(57)【要約】  ダンパー装置（２０）は、複数の相互接続されたボリューム（Ｖ１およびＶ２）と、ダンパー（２０）を燃焼室（５）に複数の接触点で接続するための複数のネック（Ｎ１およびＮ２）と、を具える。複数のネックは、複数のボリュームに接続されている。
2015518534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダンパー装置（２０）において、
前記ダンパー装置は、ヘルムホルツ・ダンパー（２０）を具え、
前記ヘルムホルツ・ダンパー（２０）は、
複数の相互接続されたボリュームと、
前記ダンパーを燃焼室（５）に複数の接触点で接続するための複数のネックと、
を具え、
前記複数のネックは、前記複数のボリュームに接続されている、
ダンパー装置（２０）。
【請求項２】
燃焼室（５）をさらに具え、
前記複数のネックは、前記燃焼室（５）に複数の接触点で接続されている、
請求項１に記載のダンパー装置（２０）。
【請求項３】
前記複数の接触点は、１つ以上の脈動周波数に対応する、
請求項２に記載のダンパー装置（２０）。
【請求項４】
前記複数のボリュームおよびネックの組合せは、１つ以上の脈動周波数を減衰させるために調整される、
請求項１に記載のダンパー装置（２０）。
【請求項５】
前記ボリュームの少なくとも１つは、摺動可能なピストンを具え、
前記摺動可能なピストンは、前記ピストンの第１の側の第１のボリュームおよび前記ピストンの第２の側の第２のボリュームを定める、
請求項１に記載のダンパー装置（２０）。
【請求項６】
前記摺動可能なピストンは、１つ以上の脈動周波数センサから受信される入力に基づいてシフトされる、
請求項５に記載のダンパー装置（２０）。
【請求項７】
前記摺動可能なピストンは、前記１つ以上の脈動周波数センサに接続されている制御ユニットによって制御可能である、
請求項６に記載のダンパー装置（２０）。
【請求項８】
前記複数のボリュームおよびネックは、可変的なサイズおよび体積を有する、
請求項１に記載のダンパー装置（２０）。
【請求項９】
前記ボリュームおよびネックの少なくとも１つは、多孔性材料、吸収材料、吸着材料、有孔スクリーンおよび金属発泡体の１つ以上を具える、
請求項１に記載のダンパー装置（２０）。
【請求項１０】
前記ボリュームおよびネックの少なくとも１つは、多角形形状、立方体形状、直方体形状、球形状または不規則な形状である、
請求項１に記載のダンパー装置（２０）。
【請求項１１】
燃焼室（５）のためのヘルムホルツ・ダンパー装置（２０）を設計する方法であって、前記方法は、
複数の相互接続されたボリュームを提供するステップ（６２）と、
前記複数のボリュームに接続されている複数のネックを提供するステップ（６４）と、
前記複数のネックを前記燃焼室に複数の接触点で接続するステップ（６６）と、
を含む方法。
【請求項１２】
１つ以上の脈動周波数を減衰させるために、前記複数のネックおよびボリュームの組合せを調整するステップをさらに含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
対応する脈動周波数に基づいて、前記複数の接触点を選択するステップをさらに含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のネックおよび前記複数のボリュームのサイズおよび体積を変化させるステップをさらに含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の相互接続されたボリュームは、直列および並列の組み合わせの少なくとも１つで配置される、
請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダンパー装置に関するものである。
【０００２】
特に、ダンパー装置を用いて、希薄予混合低排出燃焼システムを備えたガス・タービンの動作中に発生する圧力振動を減衰させる。
【背景技術】
【０００３】
ガス・タービンが１つ以上の燃焼室を具え、燃料が注入され、気流に混合され、燃焼し、タービン内で膨張する高圧煙道ガスを生成することは公知である。
【０００４】
動作中、圧力振動が発生し、燃焼室に機械的損傷を生じさせ、動作形態を制限することがありうる。
【０００５】
このため、通常、燃焼室はダンピング・デバイス、例えば４分の１波長管、ヘルムホルツ・ダンパーまたは音響スクリーンを備え、これらの圧力振動を減衰させる。
【０００６】
図１に示すように、従来のヘルムホルツ・ダンパー１は、ダンピング・ボリューム２（すなわち共振器ボリューム）と、燃焼室５の壁４（線模様によって図示）に接続されているネック３（入口部）と、を含み、燃焼室５では、燃焼が発生し、減衰すべき圧力振動が発生する。
【０００７】
ヘルムホルツ・ダンパーの共振周波数（すなわち減衰周波数）は、ダンピング・ボリューム２および入口部３（ネック）の幾何学的特徴に依存し、燃焼室５内で発生する圧力振動の周波数に対応しなければならない。
【０００８】
特に、ボリュームおよびネックの形状は、ヘルムホルツ・ダンパーの固有周波数を決定する。ヘルムホルツ・ダンパーの最大減衰特性は、固有周波数で達成され、それは概して非常に狭い周波数帯におけるものである。
【０００９】
それにもかかわらず、これらの圧力振動の周波数は、ガス・タービンごとにわずかに変化することがあり、さらに、同一のガス・タービンにおいても、ガス・タービン動作（例えば部分負荷、ベース負荷、移行）の間、わずかに変化することがある。
【００１０】
（ヘルムホルツ・ダンパーがしばしば用いられる）低周波範囲におけるヘルムホルツ・ダンパーのダンピング周波数帯域幅は、非常に狭いので、燃焼室内で発生する圧力振動のこの種の周波数シフトは、燃焼室に接続され、所定設計の共振周波数を有するヘルムホルツ・ダンパーを完全に役に立たないものとしてしまう。
【００１１】
異なる周波数を有する圧力振動に対処するために、概して、２つ以上のヘルムホルツ・ダンパーが用いられる。例えば、ＤＥ１０２００５０６２２８４は、２つ以上のヘルムホルツ・ダンパーを有するダンパー装置を開示し、この２つ以上のヘルムホルツ・ダンパーは、直列に接続され、すなわち、１つのヘルムホルツ・ダンパーのネックは、他のヘルムホルツ・ダンパーのボリュームに接続されている。この構成は、大きく異なる別々の周波数（例えば、１５Ｈｚおよび９０Ｈｚ）を有する圧力振動を減衰させる際には非常に効率的であることが判明した。
【００１２】
この場合、ガス・タービン構造および動作に対する有害な効果を伴って、圧力振動のいくらかが減衰しないということが明らかである。
【００１３】
十分に広い帯域幅の圧力振動を減衰させるために、概して、多数のヘルムホルツ・ダンパー１が、燃焼室５に接続されている。それにもかかわらず、この場合もまた、課題は生ずる。
【００１４】
事実、一定の周波数を有する圧力振動を効率的に減衰させるために、ヘルムホルツ・ダンパーは、その圧力振動が最大振幅を有する燃焼室の位置に配置しなければならない。
【００１５】
燃焼室が、同一位置で、または、互いに近接した位置で最大振幅を有する異なる周波数を有する圧力振動を有するとき、異なる特徴を有する異なるヘルムホルツ・ダンパーを、それらの位置に取り付けなければならないことは明らかである。
【００１６】
それにもかかわらず、ガス・タービンの燃焼室内では、ヘルムホルツ・ダンパーが接続可能な位置は制限されるので、通常、同一位置に（例えば、互いに角度的にシフトさせて）異なるヘルムホルツ・ダンパーを接続することはできない。
【００１７】
さらに、この複数のヘルムホルツ・ダンパー装置の他の不利な点は、燃焼室の脈動が、脈動周波数に十分に近い共振周波数を有するヘルムホルツ・ダンパーのみによって減衰されるということである。
【００１８】
この概念は、いくつかの他の従来技術の図面を参照して詳細に説明される。図２ａは、燃焼室５内の振幅Ａ０を有する脈動周波数ＦＡに対応する波形を示す。図示される波形が、２つのアンチノード、すなわち、波形の最大振幅点を有する１つのタイムスタンプに示される定在波パターンの簡略化された形であることは、当業者にとって明らかである。図２ｂに示すように、（周波数ＦＡに対処するために前調整される）ダンパー１がこの周波数ＦＡ曲線のピーク時に配置されると、結果として、その位置で波形を減衰させることになる。言い換えると、ダンパー１は、周波数ＦＡの波形の１つのアンチノードに最接近して配置される。この結果、最終的に、振幅Ａ０に実際的な影響を何ら及ぼすことなく、周波数ＦＡ（すなわち、アンチノードのシフト位置）のモードのシフトを生ずる。
【００１９】
図３ａおよび図３ｂに示すように、２つのヘルムホルツ・ダンパー１が、周波数ＦＡのアンチノードに最接近して配置されるので、その結果、周波数波ＦＡの振幅は、Ａ０からＡ１まで減少する。しかしながら、振幅Ｂ０を有する異なる周波数ＦＢの他のモードＢを引き起こしうる。したがって、１つの優位モードが複数のダンパーを用いて作用される場合、他のモードが優位になり、システムの力学を支配することがある。モードＡの振幅は減少するが、モードＢの増加は燃焼室５の脈動を増加させる。実際、複数のモードを備える燃焼システムは不安定である。
【００２０】
上述した２つのモードの課題に対応するために、２つの異なる周波数に調整された２つのダンパーを用いることができる。図４ａおよび図４ｂに示すように、周波数ＦＢに調整された第２のヘルムホルツ・ダンパー１０が用いられる。しかしながら、この場合、図２ｂにおいて説明されたように、第１のモードＡは再び完全には減衰されず、シフトされる。さらに、ダンパー１０が燃焼室５に接続されている位置でアンチノードを有することができないので、第２のモードＢもまた、ダンパー１０によって完全に減衰させることができない。このように、２つの異なる周波数ＦＡおよびＦＢに調整された２つのダンパーを用いても、両方のダンパーが燃焼室に接触する位置で両方の周波数を確実に減衰させることができない。
【００２１】
それゆえ、上述した全ての解決策は、全ての関連した周波数を対象にして、広帯域の減衰を提供することができないという問題を生ずる。さらに、これらの解決策は、共振周波数の微調整によって、燃焼室内の周波数の圧力振動をシフトさせることができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
それゆえ、本発明の技術的な目的は、周知技術の上述した課題に対処しているダンパー装置を提供することを含む。
【００２３】
この技術的な目的の範囲内で、本発明の一態様は、ダンパー装置およびダンパー装置の設計方法を提供することにあり、本発明により、特に、ヘルムホルツ・ダンパーからなる従来の減衰装置の帯域幅と比較して、広帯域幅における圧力振動の減衰を可能にする。
【００２４】
本発明のさらなる態様は、微調整なしにまたは限定的な微調整を必要として圧力振動の周波数シフトに対処することが可能なダンパー装置を提供することにある。
【００２５】
本発明の他の態様は、複数の位置で燃焼室に接続することによって広帯域範囲の複数の脈動周波数を同時に減衰可能なダンパー装置を提供することにある。
【００２６】
本発明の他の態様は、特に上述した従来のダンパー装置と比較して、非常に単純なダンパー装置を提供することにある。
【００２７】
本発明のさらに他の態様は、複数の相互接続されたボリュームと、ダンパー装置を燃焼室に複数の接触点で接続するための複数のネックと、を具えるダンパー装置を提供することにある。複数のネックは、複数のボリュームに接続されている。
【００２８】
本発明の他の態様では、複数の接触点は、１つ以上の脈動周波数に対応する。
【００２９】
本発明のさらに他の態様において、複数のボリュームおよびネックの組合せは、１つ以上の脈動周波数を減衰させるために調整される。
【００３０】
技術的な目的は、これらおよびさらなる態様とともに、本発明によって、ダンパー装置およびダンパー装置の設計方法を添付の請求の範囲に従って提供することによって達成される。
【００３１】
本発明のさらなる特性および利点は、添付図面の非限定的な実施例として例示されるダンパー装置の非排他的な好適実施形態の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術に従う従来のヘルムホルツ・ダンパーの概略図である。
【図２】従来技術に従うヘルムホルツ・ダンパーの異なる構成を示す。
【図３】従来技術に従うヘルムホルツ・ダンパーの異なる構成を示す。
【図４】従来技術に従うヘルムホルツ・ダンパーの異なる構成を示す。
【図５】本発明の一実施形態に従うヘルムホルツ・ダンパーの構成を示す。
【図６】本発明の一実施形態に従う、燃焼室用のヘルムホルツ・ダンパー装置を設計する方法のフローチャートである。
【図７】本発明の異なる実施形態に従うヘルムホルツ・ダンパーの異なる構成を示す。
【図８】本発明の異なる実施形態に従うヘルムホルツ・ダンパーの異なる構成を示す。
【図９】本発明の異なる実施形態に従うヘルムホルツ・ダンパーの異なる構成を示す。
【図１０】本発明の各種実施形態に従う、ボリューム間の音響結合を調整するために吸収材料を使用しているヘルムホルツ・ダンパーの異なる構成を示す。
【図１１】本発明の各種実施形態に従う、ボリューム間の音響結合を調整するためにピストンを使用しているヘルムホルツ・ダンパーの異なる構成を示す。
【図１２】本発明の各種実施形態に従う、ダンパーを接続しているネックのサイズを調整するためにダンパーのネック内にピストンを使用しているヘルムホルツ・ダンパーの異なる構成を示す。
【図１３】本発明の各種実施形態に従う、ネックのサイズを調整し、ボリューム間の音響結合を調整するために、ピストンによってネックの断面が異なるヘルムホルツ・ダンパーの異なる構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら本発明の好適実施形態が記載される。図面において、同様の参照符号は、同様の要素を表すために用いられる。以下では、説明のために、多数の具体的な詳細は、本発明を完全に理解するために記載される。しかしながら、本発明がこれらの具体的な詳細なしで実行可能であることは明らかである。
【００３４】
図５ａおよび図５ｂでは、単一のダンパーを用いて２つの異なる位置で同時に発生している２つの周波数のモードを処理する問題に対応するために、ダンパー２０は、燃焼室５に配置される。例示的な実施形態では、燃焼室５は、ガス・タービンの燃焼室である。この実施形態では、ダンパー２０は、２つのネックと、並列に結合される２つのボリュームと、を具える。２つのネック間の距離は、（燃焼室５内に示されるように）２本の矢印間の距離によって表され、ダンパー２０が燃焼室５に接触する２つの接触点を定める。しかしながら、この設計が単に例示的なものであり、ダンパーはさまざまな他のネックおよびボリュームの組合せで構成可能であることは当業者にとって明らかである。図４ａおよび図４ｂに示した実施形態の２つのダンパー（ダンパー１および１０）とは対照的に、（図５ｂに示すように）単一のダンパー２０は、２つの優位周波数ＦＡおよびＦＢに調整される。ＦＡおよびＦＢの両方のモードは減衰し、両方の波形の振幅は、Ａ０からＡ１に、および、Ｂ０からＢ１に減少する。言い換えると、ダンパー２０は、両方の接触点で発生する両方の周波数ＦＡおよびＦＢのアンチノードを同時に減衰させることができる。実際的な実施態様では、最初に、両方のＦＡおよびＦＢのアンチノードの位置が推定され、それに従って、ダンパー２０の接触点（すなわち、２つのネック間の距離）が選択される。接触点の位置は、ＦＡおよびＦＢの推定されたアンチノード位置に最接近して保たれることが好ましい。それゆえ、単一のダンパー２０は、燃焼室５内に存在する１つ以上の優位周波数に対応することが可能である。ダンパー２０の設計が、減衰する必要がある優位周波数の数に応じて、任意の数で燃焼室５に接続するように拡大可能であることは、当業者にとって明らかである。本発明の他の実施形態に従って、ダンパー２０を用いて、最大を有する１つの優位周波数のみを燃焼室５の２つの位置で減衰させることもできる。さらに、ダンパー２０が燃焼室５に接触可能な接触点は、３次元全てに分布してもよい。全実施形態が２次元で示されているのは単に説明を単純化するためであり、これは、本発明の範囲を制限するものではない。
【００３５】
図６は、本発明の一実施形態に従う、燃焼室５用のヘルムホルツ・ダンパー２０を設計する方法のフローチャートを示す。ダンパー２０を設計する前に、（脈動周波数ＦＡおよびＦＢにより）燃焼室５内で発生している予想される音響波形が分析され、両方の周波数のアンチノードの対応する位置は、特定の標準数学的算出に基づいて推定される。これらの推定位置に基づいて、ダンパー２０が燃焼室５に接触する接触点は、ダンパー２０の２つのネック間の距離を定めることによって選択される。ダンパー２０の全体設計は、図６のフローチャートのステップに従って行われる。
【００３６】
第１のステップ６０において、複数のボリュームを相互接続する。ボリュームは、直列または並列のいずれかで相互接続することができる。その後、第２のステップ６２において、複数の相互接続されたボリュームに接続されている複数のネックを提供する。最終ステップ６４において、複数のネックを、複数の接触点で燃焼室５に接続する。これらの接触点の位置は、上述の分析に基づいてすでに推定されている。相互接続されたボリュームと同様に、ネックを直列に配置することもできるし、ネックを互いに対しておよびボリュームに対して並列に配置することもできる。
【００３７】
以下、本発明の各種実施形態に従って、ボリュームおよびネックの間のこの種の相互接続の構成に関するさまざまな可能性が説明される。
【００３８】
図７ａ〜７ｄは、本発明の一実施形態に従うヘルムホルツ・ダンパーの例示的な構成を示す。図７ａに示すように、一実施形態に従って、ダンパー２０は、２つのボリューム、すなわち、各々並列に相互接続されるボリュームＶ１およびボリュームＶ２を具える。２つのボリューム（Ｖ１およびＶ２）は、燃焼室５（線模様によって図示）に、２つのネック、すなわち、ネックＮ１およびネックＮ２を介して接続されている。さらに、２つのボリュームＶ１およびＶ２は、第３のネックＮ３を介して並列に相互接続される。２つのボリュームＶ１およびＶ２は、ダンパー２０の構成が２つの周波数ＦＡおよびＦＢを減衰可能なように定められる。また、２つのネックＮ１およびＮ２の位置は、ダンパー２０全体を、燃焼室５内の（ＦＡおよびＦＢの）局所的な定在波パターンに適合させるように選択可能である。本発明の各種実施形態において、２つのネックＮ１およびＮ２は、互いに同軸であることが好ましい。ヘルムホルツ・ダンパーが、定在波パターンの脈動最大に近接するとき、ダンピング効果を最も発揮することは、当業者にとって明らかである。ダンパー２０が燃焼室５と結合する２つのネックを有するので、２つのネックＮ１およびＮ２の位置を、異なる脈動（優位）周波数のための脈動最大により近接して調整するためのより良好な配置が存在する。
【００３９】
図７ｂに示すように、他の実施形態に従って、ダンパー２２は２つのネック、すなわち、ネックＮ１およびネックＮ２を具え、ネックＮ１、Ｎ２は、第３のネックＮ３を介して直列に各々に相互接続される２つのボリュームＶ１およびＶ２に接続される。また、ボリュームＶ１およびＶ２は、ヘルムホルツ・ダンパー２２によって減衰することが必要な優位周波数に応じて選択可能である。
【００４０】
図７ｃにおいて、ダンパー２２と同様に、本発明のさらに他の実施形態に従って、ダンパー２４は、２つのボリュームＶ１およびＶ２を具え、２つのボリュームＶ１およびＶ２は、（図７ｂにおける１つのネックＮ３の代わりに）２つのネックＮ３およびＮ４を介して直列に接続される。ダンパー２４内の２つのネックＮ３およびＮ４のこの構成は、ダンパー２４を微調整するためにより多くの柔軟性を提供し、２つの脈動周波数に適応することができる。
【００４１】
図７ｄに示すように、本発明の他の一実施形態では、ダンパー２６は、２つのボリュームＶ１およびＶ２を有し、２つのボリュームＶ１およびＶ２は、（図７ａ、７ｂおよび７ｃで述べたような）管状ネックの代わりに、環状スロットＳ１およびＳ２を介して直列に相互接続される。これが上述した他の図（図５ａ、５ｂ、７ａ、７ｂおよび７ｃ）に対する単なる設計変更であるということを当業者は理解するであろう。さらに、スロットＳ１およびＳ２の設計は、ダンパー２６を微調整し、２つの脈動周波数に適応するために変化させることができる。
【００４２】
これまで、本発明の各種実施形態に従って、２つのヘルムホルツ・ダンパーを用いて、２つの点で（２つのネックを介して）燃焼室に接続されるダンパー装置を形成してきた。しかしながら、２つ以上のヘルムホルツ・ダンパーを用いて、２つの位置で（２つのネックを介して）２つの脈動周波数を減衰可能な新規なダンパー装置を定めることもできることは、当業者にとって明らかである。
【００４３】
図８ａに示すように、ダンパー３０は、３つのボリュームを有し、ボリュームＶ１およびＶ２が並列に相互接続され、この組合せは、ネックＮ３およびＮ４を介して直列に第３のボリュームＶ３にさらに相互接続される。ダンパー３０の全体構成は、２つの点でネックＮ１およびＮ２を介して燃焼室５に接続されている。
【００４４】
図８ｂに示すように、ダンパー３０と同様に、他のダンパー３２もまた、３つのボリュームを有し、ボリュームＶ１およびＶ２は互いに並列に接続され、ともに、ネックＮ３およびＮ４を介してボリュームＶ３に直列に接続されている。しかしながら、本実施形態では、ボリュームＶ１およびＶ２は、ネックＮ５を介して並列に相互接続される。ダンパー３２のこの構成は、脈動周波数に対する微調整のより多くの柔軟性を提供する。
【００４５】
図８ｃに示すように、本発明のさらに他の実施形態において、ダンパー３４は、ボリュームＶ２およびＶ３に直列に接続されているボリュームＶ１を有し、ボリュームＶ２およびＶ３は、それぞれネックＮ３およびＮ４を介して互いに並列に接続されている。
【００４６】
図８ｄに示すように、本発明の他の一実施形態において、ダンパー３２と同様に、ボリュームＶ１は、ネックＮ４およびＮ３を介して、それぞれ直列にボリュームＶ２およびＶ３に接続されている。しかしながら、ボリュームＶ２およびＶ３は、ネックＮ５を介して並列に相互接続される。
【００４７】
図８ａ〜８ｄの上述した全ダンパー装置では、３つのダンパーが相互接続され、ダンパー全体を微調整し、それ自体を、２つのネックＮ１およびＮ２が燃焼室５に接続される位置で減衰される２つの脈動周波数に適合する。
【００４８】
本発明のさらに別の実施形態に従って、３つのダンパーは相互接続され、燃焼室内の３つの脈動周波数を減衰させる。図９ａおよび図９ｂに示すように、３つのダンパーは、直列および並列の組み合わせで相互接続され、３つの脈動周波数を減衰させる。図９ａにおいて、ダンパー４０は、並列に相互接続された３つのボリュームＶ１、Ｖ２およびＶ３を有する。ダンパー４０は、３つのネックＮ１、Ｎ２およびＮ３を介して燃焼室５に接続される。３つのボリュームは、ネックＮ４およびＮ５を介して相互接続される。これらの全てのネックは、管状設計であり、互いに同軸であることが好ましい。
【００４９】
図９ｂに示すように、同様に、３つのボリュームＶ１、Ｖ２およびＶ３は、並列に相互接続され、ダンパー４２を形成する。ダンパー４２は、３つのネックＮ１、Ｎ２およびＮ３を介して燃焼室５に接続される。ボリュームＶ１は、２つのネックＮ４およびＮ５を介してボリュームＶ２に並列に接続されている。同様に、ボリュームＶ２は、２つのネックＮ６およびＮ７を介してボリュームＶ３に並列に接続されている。２つのボリュームを並列に接続するこの２つのネック構成は、３つの脈動周波数を減衰させるために、ダンパー４２全体を微調整する際のより多くの柔軟性を提供する。これらの３つのダンパー構成を用いて、ネックＮ１、Ｎ２およびＮ３の位置に対応する、燃焼室５内の３つの異なる位置で最大を有する１つの脈動周波数のみを減衰させることができることは、当業者にとって明らかである。
【００５０】
本発明の各種実施形態に従って、相互接続されたネックおよびボリュームの設計構成のこの概念は、燃焼室におけるダンピング要求応じて、任意数のボリュームおよびネックに拡大可能である。例えば、４つのボリュームの相互接続を使用する４つのネック設計を形成し、各々２つの最大を有する２つの脈動周波数を減衰させることができる。
【００５１】
各種実施形態に従う本発明は、相互接続されたボリュームおよびネックの概念を例示するいくつかの例示的な設計を提供するだけであるということは、当業者には明らかである。これらの実施形態は、いかなる意味においても本発明の範囲をこれらの構成に限定することを意図しない。
【００５２】
上述した実施形態では、典型的な管状ネックを用いて、ボリュームおよび全体のダンパーを燃焼室に相互接続する構成を説明してきた。図１０ａ〜１０ｄは、本発明の各種実施形態に従う、ボリューム間の音響結合を調整するために吸収材料を（ネックとして）使用しているヘルムホルツ・ダンパーの異なる構成を示す。さまざまな吸収材料、例えば、有孔スクリーン、多孔性セラミックまたは金属発泡体が、２つのヘルムホルツ・ダンパーを結合するために用いられる。図１０ａにおいて、ダンパー５０は、ネックＮ３を介して直列に接続された２つのボリュームＶ１およびＶ２を有する。この設計において、ネックＮ３は、通常の管形状、すなわち、２つのボリュームＶ１とＶ２間を開口する管共有（pipe share opening）である。この設計構成は、図７ｂのダンパー２２と類似している。
【００５３】
図１０ｂは、本発明の一実施形態に従って、ネックＮ３を介して直列に相互接続された２つのボリュームＶ１およびＶ２を有するダンパー５２を示す。ダンパー５２は、ネックＮ１およびＮ２を介して燃焼室５に接続される。この場合、ネックＮ１およびＮ２は、通常の管形状の開口ネックであるが、ネックＮ３は、有孔スクリーンである。このネックＮ３は、２つのボリュームを音響的に調整可能にするような吸収特性を有することができる。
【００５４】
図１０ｃは、本発明の他の実施形態に従って、ネックＮ３を介して直列に接続された２つのボリュームＶ１およびＶ２を有するダンパー５４を示す。ダンパー５４は、さらに、ネックＮ１およびＮ２を介して燃焼室５に接続される。この場合、ネックＮ３は、通常の開口ネック設計である。しかしながら、ネックＮ１は、ボリュームＶ２の内側に有孔スクリーンを有し、ネックＮ２は、吸収材料、例えばネックＮ２の全長さに沿って挿入される金属発泡体を有する。本発明の他の一実施形態において、ネックＮ２は、吸収材料を有し、粘性消散を高め、ダンパー５４のダンピング効率を上昇させる。
【００５５】
本発明のさらに他の実施形態において、吸収材料は、有孔プレートまたはボーテックス・ジェネレータである。図１０ｄは、本発明のさらに他の実施形態において、ネックＮ３を介して直列に接続された２つのボリュームＶ１およびＶ２を有するダンパー５６を示す。ダンパー５６は、さらに、ネックＮ１およびＮ２を介して燃焼室５に接続される。この場合、ネックＮ３は管形状設計を有し、吸収材料、例えば、多孔性セラミックまたは金属発泡体で充填される。
【００５６】
これらのネックのいずれかにおいてこの種の吸収材料を使用する全バリエーションが単に例示的であることは、当業者にとって明らかである。これらのネックのいずれも、この種の材料を用いて、２つのボリュームの音響特性を変更し、それゆえ、ダンパー装置全体のダンピング特性を調整することができる。
【００５７】
これらのダンパー設計が広帯域の範囲において動作する場合であっても、固有周波数の微調整は依然必要である。本発明の各種実施形態に従って、１つの方法では、相互接続されたボリュームは、ピストンのような移動体の挿入によって変化する。この方法の利点は、各ボリュームが独立して変化し、より柔軟な微調整を提供することができるということである。図１１ａ〜１１ｄは、ボリューム間の音響結合を調整するためにピストンを使用しているヘルムホルツ・ダンパーの異なる構成を示す。
【００５８】
図１１ａでは、本発明の第１実施形態に従って、ダンパー６０は、ネックＮ３を介して並列に接続された２つのボリュームＶ１およびＶ２を有し、ダンパー６０は、ネックＮ１およびＮ２を介して燃焼室５に接続される。ここで、ボリュームＶ１およびＶ２は、それぞれ、ピストンＰ１およびＰ２を用いて変化する。本発明の各種実施形態に従って、ピストンＰ１およびＰ２は、摺動可能なピストンである、すなわち、方向に応じて、ダンパーの軸に対して垂直または水平に前後方向に移動することができる。ピストンＰ１はボリュームＶ１を定め、同様に、ピストンＰ２はボリュームＶ２を定める。ピストンＰ１およびＰ２は、上下に垂直に（矢印で示すように）、すなわち、ネックＮ１およびＮ２の軸に沿って移動し、ボリュームＶ１およびＶ２を変化させる。
【００５９】
図１１ｂに示すように、他の構成において、ダンパー６２は、ネックＮ３を介して直列に接続された２つのボリュームＶ１およびＶ２を有し、ダンパー６２は、さらに、ネックＮ１およびＮ２を介して燃焼室５に接続される。この場合、ボリュームＶ１およびＶ２は、２つのピストンＰ１およびＰ２を有し、２つのピストンＰ１およびＰ２は、（矢印で示すように）水平に、すなわち、ネックＮ１およびＮ２の軸に垂直に挿入される。両方のダンパー６０および６２は、ピストンＰ１およびＰ２によって、それぞれ、ボリュームＶ１およびＶ２を変化させることができる。
【００６０】
ボリュームの一方のみを他のボリュームとは無関係に変化させる必要がある場合もある。図１１ｃは、本発明の一実施形態に従って、ネックＮ３を介して直列に接続された２つのボリュームＶ１およびＶ２を有するダンパー６４を示す。ダンパー６４は、ネックＮ１およびＮ２を介して燃焼室５に接続される。しかしながら、このダンパーでは、ボリュームＶ２のみが、ピストンＰ１によって駆動される摺動可能な壁を用いて変化することができる。ピストンＰ１の移動方向は、矢印によって示されるように、上下に垂直方向である。この摺動可能な壁は、ボリュームＶ１と共通の、ボリュームＶ２の内部壁の反対側にある壁である。この唯一のボリューム可動構成が、（図１１ａにダンパー６０について示すように）２つのボリュームが並列に接続された構成にも適用できることは、当業者にとって明らかである。この場合、外側の垂直壁の１つは、移動可能かつ摺動可能な壁である。
【００６１】
これらのヘルムホルツ・ダンパーを調整する他の方法は、２つのボリュームの間の可動スプリッタ・プレートを用いて、ボリュームＶ１およびＶ２を同時に変化させることである。図１１ｄは、本発明の一実施形態に従って、２つのボリュームＶ１およびＶ２を有するダンパー６６を示し、２つのボリュームＶ１およびＶ２は、ネックＮ３を有する可動スプリッタ・プレートを介して直列に相互接続される。この可動スプリッタ・プレートは、ピストンＰ１によって垂直方向に駆動される（矢印で示すように）。ピストンＰ１は、２つのボリューム、すなわち、ピストンＰ１の一方側の第１のボリュームＶ１およびピストンＰ１の他方側の第２のボリュームＶ２を定める。本発明の一実施形態に従って、ピストンＰ１は、ピストンＰ１を駆動するアクチュエータ・ロッド（図１１ｄに図示せず）を有する制御ユニットによって制御可能である。制御ユニットは、燃焼室５内で生じている脈動周波数の最大に関する情報を提供する、燃焼室５に取り付けられる複数の脈動周波数センサを含むことができる。制御ユニットからの入力に基づいて、アクチュエータロッドは、ピストンＰ１をいずれの方向（上または下）に駆動し、ボリュームＶ１およびＶ２を調整し、燃焼室５内の１つ以上の脈動周波数のためのヘルムホルツ・ダンパー６６を微調整する。
【００６２】
上述した全実施形態において、ヘルムホルツ・ダンパーのダンピング周波数を微調整するためにボリュームが変化したさまざまな構成が示された。しかしながら、本発明の各種実施形態に従って、ダンパーのこの微調整は、鈍頭物体を有するネック形状を変化させることによって行うことも可能でもある。これは、ヘルムホルツ・ダンパーの振動量を効果的に変化させる。
【００６３】
図１２ａ〜１２ｃは、本発明の各種実施形態に従う、ダンパーを接続しているネックのサイズを調整するためにダンパーのネック内にピストンを使用しているヘルムホルツ・ダンパーの異なる構成を示す。図１２ａにおいて、ダンパー７０は、ネックＮ３を介して並列に相互接続された２つのボリュームＶ１およびＶ２を有する。ダンパー７０は、さらに、ネックＮ１およびＮ２を介して燃焼室５に接続される。ネックＮ１の形状は、（矢印で示すように）垂直方向に移動するピストンＰ１を挿入することによって変化する。ネック内のこの変化によって、ダンパー７０のダンピング周波数の微調整が可能になる。
【００６４】
図１２ｂに示すように、本発明の他の一実施形態において、ダンパー７２は、ネックＮ３を介して直列に相互接続される２つのボリュームＶ１およびＶ２有する。ダンパー７２は、さらに、ネックＮ１およびＮ２を介して燃焼室５に接続される。この場合、ネックＮ２の形状は、ピストンＰ２を、水平にネックを横切って（すなわち、矢印で示すように、ネックの軸に垂直に）挿入することによって変化する。
【００６５】
図１２ｃに示すように、本発明のさらに他の実施形態において、ダンパー７４は、ネックＮ３を介して並列に相互接続される２つのボリュームＶ１およびＶ２を有する。ダンパー７４は、さらに、ネックＮ１およびＮ２を介して燃焼室５に接続される。この場合、両方のこれらの接続ネックＮ１およびＮ２は、それぞれ、ピストンＰ１およびＰ２を用いて形状が変化する。
【００６６】
ネック形状のこのような変化が、ネック自体の構造／断面を変えることによって達成することもできることは、当業者にとって明らかである。図１３ａおよび図１３ｂは、本発明の各種実施形態に従う、ネックのサイズを調整し、ボリューム間の音響結合を調整するために、ピストンによってネックの断面が異なるヘルムホルツ・ダンパーの異なる構成を示す。
【００６７】
図１３ａは、ネックＮ３を介して並列に相互接続される２つのボリュームＶ１およびＶ２を有するダンパー８０を示す。ダンパー８０は、ネックＮ１およびＮ２を介して燃焼室５に接続される。ネックＮ１は、管状／円筒状の断面の代わりに、カーブする断面を有する。ネックＮ２は、通常の管状断面を有する。これらのネックＮ１およびＮ２の両方は、これらのネック形状の変化をさらに可能にするピストンＰ１およびＰ２を有する。
【００６８】
図１３ｂは、本発明の他の実施形態に従って、ネックＮ３を介して並列に相互接続される２つのボリュームＶ１およびＶ２を有するダンパー８２を示す。ダンパー８２は、さらに、ネックＮ１およびＮ２を介して燃焼室に接続される。この場合、ネックＮ１はカーブする断面を有し、一方、ネックＮ２は通常の円筒状の断面を有する。（上述した実施形態に示すような）規則的なピストンの代わりに、ネックＮ１は摺動可能なウェッジＷ１を有し、ネックＮ２は、摺動可能なウェッジＷ２を有し、これらのネック形状における変化によって、ヘルムホルツ・ダンパーのダンピング周波数の微調整が可能になる。
【００６９】
上述した全実施形態では、ボリュームおよびネックの断面形状が矩形として示されたが、ボリュームおよびネックがこの形状のみに限定されるものではないということは、当業者にとって明らかである。本発明の各種実施形態に従って、ボリュームおよびネックは、多角形、立方体（cubical）、直方体（cuboidal）、球体、または、任意の不規則な形状とすることができる。（ここで示された）これらの形状のいずれかを用いて、燃焼室のダンピング要件に応じてダンパー装置を定めることができる。
【００７０】
全ダンパー装置のコンポーネントを冷却するために、上述した実施形態にて説明したように、冷却孔をボリューム（Ｖ１またはＶ２またはＶ３）のいずれかに設け、冷却空気をそのボリューム内に入れることができる。（直列に相互接続される３つのボリュームがある場合）燃焼室５から最も遠いボリュームに冷却孔を設けることが好ましい。
【００７１】
本発明のダンパー装置の動作は、記載および図示した構成から明らかであるが、実質的には以下の通りである。
【００７２】
ガス・タービン動作中、圧力振動が発生すると、ガスをネックＮ１およびＮ２の内外に移動させ、それゆえ、圧力振動を減衰させる。ネックＮ１およびＮ２が異なる位置を有するので、異なる周波数およびピーク位置を有する圧力振動に対応することができる。
【００７３】
当然、本願明細書に記載されている全ての特徴は、互に独立して提供可能である。実際、使用する材料および寸法は、要件および従来技術に従って自由に選択可能である。
【００７４】
例示的な実施形態がガス・タービンを参照して記載されたが、本発明の実施形態は、圧力振動を減衰させる潜在的要求が存在する他の用途にも使用可能である。
【００７５】
さらに、本願明細書は、最も実際的な例示的な実施形態であると思われるものについて図示および説明されてきたが、本発明は、本願明細書に記載されている詳細に限定されるものではなく、全ての等価なデバイスおよび装置を受け入れるように添付の請求の範囲の全範囲に与えられるということを当業者は理解するであろう。
【符号の説明】
【００７６】
１                                  従来技術のヘルムホルツ・ダンパー
１０                                従来技術のヘルムホルツ・ダンパー
２                                  従来技術のダンパー１、１０のボリューム
３                                  従来技術のダンパー１、１０のネック
５                                  燃焼室
２０                                本発明のダンパー／ダンパー装置
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３                    ボリューム
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３                    ネック
Ｓ１、Ｓ２                          環状スロット
Ｐ１、Ｐ２                          ピストン
Ｗ１、Ｗ２                          摺動可能なウェッジ
２２、２４、２６、３０、３２、３４  ダンパー
３６、４０、４２、５０、５２、５４  ダンパー
６０、６２、６４、６６、７０、７２  ダンパー
７４、８０、８２                    ダンパー
【図１】
2015518534.tif 000003
【図２ａ−２ｂ】
2015518534.tif 000004
【図３ａ−３ｂ】
2015518534.tif 000005
【図４ａ−４ｂ】
2015518534.tif 000006
【図５ａ−５ｂ】
2015518534.tif 000007
【図６】
2015518534.tif 000008
【図７ａ】
2015518534.tif 000009
【図７ｂ】
2015518534.tif 000010
【図７ｃ】
2015518534.tif 000011
【図７ｄ】
2015518534.tif 000012
【図８ａ】
2015518534.tif 000013
【図８ｂ】
2015518534.tif 000014
【図８ｃ】
2015518534.tif 000015
【図８ｄ】
2015518534.tif 000016
【図９ａ】
2015518534.tif 000017
【図９ｂ】
2015518534.tif 000018
【図１０ａ】
2015518534.tif 000019
【図１０ｂ】
2015518534.tif 000020
【図１０ｃ】
2015518534.tif 000021
【図１０ｄ】
2015518534.tif 000022
【図１１ａ】
2015518534.tif 000023
【図１１ｂ】
2015518534.tif 000024
【図１１ｃ】
2015518534.tif 000025
【図１１ｄ】
2015518534.tif 000026
【図１２ａ】
2015518534.tif 000027
【図１２ｂ】
2015518534.tif 000028
【図１２ｃ】
2015518534.tif 000029
【図１３ａ】
2015518534.tif 000030
【図１３ｂ】
2015518534.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月24日(2014.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダンパー装置（２０）を備えた燃焼室において、
前記ダンパー装置は、ヘルムホルツ・ダンパー（２０）を具え、
前記ヘルムホルツ・ダンパー（２０）は、
複数の相互接続されたボリュームと、
前記ダンパーを前記燃焼室（５）に複数の接触点で接続する複数のネックと、
を具え、
前記複数のネックは、前記複数のボリュームに接続されており、
前記接触点は、前記燃焼室内の１つ以上の優位周波数の推定されたアンチノードの位置に最接近して位置付けられる、
ダンパー装置（２０）を備えた燃焼室。
【請求項２】
前記複数のボリュームおよびネックの組合せは、１つ以上の脈動周波数を減衰させるために調整される、
請求項１に記載のダンパー装置（２０）を備えた燃焼室。
【請求項３】
前記ボリュームの少なくとも１つは、摺動可能なピストンを具え、
前記摺動可能なピストンは、前記ピストンの第１の側の第１のボリュームおよび前記ピストンの第２の側の第２のボリュームを定める、
請求項１に記載のダンパー装置（２０）を備えた燃焼室。
【請求項４】
前記摺動可能なピストンは、１つ以上の脈動周波数センサから受信される入力に基づいてシフトされる、
請求項３に記載のダンパー装置（２０）を備えた燃焼室。
【請求項５】
前記摺動可能なピストンは、前記１つ以上の脈動周波数センサに接続されている制御ユニットによって制御可能である、
請求項４に記載のダンパー装置（２０）を備えた燃焼室。
【請求項６】
前記複数のボリュームおよびネックは、可変的なサイズおよび体積を有する、
請求項１に記載のダンパー装置（２０）を備えた燃焼室。
【請求項７】
前記ボリュームおよびネックの少なくとも１つは、多孔性材料、吸収材料、吸着材料、有孔スクリーンおよび金属発泡体の１つ以上を具える、
請求項１に記載のダンパー装置（２０）を備えた燃焼室。
【請求項８】
前記ボリュームおよびネックの少なくとも１つは、多角形形状、立方体形状、直方体形状、球形状または不規則な形状である、
請求項１に記載のダンパー装置（２０）を備えた燃焼室。
【請求項９】
燃焼室（５）のためのヘルムホルツ・ダンパー装置（２０）を設計する方法であって、前記方法は、
複数の相互接続されたボリュームを提供するステップ（６２）と、
前記複数のボリュームに接続されている複数のネックを提供するステップ（６４）と、
前記複数のネックを前記燃焼室に複数の接触点で接続するステップ（６６）と、
１つ以上の脈動周波数を減衰させるために、前記複数のネックおよびボリュームの組合せを調整するステップと、
前記接触点を、前記燃焼室の１つ以上の優位周波数の推定されたアンチノードの位置に最接近して位置付けるステップと、を含む方法。
【請求項１０】
対応する脈動周波数に基づいて、前記複数の接触点を選択するステップをさらに含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数のネックおよび前記複数のボリュームのサイズおよび体積を変化させるステップをさらに含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の相互接続されたボリュームは、直列および並列の組み合わせの少なくとも１つで配置される、
請求項９に記載の方法。
【国際調査報告】
2015518534.tif 000032
2015518534.tif 000033
2015518534.tif 000034