(57)【要約】【課題】タービンシステムにおける構成要素のいずれの望ましくない振動応答も低減させる。【解決手段】第１の燃焼器は、第１の燃焼器の第１のヘッド端部チャンバ内に配設された第１の燃料ノズルと、第１の燃料噴射器とを含む。第１の燃料ノズルは、第１の燃料および酸化剤を第１の燃焼器の第１の燃焼室に噴射するように構成されている。第２燃焼器は、第２の燃焼器の第２のヘッド端部チャンバ内に配設された第２の燃料ノズルと、第２の燃料噴射器と、第２の燃料噴射器の上流で第２の燃料経路内に配設された第２のオリフィスプレートとを含む。第２の燃料ノズルは、第１の燃料および酸化剤を第２の燃焼器の第２の燃焼室に噴射するように構成されており、第２のオリフィスプレートは、第１の燃焼器と第２の燃焼器の間のモードカップリングを低減する助けを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】
第１の燃焼器（１２）の第１のヘッド端部チャンバ（５１）内に配設され、第１の燃料（４）および酸化剤を前記第１の燃焼器（１２）の第１の燃焼室（１９）に噴射するように構成された第１の燃料ノズル（１８）と、
前記第１の燃料ノズル（１８）の上流で前記酸化剤に、または前記第１の燃料ノズル（１８）の下流で前記第１の燃焼室（１９）にまたはそのいずれかの組み合わせの少なくとも１つに第２の燃料（６）を噴射するように構成される第１の燃料噴射器（７０、７２）と
を備える第１の燃焼器（１２ａ）と、
第２の燃焼器（１２ｂ）の第２のヘッド端部チャンバ（５１）内に配設され、前記第１の燃料（４）および前記酸化剤を前記第２の燃焼器（１２ｂ）の第２の燃焼室（１９）へと噴射するように構成される第２の燃料ノズル（１８）と、
前記第２の燃料ノズル（１８）の上流で前記酸化剤に、または前記第２の燃料ノズル（１８）の下流で前記第２の燃焼室（１９）にまたはそのいずれかの組み合わせの少なくとも１つに前記第２の燃料（６）を噴射するように構成された第２の燃料噴射器（７０、７２）と、
前記第２の燃料噴射器（１２ｂ）の上流で第２の燃料経路（８）内に配設され、前記第１の燃焼器（１２ａ）と前記第２の燃焼器（１２ｂ）の間のモードカップリングを低減する助けをするように構成される第２のオリフィスプレート（１３）とを備える第２の燃焼器（１２ｂ）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】
前記第１の燃料噴射器（７０）の上流で前記第２の燃料経路（８）内に配設された第１のオリフィスプレート（１３）を備える、請求項１の記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記第１のオリフィスプレート（１３）の第１の有効なオリフィス面積が前記第２のオリフィスプレート（１３）の第２の有効なオリフィス面積と異なる、請求項２に記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記第１のオリフィスプレート（１３）が、前記第２のオリフィスプレート（１３）に対して少なくとも１つの差異を有する、請求項２に記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの差異が、前記第１の燃焼器（１２ａ）と前記第２の燃焼器（１２ｂ）の間のモードカップリングを低減する助けをするように構成される、請求項４に記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記第１のオリフィスプレート（１３）が、前記第１の燃焼器（１２ａ）における第１の燃焼ダイナミ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のオリフィスプレート（１３）が、前記第２の燃焼器（１２ｂ）における第２の燃焼ダイナミクスを少なくとも部分的に制御するように構成されており、前記第１のオリフィスプレート（１３）と前記第２のオリフィスプレート（１３）との前記少なくとも１つの差異が、前記第１の燃焼ダイナミクスと第２の燃焼ダイナミクスの間に差を生じさせる、請求項４に記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの差異が、前記第１のオリフィスプレート（１３）と第２のオリフィスプレート（１３）の間の異なるオリフィス直径、異なるオリフィス形状、異なるオリフィスの数、異なるオリフィスの幾何学的配置または隣接するオリフィス間の距離またはそれらのいずれかの組み合わせの少なくとも１つを含む、請求項４に記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記第１の燃料噴射器（７０、７２）および前記第２の燃料噴射器（７０、７２）が、遅延希噴射器（７２）、または４つ組の燃料噴射器（７０）またはそれらのいずれかの組み合わせの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項９】
前記第２の燃焼器（１２ｂ）が、
前記第２の燃料ノズルの上流で前記酸化剤に、または前記第２の燃料ノズルの下流で前記第２の燃焼室にまたはそのいずれかの組み合わせの少なくとも１つに前記第２の燃料を噴射するように構成された第３の燃料噴射器（７０、７２）と、
前記第３の燃料噴射器（７０、７２）の上流で前記第２の燃料経路（８）内に配設され、前記第１の燃焼器（１２ａ）と前記第２の燃焼器（１２ｂ）の間のモードカップリングを低減する助けをするように構成される第３のオリフィスプレート（１３）と
を備える、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
第１の複数の第１の燃焼器（１２ａ）と、
第２の複数の第２の燃焼器（１２ｂ）と
を備え、
前記第１および第２の燃焼器（１２ａ、１２ｂ）が、特定のパターンで配置されることで、前記第１の複数の第１の燃焼器（１２ａ）と、前記第２の複数の第２の燃焼器（１２ｂ）の間のモードカップリングを低減する助けをする、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項１１】
前記第１の燃料ノズル（１８）、または前記第２の燃料ノズル（１８）、またはそれらのいずれかの組み合わせの少なくとも１つの上流で第１の燃料経路（５）内に配設された第３のオリフィスプレート（１３）を備え、前記第３のオリフィスプレート（１３）が、前記第１の燃焼器（１２ａ）と前記第２の燃焼器（１２ｂ）の間のモードカップリングを低減する助けをす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１２】
前記第１の燃焼器（１２ａ）の第１のヘッド端部チャンバ（５１）内に配設され、第１の燃料（４）および酸化剤を前記第１の燃焼器（１２ａ）の第１の燃焼室（１９）に噴射するように構成された第１の燃料ノズル（１８）と、
前記第１の燃料ノズル（１８）の上流で前記酸化剤に、または前記第１の燃料ノズル（１８）の下流で前記第１の燃焼室（１９）にまたはそのいずれかの組み合わせの少なくとも１つに第２の燃料（６）を噴射するように構成される第１の燃料噴射器（７０、７２）と、
前記第１の燃料噴射器（７０、７２）の上流で第２の燃料経路（８）内に配設され、前記第１のタービン燃焼器（１２ａ）における第１の燃焼ダイナミクスを少なくとも部分的に制御するように構成された第１のオリフィスプレート（１３）と
を備える第１のタービン燃焼器（１２ａ）を備える、システム（１０）。
【請求項１３】
前記第１のオリフィスプレート（１３）が、前記第２の燃料経路（８）を通る、第２の燃料流量、第２の燃料の速度またはそれらのいずれかの組み合わせの少なくとも１つ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（１０）。
【請求項１４】
第２の燃焼器（１２ｂ）の第２のヘッド端部チャンバ（５１）内に配設され、前記第１の燃料（４）および前記酸化剤を前記第２の燃焼器（１２ｂ）の第２の燃焼室（１９）へと噴射するように構成される第２の燃料ノズル（１８）と、
前記第２の燃料ノズル（１８）の上流で前記酸化剤に、または前記第２の燃料ノズル（１８）の下流で前記第２の燃焼室（１９）にまたはそのいずれかの組み合わせの少なくとも１つに前記第２の燃料（６）を噴射するように構成された第２の燃料噴射（７０、７２）と、
前記第２の燃焼噴射器（７０、７２）の上流で前記第２の燃料経路（８）内に配設された第２のオリフィスプレート（１３）と
を備え、前記第１および第２のオリフィスプレート（１３）が少なくとも１つの差異を有することで前記第２の燃焼ダイナミクスを前記第１の燃焼ダイナミクスに対して変化させる第２の燃焼器（１２ｂ）
を備える、請求項１２に記載のシステム（１０）。
【請求項１５】
前記第１の燃料ノズル（１８）の上流で第１の燃料経路（５）内に配設され、前記第１のタービン燃焼器（１２ａ）における第１の燃焼ダイナミクスを少なくとも部分的に制御するように構成される第３のオリフィスプレート（１３）を備える、請求項１２に記載のシステム（１０）。
【請求項１６】
第１の燃焼器（１２ａ）の第１のヘッド端部チャンバ（５１）内に配設された第１の燃料ノズル（１８）を使用して第１の燃料（４）および酸化剤を前記第１の燃焼器（１２ａ）の第１の燃焼室（１９）に噴射するステップと、
第１の燃料噴射器（７０、７２）を使用して、前記第１の燃料ノズル（１８）の上流で前記酸化剤に、または前記第１の燃料ノズル（１８）の下流で前記第１の燃焼室（１９）にまたはそのいずれかの組み合わせの少なくとも１つに第２の燃料（６）を噴射するステップと、
第２の燃焼器（１２ｂ）の第２のヘッド端部チャンバ（５１）内に配設された第２の燃料ノズル（１８）を使用して、前記第１の燃料（４）および前記酸化剤を前記第２の燃焼器（１２ｂ）の第２の燃焼室（１９）に噴射するステップと、
第２の燃料噴射器（７０、７２）を使用して、前記第２の燃料ノズル（１８）の上流で前記酸化剤に、または前記第２の燃料ノズル（１８）の下流で前記第２の燃焼室（１９）にまたはそのいずれかの組み合わせの少なくとも１つに前記第２の燃料（６）を噴射するステップと、
前記第２の燃料噴射器（１２ｂ）の上流で第２の燃料経路（８）内に配設された第２のオリフィスプレート（１３）によって前記第２の燃焼器（１２ｂ）における第２の燃焼ダイナミクスを制御するステップであって、前記第２のオリフィスプレート（１３）が、前記第１の燃焼器（１２ａ）と前記第２の燃焼器（１２ｂ）の間のモードカップリングを低減する助けをするように構成されるステップと
を含む、方法。
【請求項１７】
前記第１の燃料噴射器（１２ａ）の上流で前記第２の燃料経路（８）内に配設された第１のオリフィスプレート（１３）によって前記第１の燃焼器（１２ａ）における第１の燃焼ダイナミクスを制御するステップであって、前記第１のオリフィスプレート（１３）が、前記第１の燃焼器（１２ａ）と前記第２の燃焼器（１２ｂ）の間のモードカップリングを低減する助けをするように構成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の燃料ノズル（１８）の上流で第１の燃料経路（５）内に配設された第３のオリフィスプレート（１３）によって前記第１の燃焼器（１２ａ）における第１の燃焼ダイナミクスを制御するステップであって、前記第３のオリフィスプレート（１３）が、前記第１の燃焼器（１２ａ）と前記第２の燃焼器（１２ｂ）の間のモードカップリングを低減する助けをするように構成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２のオリフィスプレート（１３）および前記第３のオリフィスプレート（１３）を使用して、前記第１の燃焼器（１２ａ）に対する第１の総燃料流れを前記第２の燃焼器（１２ｂ）に対する第２の総燃料流れの範囲内に維持するステップであって、前記第１の総燃料流れが、前記第１の燃焼器（１２ａ）に対する前記第１の燃料（４）と前記第２の燃料（６）とを含み、前記第２の総燃料流れが前記第２の燃焼器（１２ｂ）に対する前記第１の燃料（４）と前記第２の燃料（６）とを含むステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のオリフィスプレート（１３）と第２のオリフィスプレート（１３）との少なくとも１つの差異によって前記第１の燃焼器（１２ａ）と第２の燃焼器（１２ｂ）の間のモードカップリングを低減させるステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示される主題は一般に、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クスを制御するためのシステムおよび方法に関し、より具体的には燃焼ダイナミクスのモードカップリングを低減することを目的とする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、燃焼器セクションおよびタービンセクション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、燃料および酸化剤（例えば空気）を各々の燃焼器内の燃焼室へと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）を含む。各々の燃焼器において、燃料および酸化剤の混合気が燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスが次いでタービンセクションに流れ込み１つまたは複数のタービン段を駆動する。各々の燃焼器は燃焼ダイナミクスを生じさせる場合があり、これは、燃焼器の音響振動が火炎ダイナミクス（熱放出の振動する成分としても知られる）と相互作用する際に生じ、燃焼器において自動継続する圧力振動をもたらす。燃焼ダイナミクスは、複数の別個の周波数で、または一定の範囲の周波数で発生する可能性があり、それぞれの燃焼器に対して上流と下流の両方に進むことができる。例えば圧力のおよび／または音波は、例えば１つまたは複数のタービン段を通ってタービンセクションへと下流に進むことができる、あるいは燃料システムへと上流に進むことができる。タービンシステムの特定の構成要素は場合によって、特に個々の燃焼器によって生じた燃焼ダイナミクスが互いと同相のかつコヒーレントな関係を示し、構成要素の固有のまたは共振周波数でのまたはそれに近い周波数を有する場合、燃焼ダイナミクスに反応する可能性がある。本明細書で考察するように「コヒーレンス」は、２つの動的な信号間の線形の関係の強度を指すことができ、それらの間の周波数の重なりの度合いによって強く影響を受ける可能性がある。燃焼ダイナミクスの文脈において、「コヒーレンス」は、燃焼システムによって提示されるモードカップリング、すなわち燃焼器と燃焼器の音響的な相互作用の目安である。したがって燃焼ダイナミクスおよび／または燃焼ダイナミクスのモードカップリングを制御することで、タービンシステムにおける構成要素のいずれの望ましくない共振する振動応答（例えば共振動作）も低減させる必要性がある。
【０００３】
元々主張される本発明の範囲にふさわしい特定の実施形態を以下に概説する。これらの実施形態は、主張される発明を制限することは意図されておらず、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略を提供することのみが意図されている。当然のことながら、本発明は、以下に記載される実施形態と同様の、またはそれと異なる可能性のある種々の形態を包含することができる。
【発明の概要】
【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のヘッド端部チャンバ内に配設された第１の燃料ノズルを含む。第１の燃料ノズルは、第１の燃料および酸化剤を第１の燃焼器の第１の燃焼室へと噴射するように構成される。第１の燃焼器はまた、第１の燃料ノズルの上流で酸化剤に、または第１の燃料ノズルの下流で第１の燃焼室にまたはそのいずれかの組み合わせの少なくとも１つに第２の燃料を噴射するように構成された第１の燃料噴射器を含む。第２の燃焼器は、第２の燃焼器の第２のヘッド端部チャンバ内に配設された第２の燃料ノズルを含む。第２の燃料ノズルは、第１の燃料および酸化剤を第２の燃焼器の第２の燃焼室へと噴射するように構成される。第２の燃焼器はまた、第２の燃料ノズルの上流で酸化剤に、または第２の燃料ノズルの下流で第２の燃焼室にまたはそのいずれかの組み合わせの少なくとも１つに第２の燃料を噴射するように構成された第２の燃料噴射器を含む。第２の燃焼器はまた、第２の燃焼噴射器の上流で第２の燃料経路内に配設された第２のオリフィスプレートを含み、第２のオリフィスプレートは、第１の燃焼器と第２の燃焼器の間のモードカップリングを低減する助けを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のヘッド端部チャンバ内に配設された第１の燃料ノズルを含む第１のタービン燃焼器を含む。第１の燃料ノズルは、第１の燃料および酸化剤を第１の燃焼器の第１の燃焼室へと噴射するように構成される。第１のタービン燃焼器はまた、第１の燃料ノズルの上流で酸化剤に、または第１の燃料ノズルの下流で第１の燃焼室にまたはそのいずれかの組み合わせの少なくとも１つに第２の燃料を噴射するように構成された第１の燃料噴射器を含む。第１のタービン燃焼器はまた、第１の燃焼噴射器の上流で第２の燃料経路内に配設された第１のオリフィスプレートを含む。第１のオリフィスプレートは、第１のタービン燃焼器における第１の燃焼ダイナミ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のヘッド端部チャンバ内に配設された第１の燃料ノズルを使用して第１の燃料および酸化剤を第１の燃焼器の第１の燃焼室に噴射するステップと、第１の燃料噴射器を使用して、第１の燃料ノズルの上流で酸化剤に、または第１の燃料ノズルの下流で第１の燃焼室にまたはそのいずれかの組み合わせの少なくとも１つに第２の燃料を噴射するステップと、第２の燃焼器の第２のヘッド端部チャンバ内に配設された第２の燃料ノズルを使用して、第１の燃料および酸化剤を第２の燃焼器の第２の燃焼室に噴射するステップと、第２の燃料噴射器を使用して、第２の燃料ノズルの上流で酸化剤に、または第２の燃料ノズルの下流で第２の燃焼室にまたはそのいずれかの組み合わせの少なくとも１つに第２の燃料を噴射するステップと、第２の燃料噴射器の上流で第２の燃料経路内に配設された第２のオリフィスプレートによって第２の燃焼器における第２の燃焼ダイナミクスを制御するステップであって、第２のオリフィスプレートが、第１の燃焼器と第２の燃焼器の間のモードカップリングを低減する助けをするように構成されるステップとを含む。
【０００７】
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様および利点は、以下の詳細な記載を添付の図面を参照して読むことでよりよく理解されるであろう。この図面において同様の符号は図面を通して同様の部分を指している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】下流の構成要素における望ましくない振動応答が生じる可能性を低減するために、燃焼ダイナミクスおよび／または燃焼ダイナミクスのモードカップリングを制御するように構成されたオリフィスプレートを備える複数の燃焼器を有するガスタービンシステムの一実施形態の概略図である。
【図２】下流の構成要素における望ましくない振動応答が生じる可能性を低減するために、燃焼器が、燃焼ダイナミクスおよび／または燃焼ダイナミクスのモードカップリングを制御するように構成されたオリフィスプレートを備える、図１の燃焼器の１つの一実施形態の概略断面図である。
【図３】下流の構成要素における望ましくない振動応答が生じる可能性を低減するために、燃焼ダイナミクスおよび／または燃焼ダイナミクスのモードカップリングを制御するように構成されたオリフィスプレートが各々備わった複数の燃焼器を有するガスタービンシステムの概略図である。
【図４】下流の構成要素における望ましくない振動応答が生じる可能性を低減するために、燃焼ダイナミクスおよび／または燃焼ダイナミクスのモードカップリングを制御するように特定のパターンで配置された第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つまたは複数の特有の実施形態を以下に記載する。これらの実施形態の簡潔な記載を提供しようとする中で、実際の実装形態の全ての特徴が本明細書に記載される訳ではない。全てのこのような実際の実装形態の開発において、何らかの計画または設計プロジェクトでのようにシステム関連のおよび商用関連の制約の遵守など開発者の特有の目的を達成するために多くの実装形態固有の決定を行う必要があり、このような制約は、実装形態の間で変化する可能性があることを理解されたい。さらに、このような開発の尽力は、複雑でかつ時間を浪費する可能性があるが、それでなお本開示の恩恵を有する当業者にとって設計、作成および製造の日常的な取り組みとなる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取り上げる際、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」および「ｓａｉｄ」は、１つまたは複数の要素があることを意味することが意図されている。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」および「ｈａｖｉｎｇ（有する）」は、包括的であり、記載される要素以外の追加の要素がある可能性があることを意味することが意図されている。
【００１１】
開示される実施形態は、例えば１つまたは複数の燃料ノズルの上流で燃料経路内にオリフィスプレートを配置すること、１つまたは複数の４つ組の（例えば、４つの）ペグ、および／またはタービン燃焼器のライナーを円周方向に囲むように、およびタービン燃焼器のヘッド端部内に配設された燃料ノズルから軸方向下流に配設された１つまたは複数の遅延希噴射器を配置するなど１つまたは複数のタービン燃焼器の幾何学形状を変えることによって、ガスタービンシステム内の下流構成要素における望ましくない振動応答を抑えるために燃焼ダイナミクスおよび／または燃焼ダイナミクスのモードカップリングを低減することを対象としている。本明細書で使用されるように、「オリフィスプレート」は、１つまたは複数の穴、すなわちオリフィスを有するプレートとして定義されてよく、この穴を介してオリフィスプレートを通る流体の流れを制限している。ガスタービン燃焼器（または燃焼器組立体）は、燃焼工程、燃焼器に流体の流れ（例えば燃料、酸化剤、希釈剤など）を取り込む特徴および様々な他の要因によって燃焼ダイナミクスを生じる可能性がある。燃焼ダイナミクスは、特定の周波数での圧力変動、脈動、振動および／または波として特徴付けることができる。流体の流れを取り込む特徴には、速度、圧力、速度および／または圧力の変動、流路の変化（例えば、曲がり角、形状、妨害物など）またはそれらのいずれかの組み合わせが含まれてよい。総称すると、燃焼ダイナミクスは場合によって、燃焼器から下流にある種々の構成要素における振動応答および／または共振動作を生じさせる可能性がある。例えば、燃焼ダイナミクス（例えば特定の周波数、特定の周波数の範囲、特定の振幅などでの）は、ガスタービンシステム内を下流に進むことができる。下流の構成要素がこれらの圧力変動（例えば燃焼ダイナミクス）によって推進される固有のまたは共振周波数を有する場合、このときこの圧力変動は場合によって、振動、応力、疲労などを生じさせる可能性がある。構成要素には、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、ベアリングまたはそのいずれかの組み合わせが含まれてよい。下流の構成要素は、それらが、同相でコヒーレントな燃焼トーンに影響されやすいため特に注目に値する。よってコヒーレンスを低減させることで具体的に、下流の構成要素において望ましくない振動が生じる可能性が低減される。
【００１２】
以下に詳細に考察するように、開示される実施形態は、燃焼器における種々の燃料回路への燃料の分散を変えるために、１つまたは複数のガスタービン燃焼器に、燃料噴射器の上流の燃料経路内に配設されたオリフィスプレートが備わっている場合がある。燃料回路は、燃焼器のヘッド端部内の１つまたは複数の燃料ノズル、燃焼器の尾翼ケーシング内に位置する１つまたは複数の４つ組のペグおよび／またはライナーを囲むように円周方向に配設されヘッド端部から軸方向下流に位置する遅延希燃料噴射器を含むことができる。詳細には、オリフィスプレートは、個々の燃焼器における燃料分割を別の燃焼器に対して改変することができ、これによりヘッド端部、４つ組のペグまたはヘッド端部から下流に位置決めされた遅延希燃料噴射器に対する燃料の流れを改変することができる。所与の燃料ノズル、燃料ノズルのグループ、４つ組のペグまたは遅延希燃料噴射器に対する燃料流れの比率の違いによって生じる燃料ノズルの圧力比および／または等価比の変化は、１つまたは複数の燃焼器における燃焼不安定性の周波数および／または振幅に直接影響を及ぼす可能性がある。１つまたは複数の燃焼器における燃焼ダイナミクスの周波数が他の燃焼器の周波数と離れるように推進される際、コヒーレンスおよびこれにより燃焼ダイナミクスのモードカップリングが低減される。その結果、本発明の種々の実施形態は、下流の構成要素において振動応答を生じさせる燃焼トーンの力を抑えることができる。
【００１３】
開示される実施形態は、複数のガスタービン構成要素におけるオリフィスプレート構成を変化させることによって、複数のガスタービン燃焼器における燃焼ダイナミクス振幅および／または燃焼ダイナミクスのモードカップリングを低減するようなやり方で燃焼器と燃焼器の間で燃焼ダイナミクスを変化させることができる。例えばオリフィスプレート構成によって生じる燃料分割の変化によって、燃焼器同士の間で燃料分割に変動が生じ、それ故に燃焼ダイナミクス周波数の変動が生じることによって、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並ぶ周波数における燃焼器のモードカップリングの可能性を低減する。よって複数のガスタービン燃焼器のオリフィスプレートの有効なオリフィス面積を変えることによって燃焼器同士の間で周波数が換えられ、モードカップリングを妨害することができる。換言すると複数のガスタービン燃焼器において周波数の類似性を抑えることによってコヒーレンスを低減させることができる。
【００１４】
したがって、ガスタービンエンジンは、燃焼器の燃料分割を改変するために多様な種類のオリフィスプレート構成を利用することで燃焼器の燃焼ダイナミクスを改変し、これにより燃焼器における燃焼ダイナミクスによって生じるガスタービンシステム構成要素における望ましくない振動応答をなくすことができる。例えば１つまたは複数のガスタービン燃焼器のオリフィスプレートの幾何学形状には、１つまたは複数の角度付きの表面、湾曲した表面（例えば凹面、凸面、一定の湾曲または変動する湾曲）、平面、くぼみ、突起、多角形の面（例えば三角形の面、五角形の面、六角形の面または四辺形の面）、段差付きのまたはジグザグの面、曲がりくねった面、不規則な面（例えば不均一な、でこぼこしたまたは非対称的な；波形の面、ぎざぎざの面、先端が尖った面またはのこぎり歯状の面）、またはそれらのいずれかの組み合わせが含まれてよい。一部の実施形態において、少なくともいくつかの（例えば２、３、４、５、６、７、８、９または１０）のまたは全てのタービン燃焼器は異なるオリフィスプレートを有し、例えば異なる角度付きのオリフィスプレート、異なる湾曲したオリフィスプレート、異なる平坦なオリフィスプレート、異なるオリフィス構成またはそれらのいずれかの組み合わせなどである。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プレートのオリフィスにおける幾何学的な特徴（例えば高さ、幅、深さ、長さ、角度の度合い、角度の特徴、曲率半径、幾何学的な機構の配向など）は、異なる場合がある。詳細には一部の実施形態において、異なる燃焼器に関連する燃焼器オリフィスプレートは、異なる幾何学形状、異なる幾何学的特徴、異なる幾何学的配置またはそれらのいずれかの組み合わせのいずれか１つを有する場合がある。
【００１５】
したがって１つまたは複数の変化するオリフィスプレートを有する１つまたは複数の燃焼器を利用する開示される実施形態は、１つまたは複数の燃焼器の燃料分割を変化させる助けをし、これにより燃焼器における、および隣接するまたは隣接しない燃焼器の間で燃焼ダイナミクスを変化させる。開示される実施形態を使用することで、燃焼器のモードカップリングをなくす助けをし、これにより燃焼器から下流にある構成要素における、ならびに燃焼器自体における望ましくない振動応答の可能性を低減させる。例えば１つまたは複数の燃焼器に、１つまたは複数の他の燃焼器と比べて異なる幾何学形状（例えば異なる幾何学形状、特徴または配置）を有するオリフィスプレートを燃料供給ライン内に設けることで、燃焼器同士の間で異なる燃料分割を実現し、これにより燃焼器同士の間で燃焼ダイナミクスを改変し、ガスタービンシステムの燃焼器のコヒーレント動作の可能性を低減することができる。
【００１６】
上記のことを念頭において、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の一実施形態の概略図であり、１つまたは複数の燃焼器１２には、少なくとも１つの他の燃焼器１２の燃焼器オリフィスプレート１３とは異なる構成および／または幾何学形状を有する燃焼器オリフィスプレート１３が備わっている。特定の実施形態において、全ての燃焼器１２が燃焼器オリフィスプレート１３を有する訳ではないことに留意されたい。以下で考察するように、オリフィスプレート１３は、第２の燃料６を燃焼器１２に搬送する第２の燃料経路８内に配置されてよい。特定の実施形態において、追加のオリフィスプレート１３が、燃焼器１２のヘッド端部内の燃料ノズルに対して燃料を供給する１つまたは複数の燃料回路内に配置される場合もある。上記で考察したように、各々のオリフィスプレート１３は、１つまたは複数の穴、すなわちオリフィスを含み、これらがオリフィスプレート１３を通る第２の燃料６の流れを制限する。各々のオリフィスプレート１３における穴は共同してオリフィスプレート１３を貫通する有効なオリフィス面積を画定し、この有効なオリフィス面積は、オリフィスプレート１３の両端における所与の格差のある圧力に関してオリフィスプレート１３を通過する流体（例えば第２の燃料６）の質量流を決定する。オリフィスプレート１３の有効なオリフィス面積は、第２の燃料６が通り抜ける組み合わされた面積であり、流れまたは放出効率の係数を掛けたオリフィスプレート１３における穴の総断面積として計算することができる。流れの係数は、オリフィスプレート１３を通る実際の理論上の最大の流れの比率を表すことができる。
【００１７】
図１に示される１つまたは複数の燃焼器１２において、オリフィスプレート１３は、特定の燃焼器１２における燃焼ダイナミクスを変えるように構成された特定の構成を有し、これによりこの燃焼器１２の下流にある構成要素におけるいずれの望ましくない振動応答も低減する助けをすることができる。例えばオリフィスプレート構成は、オリフィスプレートの幾何学的オリフィス面積または有効なオリフィス面積のいずれかを変えるための幾何学的機構を含むことで、燃料回路を通る流れを変更し、最終的に燃焼器内の燃料分割を変更し、ついには所与の燃焼器によって生成される燃焼ダイナミクスの振幅および周波数を改変することができる。加えて、開示される実施形態は、複数の燃焼器１２の間でオリフィスプレート１３の幾何学形状を変化させることで複数の燃焼器１２における燃焼ダイナミクスのいずれのモードカップリングも低減するまたは回避する助けをし、これにより複数の燃焼器１２の下流にあるガスタービン構成要素のいずれの望ましくない振動応答も低減するのを助けることができる。例えば開示される実施形態は、複数の燃焼器１２におけるオリフィスプレート１３の幾何学形状（例えば、角度付きの、湾曲した、段差の付いた、凹面、凸面または平坦な）、幾何学的特徴（例えば、高さ、幅、深さ、長さ、角度の度合い、角度の特徴、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）またはそれらのいずれかの組み合わせを変化させることができる。その結果、複数の燃焼器１２におけるオリフィスプレート１３の幾何学的構成が不均一であることによって、燃焼器１２同士の間の燃焼ダイナミクス周波数を変化させるのを助けることができる。かかるに複数の燃焼器１２によって生じる燃焼ダイナミクスは、ガスタービンシステム１０において望ましくない振動応答を生じさせる可能性のあるコヒーレント動作を引き起こしにくい。
【００１８】
図示の実施形態において、タービンシステム１０は、複数の燃焼器１２（例えば１２ａおよび１２ｂ）を有し、１つまたは複数の燃焼器１２には第２の燃料経路８内に配設されたオリフィスプレート１３が備わっている。これらのオリフィスプレート１３は、燃焼器１２同士の間で、例えばオリフィスプレート１３内にあるオリフィスの数、配置、直径、形状、総有効オリフィス面積またはそれらのいずれかの組み合わせなどが変化する場合がある。このようにして、隣接するオリフィスプレート１３の幾何学的構成を変化させることで燃焼器のモードカップリングを低減し、これにより下流にある構成要素におけるいずれの望ましくない振動応答も低減させることができる。一部の実施形態において、オリフィスプレート１３の幾何学的外形は、燃焼器１２同士の間で幾何学形状、特徴および／または配置において改変させることができる。特定の実施形態において、オリフィスプレート１３は、各々の燃焼器１２において同様である、および／または各々の燃焼器１２は、燃焼器１２に第２の燃料６を提供する燃料回路内に配設されたオリフィスプレート１３を持たない。開示される実施形態において、燃焼器１２のサブセットまたはグループの１つまたは複数のオリフィスプレート１３は、燃焼器１２の別のサブセットまたは別のグループの１つまたは複数のオリフィスプレート１３と異なっている。サブセットまたはグループは、１つまたは複数の燃焼器１２を含むことができ、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またはそれ以上の）の燃焼器１２のグループ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、圧縮器１４と、第２の燃料経路８内に配設されたオリフィスプレート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、第２の燃料経路８内に配設されたオリフィスプレート１３を含むことができ、これは第２の燃料６の流れまたは他の物質と第２の流れ６との混合物を第２の燃料６の供給源から１つまたは複数の燃料ノズル１８（例えば、１、２、３、４、５、６またはそれ以上の）にまたは燃焼器１２内の燃焼室１９へと誘導するように構成されてよい。例えばオリフィスプレート１３は、図２にさらに記載されるように、第２の燃料６を第２の燃料６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の上流に、すなわち尾翼ケーシング１５内に配設された４つ組の燃料噴射器を使用して）各々の燃焼室１９へと、または燃料ノズル１８を通過せずに（例えば、ヘッド端部内の燃料ノズル１８の下流でライナーを円周方向４６に囲むように配設された遅延希噴射器すなわちＬＬＩを使用して）各々の燃焼室１９に直接送るように構成される。加えて、第１の燃料４を第１の燃料経路５に沿って燃料ノズル１８へと送ることができる。ガスタービン燃焼器１２が点火し、加圧酸化剤（例えば空気）と燃料の混合気（例えば空気と第１の燃料４および／または第２の燃料６との混合気）を燃焼室１９において燃焼させ、その後、結果として生じる高温の加圧燃焼ガス２４（例えば排ガス）をタービン１６へと通過させる。詳細には、オリフィスプレート１３の幾何学的外形を変化させることで、第２の燃料６の供給源から燃焼室１９の１つまたは複数の４つ組のペグおよび／または遅延希燃料噴射器に送られる第２の燃料６の流量を変えることができる。さらに１つまたは複数の燃焼器１２への１つまたは複数の燃料回路（第１の燃料経路５および／または第２の燃料経路８を経由する）への流量を変化させることで、１つまたは複数の燃焼器１２に対する燃料分割を変化させる、調節する、あるいは変更することができ、これにより１つまたは複数の燃焼器１２の燃焼室１９における燃焼ダイナミクスを変化させる、調節する、あるいは変更することができる。１つまたは複数の燃焼器１２における燃焼ダイナミクス、具体的には周波数を残りの燃焼器１２に対して変化させることにより、燃焼器１２の間のモードカップリング可能性を低減することができ、よって下流の構成要素における望ましくない振動応答を低減させることができる。以下でさらに詳細に考察するように、オリフィスプレート１３を使用して、総燃料流量（例えば第１の燃料４の流量と、第２の燃料６の流量の総量）を複数の燃焼器１２の各々に対してほぼ同一に（一定の範囲内で、例えば互いに１０％、５％、３％、２％、１％またはそれ未満に）維持することができる。例えばオリフィスプレート１３が燃焼器１２の第１のグループの第２の燃料経路８内に配設される場合、このとき第１の燃料４の流量が燃焼器１２の第１のグループに対して増加され燃焼器１２に対する総燃料流量をほぼ同一に（例えば互いに一定の範囲内に）維持するのを助けることができ、その一方で、燃焼器レベルにおける燃料分割を引き続き変更し、これにより燃焼器レベルにおける周波数（燃焼ダイナミクス）を制御することで周波数の差異を誘発させ、これにより燃焼システムのコヒーレンスまたはモードカップリングを低減させることができる。燃焼器１２の第１グループに対する第１の燃料４の燃料流量を増加させる１つの方法は、燃焼器１２の第２のグループの第１の燃料経路５内にオリフィスプレート１３を配置することであるが、燃焼器１２の第１のグループの第１の燃料経路５内にはオリフィスプレート１３を配置しない。加えて、燃焼器１２の第１のグループのためのオリフィスプレート１３によって、第２の燃料経路８内に配設されたオリフィスプレート１３を持たない燃焼器の第２のグループに対する第２の燃料６の流量を増加させることができる。よって第１の燃料４の流量は、燃焼器１２の第２のグループに対して減少され、燃焼器１２に対するほぼ同一の（互いに一定の範囲内の）総燃料流量を維持する助けをすることができる。オリフィスプレート１３の他の配置も可能であり、以下に詳細に記載する。
【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に結合され、このシャフトはまた、タービンシステム１０を通して複数の他の構成要素に結合させることができる。燃焼ガス２４がタービン１６のタービンブレードに当たってその間を流れる際、タービン１６が回転するように駆動させ、これによりシャフト２６を回転させる。最終的に燃焼ガス２４が排気出口２８を介してタービンシステム１０を出る。さらに図示の実施形態では、シャフト２６は負荷３０に結合され、この負荷は、シャフト２６の回転によって動力が供給される。負荷３０は、タービンシステム１０のトルクを介して動力を生成する任意の好適なデバイスであってよく、例えば発電機、飛行機のプロペラまたは他の負荷であってよい。
【００２１】
ガスタービンシステム１０の圧縮器１４は、圧縮器ブレードを含む。圧縮器１４内の圧縮器ブレードは、シャフト２６に結合され、上記で考察したようにシャフト２６がタービン１６によって回転するように駆動される際に回転する。圧縮器ブレードが圧縮器１４内で回転する際、圧縮器１４が吸気口３２から受け取った空気（または任意の好適な酸化剤）を圧縮し、加圧空気３４（例えば加圧酸化剤）を生成する。加圧空気（例えば加圧酸化剤）３４はその後、燃焼器１２の燃料ノズル１８へと供給される。上記で述べたように燃料ノズル１８は、加圧空気（例えば加圧酸化剤）３４と第１の燃料４および／または第２の燃料６を混合して燃焼するのに適した混合比を生成する。以下の考察において、燃焼器１２の軸方向または軸４２（例えば長手方向軸）、燃焼器１２の半径方向または軸４４、燃焼器１２の円周方向または軸４６を参照する。
【００２２】
図２は、図１の燃焼器１２の１つの一実施形態の断面図であり、第２の燃料経路８内に配設されたオリフィスプレート１３を含んでいる。燃焼器１２は、ヘッド端部５０、端部カバー５２、燃焼器キャップ組立体５４および燃焼室１９を含む。燃焼器１２のヘッド端部５０は概ね、端部カバー５２と燃焼室１９の間に軸方向に位置決めされたヘッド端部チャンバ５１の中でキャップ組立体５４および燃料ノズル１８を密閉している。燃焼器キャップ組立体５４は一般に、燃料ノズル１８を中に含む。燃料ノズル１８は、第１の燃料４および／または第２の燃料６、酸化剤、およびときには他の流体を燃焼室１９へと送る。燃焼器１２は、燃焼室１９および燃焼器１２の軸４２を円周方向４６に囲むように延在する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（例えばシャフト２６）を中心として円周方向に離間した配置で配設された複数の燃焼器１２の１つを代表している。特定の実施形態において、オリフィスプレート１３の幾何学的外形が、複数の（または全ての）燃焼器１２の間で変化することで、燃料分割、およびこれにより燃焼器１２における燃焼ダイナミクスを変化させることができる。例えば異なる燃焼器１２におけるオリフィスプレート１３、または燃焼器１２の異なるグループにおけるオリフィスプレート１３は、プレートおよび／またはプレートのオリフィスの幾何学形状、幾何学的特徴および／または幾何学的配置に違いがある場合がある。具体的にはオリフィスプレート１３の多様性は、以下で詳細に考察するように燃料分割を変化させ、およびこれにより複数の燃焼器１２における燃焼ダイナミクスを変化させる助けをすることで、１つまたは複数の燃焼器１２の燃焼ダイナミクス周波数、および場合によって振幅が、ガスタービンシステム１０における少なくとも１つの他の燃焼器１２または燃焼器１２のグループと異なるようになる。このようにして、オリフィスプレート１３の多様性によってガスタービンシステム１０における望ましくない振動応答を低減する助けをし、これによりガスタービンシステム１０の振動性の応力、摩耗および／または性能の低下を最小限にする助けをする。
【００２３】
例示の実施形態において、１つまたは複数の燃料ノズル１８が端部カバー５２に装着され、燃焼器キャップ組立体５４を通って燃焼室１９へと通過している。例えば燃焼器キャップ組立体５４は１つまたは複数の（例えば１、２、３、４、５、６およびそれ以上の）燃料ノズル１８を中に含み、各々の燃料ノズル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設され、燃焼器１２内に燃料ノズル１８を収容している。各々の燃料ノズル１８は、加圧酸化剤と燃料（例えば第１の燃料４および／または第２の燃料６）の混合作用を促進し、この混合気を燃焼器キャップ組立体５４を通って燃焼室１９へと誘導する。酸化剤と燃料の混合気はその後、燃焼室１９の一次燃焼区域６２内で燃焼することで、高温の加圧排ガスを生成することができる。このような加圧排ガスは、タービン１６内でブレードの回転を起こさせる。
【００２４】
各々の燃焼器１２は、内壁（例えば燃焼器ライナー６０）を囲むように円周方向に配設された外壁（例えば流れスリーブ５８）を含むことで、中間流れ経路または空間６４を画定し、その一方で燃焼器ライナー６０は、燃焼室１９を囲むように円周方向に延在する。内壁６０はまた、トランジションピース６６を含んでよく、これは概ねタービン１６の第１の段に向かって集束する。インピンジメントスリーブ５９がトランジションピース６６を囲むように円周方向４６に配置される。ライナー６０は、燃焼器１２の内面を画定し、燃焼室１９に直接向き合い、それに対して曝される。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、複数の貫通孔６１を含む場合があり、これは圧縮器の放出物６８から酸化剤の流れ６７（例えば空気流）を流れ経路６４へと誘導し、インピンジメント冷却の目的でライナー６０およびトランジションピース６６に空気を当てる。流れ経路６４はその後、酸化剤の流れ６７をヘッド端部５０に向けて上流方向に（例えば高温燃焼ガスの下流方向６９に対して）誘導することで、酸化剤の流れ６７はヘッド端部チャンバ５１を通り、燃料ノズル１８を通って燃焼室１９に流れ込む前にライナー６０をさらに冷却する。
【００２５】
オリフィスプレート１３は特定の幾何学的外形、例えばオリフィスの幾何学形状、幾何学的特徴または配置を有する場合があり、これは燃焼器１２の燃料分割を変化させることで燃焼器１２内の燃焼ダイナミクス（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されてよい。例えばヘッド端部チャンバ５１は、端部カバー５２と、軸方向４２に端部カバー５２からずれた燃焼器キャップ組立体５４と、チャンバ５１を囲むように円周方向４６に延びる壁５３とによって画定されるまたは境界が決められている。チャンバ５１内に配設された４つ組の噴射器７０（例えば側壁噴射器、二次噴射器、燃料のみの噴射器など）につながる第２の燃料経路８に沿って配設されたオリフィスプレート１３に対する幾何学的な変更は、燃料と酸化剤の混合気が燃料ノズル１８に進入する前に第２の燃料６を酸化剤と事前混合することによってヘッド端部チャンバ５１内で燃料ノズル１８を通る第２の燃料６の流れを変更し、これにより燃焼室１９の一次熱放出（または火炎）区域における火炎の等価比を改変することができる。このようにして燃料分割を改変することで火炎の等価比を改変し、これにより燃焼器１２の燃焼ダイナミクスを改変する。例えばオリフィスプレート１３は、燃焼器１２の燃焼ダイナミクス周波数を、場合によって振幅を互いに対して変化させることになり得る。特定の実施形態において、オリフィスプレート１３は、特定の周波数で、または特定の周波数の範囲で作動するように燃焼器１２を調整するように修正される場合がある。複数の燃焼器１２の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にオリフィスプレート１３が備わることで、１つまたは複数の燃焼器１２に対する第２の燃料６の燃料流れを制限し、このオリフィスプレートが、１つまたは複数の燃焼器１２を特定の周波数でまたは特定の周波数の範囲で作動するように調整する。追加として、１つまたは複数の他の燃焼器１２にオリフィスプレート１３が備わっている場合があり、このオリフィスプレートは、第２の燃料６に対して使用されるオリフィスプレート１３と異なる、または同一の場合があり、１つまたは複数の他の燃焼器１２に対する第１の燃料４の燃料流れを制限し、他の１つまたは複数の燃焼器１２を異なる周波数でおよび／または異なる周波数の範囲で作動するように調整する。この方法において、１つまたは複数の燃焼器１２は、各々の燃焼器１２に対して同様の燃料流れを維持しながら、１つまたは複数の残りの燃焼器１２と比べたとき、異なる周波数で作動するように調整することができる。各々の燃焼器１２に対してほぼ同様の（例えば特定の範囲内の、例えば互いに１０％、５％、３％、２％、１％またはそれ未満の）総燃料流れを維持することは、特定の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がほぼ同一の総燃料流れを有する訳では場合もある。例えば燃焼器１２には、燃焼器同士の燃焼ダイナミクス周波数を交互にする、燃焼ダイナミクス周波数を段階的に増大させるまたは低下させる、あるいは複数の燃焼器１２において燃焼ダイナミクス周波数を不規則に分散させるオリフィスプレート１３が第１の燃料経路５および／または第２の燃料経路８内に備わっている場合もある。特定の実施形態において、燃焼器１２は、１つまたは複数の燃焼器１２のグループの中で修正されることで、複数の燃焼器１２のグループが、別のグループにある燃焼器１２の燃焼周波数と異なる単独の燃焼周波数を生成する場合もある。それぞれがその固有の周波数を生成する燃焼器１２の複数のグループが、特定のグループにおける燃焼器１２の任意の所望の空間配置で（例えば隣接するまたは交互の配置で）利用される場合もある。特定の実施形態において、第１の燃料経路５または第２の燃料経路８のいずれにもオリフィスプレート１３を持たない１つまたは複数の燃焼器１２、または燃焼器のグループが存在する可能性もあり、これはオリフィスプレート１３を含まない燃焼器１２の１つまたは複数のグループと異なる周波数を有する燃焼器１２となり得る。
【００２６】
端部カバー５２は一般に、液体燃料、気体燃料および／または混合燃料を燃料供給源から１つまたは複数の燃料ノズル１８を介して燃焼室１９に送るように構成されてよい。ガスタービン燃焼器１２は点火し、加圧酸化剤と燃料の混合気（例えば酸化剤と燃料の混合気）を燃焼室１９で燃焼させ、その後結果として生じる高温の加圧燃焼ガス２４（例えば排ガス）をタービン１６へと下流方向６９に通過させる。特定の実施形態において、オリフィスプレート１３（例えば４つ組の噴射器７０の上流に配設された）の幾何学的外形を変化させることによって、１つまたは複数の燃焼器１２における燃料分割を変化させ、調節または変更し、それ故に１つまたは複数の燃焼器１２の燃焼ダイナミクス周波数を変化させ、調節または変更し、燃焼器１２において燃焼ダイナミクス周波数に差異が生じることを実現し、これによりガスタービンシステム１０における望ましくない振動応答を低減させることができる。
【００２７】
図２に示されるように、１つまたは複数のオリフィスプレート１３は、ヘッド端部５０の下流で燃焼器１２に沿って配設された１つまたは複数の遅延希噴射器７２につながる第２の燃料経路８に沿って配置される場合がある。具体的には、遅延希噴射器７２を使用して、第２の燃料６を燃焼室１９に噴射することで燃焼室１９における燃焼の特性を調節することができる。例えば遅延希噴射器７２を使用して燃焼室１９における温度範囲またはプロファイルを調節する、および／または燃焼室１９において生成される燃焼ガス２４の組成を調節することができる。加えて、遅延希噴射器７２を使用して燃焼室１９内の火炎形状および／または熱放出の分散を変更することができ、これにより燃焼器１２の燃焼ダイナミクスを改変することが見込まれる。遅延希噴射器７２につながる第２の燃料経路８に沿って配設されたオリフィスプレート１３に対する幾何学的な変更は、燃焼室１９を通る第２の燃料６の流れを変更させ、これにより燃焼器１２の燃料分割を改変することができる。よって遅延希噴射器７２につながるオリフィスプレート１３を、４組の噴射器７０につながるオリフィスプレート１３と同様のやり方で使用することで燃焼器１２間のモードカップリングを低減することができる。さらに図２に示される燃焼器１２は、４組の噴射器７０と遅延希噴射器７２の両方を含むが、特定の実施形態は、両方のタイプの噴射器を含まない場合もあることに留意されたい。
【００２８】
図３は、複数の燃焼器１２を有し、１つまたは複数の燃焼器１２が第２の燃料経路８内に配設された、および任意選択で第１の燃料経路５内に配設されたオリフィスプレート１３を有するガスタービンシステム１０の概略図である。例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に結合された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またはそれ以上の燃焼器）を含む。オリフィスプレート１３は、図３において燃焼器１２のそれぞれに対して示されているが、特定の実施形態において、ガスタービンシステム１０の燃焼器１２の全てが第２の燃料経路８内に配設されたオリフィスプレート１３を有する訳ではない。特定の実施形態において、燃焼器１２のサブセットは、第２の燃料経路８内に配設されたオリフィスプレート１３を有し、その一方で燃焼器１２の別のサブセットは第１の燃料経路５内に配設されたオリフィスプレート１３を有し、燃焼器１２の第３のサブセットは第１または第２の燃料経路５および８のいずれにも配設されたオリフィスプレート１３を持たない場合がある。図３に示されるように、燃焼器１２の各々は、中央の燃料ノズル９２を囲むように半径方向４４に配列された複数の外側燃料ノズル９０を含む。加えて、燃料ノズル９０、９２は各々、円形の断面形状を有し得るが、他の形状、例えば先端が切り取られたパイ形状などが特定の実施形態で使用される場合もある。特定の実施形態において、燃料ノズル９０、９２の数、形状および配置は、図３に示されるものと異なる場合があり、所望される燃焼効率または性能を達成するように選択されてよい。
【００２９】
図３に示されるように燃料ノズル９０、９２は、種々のグループまたは回路に分割されることで、ガスタービンシステム１０の作動の範囲にわたって多様な燃料供給管理を容易にすることができる。例えば、中央の燃料ノズル９２は、一次燃料ノズルグループを画定することができ、第１の燃料供給ライン９４から第１の燃料４を受け取ることができ、その一方で周辺の外側燃料ノズル９０は、二次および／または三次燃料ノズルグループとして分類され各々の燃料供給ライン９６、９８から第１の燃料４（または異なる燃料）を受け取ることができる。例示の実施形態は、燃料ノズル９０、９２の１つの特定の配置を示しており、そこでは２つの隣接しない燃料ノズル９０の二次燃料ノズルグループは、第２の燃料供給ライン９６によって供給され、３つの燃料ノズル９０の第３の燃料ノズルグループは、第３の燃料供給ライン９８によって供給される。しかしながら特定の実施形態において、燃料ノズル９０、９２の他の分類が代わりに使用される場合もあり、これには中央の燃料ノズル９２と、１つまたは複数の外側燃料ノズル９０を含む分類が含まれる。加えて、図３に示されるように、１つまたは複数のオリフィスプレート１３が燃料供給ライン９４、９６および／または９８内に配置されることで１つまたは複数の燃焼器１２への第１の燃料４の流量を調節することができる。以下で考察するようにこれらのオリフィスプレート１３を使用して、燃焼器１２の各々に対してほぼ同一の総（例えば第１の燃料４の流量と、第２の燃料６の流量の総量）燃料流量を維持するのを助けることができる。第１の燃料経路５におけるオリフィスプレート１３はまた、一次火炎区域の等価比および／またはヘッド端部５０内の１つまたは複数の燃料ノズル１８の圧力比を改変することもでき、これはまた、１つまたは複数の燃焼器１２の燃焼ダイナミクス振幅および／または周波数を改変することができる。
【００３０】
基本の負荷運転において、燃料ライン９４、９６および９８の全てを使用して第１の燃料４を燃焼器１２内の燃料ノズル９０、９２に供給することができる（各々の燃料ライン９４、９６および９８はそれぞれ、燃料ノズル９０、９２の一次、二次および三次の分類を提供する）。第１の燃料４の流れは、対応する一次、二次および三次燃料マニフォルド１０６、１０８および１１０に結合された一次、二次および三次ガス制御弁１００、１０２および１０４によって指示されるように、減速したまたはターンダウン運転時に、燃料ノズル９０、９２の１つまたは複数のグループから減らされる、または完全になくすことができる。加えて、４組の噴射器７０および／または遅延希噴射器７２への第２の燃料６の流れは、ガスタービンシステム１０のより高い負荷において使用されてよい。
【００３１】
図３に示されるように、第２の燃料６は、第２の燃料経路８に沿って１つまたは複数の燃焼器１２に提供され、これは、第２の燃料マニフォルド１１４に結合された第２の燃料制御弁１１２によって調節することができる。１つまたは複数の燃焼器１２に対してオリフィスプレート１３を個々の第２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、４つ組の燃料供給ライン１１６または遅延希燃料供給ライン１１８を介して第２の燃料マニフォルド１１４に結合させることができる。４つ組の燃料供給ライン１１６および遅延希燃料供給ライン１１８は共に図３において第２の燃料マニフォルド１１４に結合されて示されているが、特定の実施形態において、別々の第２の燃料マニフォルド１１４が供給ライン１１６および１１８に対して設けられる場合もある。換言すると、４つ組の燃料マニフォルドが、第２の燃料６を４つ組の燃料供給ライン１１６に供給することができ、遅延希燃料マニフォルドが、第２の燃料６を遅延希燃料供給ライン１１８に供給する場合もある。このような実施形態において、別々の４つ組の燃料マニフォルドおよび遅延希燃焼マニフォルドによって異なる燃料を４組の噴射器７０および遅延希噴射器７２に供給することが可能になる、および／または噴射器７０および７２への燃料を互いと異なるように制御することが可能になり得る。特定の実施形態において、燃焼器１２は、４つ組の噴射器７０または遅延希噴射器７２を含む場合はあるが、その両方を含むことはない。よって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、別々の４つ組の噴射器と遅延希燃料マニフォルドを含むことはない。図３に示されるように、１つまたは複数の４つ組の燃料供給ライン１１６は、オリフィスプレート１３を含むことができる、および／または１つまたは複数の遅延希燃料供給ライン１１８もまたオリフィスプレート１３を含むことができる。特定の実施形態では、少なくとも１つの４つ組の燃料供給ライン１１６がオリフィスプレート１３を含む、および／または少なくとも１つの遅延希燃料供給ライン１１８がオリフィスプレート１３を含む。加えて、特定の実施形態では、１つまたは複数の燃焼器１２が、４つ組の燃料供給ライン１１６または遅延希燃料供給ライン１１８のいずれにもオリフィスプレート１３を含まない場合があるが、但し第１の燃料供給ライン９４、９６および／または９８の１つまたは複数に１つまたは複数のオリフィスプレート１３を含む場合がある。換言すると燃焼器１２間のモードカップリングの低減は、全ての供給ライン１１６および１１８がオリフィスプレート１３を持たなくても実現することができる。さらに上記で考察したように、オリフィスプレート１３は、互いに１つまたは複数の違いを含むことができる。しかしながら特定の実施形態において、ガスタービンシステム１０で使用されるオリフィスプレート１３は、互いに異ならない場合もある。例えばオリフィスプレート１３が、燃焼器１２の第１のグループに対して第１の燃料経路５内に配置される場合、オリフィスプレート１３が燃焼器１２の第２のグループに対して第２の燃料経路８内に配置される場合、燃焼器１２の第３のグループが、オリフィスプレート１３を含まない場合がある。このような実施形態において、オリフィスプレート１３は互いと同様であり得るが、ガスタービンシステム１０におけるオリフィスプレート１３の配置は、ガスタービンシステム１０における燃焼ダイナミクスおよび／または燃焼ダイナミクスのモードカップリングを低減させる助けをすることができる。
【００３２】
各々のオリフィスプレート１３に関する有効なオリフィス面積は、オリフィスプレート１３が、１つの燃焼器１２（例えば第１の燃焼器）と別の燃焼器１２（例えば第２の燃焼器）での燃料分割における所望される差異、または偏りに基づいて第１の燃料４に関して使用される場合、燃料供給ライン１１６、１１８および第１の燃料ライン９４、９６および９８に関して実質的に異なる場合がある。オリフィスプレート１３を利用して燃焼器１２間の燃料分割を変更することは、燃焼ダイナミクスの周波数および／または振幅に直接影響を及ぼし、１つまたは複数の燃焼器１２における周波数を他の燃焼器１２に対して変更することは、コヒーレンス、およびこれにより燃焼ダイナミクスのモードカップリングを低減させることができる。
【００３３】
図３に示される例示の実施形態において、例えば４つ組の燃料供給ライン１１６（または遅延希燃料供給ライン１１８）内に配設された少なくとも１つのオリフィスプレート１３の有効なオリフィス面積は、別の燃料供給ライン１１６（または燃料供給ライン１１８）内に配設された別のオリフィスプレート１３の有効なオリフィス面積とは実施形態に異なる。一実施形態において、オリフィスプレート１３の少なくとも１つの有効なオリフィス面積が２つ以上の燃焼器１２の間で実質的に異なることで２つ以上の燃焼器１２の間の燃焼ダイナミクス周波数に差異を生み出す。あるいは特定の実施形態において、オリフィスプレート１３は、燃焼器１２の特定のサブセットに対して第１の燃料経路５内に配置される場合があり、その一方で燃焼器１２の第２のサブセットに対して第２の燃料経路８内に配設されたオリフィスプレート１３が存在する場合もある。このような実施形態において、燃焼器１２の各々のサブセット内で第１の燃料経路５内に配設されたオリフィスプレート１３は同一であってよく、燃焼器１２の第２のサブセット内で第２の燃料経路８内に配設されたオリフィスプレート１３と同一、または異なる場合がある。さらに、第１の燃料経路５または第２の燃料経路８のいずれにもオリフィスプレート１３が配設されていない燃焼器１２の第３のセットが存在する場合がある。さらに、種々の実施形態を記述する中で個々の燃焼器１２を参照すると、本明細書に記載される原理は、２つ以上の燃焼器１２を有する燃焼器のグループに等しく適用することができる。
【００３４】
図４は、特定のパターンで配置され仮想の分割ライン１３８によって互いから隔てられた第１の燃焼器１３２（例えば「Ａ」燃焼器）の第１のグループ１３０と、第２の燃焼器１３６（例えば「Ｂ」燃焼器）の第２のグループ１３４とを有するガスタービンシステム１０の概略図である。燃焼器１２の他のグループもまた、ガスタービンシステム１０の周りに円周方向４６に配置されてよい。１つまたは複数のオリフィスプレート１３が燃料供給ライン１１６、１１８（例えば第２の燃料経路８）内に、任意選択で１つまたは複数の第１の燃料ライン９４、９６および９８（例えば第１の燃料経路５）内に配置され１つまたは複数の燃焼器１２に対する第２の燃料６および任意選択で第１の燃料４の流れを調節することで、第１のグループ１３０の燃焼ダイナミクス周波数が、第２のグループ１３４の燃焼ダイナミクス周波数と異なるようになる。よってオリフィスプレート１３は、所望される燃焼ダイナミ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のグループのオリフィスプレート１３は、第２のグループ１３４のオリフィスプレート１３とは異なる場合がある。例えば第１および第２のグループ１３０および１３４のオリフィスプレートは、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、オリフィスの半径方向および／または円周方向の分布、オリフィスの角度、有効なオリフィス面積などが異なる場合がある。加えて第１および第２のグループ１３０および１３４における燃焼器１２は、任意の所望される空間配向で（例えば、互いに隣接する、または別のグループの燃焼器１２と交互のパターンで）配置されてよい。オリフィスプレート１３は、図６において第１および第２のグループ１３０および１３４の両方に示されているが、オリフィスプレート１３が第１のグループ１３０のみ、または第２のグループ１３４のみで使用される場合もある。
【００３５】
図４に示されるように、オリフィスプレート１３は、第２のグループ１３４に対する燃料供給ライン１１６、１１８内に配置されてよい。第２のグループ１３４の燃料供給ライン１１６、１１８を通る第２の燃料６の流量の規制は、第１のグループ１３０の燃料供給ライン１１６、１１８を通る第２の燃料６の流量の増加を引き起こす可能性がある。燃焼器１２を通る第１の燃料４の流量が調節されない場合、第１のグループ１３０の燃焼器１２を通る総燃料流量（例えば、第１の燃料４の流量と第２の燃料６の流量の総量）は、第２のグループ１３４の燃焼器１２を通る総燃料流量より大きくなる場合があり、これは第２の燃料６の流量が増加したためである。特定の実施形態において、燃焼器１２を通る総燃料流量にこのような差異があることによって、燃焼器の性能、例えば燃焼器の温度および／または燃焼器の排気（例えばＮＯｘ）などに差異が生じる可能性がある。よってオリフィスプレート１３が、第１のグループ１３０の第１の燃料ライン９４、９６および９８内に配置される場合もある。具体的には、第１のグループ１３０の第１の燃料ライン９４、９６および９８内のオリフィスプレートによって、ライン９４、９６および９８を通る第１の燃料４の流量に対する規制が生じ、これにより第２のグループ１３４のライン９４、９６および９８を通る第１の燃料４の流量の増加を引き起こすことができる。第１のグループ１３０のライン９４、９６および９８を通る第１の燃料４の流量の低下は、第１のグループ１３０のライン１１６、１１８を通る第２の燃料６の流量の増加とほぼ同じであり得る。同様に第２のグループ１３４のライン１１６、１１８を通る第２の燃料６の流量の低下は、第２のグループ１３４のライン９４、９６および９８を通る第１の燃料４の流量の増加とほぼ同じであり得る。よって第１および第２のグループ１３０および１３４の両方にオリフィスプレート１３を使用することによって、燃焼器１２に対する総燃料流量がほぼ同一になり（例えば互いに１０％、５％、３％、２％、１％またはそれ未満の範囲内などの特定の範囲内で）、これにより燃焼器の性能の差を低減させることができる。特定の実施形態において、第１のグループ１３０におけるオリフィスプレート１３が省略される場合もある。別の実施形態において、オリフィスプレート１３は、第１および第２のグループ１３０および１３４両方のライン９４、９６および９８内に配置される場合もあり、第１のグループ１３０に配設されたオリフィスプレート１３は、第２のグループ１３４に配設されたオリフィスプレート１３と異なる、または同じである場合もある。付加的にまたは代替として、特定の実施形態において、オリフィスプレート１３が、第１および第２のグループ１３０および１３４両方のライン１１６、１１８内に配置される場合もあり、第１のグループ１３０に配設されたオリフィスプレート１３は、第２のグループ１３４に配設されたオリフィスプレート１３と異なる、または同じ場合がある。さらに開示される実施形態のいずれかにおいて、燃焼器１２の一部が、ライン９４、９６、９８、１１６または１１８のいずれにもオリフィスプレートを含まない場合がある。
【００３６】
本発明の技術的効果には、燃焼器１２における燃焼ダイナミクスを低減させること、複数の燃焼器１２の間で燃焼ダイナミクスおよび燃焼ダイナミクスのモードカップリングを低減させること、ガスタービンシステム１０における望ましくない振動応答の可能性（例えば構成要素の固有の周波数に一致する周波数に起因する）を抑えることが含まれる。第２の燃料経路８内に配設されたオリフィスプレート１３は、例えば１つまたは複数の燃焼器１２に対する第１の燃料４および／または第２の燃料６の流量を変化させることで、１つまたは複数の燃焼器１２に対する燃料分割を改変することによってこのような技術的効果を達成することができる。例えば複数の燃焼器１２のオリフィスプレート１３は、オリフィスプレート１３および／またはプレート１３のオリフィスの以下の特徴、すなわち幾何学形状（例えば、角度付きの、凹状の、凸状の、凹状に角度が付けられた、凸状に角度が付けられた、種々の多角形と同じように成形された、不規則に成形された、不規則に角度が付けられたなど）、幾何学的特徴（例えば寸法、高さ、幅、深さ、長さ、角度の度合い、角度の特徴など）、幾何学的配置（例えば、位置、場所など）および／またはそれらのいずれかの組み合わせなどを変更することによって変化させることができる。１つまたは複数の１２のオリフィスプレート１３を変化させることによって、燃焼室１９に送られる第２の燃料６の入口条件を変更することができ、１つまたは複数の燃焼器１２における燃焼ダイナミクスを変化させることができる。加えて、特定の実施形態において、追加のオリフィスプレート１３を使用することで燃焼器１２を通る第１の燃料４の流量を調節する場合もある。したがって複数の燃焼器１２における燃焼ダイナミクスの変動は、燃焼器１２間の燃焼ダイナミクスおよび／または燃焼ダイナミクスのモードカップリングを低減する助けし、これにより場合によってガスタービンシステム１０における望ましくない振動応答を誘発させる可能性のあるいかなる卓越周波数の可能性も抑える助けをすることができる。
【００３７】
本明細書による記載は、本発明を開示することを目的とした最適な態様を含む例を利用しており、また任意の装置またはシステムを作製し利用すること、ならびに任意の採用された方法を実行することを含め、当業者が本発明を実施することができるようにするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者が思い付く他の例を含むことができる。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言い回しと相違ない構造上の要素を含む場合、あるいはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言い回しとわずかな相違点を有する等価な構造上の要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されている。
【符号の説明】
【００３８】
４  第１の燃料
５  第１の燃料経路
６  第２の燃料
８  第２の燃料経路
１０  ガスタービンシステム
１２、１２ａ、１２ｂ  燃焼器
１３  オリフィスプレート
１４  圧縮機
１５  尾翼ケーシング
１６  タービン
１８  燃料ノズル
１９  燃焼室
２４  燃焼ガス（排ガス）
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）
４４  半径方向（軸）
４６  円周方向（軸）
５０  ヘッド端部
５１  ヘッド端部チャンバ
５２  端部カバー
５３  壁
５４  燃焼器キャップ組立体
５８  流れスリーブ（外壁）
５９  インピンジメントスリーブ
６０  燃焼器ライナー（内壁）
６１  貫通穴
６２  燃焼区域
６４  流れ経路
６６  トランジションピース
６７  酸化剤の流れ
６８  圧縮器の放出物
６９  下流方向
７０  ４つ組の噴射器
７２  遅延希噴射器
９０  外側燃料ノズル
９２  中央の燃料ノズル
９４、９６、９８  第１の燃料供給ライン
１００、１０２、１０４  一次、二次および三次ガス制御弁
１０６、１０８、１１０  一次、二次および三次燃料マニフォルド
１１２  第２の燃料制御弁
１１４  第２の燃料マニフォルド
１１６、１１８  燃料供給ライン
１３０  第１のグループ
１３２  第１の燃焼器
１３４  第２のグループ
１３６  第２の燃焼器
１３８  分割ライン
【図１】
2015175371.tif 000003
【図２】
2015175371.tif 000004
【図３】
2015175371.tif 000005
【図４】
2015175371.tif 000006
【外国語明細書】
2015175371000001.pdf