(57)【要約】  予混合燃焼ガスタービンの環状燃焼器内の熱音響的不安定性の開始を防ぎ、またはその影響を緩和するためのシステムで、このプレナム（７）に上記空間内部の接線流れの循環を妨害するようにメリディアン方向に向いた壁（１５）を含むことを伴うシステム。これらの壁は、あらゆる定在振動モードの開始をcontrastするように適当な方位角位置にあり；従ってそれらはプレナム内の空間を非対称的に分割することになっているのが好ましくおよび出来た環状容積は、それで角度幅が互いの倍数でない方位角扇形に沿って広がることになっているのが好ましい。
2008528932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予混合燃焼ガスタービン（１）用燃焼器（３）であって、ガスタービンコンプレッサ（２）からの圧縮空気が流入する環状プレナム（７）、タービン軸（５）の周りに配置した燃料噴射用の複数のバーナ（８）にして、それらのバーナ間に前記プレナムへ送出した圧縮空気が分配されるバーナ、および前記バーナの下流の燃焼室（９）を含み、燃焼器内部の熱音響的振動の回転円周モードの開始を防ぐために、プレナム（７）内部に、前記空間内の接線流れと干渉するように設計した実質的メリディアン断面に沿って向いた、少なくとも一つの壁（１５）が存在することを特徴とする燃焼器。
【請求項２】
請求項１に記載の燃焼器に於いて、定在モードの振動の開始も防ぐために、前記プレナム（７）内の空間を非対称的に分割するように、プレナムに幾つかの壁（１５）が異なる方位角位置に挿入してある燃焼器。
【請求項３】
請求項２に記載の燃焼器に於いて、前記壁（１５）は、前記プレナムを環状扇形に分割して隣接する線形の角度幅が互いの倍数でないようにする燃焼器。
【請求項４】
請求項３に記載の燃焼器に於いて、前記環状扇形の各々が素数のバーナを含む燃焼器。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の燃焼器に於いて、壁（１５）の延長部がプレナム（７）の全メリディアン断面を占める燃焼器。
【請求項６】
請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の燃焼器に於いて、壁（１５）の延長部がプレナム（７）のメリディアン断面の一部しか占めない燃焼器。
【請求項７】
請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の燃焼器に於いて、壁（１５）は、圧力非対称性の再均衡をとるために適度の方位角流れを可能にするように、少なくとも部分的に孔明きである燃焼器。
【請求項８】
請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の燃焼器に於いて、燃焼室（９）が環状型である燃焼器。
【請求項９】
請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の筒環状型の燃焼器に於いて、燃焼室（９）が管状型である燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には予混合燃焼を使うガスタービンの分野に関し、更に具体的には予混合燃料バーナを備えるガスタービン内の環状プレナム・チャンバのある燃焼器で起こり得る、熱音響現象に関連する燃焼不安定性に関する圧力変動を防止および制御するためのシステムに関係する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、種々の産業分野で広く使われていて、三つの主要部分：コンプレッサ、燃焼器およびタービンそれ自体を含む。このコンプレッサ・インペラは、外部空気を吸引および圧縮し、それが次に燃焼器に流入し、そこへ燃料を噴射しおよびそこで燃焼反応が起る。出来た排気ガスは、タービンへ移り、そこでタービン・インペラを駆動し、この燃焼空気を圧縮するために要した以上の動力を発生し、それで別の装置を駆動するために必要な推力を供給する。このコンプレッサおよびタービン・インペラは、同一シャフトに取付けてあり、その軸が主タービン軸を構成する。
【０００３】
次に、この燃焼器は、三つの部分：プレナム・チャンバ、バーナおよび燃焼室から成る。このプレナムは、バーナの上流の空間で、そこへコンプレッサから来る圧縮空気が流入し、それからそれを種々のバーナへ分配する。これらのバーナは、燃料を噴射し、火炎の確かな付着と安定性を保証する。最後に、バーナダクトが燃焼室に通じていて、そこで燃焼反応が起り、および出来た排気ガスの流れがタービン入口の方へ最適条件で案内される。
【０００４】
この燃焼器は、種々の方法で設計することが出来る。本発明の目的で関心のある燃焼器は、環状プレナムを備える（環状および筒環状燃焼器）。
【０００５】
本発明に関して特に関心のあるのは、燃焼室がガスタービン主軸の周りにある単一トロイド形空間を含み、メリディアン断面が方位角的に一定の環状構成である。このメリディアンという用語は、ガスタービン主軸を含む任意の平面の向きを意味するために使ってある。燃焼室のコンプレッサ側の縦方向端に、この室の外周に均一に分布したバーナ列があり、一方反対端に、タービンに繋がる環状出口がある。
【０００６】
この発明のために関心のある他の燃焼器構成は、燃焼部分がガスタービン主軸の周りの外周に位置し且つ環状空間（プレナム）の内部に収容された、管状燃焼室（筒、または内筒とも呼ぶ）のアレイを含む筒環状燃焼器で、それは環状燃焼器と同じ目的を果す。これら二種類の燃焼器の間の基本的な差は、燃焼室の形状で、それは環状燃焼器では単一且つトロイド形であり、一方筒環状燃焼器では複数且つ管状である。
【０００７】
初期のガスタービン・モデルでは、燃焼が拡散型で行われ、即ち、燃焼空気と燃料ガスが別々に燃焼室に流れ込み、それぞれの流れの中の相互拡散のために次第に混ざり合うようになる。このプロセスは、二つの流れの間の境界に、これらの反応物の濃度が化学量論比である領域を形成する。この領域は、化学反応が起る、即ち、火炎が発生する場所である。化学量論的領域が二つの流れの間の境界に位置する特定の区域に起るという事実は、この火炎をこの正確な空間位置にしっかりと取付いたままであることを可能にし、それでその安定性を改善する。しかし、この化学量論的条件は、炎温度を非常に高くし、およびこれは、環境標準が益々厳しい排出制限を課する、窒素酸化物（ＮＯｘ）、汚染物質の生成を誘発する。
【０００８】
このＮＯｘ排出を減らすために、近年予混合燃焼プロセスが採用され、今や広範囲に使われている。この種の燃焼は、燃焼が化学量論的以下の条件で起る希薄混合気の生成を誘発するように、燃料と燃焼空気をそれらが燃焼室に入って燃焼し始める前に予め混合することにある。それで低温炎が得られ、それによってＮＯｘ排出を減少する。この予混合は、各バーナの燃焼空気が流れる特定のチャンネルに燃料を噴射することによって行う。
【０００９】
残念ながら、予混合燃焼は、熱音響的不安定性を引き起す顕著な傾向を有する。この現象は、燃焼関連圧力変動が、後に説明する熱音響的増幅のメカニズムによって強まるときに起る。これが起ると、この圧力変動の強度は、リミットサイクルと呼ばれる条件と一致する、このシステムの流体力学的散逸が熱音響的増幅のメカニズムによるエネルギー付加と釣合う、最終値に達するまで指数関数的に増えるかも知れない。この圧力変動は、燃焼室で特に強く、激しいうなり音またはブンブン音を伴う機械的振動を生じる。次に、これらの機械的振動は、機械部品に過度の応力を生じさせ、その即時破損か過度の長期摩耗かを決めることがある。
【００１０】
予混合燃焼で熱音響的不安定性を防ぐために一般的に使う方法は、各バーナに口火と呼ばれる、小さい拡散性燃焼炎を設けることによる、この燃焼プロセスの安定化を伴う。それは燃料ガスの僅かな部分しか供給しないが、この炎は、その中に高温を発生するので、この燃焼器が排出する全ＮＯｘの大部分を生成する。ＮＯｘ排出についての益々厳しい規制に従うために、ガスタービン製造業者は、そのために燃焼安定性と妥協することなくこの口火へ送るガスの部分を最少に減らせる技術的解決策を見付けることに集中している。
【００１１】
音波が、位置エネルギー(圧力に関連する)から運動エネルギー(速度に関連する)に交互に変化する、流体の流体力学的なエネルギーの周期的な変換に基づく物理的な現象であることは、周知の事実である。それで、波の形を取るこれらの二つの量(圧力と速度)に時間と空間の変動がある。現在の文脈での圧力と速度の変動は、それぞれの平均値の周りで起るものであり、それらを振動または変動と呼ぶ。
【００１２】
非拘束流体では、波がまさしく無制限液体表面上の波のように直線的に伝播し、即ち、それらの山がこの流体の特性に依存する速度(音速と呼ぶ)で空間を動く。この場合、それらを進行波と呼ぶ。
【００１３】
局部的に、即ち、空間の各与えられた点で、この圧力および速度の値は、この波の速度および長さ（即ち、二つの波頭間の幾何学的距離）に依存する周期で振動する。
【００１４】
本発明の目的のために関心のある音響現象は、固体表面(壁)かそれらの流体流れ部の突然の変化による開口によって区切られる容積で明白になる。これらの両状況は、不連続点を構成し、それらは、この現象にかかわる物理量に音響障壁として機能する。これらの封じ込め壁と突然の通路制限は、速度波に障壁として作用し、一方突然の通路拡大は、圧力波に障壁として作用する。音響障壁によって区切られる空間は、共振空洞の名で通る。
【００１５】
共振空洞で発生した波がその様な障壁にぶつかると、反対方向に伝播する反射波を生じる。この反射波がこの空洞の反対側の障壁にぶつかると、それは再び伝播方向を変え、元の波と同じ方向に流れる。もしこれが続くと、二度反射した波が元の波と位相が同じで音響共振の現象を起す。これが起るとき、もし元の波が連続的且つ規則的に発生すると、定在波が創成される。定在波の形は、節と呼ばれる、空間に固定した幾つかの点を有し、そこでは量（圧力または速度）の値が平均値で一定のままであって、腹と呼ばれる、他の固定点で間を空け、そこではこれらの量の値が最小値と最大値の間を交互に変化する。
【００１６】
定在波は、速度節がこれらの壁とまたは通路の突然の制限と一致するように、一方圧力節が突然のチャンネル拡大と一致するように、ある波長でしか起こり得ない。これらの種々の波長は、漸進整数ｍまたはモード次数で識別する、共振の音響モードまたは調和モードと呼ぶ、種々の周波数での異なる振動モードに関連する。調和モードは、波の空間方位および障壁間に起る節の数に従って区別する。低周波モードまたは基本モードは、高波長および最少節数に対応する。次数ｍが増すと、節数も増す。
【００１７】
共振空洞で一つのモードしか起らないとき、正常調和モード振動と言う。更に、幾つかの調和モードが、二つ以上の方向にさえ、同時に励起する、振動の混合モードがある。
【００１８】
例えば、平行六面体音響空洞では、三つの空間方向の各々に対して調和モードがあるかも知れず、各方向に対して、この共振空洞のそれぞれの次元に沿って分布する、次第に増加する節数に特徴があるモードがあるかも知れない。
【００１９】
全ての燃焼システムが音響現象の影響を受ける。最も簡単の状況は、主として線形の燃焼器を伴い、そこでは三つの方向の一つ（ガスが流れる方向）が他の二つの横方向に勝る。この構成 −例えば、管状燃焼室の典型− では、熱音響的不安定性によって発生した圧力定在波が主としてこの室の縦方向に発展し、縦調和モードを生じる。
【００２０】
環状室を備える燃焼器の場合、音響障壁によって区切られる燃焼室の二軸と半径方向に発展する上述の線形モードに加えて、障壁なしの環状空洞の方位角方向に向いた共振波を生じる、円周（方位角）調和モードも考慮しなければならない。環状空間では、実際に、調和成分を境界で障壁によって反射した波の同位相重なりによるだけでなく、環状円の場合のように、閉じた円の中を伝播する波の重なりによっても増強されるかも知れない。これらの円周モードは、定在波として（線形モードの場合のように）と回転波、即ち、円周方向に動く進行波の形の両方で起こり得る。
【００２１】
環状空洞では、この回転モード圧力波がガスタービン軸周りを回転し、即ち、この圧力波がこの室の軸と同心の任意の円周に沿って一定各速度で方位角的に動く。この圧力波は、この速度波の接線成分だけと結合する。
【００２２】
この円周定在波は、線形定在波と同様に作用する。この場合、ｍ次の各円周音響モードに対して、方位角的に等間隔にあり、この環状空洞の円周方向に位置する２ｍの圧力節がある。同時に、圧力腹にあり、この速度の接線成分に対して２ｍの節がある。これらの定在円周音響モードは、同じ強度であるが反対方向に動く二つの回転調和モードの重なり効果として解釈することができる。
【００２３】
環状燃焼器の熱音響振動の調和特性は、クルーガー外の論文“ジーメンスＫＷＵの３Ａシリーズのガスタービンに対する動的炎挙動に焦点を合わせた、熱音響的不安定性の予測”、ＡＳＭＥ  ９９−ＧＴ−１１１に解析的に研究してある。そこに示してある解析結果から判断して、環状燃焼器 −それらが最高リミットサイクルに達し得るので− に最も危険な調和モードは、円周モード、および特にｍが３までの低ｍ次のものである。この論文で、これらの結果は、実機で行った試験中に実験的に得た観察と矛盾しないことが述べてある。その上、これらの解析では、プレナムの容積をシミュレーションで考慮したが、それは、不安定現象をトリガしおよび増幅するメカニズムに特別な役割は何もないらしい。
【００２４】
熱音響的不安定性を増幅する際のプレナム内の圧力変動の役割は、Ｓ.ティリブジの論文“ＤＬＮバーナによって発生した大気試験装置内部の熱音響的振動のＣＦＤモデリング”、ＡＳＭＥ  ＧＴ２００４−５３７３８で強調してある。この著者は、通常環状燃焼器に設置する種類の、単一予混合バーナによって発生した燃焼不安定性の、ＣＦＤ（計算流体動力学）法を使って行った、数値シミュレーションの結果を説明する。シミュレートした燃焼室形状は管状で、環状ではなく、および再現した調和モードは、従って軸方向だけであるが、これらの数値結果は、熱音響的振動の増幅の原因であるメカニズムを維持する際のプレナム内の圧力変動の重要な役割を強調し、このメカニズムが下に説明してある。このプレナム内と燃焼室内の圧力変動間の位相差がバーナ予混合チャンネル中の圧力差振動の振幅を更に悪化する。これらの振動は、予混合チャンネル内の変化する空気流量の同期変動を決め、それは、噴射する予混合燃料の流量が本質的に一定であるので、混合ガスの濃縮度変動を生じる。濃い混合気のポケットが下流へ流れ、この火炎地帯に達するとき、その燃焼は、熱排出ピークを誘発し、それが −もし燃焼室内の圧力ピークと同期しているなら− この後者の量の変動実体を更に増す。この様に熱音響的不安定性が自励的になり、このリミットサイクルに達するまで圧力振動を次第に増幅する。
【００２５】
上述のＳ.ティリブジによる研究で使ったのと同じＣＦＤ法をやはり使って、環状燃焼器内の音響モードの形態が解析された。これらのシミュレーションは、先に述べたＡＳＭＥの論文９９−ＧＴ−１１１に記載してある円周モードを再現し、主モードが回転成分と定在成分の両方があるｍ＝２次のものらしいことが分ってきた。これらのシミュレーションは、熱音響的不安定性の拡大の背後のメカニズムへのプレナム内の圧力変動の重要な影響も確認した。実際、燃焼室内で発生したのと同じ種類の円周波がこのプレナム内にもできることが明らかになった。このプレナムと燃焼室内の変動間のこの同期は、各バーナに対し、このリミットサイクルに達するまで変動の振幅を次第に増幅して、先に述べたＡＳＭＥの論文ＧＴ２００４−５３７３８に記載してあるのと同じ状況を決める。種々のバーナに亘る圧力変動は、バーナの端側、即ち、プレナム内および燃焼室内（後者の場合、これは環状燃焼器にしか当てはまらない）に位置する環状空間内で結びつく。
【００２６】
多くの方法がガスタービン製造業者によって予混合炎燃焼器の中の熱音響的不安定性の開始をcontrastする試みで開発された。現状技術の最新のレビューは、POWER-GEN 国際会議２００３の要旨集で刊行した、Ｔ．リューエン外の論文“ガスタービンに於ける燃焼ドライバ振動の予測、監視および制御の最近の進歩”に提供してある。これらの方法は、二つの主な種類：受動的と能動的に分類できる。
【００２７】
受動的方法は、更に種々のサブタイプに分類でき、それには次のものがある：
−  例えば、それぞれの口火へ送る空気の割合を僅かに変えることによる、隣接するバーナの作動パラメータを差別化することによって達成した方位角的対称への操作上の変更；
−  例えば、バーナ出口に延長部を付けることによる、種々のバーナの応答特性の対称性を変えるための構造上の変更；
−  燃料送出が燃焼室内の熱音響的振動と同期しないように、バーナガス供給管路の音響特性を調整すること；
−  最も危険と考えられる音響周波数への減衰効果を得るために、燃焼室へ向けたヘルムホルツ共振器を設置すること。
【００２８】
能動的方法に関して、これらは、主として、振動と同期しないような燃料流の一部の制御した変調に基づく。
【００２９】
更に、多数の特許がガスタービン燃焼器の熱音響的不安定性の制御に関係し、それは、如何に多くの重要性が技術のこの局面に属するかおよびこの問題を全体的に取扱うための適正な解決策を見出すのは如何に困難かを証明する。
【００３０】
受動的方法の一例が特許ＵＳ６５３６２０４に記載してあり、それは、環状燃焼器用のバーナ形状を提案し、そこでは円筒形要素が、出口を燃焼室へ突出する上記バーナの少なくとも幾つかに取付けてある。この解決策は、燃焼室／バーナシステムを二つの音響的特性を異なる程度に変えることによって位相ずれにして、燃焼不安定性を防ぎ、または少なくとも減衰する筈である。しかし、この方法は、（先に見たように）バーナ間の音響結合を可能にするものである、バーナ上流の要素、プレナムに何の効果もない。この方法はまた、空洞（燃焼室）内部に付加的構造部材を導入し、そこは高温が発生し、それで上記部品をかなりの損傷の危険に曝す。
【００３１】
その上、上述の方法は全て、（先の述べたように）熱音響的振動の発展および増幅で重要な役割を果す、プレナム内の円周振動の開始を防止しまたは阻止することができない。この能動的方法に関しては、Ｔ．リューエン外が引用した論文が製造業者もそれらが複雑で、コスト高でおよび信頼性が疑わしいためにそれらを使うことをかなり嫌がっていることを指摘する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
本発明の一般的目的は、予混合炎バーナを備えるガスタービン燃焼器で、本来の受動的方法によって、円周燃焼不安定性の開始を防ぎ、または少なくともそれらの実体をかなり減少することである。
【００３３】
本発明の特別な目的は、上に説明した熱音響的不安定性増幅の原因となるチェーンメカニズムに関係する要素の一つを、プレナムへの燃焼空気の通常の流れと干渉しないように、除去するように、ガスタービン燃焼器の環状プレナム内の円周調和モードの開始を防ぎ、または少なくともその振幅を減少することである。
【００３４】
本発明の他の目的は、環状燃焼器を備えるガスタービンを提供し、このプレナム内の回転および定在両方の円周調和モードの開始を防ぎ、またはそれらの振幅を少なくとも減少することである。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
本発明によれば、これらの目的は、プレナムの環状空間内の円周波の伝播を対照させることにより、方位角方向のガス流と干渉する上記方向に横向きに位置する壁に挿入することによって達成する。この音響現象は圧力波と速度波の結合に特徴があるので、この流体の流れとの干渉も同じ方向の圧力波の発達を妨げる。
【００３６】
既に述べたように、環状空洞（環状燃焼器の燃焼室およびプレナムのような）の場合に最も危険な音響モードは、円周モード、即ち、空洞の方位角方向に変動する圧力波に関連するものであり、それらはトリガーおよび増幅が最も容易だからである。これらの波は、この環状空洞内の流体速度の接線成分の振動と結合する。その結果、この方向の流れを妨害すること（メリディアン方向の壁の挿入によって）が円周モードに関連する圧力波の形成も妨げるだろう。
【００３７】
本発明から見て、これらの壁は、もしそれらがこのプレナムの全メリディアン断面を占めるなら最も効果的であるが、広がりが少なくても未だ有用な減衰効果がある。これらの壁は、中実でも、またはこのプレナムの種々の扇形間で圧力の再均衡をとることが必要なら、適度に孔明きでもよい。これらの壁の機械的剛性は、音響波が隣接するプレナム扇形間に伝達するのを避けるために十分でなければならない。
【００３８】
それらが実質的にメリディアン方向であるために、これらの壁は、プレナム内の燃焼空気の通常流れに影響せず、それはそれらがこの空気の通常流れ線に平行だからである。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の利点の一つは、ガスタービンの一部、バーナの上流であるプレナムで処置をとり、それでそこでは温度が材料の耐熱性に関して問題を生じるほど高くないことである。
【００４０】
この解決策の更なる利点で、同じ問題に関する既知の解決策の大多数に当てはまらないものは、燃焼器設計に最小限の修正しか要求せず、従って既に設置した機械にでも、ガスタービンの現在のモデルに実施するのが容易なことである。
【００４１】
本発明によるガスタービンの更なる特性および利点は、添付の図面を参照すれば、非限定的例として与える、その実施例の以下の説明からよりはっきりと明白になるだろう。
【実施例】
【００４２】
図１を参照すると、それは、現在の技術による環状燃焼器を備える、全体を参照番号１で指すガスタービンユニットのメリディアン断面を概略的に示す。このガスタービンユニットは、本質的に三つの主要部分：コンプレッサ２、燃焼器３およびタービン４それ自体を含む。これらの部分は、このガスタービンユニット１の主軸５とも呼ぶ、中心軸の周りに軸対象の構成を有する。コンプレッサ２は、外部から燃焼空気６を吸引し、それを圧縮してそれを燃焼器３へ送る。燃焼器３は、今度は三つの部分：プレナム７、ガスタービン軸５の周りに互いから等間隔に位置するバーナ８の列、および燃焼室９を含む。コンプレッサ２から来る圧縮空気は、トロイド形空洞であるプレナム７の内部へ流れ、そこから種々のバーナ８へ分配される。バーナ８は、燃料を噴射し火炎の付着および安定性を保証するためである。少量の燃料１０を口火１１へ送出する。残りの燃料１２を予混合チャンネル１３内へ噴射し、そこでそれをプレナム７からの燃焼空気と混合する。出来た希薄混合ガスが予混合炎１４を賄う。
【００４３】
さて、図２および３を参照すると、この発明の好適実施例に従って、四つの壁１５がプレナム７の内部に設けてあり、上記プレナム７の全メリディアン断面に広がる。図３に示すように、これら四つの壁は、このプレナム内の空間を非対称的に環状扇形に分割するように配置し、もし可能なら、隣接する扇形の角度幅が同じか互いの倍数であるのを避けるのが好ましい。特に、このプレナム内の空間を分割するための簡単で実用的な方法は、各扇形が素数のバーナを含むように壁１５を配置し、例えば、図示する実施例のように、壁１５の角度間隔が二つの連続する壁の間に３、７、３および１１のバーナ８を含むようにすることである。
【００４４】
勿論、壁の数は、上に説明した解決策と異なってもよい。単一壁でも回転円周モードを妨害するために十分かも知れないが、定在モードには十分でない。先に述べたように、これら両種類の変動が環状燃焼器で起ることがある。
【００４５】
図４ａ、４ｂおよび４ｃは、最初の三つの回転円周モードを示し、波形の回転方向を１６で指示する。他方、図４ｄ、４ｅおよび４ｆは、最初の三つの定在円周モードを表し、腹１７および節１８を示す。
【００４６】
回転音響モードに対して、接線速度波頭（即ち、上記速度が絶対値で最大の点）が方位角的に動き、全ての角度位置を通過する。従って、各壁が接線方向のガス流を妨害するので、何れかの数（たった１でも）の存在およびメリディアン壁の配置が円周回転モード速度波の伝播と干渉する。
【００４７】
しかし、一つだけの壁を挿入することは、接線速度定在波の２ｍモードの一つがこの壁と一致するかも知れないので、定在円周モードの形成を妨げないかも知れない。同様に、同数の方位角位置にｎの壁を挿入することは、２ｍ節の分布が、ｎの壁全てがたまたま接線速度波節と一致するようになっている、これらの音響モードの開始を妨げない。
【００４８】
それで、メリディアン壁の任意の方位角配置がプレナム内の回転円周モードの開始を阻止できるが、定在円周モードも効果的に妨害するための解決策のためには、これらの壁は、定在円周モード速度波節がこれらの壁と一致するのを防ぐように、プレナム内の空間を円周的に非対称的に分割しなければならない。
【００４９】
この発明の更に別の実施例で、壁１５は、縦長さが異なってもよく、必ずしもこのプレナムの全断面を占める必要がない。この発明の別の実施例では、これらの壁をこのプレナムのメリディアン断面の別の部分に置いた二列または三列に配置してもよい。
【００５０】
壁１５は、圧力非対称性の再均衡をとるために適度の方位角流れを可能にするように、中実または部分的若しくは完全に孔明きでもよい。
【００５１】
この発明に基づく燃焼不安定性を制御するためのシステムの有効性を、先に述べたＳ.ティリブジの論文に記載してあるのと同じ方法を使うが、産業用型およびサイズの現実的環状燃焼器に適用して、数値的に検証した。この方法は、燃焼器のありそうな熱流体動的挙動のシミュレーション（即ち、事実上の数値モデリング）を可能にする。与えられた幾何学上および操作上の装置の各シミュレーションによって事例を構成する。
【００５２】
産業用サイズと矛盾しない、同じ幾何学的構成を使って、基本事例を公称機械条件で、即ち、全負荷であるが、熱音響的不安定性の開始を容易にするように較正した計算パラメータを使ってシミュレートした。図５に示すように、初期の流れなし状態から出発して、過渡現象が実時間で０．８ｓ間長引いた。シミュレートした期間の瞬間出力曲線は、十分な熱音響的振動が自然にトリガーされ且つそれらがリミットサイクルで安定化するまで次第に増幅することを示す。
【００５３】
先に述べたように、このシミュレーションは、調べた特定の構成に対して、これらの変動に関連する主モードが２次の円周モードで、四つの圧力節と四つの速度節が環状空洞の円周の周りに交互に位置することを実証した。
【００５４】
提案したシステムの有効性を確認するために、次に、図２および３に示すような、プレナム７に挿入した四つの壁１５がバーナ間の対応する数のメリディアン平面上に位置してこのプレナム内の環状空間を３、７、３および１１のバーナを含む円の四つの扇形に分割するような、この発明による構成を使って一つの事例をシミュレートした。これらの壁は、このプレナムの全メリディアン断面を占めるように伸した。
【００５５】
この場合、過渡現象は、基本事例の＋０．４ｓの瞬間に始った。燃焼器機能は、完全に安定なままで、以下に説明する線図で瞬間出力が一定の傾向によって実証するように、熱音響的振動がなく、このようにこの提案したシステムの有効性を確認する。
【００５６】
これら二つの事例（基本と壁付）で異なる燃焼器挙動を図５で強調し、それは、産業用型およびサイズの環状燃焼器にＣＦＤ方法論を使って行った数値シミュレーション中に計算した出力曲線をプロットする。特に、この線図は、この基本事例で計算した傾向を描く基本曲線２０を、最終値まで次第に増す圧力変動の、最初の傾斜部を越える、開始の明らかな証拠と共に示す。上記曲線に重ねて、この発明の好適実施例に従ってプレナム７に壁１５を挿入した事例に関係する別の曲線２１があり、それは燃焼器流体の動的挙動の安定化を示す。
【００５７】
環状燃焼器を備えるガスタービン内の燃焼不安定性を制御するための本発明によるシステムは、筒環状燃焼器を備えるガスタービンにも拡張できる。これらの燃焼器でも、燃焼室に円周音響モードが何もないために、モードがこの場合単一管状燃焼器で軸モード間の結合からおよびプレナムで円周モードから派生するが、種々の内筒間の音響結合がプレナムを介して起こり得る。ここで再び、壁の配置が環状燃焼器に関するのと同じ規準に従う。各壁は、このプレナムのメリディアン断面の全てまたは一部だけを占めることができる。これらの壁は、このプレナムを各々整数の内筒を含む円扇形に分割するように、隣接する内筒間に挿入しなければならない。各部分の内筒数は、このプレナム容積を非対称扇形に分割するようでなければならない。
【００５８】
この発明の多数の修正および変形を上記の説明に基づいて、その様な修正および変形のどれも以下の請求項に展開するこの発明の精神および範囲から逸脱しないという条件で、着想してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】環状燃焼器を備えるガスタービンの概略縦メリディアン断面を示す。
【図２】この発明によるガスタービンの概略縦メリディアン断面を示す。
【図３】図２に概略的に示す種類の四つの壁を備える環状燃焼器の中のプレナムの断面を示す。
【図４ａ】調和モードｍ＝１について円周回転波が如何に発達するかを示す。
【図４ｂ】調和モードｍ＝２について円周回転波が如何に発達するかを示す。
【図４ｃ】調和モードｍ＝３について円周回転波が如何に発達するかを示す。
【図４ｄ】調和モードｍ＝１について円周定在波が如何に発達するかを示す。
【図４ｅ】調和モードｍ＝２について円周定在波が如何に発達するかを示す。
【図４ｆ】調和モードｍ＝３について円周定在波が如何に発達するかを示す。
【図５】基本事例（壁なし）の数値シミュレーション中に計算した瞬間出力の傾向を、図３に表す構成に対して計算した同じ出力の傾向に重ね合せた線図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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