離（８４）を変化させるように構成される、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記第２の音響調節装置（１４）の前記第２の駆動装置（６７）が、前記第２のピストン（６６）の第２の軸位置を調節して、前記第２の燃料オリフィス（７０）と前記第２の燃料ノズル（２０）との間の第２の距離（８６）を変化させるように構成され、前記第１の距離（８４）が第２の距離（８６）とは異なる、請求項４に記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記第１のピストン（６６）の前記第１の軸位置が、前記第１の燃料通路（１６）に沿った、前記第１の燃料オリフィス（７０）と第１の後置オリフィス（７２）との間の第１の音響体積に相当し、前記第２のピストン（６６）の前記第２の軸位置が、前記第２の燃料通路（１６）に沿った、前記第２の燃料オリフィス（７０）と第２の後置オリフィス（７２）との間の第２の音響体積に相当し、前記第１の音響体積が前記第２の音響体積とは異なる、請求項５に記載のシステム（１０）。
【請求項７】
第１の燃料後置オリフィス（７２）を含む第１の燃料ノズル（２０）と、
第２の燃料後置オリフィス（７２）を含む第２の燃料ノズル（２０）と、
第１の燃料前置オリフィス（７０）を含む第１のピストン（６６）に結合された第１の駆動装置（６７）を含む第１の音響調節装置（１４）であって、前記第１のピストン（６６）が前記第１の燃料後置オリフィス（７２）に通じる第１の燃料通路（１６）に沿って配置される第１の音響調節装置（１４）と、
第２の燃料前置オリフィス（７０）を含む第２のピストン（６６）に結合された第２の駆動装置（６７）を含む第２の音響調節装置（１４）であって、前記第２のピストン（６６）が前記第２の燃料後置オリフィス（７２）に通じる第２の燃料通路（１６）に沿って配置される第２の音響調節装置（１４）と
を備える第１の燃焼器（１２）を備えるシステム（１０）。
【請求項８】
ガスタービンエンジンが、前記第１の駆動装置（６７）および前記第２の駆動装置（６７）を制御して、前記第１の燃料ノズル（２０）または前記第２の燃料ノズル（２０）の燃料システム音響インピーダンスを変化させるように構成された制御装置（６８）を備える、請求項７に記載のシステム（１０）。
【請求項９】
前記第１のピストン（６６）が、第１の複数の穴開きプレート（１０４）を備える第１の回転ディスクシステム（４２）に結合され、前記第１の駆動装置（６７）が、前記第１の複数の穴開きプレート（１０４）の第１のプレート（１０４）の第１の回転位置を調節して、前記第１の複数の穴開きプレート（１０４）間のオリフィス（１０８）内で第１の干渉パターンを形成するように構成される、請求項７に記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記第２のピストン（６６）が、第２の複数の穴開きプレート（１０６）を備える第２の回転ディスクシステム（４２）に結合され、前記第２の駆動装置（６７）が、前記第２の複数の穴開きプレート（１０６）の第２のプレート（１０６）の第２の回転位置を調節して、前記第２の複数の穴開きプレート（１０６）間の前記オリフィス内（１０８）で第２の干渉パターンを形成するように構成される、請求項９に記載のシステム（１０）。
【請求項１１】
前記第１の駆動装置（６７）および前記第２の駆動装置（６７）が、前記第１の干渉パターンおよび前記第２の干渉パターンを互いに異なるように選択的に変化させるように構成される、請求項１０に記載のシステム（１０）。
【請求項１２】
前記第１の干渉パターンが、前記第１の燃料ノズル（２０）の第１の燃料システム音響インピーダンス特性に相当し、前記第２の干渉パターンが、前記第２の燃料ノズル（２０）の第２の燃料システム音響インピーダンス特性に相当し、前記第１の燃料システム音響インピーダンス特性が、第２の燃料システム音響インピーダンス特性とは異なる、請求項１１に記載のシステム（１０）。
【請求項１３】
前記第１の燃料システム音響インピーダンス特性および第２の燃料システム音響インピーダンス特性が、位相および振幅を備える、請求項１２に記載のシステム（１０）。
【請求項１４】
前記第１の駆動装置（６７）および前記第２の駆動装置（６７）に結合された少なくとも１つの制御装置（６８）を備える、請求項７に記載のシステム（１０）。
【請求項１５】
前記第１の音響調節装置（１４）の前記第１の駆動装置（６７）が、前記第１のピストン（６６）の第１の軸位置を調節するように構成され、前記第２の音響調節装置（１４）の前記第２の駆動装置（６７）が、前記第２のピストン（６６）の第２の軸位置を調節するように構成される、請求項７に記載のシステム（１０）。
【請求項１６】
前記第１のピストン（６６）の前記第１の軸位置が、前記第１の燃料通路（１６）に沿った、前記第１の燃料前置オリフィス（７０）と前記第１の後置オリフィス（７２）との間の第１の音響体積に相当し、前記第２のピストン（６６）の前記第２の軸位置が、前記第２の燃料通路（１６）に沿った、前記第２の燃料前置オリフィス（７０）と前記第２の後置オリフィス（７２）との間の第２の音響体積に相当し、前記第１の音響体積が前記第２の音響体積とは異なる、請求項１５に記載のシステム（１０）。
【請求項１７】
第１の燃料後置オリフィス（７２）を含む第１の燃料ノズル（２０）と、
第１の燃料前置オリフィス（７０）を含む第１のピストン（６６）に結合された第１の駆動装置（６７）を含む第１の音響調節装置（１４）であって、前記第１のピストン（６６）が前記第１の燃料ノズル（２０）の前記第１の燃料後置オリフィス（７２）に通じる第１の燃料通路（１６）に沿って配置される第１の音響調節装置（１４）と
を備えるガスタービンエンジンを備えるシステム（１０）。
【請求項１８】
前記第１のピストン（６６）が第１の回転ディスクシステム（４２）に結合され、前記第１の回転ディスクシステム（４２）が、第１のプレート（１０４）および第２のプレート（１０６）と、
前記第１のプレート（１０４）と前記第２のプレート（１０６）との間に配置された中央プレート（１０７）と、
前記第１のプレート（１０４）、前記第２のプレート（１０６）および前記中央プレート（１０７）上に配置された複数のオリフィス（１０８）であって、前記複数のオリフィス（１０８）が、前記第１の回転ディスクシステム（４２）を貫通する複数のチャネル（１１０）を生成する複数のオリフィス（１０８）と
を備える、請求項１７に記載のシステム（１０）。
【請求項１９】
前記第１の音響調節装置（１４）の前記第１の駆動装置（６７）が、前記中央プレート（１０７）の第１の回転位置を調節して、前記第１のプレート（１０４）と前記第２のプレート（１０６）との間の前記複数のオリフィス（１０８）の干渉パターンを調節するように構成され、前記干渉パターンを調節するステップが、前記第１の回転ディスクシステム（４２）を貫通する前記複数のチャネル（１１０）内の各チャネル（１１０）の断面積を調節するステップを含む、請求項１８に記載のシステム（１０）。
【請求項２０】
前記第１の音響調節装置（１４）の前記第１の駆動装置（６７）が、前記第１のピストン（６６）の第１の軸位置を調節して、前記第１の燃料前置オリフィス（７０）と前記第１の燃料後置オリフィス（７２）との間の第１の距離（８４）を変化させるように構成される、請求項１７に記載のシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は、全体的にガスタービンシステムに関し、より詳細には燃焼力学（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｄｙｎａｍｉｃｓ：燃焼振動）を制御するためのシステムおよび方法に関し、更に詳細には燃焼力学のモード連成（ｍｏｄａｌ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ：モーダルカップリング）を低減するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムは、一般的に、圧縮機区分、燃焼器区分およびタービン区分を含むガスタービンエンジンを備える。燃焼器区分は、各燃焼器内の燃焼室の中に燃料および酸化体（例えば、空気）を注入するように構成されている燃料ノズルを含む、１つまたは複数の燃焼器（例えば、燃焼カン）を備えることができる。各燃焼器内で、燃料および酸化体の混合物が燃焼して、高温燃焼ガスを生成し、次いで、その燃焼ガスがタービン区分の中の１つまたは複数のタービン段の中に流入し、１つまたは複数のタービン段を駆動する。各燃焼器は、燃焼器音響振動が火炎力学（放熱の振動構成要素としても公知である）に関係する場合に発生する燃焼力学を生成して、燃焼器内で自立圧力振動をもたらす可能性がある。燃焼力学の主な原因物質は、燃料システムの音響的応答であり、燃料システムインピーダンスまたは燃料システム音響インピーダンスとして一般的に定義される。燃焼力学は、複数の離散周波数で、または周波数の範囲に亘って発生する可能性があり、各燃焼器に対して上流および下流の両方に伝わることができる。例えば、圧力波は、例えば１つまたは複数のタービン段を通ってタービン区分の中に下流へ、または燃料システムの中に上流へ伝わることができる。
【０００３】
特に個々の燃焼器によって生成された燃焼力学が、互いに同位相および干渉性の関係を示し、構成要素の自然振動数または共振振動数で、またはその振動数に近い振動数を有する場合、タービンシステムの特定の下流の構成要素は潜在的に燃焼力学に応答する可能性がある。本発明の目的のために、「干渉性（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）」は、２つの力学信号間の直線的関係の強度を指し、それらの間に重なる振動数の程度によって強く影響を受ける。燃焼力学の文脈で、「干渉性」は、燃焼システムによって示される、モード連成または燃焼器対燃焼器の音響的相互作用の測定単位である。したがって、燃焼力学および／または燃焼力学のモード連成を制御して、タービンシステム内の構成要素の任意の望ましくない共振応答（例えば、共振作用）の可能性を低減する必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００４】
最初に特許請求する本発明の範囲と同一水準の特定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求する本発明の範囲を限定するように意図するのではなく、むしろこれらの実施形態は、本発明の可能な形態の簡潔な概要を提供することだけを意図する。実際に、本発明は、以下に説明する実施形態に類似し、または異なることができる様々な形態を包含することができる。
【０００５】
第１の実施形態では、システムが、第１の燃料ノズルを含む第１の燃焼器と、第２の燃料ノズルを含む第２の燃焼器とを備えるガスタービンエンジンを備える。システムは、第１の燃料オリフィスを含む第１のピストンに結合された第１の駆動装置を含む第１の音響調節装置を更に備える。第１のピストンが、第１の燃焼器の第１の燃料ノズルに通じる第１の燃料通路に沿って配置される。システムは、第２の燃料オリフィスを含む第２のピストンに結合された第２の駆動装置を含む第２の音響調節装置を更に備える。第２のピストンが、第２の燃焼器の第２の燃料ノズルに通じる第２の燃料通路に沿って配置される。
【０００６】
第２の実施形態では、システムが、第１の燃料後置オリフィスを含む第１の燃料ノズルと、第２の燃料後置オリフィスを含む第２の燃料ノズルとを含む第１の燃焼器を備える。システムは、第１の燃料前置オリフィスを含む第１のピストンに結合された第１の駆動装置を含む第１の音響調節装置を更に備える。第１のピストンが、第１の燃料後置オリフィスに通じる第１の燃料通路に沿って配置される。システムは、第２の燃料前置オリフィスを含む第２のピストンに結合された第２の駆動装置を含む第２の音響調節装置を更に備える。第２のピストンが、第２の燃料後置オリフィスに通じる第２の燃料通路に沿って配置される。
【０００７】
第３の実施形態では、システムが、第１の燃料後置オリフィスを含む第１の燃料ノズルを含むガスタービンエンジンを備える。システムは、第１の燃料前置オリフィスを含む第１のピストンに結合された第１の駆動装置を含む第１の音響調節装置を更に備える。第１のピストンが、第１の燃料ノズルの第１の燃料後置オリフィスに通じる第１の燃料通路に沿って配置される。
【０００８】
添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、本発明のこれらの、および他の特徴、態様および利点が、より良く理解されるようになり、図面の中で、同じ符号は図面全体を通して同じ部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】複数の燃焼器を含むガスタービンシステムの実施形態の概略図であり、各燃焼器が、燃焼力学および／または燃焼力学のモード連成を制御して、下流構成要素の望ましくない振動応答の可能性を低減するように構成された燃料システム音響インピーダンス調節装置を備えることを示す図である。
【図２】可動プランジャシステムおよび回転ディスクシステムを含む燃料システム音響インピーダンス調節装置システムに作動可能に結合された、図１の１つの燃焼器の一実施形態の概略図である。
【図３】燃焼器の複数の燃料ノズルの１つまたは複数の燃料ノズルに作動可能に結合された燃料システム音響インピーダンス調節装置を図示する、図１の燃焼器の一実施形態の概略図である。
【図４】複数の燃焼器を示し、ガスタービンシステム内の望ましくない振動応答の可能性を低減するように構成された１つまたは複数の燃料システム音響インピーダンス調節装置を備える１つまたは複数の燃焼器を図示する、図１のガスタービンシステムの一実施形態の概略図である。
【図５】可動プランジャシステムによる、前置オリフィスと後置オリフィスとの間の第１の距離と第２の距離との調節を図示する、図１から図４の燃料システム音響インピーダンス調節装置の一実施形態の部分切欠き図である。
【図６】可動プランジャシステムによる、前置オリフィスと後置オリフィスとの間の第１の距離と第２の距離との調節を図示する、図１から図４の燃料システム音響インピーダンス調節装置の一実施形態の部分切欠き図である。
【図７】アクチュエータピストンに結合された回転ディスクシステムを図示する、図１から図６の燃料システム音響インピーダンス調節装置の一実施形態の斜視図である。
【図８】回転ディスクシステムのチャネルを通る最大燃料流を図示する、図７の回転ディスクシステムの一実施形態の概略側面図である。
【図９】回転ディスクシステムのチャネルを通る燃料流を図示する、図７の回転ディスクシステムの一実施形態の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
１つまたは複数の本発明の特定の実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の詳細な説明を提供する努力の中で、実際の実施のすべての形態を本明細書の中で説明することはできない。任意の技術または設計計画におけるのと同様に、実際の実施の開発において、実施ごとに異なる可能性があるシステム関連および事業関連の制約の順守など、開発者の特定の目標を達成するために、多くの実施に特定の決定が下されなければならないことを理解すべきである。更に、そのような開発努力は複雑で、時間を消費する可能性があるが、それでもやはり本開示の恩恵を受ける当業者にとって、設計、製作および製造に着手する際の所定の業務であることを理解すべきである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を紹介する場合、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」および「前記（ｓａｉｄ）」が、１つまたは複数の要素が存在することを意味するように意図される。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「含む（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括的であることを意図し、列挙した要素以外の追加の要素が存在する可能性があることを意味する。
【００１２】
本開示は、ガスタービンシステムの下流構成要素内の望ましくない振動応答を低減するために、燃焼力学および／または燃焼力学のモード連成を低減することを対象とする。ガスタービン燃焼器（または燃焼器アセンブリ）は、燃焼器内への取入れ流体流（例えば、燃料、酸化体、希釈剤など）および様々な他の要素を特徴とする燃焼工程によって、燃焼力学を生成する可能性がある。燃焼力学は、圧力変動、脈動、振動および／または波動を特徴とすることができる。流体流の特性には、速度、圧力、速度および／または圧力の変動、流路の変形（例えば、回転、形状、障害物など）、またはその組合せが含まれる可能性がある。集合的に、燃焼力学は、燃焼器から上流および／または下流の様々な構成要素の中の振動応答および／または共振作用を潜在的に引き起こす可能性がある。例えば、燃焼力学（例えば、特定の振動数、振動数の範囲、振幅、燃焼器対燃焼器の位相など）は、ガスタービンシステムの中の上流および下流の両方に伝わることができる。ガスタービン燃焼器、上流構成要素および／または下流構成要素が、これらの圧力振動（すなわち燃焼力学）によって駆動される自然振動数または共振振動数を有する場合、そのとき、圧力変動は潜在的に振動、応力、疲労などの原因になる可能性がある。構成要素は、燃焼器ライナ、燃焼器流れスリーブ、燃焼器キャップ、燃料ノズル、タービンノズル、タービン翼、タービンシュラウド、タービンホイール、軸受、燃料供給組立体またはそれらの任意の組合せを含むことができる。下流の構成要素は、同位相および干渉性である燃焼音質により敏感であるので、それらは特に関心事である。したがって、干渉性を低減することによって、特に下流構成要素内の望ましくない振動の可能性を低減する。燃焼器間の燃焼力学の干渉性を低減するための１つの方法は、２つ以上の燃焼器間の振動数の関係を変えることであり、任意の燃焼器対燃焼器の連成を減少させることである。１つの燃焼器内の燃焼力学振動数は、他の燃焼器の燃焼力学振動数と異なって駆動されるとき、燃焼力学のモード連成が低減され、それによって、下流構成要素内の振動応答の原因になる燃焼器音質の能力を低減する。モード連成を低減する代替の方法は、燃料ノズル間の位相の遅れ導入し、各燃焼器内の振幅を低減し、燃焼器対燃焼器の連成を防止または低減することによって、同じ燃焼器内の燃料ノズルの構造的干渉を低減することである。更に、燃焼器間の位相ラグを導入すること、またはそうではなく、２つ以上の燃焼器間の位相関係を変えることもまた、燃焼力学のモード連成を防止または低減することに役立つ可能性がある。
【００１３】
開示する実施形態は、燃料ノズルの音響インピーダンス（振幅および位相）を調節するように構成された１つまたは複数の燃料システム音響インピーダンス調節装置を提供することによって、燃焼力学に関連する望ましくない振動応答を低減することに役立つ。燃料ノズルの燃料システム音響インピーダンスは、前置オリフィスの幾何形状、後置オリフィスの幾何形状および前置オリフィスと後置オリフィスとの間の体積によって定義される。詳細には、燃料システム音響インピーダンス調節装置は、燃料ノズルの上流の１つまたは複数の燃料導管（例えば、燃料通路）および／またはガスタービンシステムの燃料噴射装置に沿って配置された空圧式および機械式に制御される装置である。特定の実施形態では、各燃料システム音響インピーダンス調節装置は、１つまたは複数の燃料ノズルの燃料システム音響インピーダンスを調節するために、前置オリフィスの幾何形状、および／または前置オリフィスと後置オリフィスとの間の体積を調節するように構成された可動プランジャシステムおよび内部回転ディスクシステムを組み込む。例えば、可動プランジャシステムは、任意のタイプのアクチュエータ（例えば、空圧式、電気機械式、油圧式など）によって駆動され得、音響調節装置内の原位置調整を可能にする。例えば、燃料システム音響インピーダンスは、前置オリフィスと後置オリフィスとの間の長さを増加または減少させることによって調節可能であり、それによって、前置オリフィスと後置オリフィスとの間の燃料プレナムの音響体積を増加または減少させることができ、それが燃料システム音響インピーダンスの位相および振幅の両方に強い影響を及ぼす。更に、内部回転ディスクシステムもまた、ディスクシステムの２つ以上の穴開きプレート間の干渉パターンを調節し、したがって前置オリフィスの幾何形状を変えることによって、燃料システム音響インピーダンスに影響を及ぼすことができる。干渉パターンは、ディスクシステムの穴開きプレートの間の中央穴開きプレートを回転させて、プレート上の１つまたは複数のオリフィスによって生成された、回転ディスクシステムを通る１つまたは複数のチャネルの断面積を変化させることによって調節可能である。したがって、穴開きプレートの干渉パターンを調節することによって、燃料システム音響インピーダンスが変化する。プレートは、１つまたは複数の幾何形状特性（例えば、寸法、形状、パターン、配置、位置など）を含む複数のオリフィスを含むことができる。
【００１４】
特定の実施形態では、前述のように燃料システム音響インピーダンス調節装置の様々な幾何形状を変化させることによって、ガスタービンシステム内の構成要素の任意の共振振動数および／またはガスタービンシステム内の１つまたは複数の他の燃焼器の燃焼力学に対して、１つまたは複数の燃焼器内の燃焼力学振動数が、異なり、位相変化し、スミアされ、またはより大きい振動数の範囲に亘って広がり、またはその組合せが発生する可能性がある。特定の燃料ノズルに対して燃料システム音響インピーダンス調節装置を調節することによって、燃料ノズルのための燃料システム音響インピーダンスの振幅および位相が変化し、それによって放熱の振動性構成要素、したがって燃焼器の燃焼力学に影響を与えることになる。燃焼器内の２つ以上の燃料ノズルの間の燃料システム音響インピーダンスを変化させることによって、異なる燃料ノズルに対して異なる燃料システムインピーダンスの振幅および位相をもたらし、それによって、ノズルからノズルへの位相遅れ、したがって放熱領域内の燃料ノズルの間で弱め合う干渉、燃焼力学の振幅の低減、より幅広い振動範囲に亘る燃焼力学の振動数成分を潜在的にスミアすることを引き起こす。燃焼器レベル（すなわち、個々の燃焼器）上の修正に加えて、開示する実施形態は、複数のガスタービン燃焼器間の燃料システム音響インピーダンス調節装置の幾何形状を変化させることができ、それによって、燃焼力学振幅および／または複数のガスタービン燃焼器間の燃焼力学のモード連成を低減する態様で、燃料システム音響インピーダンス、したがって燃焼力学を燃焼器ごとに変化させることができる。例えば、各燃料システム音響インピーダンス調節装置は、干渉性を低減するように期待される、燃焼器の燃焼力学振動数を燃焼器ごとに変化させることができる。加えて、各燃料システム音響インピーダンス調節装置は、その代りに、または加えて、燃焼器対燃焼器の位相の起こり得る変化をもたらすことができ、それによって、特にガスタービンシステムの構成要素の共振振動数と一致する振動数で、燃焼器のモード連成の可能性を低減することができる。
【００１５】
いくつかの実施形態では、各燃料システム音響インピーダンス調節装置は、ガスタービンの頭部端（例えば、端部カバー）の上流の燃料導管に沿って配置可能である。例えば、いくつかの実施形態では、各燃料システム音響インピーダンス調節装置は、ガスタービンシステムの燃料ノズル（例えば、一次燃料ノズルおよび／または二次燃料ノズル）に連結されることができる。いくつかの実施形態では、各燃料システム音響インピーダンス調節装置は、燃料回路（例えば、一次燃料回路、二次燃料回路、液体またはガス燃料などの異なるタイプの燃料を導く燃料回路など）に連結されることができ、各燃料回路は１つまたは複数の燃料ノズルにつながることができる。特に、開示する実施形態は、ガスタービンシステム内部の振動共鳴応答を変化させることに役立つように、燃料システム音響インピーダンス調節装置（例えば、可動プランジャシステムおよび／または回転ディスクシステム）の構成要素を調節することに関する。例えば、特定の燃料システム音響インピーダンス調節装置内の可動プランジャシステムは、ガスタービンシステムの他の燃料システム音響インピーダンス調節装置内の可動プランジャシステムに対して変化することができる（例えば、前置オリフィスと後置オリフィスとの間の距離を変化させることによって、プレナム室の寸法を変化させて、前置オリフィスと後置オリフィスとの間の燃料プレナムの体積を変化させるなど）。加えて、特定の音響調節装置内の回転ディスクシステムは、例えば特定の燃焼器内、または異なる燃焼器の間で、ガスタービンシステム内の他の燃料システム音響インピーダンス調節装置の回転ディスクシステムに対して変化することができる（例えば、プレートを通るオリフィスの干渉パターンを変化させることによって、回転ディスクシステムの幾何形状を調節して、１つまたは複数の燃料ノズルの燃料システム音響インピーダンスを変化させる）。
【００１６】
したがって、開示する実施形態は、１つまたは複数の燃焼器内の１つまたは複数の燃料ノズルの燃料システムインピーダンスを制御するように構成された、ガスタービンシステム内の１つまたは複数の音響調節装置を含む。特に、音響調節装置は、各燃料導管または燃焼器の頭部端（例えば、端部カバー）の燃料回路上流に沿って配置可能である。そのような実施形態では、各燃焼器組立体の燃料プレナムの特性（例えば、体積、音響特性など）を変化させることによって、燃焼力学振幅を低減し、および／または単一の燃焼器組立体内の燃焼力学の振動数を変えることができる。更に、１つまたは複数の燃焼器組立体の燃料プレナムの特性（例えば、体積、音響特性など）を変化させることによって、燃焼器のモード連成を低減することができ、したがって下流構成要素内の望ましくない振動応答を低減することができる。
【００１７】
前述のことを考慮に入れると、図１は複数の燃焼器１２を含むガスタービンシステム１０の実施形態の概略図であり、各燃焼器１２は、燃料システム音響インピーダンス調節装置１４（例えば、音響調節装置１４）を備える。図示の実施形態では、各燃焼器１２は、１つまたは複数の音響調節装置１４に連結され、音響調節装置１４は各燃焼器１２の上流の（例えば、端部カバー１８および１つまたは複数の燃料ノズル２０の上流）燃料導管１６に沿って配置される。以下に詳細に考察するように、各音響調節装置１４は、音響調節装置１４の様々な構成要素の幾何形状を変化させることによって、燃料ノズル２０の燃料システム音響インピーダンスを調節するように構成され得る。例えば、各音響調節装置１４は、前置オリフィスの幾何形状、および／または前置オリフィスと後置オリフィスとの間の体積を変化させることができる。前述のように、上記に説明するように音響調節装置１４の様々な幾何形状を変化させることによって、１つまたは複数の燃料ノズルの燃料システム音響インピーダンスを調節することができ、それによって、燃焼力学振動数の変化、および／または結果として生じる燃焼力学の振動数成分におけるより大きい変化をもたらす可能性がある。いくつかの実施形態では、各燃焼器１２は１つの音響調節装置１４に連結されることができる。他の実施形態では、各燃焼器１２は２つ以上の音響調節装置１４、例えば、３、４、５、６、７、８、９、１０個またはそれ以上の音響調節装置に連結されることができる。
【００１８】
ガスタービンシステム１０は、１つまたは複数の燃料導管１６に沿って配置された１つまたは複数の音響調節装置１４を備える、１つまたは複数の燃焼器１２（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個またはそれ以上の燃焼器）を含む。ガスタービンシステム１０は、更に圧縮機２２およびタービン２４を含む。燃焼器１２は、燃焼室内で燃焼するために、燃焼器１２の中に燃料２６（例えば、液体燃料および／またはガス燃料、一次燃料など）を導く燃料ノズル２０を含むことができる。燃焼器１２は燃料／空気混合物に点火し、燃焼させて、高温燃焼ガス２８を生成する。高温燃焼ガス２８は、タービン２４の中を通過する。タービン２４は、シャフト３０に結合されるタービン翼を含み、シャフト３０は、システム１０の全体に亘っていくつかの他の構成要素にも結合される。燃焼ガス２８がタービン２４内のタービン翼の間を、タービン翼に対して通過する場合、タービン２４は駆動されて回転し、それによってシャフト３０が回転する。いくつかの実施形態では、燃焼力学は、燃焼器から上流および／または下流の様々な構成要素の中の振動応答および／または共振作用の潜在的に原因となる可能性がある。例えば、燃焼力学（例えば、特定の振動数、振動数の範囲、振幅、燃焼器対燃焼器の位相など）は、ガスタービンシステムの中の上流および下流の両方に伝わることができる。下流のタービン構成要素は、同位相および干渉性である燃焼音質により敏感であるので、それらは特に関心事である。実際に、燃焼ガス２８は、排気出口３２を経てタービンシステム１０を出る。更に、シャフト３０が負荷３４に結合可能であり、負荷３４はシャフト３０の回転によって動力を供給される。例えば、負荷３４は、外部機械的負荷など、タービンシステム１０の回転出力によって動力を生成することができる任意の適切な装置であることができる。例えば、負荷３４は、発電機、航空機のプロペラなどを含むことができる。
【００１９】
タービンシステム１０の実施形態では、圧縮機翼が圧縮機２２の構成要素として含まれる。上記に説明するように、圧縮機２２内の翼は、シャフト３０に結合され、シャフト３０がタービン２４によって回転するように駆動されるとき、回転するであろう。圧縮機２２内の翼の回転が、空気取入れ口３６からの空気を圧縮空気３８に圧縮する。次いで、圧縮空気３８は燃焼器１２の燃料ノズル２０の中に供給される。燃料ノズル２０は、圧縮空気３８と燃料２６を混合して、燃料を浪費しないように、または過度の排気が生じないように、燃焼のための適切な混合比率を生成する（例えば、燃料がより完全に燃焼するようにする燃焼）。
【００２０】
開示する実施形態では、音響調節装置１４は、燃焼器１２の燃料ノズル２０の燃料システム音響インピーダンスを変化させるように構成可能であり、それによって、１つまたは複数の燃焼器１２内の燃焼力学振動数が、システム１０の中の構成要素の任意の共振振動数および／またはガスタービンシステムの中の１つまたは複数の他の燃焼器の燃焼力学に対して、異なり、位相変化し、スミアされ、またはより大きい振動数範囲に亘って広がり、またはその組合せが発生する可能性がある。
【００２１】
例えば、音響調節装置１４は、可動プランジャシステムおよび回転ディスクシステム（図２、図５、図７参照）など、調節可能であるいくつかのシステム構成要素を含むことができる。可動プランジャシステムは、燃焼器１２の中の１つまたは複数の燃料ノズルの前置オリフィスと後置オリフィスとの間の燃料プレナムの体積を変化させるように構成可能であり（例えば、前置オリフィスと後置オリフィスとの間の距離を変化させることによって、プレナム室の寸法を変化させて、前置オリフィスと後置オリフィスとの間の燃料プレナムの体積を変化させる）、一方、回転ディスクシステムは、プレートを通るオリフィスの干渉パターンを変化させることによって、回転ディスクシステムの幾何形状特性を調節して、１つまたは複数の燃料ノズルの燃料システム音響インピーダンスを変化させるように構成可能である。特に、特定の実施形態では、音響調節装置１４は、音響調節装置１４の幾何形状を変化させることによって、システム１０の１つまたは複数の燃焼器１２の間で、燃料ノズル２０の燃料システム音響インピーダンスを変化させるように構成可能である。このように、音響調節装置１４は、図４に関して更に考察するように、システム１０の下流構成要素の中の望ましくない振動応答を低減することに役立つように構成可能である。
【００２２】
図２は、燃料システム音響インピーダンス調節装置１４（例えば、音響調節装置１４）に作動可能に結合された図１の燃焼器１２の１つの実施形態の概略図であり、燃料システム音響インピーダンス調節装置１４は、燃料ノズル２０の燃料システム音響インピーダンス（振幅および位相）を調節するように構成された可動プランジャシステム４０および回転ディスクシステム４２を備える。音響調節装置１４は、可動プランジャシステム４０および回転ディスクシステム４２を調節すること（例えば、前置オリフィスと後置オリフィスとの間の体積を調節すること、前置オリフィスの寸法を調節することなど）によって、ガスタービンシステム１０内の望ましくない振動応答を低減することに役立つように構成されている。図示の実施形態では、燃焼器１２は、燃料導管１６に沿って配置され、燃料２６を１つまたは複数の燃料ノズル２０に導くように構成された１つの音響調節装置１４に連結されることができる。他の実施形態では、２つ以上の燃料導管１６を備える燃焼器１２の実施形態の内部のように、燃焼器１２は、各燃料導管１６に沿って配置された複数の音響調節装置１４（例えば、２、３、４、５、６個またはそれ以上）を含むことができる。やはり別の実施形態では、燃焼器１２が複数の音響調節装置１４（１、２、３、４、５、６個またはそれ以上）に連結されるように、燃焼器１２の各燃料ノズル２０は、１、２、３、４、５、６、７個またはそれ以上の音響調節装置１４に連結されることができる。特に、音響調節装置１４の幾何形状は、連結された燃料ノズル２０の燃料システム音響インピーダンスを変化させるように変化することができ、燃焼力学振動数が、燃料ノズル２０および／または燃焼器１２の間で異なること、および／または位相変化することにつながり、それによってガスタービンシステム１０内の望ましくない振動応答を低減することができる。
【００２３】
燃焼器１２は、頭部端４４、燃焼器キャップ組立体４６および燃焼室４８を含む。燃焼器１２の頭部端４４は、端部カバー１８と燃焼器キャップ組立体４６との間の中に燃料ノズル２０を全体的に支持し、取り囲む。燃焼器キャップ組立体４６は、燃料ノズル２０を全体的に収容する。燃料ノズル２０は、燃料２６、空気および随時他の流体を燃焼室４８の中に導く。燃焼器１２は、燃焼室４８の周りに円周方向に延在する１つまたは複数の壁を含み、概ねガスタービンシステム１０の回転軸線（例えば、シャフト３０）を中心として円周方向に離隔配置される複数の燃焼器１２の１つを一般的に代表する。
【００２４】
図示の実施形態では、１つまたは複数のノズル２０が、端部カバー１８に取り付けられ、燃焼器キャップ組立体４６を燃焼室４８まで貫通する。各燃料ノズル２０は、加圧空気と燃料の混合を促進することができ、混合物を燃焼器キャップ組立体４６を通って燃焼室４８の中に向けて送る。次いで空気と燃料の混合物は、燃焼室４８の中で燃焼することができ、それによって高温加圧燃焼ガス２８を生成する。これらの加圧燃焼ガス２８は、タービン２４内の翼の回転を駆動する。各燃焼器１２は、内側壁（例えば、燃焼器ライナ５２）の周りに円周方向に配置された外側壁（例えば、流れスリーブ５０）を備えて、中間流路６０または間隙を画定し、一方、燃焼器ライナ５２は燃焼室４８の周りに円周方向に延在する。内側壁６０は更に、トランジションピース５１を含むことができ、トランジションピース５１は、全体的にタービン２４の第１段に向かって収束する。インピンジメントスリーブ５３が、トランジションピース５１の近傍に円周方向に配置されている。ライナ５２は、燃焼室４８に直接面し、曝される、燃焼器１２の内面を画定する。流れスリーブ５０およびインピンジメントスリーブ５３は、複数の穿孔５４を含み、穿孔５４は、空気流５６を圧縮機排出５８から流路６０へ向けて送る。次いで流路６０は、空気流６２を上流方向へ頭部端４４の方へ（例えば、高温燃焼ガス２８の下流方向に対して）向けて送り、空気流６２はライナ６０を更に冷却し、次いで燃料ノズル２０を通り、燃焼器キャップ組立体４６を通って、燃焼室４８の中に流れるようにする。
【００２５】
前述のように、音響調節装置１４は、可動プランジャシステム４０および回転ディスクシステム４２を含む。更に、音響調節装置１４は、燃料導管１６を通って燃料２６を受け取るように構成された燃料入口６４を含むことができる。燃料２６は、音響調節装置１４を通って導かれる。音響調節装置１４は、燃料システム音響インピーダンス（例えば、振幅および位相）を変えるために使用され得る。例えば、特定の実施形態では、音響調節装置１４は、駆動装置６７および／または制御装置６８に作動可能に結合され得る。駆動装置６７は、空気式、機械式、電気機械式、油圧式など、可動プランジャシステム４０を制御するように構成可能である。いくつかの実施形態では、可動プランジャシステム４０は、駆動装置６７によって駆動されるアクチュエータピストン６６を含み、アクチュエータピストン６６は音響調節装置１４内部を直線的に移動するように構成されるようにする。アクチュエータピストン６６を用いて音響調節装置１４を調節することによって、前置オリフィス７０と後置オリフィス７２との間の長さ６５（例えば、距離６５）を調節することができる。前置オリフィス７０は、燃料導管１６から燃料２６を受け取る第１のオリフィスに相当することができる。後置オリフィス７２は、燃料２６を燃焼器１２の中に導く燃料ノズル２０の中の第２の開口（例えば、後置オリフィス７２は燃料ノズル２０内の開口であり、その開口を通って燃料が燃焼器１２の中に噴射される）に相当することができる。特定の実施形態では、後置オリフィス７２は、燃料ノズル２０のベーンパック内に配置可能であり、ベーンパックは、燃料ノズル２０の内部に、上流に特定の距離で配置可能である。他の実施形態では、後置オリフィス７２は燃料ノズル２０の先端に配置可能である。特に、前置オリフィス７０と後置オリフィス７２との間の距離６５を調節することによって、音響調節装置１４内のプレナム室７４の音響体積を増加または減少させることができ、それによって、燃料システム音響インピーダンスの位相および振幅の両方に大きい影響を及ぼすことができる。加えて、回転ディスクシステム４２を調節することによって、システム４２の２つ以上の穴開きプレート間の干渉パターンを調節することができ、それによって、図５から図９に関して詳細に説明するように、前置オリフィス７０の幾何形状を変えることができる。例えば、回転ディスクシステム４２は、複数のオリフィスを含む２つの平行なディスクを備えることができる。２つの平行なディスクは、プレート間のオリフィスの寸法を調節するために互いに対して回転可能であり、または図７から図９に関して詳細に説明するように、プレート間の干渉パターンを調節するために互いに対して回転可能である。
【００２６】
特定の実施形態では、制御装置６８（例えば、産業用制御装置、またはデスクトップコンピュータ、タブレット、スマートフォンなど、任意の適切なコンピュータデバイスなど）は、コンピュータの指示および／または制御ロジックを実行し、記憶するために適切なプロセッサおよびメモリ（例えば、非一時的機械可読媒体）を含むことができる。例えば、プロセッサは、一般目的または用途特定のマイクロプロセッサを含むことができる。同様に、メモリは、揮発性および／または不揮発性メモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、取外し可能ディスクドライブおよび／または取外し可能ディスク（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、ソニー社（Ｓｏｎｙ  Ｃｏｒｐ．）のブルーレイディスク（Ｂｌｕｅ−ｒａｙ  Ｄｉｓｋ）（登録商標）、ＵＳＢペンドライブなど）、または任意のその組合せを含むことができる。制御装置６８は、可動プランジャシステム４０および／または回転ディスクシステム４２などの音響調節装置１４の様々な構成要素を自動化する際に使用可能である。例えば、制御装置６８は、駆動装置６７を制御することによって可動プランジャシステム４０を調節するように構成され得る。
【００２７】
加えて、特定の実施形態では、タービンシステム１０は、制御装置６８に連結されたディスプレイを含むことができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイは制御装置６８の中に統合されることが可能であり（例えば、モバイル装置スクリーン）、または制御装置６８から分離することが可能である（例えば、別個のモニタディスプレイ）。以下に考察するように、ディスプレイは、ユーザがグラフィカルユーザインターフェースを使用して様々な目標を選択できるようにする情報をユーザに提示するために使用可能である。加えて、タービンシステム１０は、１人または複数のユーザから選択肢の選択を受け取る１つまたは複数の入力装置を含むことができる。特定の実施形態では、入力装置は、制御装置６８への入力を受け取るためのマウス、キーボード、タッチスクリーン、トラックパッド、または他の入力装置を含むことができる。ユーザから受け取った選択肢の選択は、例えば、調節され、制御され得る音響調節装置１４（例えば、回転ディスクシステム４２および／または可動プランジャシステム４０）の構成要素のパラメータを含むことができる。例えば、ユーザは、回転ディスクシステム４２の回転の度合、前置オリフィス７０と後置オリフィス７２との間の距離６５、オリフィス７０とオリフィス７２との間の燃料プレナム室７４内の体積などのパラメータを入力することができる。特に、入力パラメータは、システム１０の１つまたは複数の音響調節装置１４間の変化を提供するために使用可能であり、それによって、システム１０内の燃焼力学から発生する望ましくない振動応答を低減することができる。
【００２８】
音響調節装置１４の様々な構成要素を調節することによって生じる変化は、ガスタービンシステム１０の中の振動応答を低減し、振動応力、摩耗、性能劣化またはガスタービンシステム１０の構成要素（例えば、タービン翼、タービンシュラウド、タービンノズル、排気構成要素、燃焼器トランジションピース、燃焼器ライナなど）に対する他の望ましくない大きな影響を低減することに役立つ。例えば、音響調節装置１４の構成要素（例えば、可動プランジャシステム４０および回転ディスクシステム４２）は、同じ燃焼器１２内の音響調節装置１４に対して変化可能であり、または他の燃焼器１２に連結された音響調節装置１４に対して変化可能である。
【００２９】
図３は、燃焼器１２の頭部端４４の横断面図を図示する、図１の燃焼器１２の実施形態の概略図であり、燃焼器１２は、各燃料ノズル２０に作動可能に結合された燃料システム音響インピーダンス調節装置１４（例えば、音響調節装置１４）を含む。図示の実施形態では、６つの燃料ノズル２０のそれぞれが、可動プランジャシステム４０および回転ディスクシステム４２を備える対応する音響調節装置１４に連結されている。他の実施形態では、燃焼器１２内の任意の数の燃料ノズル２０（例えば、１、２、３、４、５、７、８、９、１０個、またはそれ以上）が、対応する音響調節装置１４に連結されることができる。更に、図示の実施形態は、燃料２６を音響調節装置１４の燃料入口６４に供給する３つの燃料導管１６を図示する。他の実施形態では、各燃料導管１６は、単一の音響調節装置１４または任意の数の音響調節装置１４（例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個、またはそれ以上）に作動可能に結合され得ることに留意すべきである。加えて、特定の実施形態では、燃焼器１２の燃料ノズル２０に対応する音響調節装置１４は、任意の組合せまたはパターンで配置され、および／または位置決めされることが可能である。例えば、特定の実施形態では、燃料ノズル２０を変化させることは、音響調節装置１４に関連することができる。他の実施形態では、隣接する燃料ノズル２０は、音響調節装置１４に連結されることができる。前述のように、可動プランジャシステム４０および回転ディスクシステム４２の幾何形状、物理的構成、および／または作動は、各燃料ノズル２０および各燃焼器１２に連結された音響調節装置１４の間で変化することができ、それによって、前述のシステム１０内の燃焼力学から発生する望ましくない振動応答を低減する。
【００３０】
例えば、図示の実施形態は、可動プランジャシステム４０の幾何形状が、第１の音響調節装置８０と第２の音響調節装置８２との間でどのように変化され得るかを図示する。具体的には、可動プランジャシステム４０は、駆動装置６７を経て制御装置６８によって制御または調節され得る。駆動装置６７は、前置オリフィス７０と後置オリフィス７２との間の距離６５が１つまたは複数の燃料ノズル２０に対して変化するように、可動プランジャシステム４０のアクチュエータピストン６６を直線的に調節するように構成可能である。例えば、第１の音響調節装置８０のアクチュエータピストン６６は、第１の音響調節装置８０の前置オリフィス７０と後置オリフィス７２との間の第１の距離８４が、第２の音響調節装置８２の前置オリフィス７０と後置オリフィス７２との間の第２の距離８６よりも大きくなるように配置可能である。このように、第１の音響調節装置８０のプレナム室７４の音響体積は、第２の音響調節装置８２のプレナム室７４の音響体積よりも大きくなり、それによって、燃料システム音響インピーダンスの位相および振幅の両方に大きな影響を及ぼす。特に、前述のように、前述の音響調節装置１４の様々な幾何形状を変化させることによって、燃料システム音響インピーダンスに変化をもたらすことができ、それが、システム１０内で異なる燃焼力学振幅および／または燃焼力学振動数の低減をもたらすことができる。
【００３１】
図４は、図１のガスタービンの実施形態の概略図であり、可動プランジャシステム４０および回転ディスクシステム４２を備える燃料システム音響インピーダンス調節装置１４（例えば、音響調節装置１４）をそれぞれ備える複数の燃焼器１２を図示し、これらの構成要素は、システム１０内の望ましくない振動応答を低減することに役立つように構成された特定の配置および／または位置を含む。図示の実施形態では、ガスタービンシステム１０は、タービン２４に結合された５つの燃焼器１２を含む。別の実施形態では、ガスタービンシステム１０は、１、２、３、４、６、７、８、９、１０個またはそれ以上の燃焼器１２など、任意の数の燃焼器１２を含むことができる。特に、前述のように、各燃焼器１２は、任意のパターン、位置または構成で、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個またはそれ以上の音響調節装置１４など、任意の数の音響調節装置１４に連結されることができる。したがって、前述のように、音響調節装置１４の幾何形状を変化させることによって、燃焼力学振動数（特に他方の燃焼器１２と比較した少なくとも１つの燃焼器１２の中で）、燃焼力学振幅、燃焼器１２の間の燃焼器対燃焼器位相を変化させることができ、および／または複数の燃焼器１２の間の燃焼力学のモード連成を低減することができる燃料システム音響インピーダンスに変化をもたらすことができる。
【００３２】
ガスタービンシステム１０の図示の実施形態は、各燃焼器１２内、および燃焼器１２の間の音響調節装置１４の様々な構成、パターンまたは位置を示す。例えば、第１の燃焼器９０は、燃料ノズル２０に結合された単一の音響調節装置１４を含むが、一方、第１の燃焼器９０に隣接する第２の燃焼器９２は、燃料ノズル２０に結合された２つの音響調節装置１４を含む。したがって、音響調節装置１４は、第１の燃焼器９０と第２の燃焼器９２との間の燃料システム音響インピーダンスを変化させることができる。特定の実施形態では、音響調節装置１４の様々な他の構成、パターンまたは位置が使用され得る。例えば、第３の燃焼器９４は、全く音響調節装置１４を含まないように構成可能であり、一方、第４の燃焼器９６は１つまたは複数の音響調節装置１４を含むように構成可能である。特定の実施形態では、第５の燃焼器９８は、隣接する燃焼器１２（例えば、第１の燃焼器９０）と同じ数の音響調節装置１４を含むように構成可能であるが、しかし第５の燃焼器９８を異なる配置、構成および／または位置に配置することができる。例えば、第５の燃焼器９８は、中央燃料ノズル２１上に配置された１つの音響調節装置１４を含むことができるが、それとは対照的に、第１の燃焼器９０の音響調節装置１４は周辺燃料ノズル２３上に配置されている。前述のように、各燃焼器１２は、同じまたは異なる燃料ノズル上に（例えば、特定の配置で）、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個またはそれ以上の音響調節装置１４を含むことができる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、システム１０は、１つまたは複数の（例えば、１、２、３、４、５個またはそれ以上）グループの燃焼器１２を含むことができ、燃焼器１２の各グループは１つまたは複数の（例えば、１、２、３、４、５個またはそれ以上）燃焼器１２を含む。いくつかの状況では、燃焼器１２の各グループは、システム１０内部に１つまたは複数の他の燃焼器１２のグループとは異なる１つまたは複数の同一の燃焼器１２を含むことができる。例えば、燃焼器１２の第１のグループは、特定の音響調節装置１４構成を含む同一の燃焼器１２を含むことができ、燃焼器１２の第２のグループは、第２の音響調節装置１４構成を含む同一の燃焼器１２を含むことができる。更に、前述のように、第１の音響調節装置１４と第２の音響調節装置１４とは１つまたは複数の態様で異なることができる。したがって、以下に更に説明するように、燃焼器１２の第１のグループは、システム１０内部の燃焼器１２の第２のグループの燃料システム音響インピーダンスとは異なる燃料システム音響インピーダンスを生成することができる。
【００３４】
追加の実施例として、特定の実施形態では、燃焼器１２の第１のグループは、それぞれが第１の音響調節装置１４の幾何形状を含む同一の燃焼器１２を含むことができ、燃焼器１２の第２のグループは、それぞれが第２の音響調節装置１４の幾何形状を含む同一の燃焼器１２を含むことができ、燃焼器１２の第３のグループは、それぞれが第３の音響調節装置１４の幾何形状を含む同一の燃焼器１２を含むことができる。更に、各グループの燃焼器の音響調節装置１４の幾何形状は、図１から図６に関して説明するように、１つまたは複数の態様で互いから異なることができる。したがって、燃焼器１２の第１のグループの音響調節装置１４は、第１の燃料システム音響インピーダンスを達成するように調節され、および／または調製されることができ、燃焼器１２の第２のグループの音響調節装置１４は、第２の燃料システム音響インピーダンスを達成するように、燃焼器１２の第１のグループとは異なる構成に調節され、および／または調整されることができ、燃焼器１２の第３のグループの音響調節装置１４は、第３の燃料システム音響インピーダンスを達成するように、燃焼器１２の第１および／または第２のグループとは異なる構成に調節され、および／または調整されることができる。第１、第２および第３の燃料システム音響インピーダンスは、互いから異なることができる。その結果、音響調節装置１４の幾何形状を変化させることによって、燃焼力学振動数（特に他方の燃焼器１２と比較した少なくとも１つの燃焼器１２の中で）、燃焼力学振幅、燃焼器１２の間の燃焼器対燃焼器位相を変化させることができ、および／または複数の燃焼器１２の間の燃焼力学のモード連成を低減することができる、燃料システム音響インピーダンスへの変化をもたらすことができる。３つのグループおよび３つの振動数を説明するが、任意の数のグループおよび／または振動数を採用できることは明らかなはずである。すべての燃焼器が音響調節装置１４を備える必要がないこともまた明らかなはずである。１つまたは複数の燃焼器１２または燃焼器１２のグループは、全く音響調節装置１４を備えない可能性がある。
【００３５】
図５および図６は、図１から図４の燃料システム音響インピーダンス調節装置１４（例えば、音響調節装置１４）の実施形態の概略横断面図であり、図５の第１の構成１００では、前置オリフィス７０と後置オリフィス７２との間の第１の距離８４、および図６の第２の構成１０２では、前置オリフィス７０と後置オリフィス７２との間の第２の距離８６を図示する。特に、音響調節装置１４は、可動プランジャシステム４０および回転ディスクシステム４２を含む。更に、音響調節装置１４は、燃料入口６４を含み、燃料を燃料供給２６から１つまたは複数の燃料ノズル２０を経て燃焼室４８へ導く。詳細には、図７に関して更に説明するように、回転ディスクシステム４２が、第１プレート１０４、第２プレート１０６、および第１プレート１０４を第２プレート１０６から分離する中央プレート１０７など、複数の穴開きプレートを含む。特定の実施形態では、中央プレート１０７はアクチュエータピストン６６に係合可能であり、回転ディスクシステム４２に回転運動１０９を提供するように構成可能である。
【００３６】
前述のように、駆動装置６７は、制御装置６８によって受信された制御信号（例えば、指令信号）に応答して音響調節装置１４を作動するように構成可能である。特に、前述のように、駆動装置６７は、アクチュエータピストン６６を制御することができ、その結果、アクチュエータピストン６６は直線的に稼働して、前置オリフィス７０と後置オリフィス７２との間の距離６５（図２参照）を増加または減少させる軸方向の運動を提供する。特に、アクチュエータピストン６６は、音響調節装置１４を複数の軸位置の中に配置するように構成可能である。更に、駆動装置６７は、アクチュエータピストン６６を制御して、中央プレート１０７を回転させて、図７から図９に関連して更に考察するように、オリフィス１０８の干渉パターンを変化させる回転運動１０９を提供するように構成可能である。
【００３７】
図７は、アクチュエータピストン６６に結合された回転ディスクシステム４２を図示する、音響調節装置１４の実施形態１１１である。特に、アクチュエータピストン６６は、回転ディスクシステム４２の中央プレート１０７に回転運動１０９を提供して、第１プレート１０４と第２プレート１０６との間の１つまたは複数のオリフィス１０８の干渉パターンを変化させるように構成される。第１プレート１０４と第２プレート１０６との間の１つまたは複数のオリフィス１０８の干渉パターンを変化させることによって、燃料システムの音響インピーダンスを変化させることができる。加えて、第１プレート１０４と第２プレート１０６との間の１つまたは複数のオリフィス１０８の干渉パターンを変化させることによって、回転ディスクシステムを横切る圧力比（したがって、燃料ノズル圧力比）を変化させることができ、いくつかの実施形態では、更に回転ディスクシステムを通る質量流量を変化させることができ、それによって、燃料ノズル２０を通る質量流量が変化する。燃料ノズルを通る質量流量を変化させることは、更に燃料ノズル２０および／または火炎形状の当量比を変えることができる。前述のように、音響インピーダンスを変化させることによって、燃焼器１２内の燃焼力学を変化させ、望ましくない振動応答を低減することができる。加えて、燃料ノズルを横切る圧力比、当量比および／または火炎形状を変化させることによってもまた、燃焼器１２内の燃焼力学を変化させ、望ましくない振動応答を低減することができる。
【００３８】
例えば、第１プレート１０４および第２プレート１０６は、オリフィス１０８を含む固定プレートであり、オリフィス１０８が互いに整列する場合、１つまたは複数のチャネル１１０（図８および図９参照）が回転ディスクシステム４２を通って設けられるように、オリフィス１０８は同一に位置し、または配置される。図示の実施形態では、第１穴開きプレート１０４、第２穴開きプレート１０６または中央穴開きプレート１０７など、各穴開きプレートが、複数のオリフィス１０８を含み、そのオリフィス１０８を通って燃料（例えば、燃料供給２６から）が、燃焼器１２に搬送されるように流れる。図示の実施形態では、オリフィス１０８は、回転ディスクシステム４２の周囲の周りに同心円状に配置され、同じ形状および寸法（例えば、同一半径、直径、周囲などを含む円形オリフィス１０８）を有する。別の実施形態では、オリフィス１０８は、任意の形状（例えば、楕円形、三角形、矩形、五角形、八角形、六角形など）、または全体に任意の型の開口（スリット、切欠き、孔、スロットおよび／またはギャップ）であることができる。更に、オリフィス１０８は、任意の寸法であることができ、様々な構成および／またはパターン（例えば、ランダム、列、コラム、アレイ、直線、湾曲線、波状、グリッド、渦など）で回転ディスクシステム４２の各プレート上に全体的に配置され得る。特に、オリフィス１０８の配置は、第１ディスク１０４、第２ディスク１０６および中央ディスク１０７上で同一であることができ、オリフィス１０８が整列する場合、オリフィス１０８が、回転ディスクシステム４２を通る１つまたは複数のチャネル１１０（図８および図９参照）を提供するようにする。
【００３９】
いくつかの実施形態では、音響調節装置１４の燃料入口６４で受け取られた燃料（例えば、燃料供給２６）が、回転ディスクシステム４２のチャネル１１０を通って導かれる（例えば、燃料流１１２）。更に、中央プレート１０７は、アクチュエータピストン６６に結合された回転プレートであることができる。中央プレート１０７は、オリフィス１０８が第１プレート１０４および第２プレート１０６のオリフィス１０８に整列する場合、１つまたは複数のチャネル１１０の横断面積が最大になるように位置決めされ、または配置されるオリフィス１０８を含むことができる。特定の実施形態では、中央プレート１０７は、中央プレート１０７のオリフィス１０８が第１プレート１０４および第２プレート１０６のオリフィス１０８に対してずれるように回転され得る。そのような実施形態では、オリフィス１０８のずれ（不整列）は、中央プレート１０７およびアクチュエータピストン６６の回転角度に直接関係付けることができる。アクチュエータピストン６６は、概ね任意の角度（例えば、１°〜１０°、１°〜２０°、１°〜３０°など）または概ね任意の分数の角度（例えば、０．１°、０．２°、０．３°、０．４°、０．５°など）で回転することができて、チャネル１１０の横断面積を増加または減少させることができる。前述のように、オリフィス１０８が、任意の寸法または形状になることができ、更に任意の幾何形状構成、パターンまたは配置で配置可能である。特に、オリフィス１０８の変化は、燃料プレナムの音響インピーダンス、および／または燃料ノズル２０を通る質量流量を変化させることができる。
【００４０】
特に、回転ディスクシステム４２に関連する様々なパラメータが変化することができ、その結果、燃料システム音響インピーダンスおよび／または音響調節装置１４間の燃料１１２の質量流量が変化する。例えば、中央プレート１０７のオリフィス１０８が第１プレート１０４および第２プレート１０６のオリフィス１０８からずれるように中央プレート１０７を回転させることにより、第１プレート１０４と第２プレート１０６との間の干渉パターンが変化する。特に、干渉パターンおよび燃料流１１２が、特定の燃焼器１２内で（例えば、単一の燃焼器１２の燃料ノズル２０の間で）変化し、または２つ以上の燃焼器１２の間で（例えば、２つ以上の燃焼器１２の燃料ノズル２０の間で）変化することができるように、干渉パターンは、２つ以上の音響調節装置１４の間で変化することができる。別の実施形態では、燃料システム音響インピーダンスが特定の燃焼器１２内で（例えば、単一の燃焼器１２の燃料ノズル２０の間で）、または２つ以上の燃焼器１２の間で（例えば、２つ以上の燃焼器１２の燃料ノズル２０の間で）変化することができるように、音響調節装置１４の間でオリフィス１０８の幾何形状の特性（例えば、寸法、形状、配置など）を変化させることができる。
【００４１】
図８は、チャネル１１０を図示する、回転ディスクシステム４２の実施形態の概略横断面図であり、チャネル１１０を通る燃料流１１２は最大である。図示の実施形態では、中央プレート１０７は、中央プレート１０７のオリフィス１０８が第１プレート１０４のオリフィス１０８と第２プレート１０６のオリフィス１０８との間に整列するように配置されている。そのような実施形態では、チャネル１１０は、燃料流１１２が通過する最大横断面積を提供する。
【００４２】
図９は、チャネル１１０を図示する、回転ディスクシステム４２の実施形態の概略横断面図であり、チャネル１１０を通る燃料流１１２を減少させるように、中央プレート１０７が回転されている。図示の実施形態では、中央プレート１０７は、中央プレート１０７のオリフィス１０８が第１プレート１０４および第２プレート１０６のオリフィス１０８に対してずれる、または整列しないように配置されている。そのような実施形態では、チャネル１１０は、図７の実施形態に対して、減少した量の燃料流１１２を提供する。
【００４３】
本発明の技術的効果は、燃料ノズル２０および／または燃料ノズル２０を通る燃料流の燃料システム音響インピーダンス（振幅および位相）を調節するように構成された１つまたは複数の燃料システム音響インピーダンス調節装置１４（例えば、音響調節装置１４）を提供することによって、燃焼力学に関連する望ましくない振動応答を低減することを含む。音響調節装置１４は、ガスタービンシステム１０の振動応答を調節するように構成された可動プランジャシステム４０および回転ディスクシステム４２を含む。例えば、可動プランジャシステム４０は、任意のタイプのアクチュエータ（例えば、空気式、電気機械式、油圧式など）によって駆動されて、軸方向の運動を生成することができ、軸方向の運動によって、前置オリフィス７０と後置オリフィス７２との間の距離６５（したがって、燃料プレナムの音響体積）を増加または減少させることができる。更に、回転ディスクシステム４２は、回転運動１０９を生成するように駆動可能であり、回転運動１０９が、回転ディスクシステム４２のオリフィス１０８間の干渉パターンを変化させることができる。オリフィス１０８間の干渉パターンを変化させることによって、チャネル１１０の寸法を増加または減少させることができ、燃料ノズル２０および／または燃料を燃焼器１２に導く燃料ノズル２０を通る燃料流１１２の燃料システム音響インピーダンス特性を変化させることができる。
【００４４】
特に、音響調節装置１４の幾何形状は、特定の燃焼器１２の内部で、および／またはシステム１０の２つ以上の燃焼器１２の間で変化することができる。例えば、各燃焼器１２は、それぞれが１つまたは複数の燃料ノズル２０に結合されている１つまたは複数の音響調節装置１４に連結されることができる。更に、燃料ノズル２０に結合された音響調節装置１４のパターンは、システム１０の燃焼器１２の間で変化することができる。このように、システム１０内部の望ましくない振動応答を低減することができる。特に、望ましくない振動応答を低減することによって、振動応力、構造的振動、摩耗、機械疲労、性能劣化、またはシステム１０の構成要素への他の望ましくない大きな影響を低減することができる。
【００４５】
ここに記載する説明は、最良の形態を含む本発明を開示するための実施例を使用しており、更に当業者が、任意の装置またはシステムを作製し、使用し、かつ任意の組み込まれた方法を実施することを可能にする実施例を使用する。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実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言とは異なら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は実質的には異ならない均等な構造的要素を含む場合、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】
【００４６】
１０  ガスタービンシステム
１２  燃焼器
１４  音響調節装置（音響インピーダンス調節装置）
１６  燃料導管
１８  端部カバー
２０  燃料ノズル
２１  中央燃料ノズル
２２  圧縮機
２３  周辺燃料ノズル
２４  タービン
２６  燃料／燃料供給
２８  高温燃焼ガス
３０  シャフト
３２  排気出口
３４  負荷
３６  空気取入れ口
３８  圧縮空気
４０  可動プランジャシステム
４２  回転ディスクシステム
４４  頭部端
４６  燃焼キャップ組立体
４８  燃焼室
５０  流れスリーブ
５１  トランジションピース
５２  燃焼器ライナ
５３  インピンジメントスリーブ
５４  穿孔
５６  空気流
５８  圧縮機排出
６０  中間流路
６２  空気流
６４  燃料入口
６５  前置オリフィス７０と後置オリフィス７２との間の距離
６６  アクチュエータピストン
６７  駆動装置
６８  制御装置
７０  前置オリフィス
７２  後置オリフィス
７４  プレナム室
８０  第１の音響調節装置
８２  第２の音響調節装置
８４  第１の距離
８６  第２の距離
９０  第１の燃焼器
９２  第２の燃焼器
９４  第３の燃焼器
９６  第４の燃焼器
９８  第５の燃焼器
１００  第１の構成
１０２  第２の構成
１０４  第１プレート
１０６  第２プレート
１０７  中央プレート
１０８  オリフィス
１０９  回転運動
１１０  チャネル
１１１  音響インピーダンス調節装置１４の実施形態
１１２  燃料流
【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】
2015200308.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015200308.tif 000011
【外国語明細書】
2015200308000001.pdf