(57)【要約】本発明は、環状燃焼器（９）と環状燃焼器外壁（２３）とを備えたガスタービン（３）に関する。環状燃焼器（９）の外壁（２３）上に締付けリング（２７）が配置され、この締付けリング（２７）が、摩擦によって燃焼しんどうのエネルギを吸収し、外壁（２３）の振動を減衰する。このようにして、環状燃焼器（９）の有害な振動による燃焼振動の作用が減少される。本発明はまた、環状燃焼器外壁（２３）の振動を減少する方法に関する。
2004511752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（７）と環状燃焼器（９）とタービン部分（１１）とを備え、環状燃焼器（９）が外側面（２５）付き外壁（２３）を備えるガスタービン（３）において、環状燃焼器（９）がその外壁（２３）の外側面（２５）上で締付けリング（２７）により取り囲まれたことを特徴とするタービン。
【請求項２】
外壁（２３）の外側面（２５）が、締付けリング（２７）に接する円筒状接触面（２８）を持つことを特徴とする請求項１記載のタービン。
【請求項３】
円筒状接触面（２８）が、円周方向に延びるリブ（２９）により形成されたことを特徴とする請求項２記載のタービン。
【請求項４】
締付けリング（２７）が、円周方向に沿う少なくとも２つの締付けリングセグメント（２７ａ、２７ｂ）で構成されたことを特徴とする請求項１記載のタービン。
【請求項５】
締付けリングセグメント（２７ａ、２７ｂ）が、引締め装置（３１）で接続されたことを特徴とする請求項４記載のタービン。
【請求項６】
締付けリング（２７）が、リブ（２９）をその中に収容して少なくとも部分的に包囲してリブ（２９）に接する凹所（３０）を有することを特徴とする請求項５記載のタービン。
【請求項７】
引締め装置（３１）が引き輪（３５）に係合するタイロッド（３７）を有し、該ロッド（３７）と引き輪（３５）との間で、ばね（３９）によるバイアス力を与えられたことを特徴とする請求項５記載のタービン。
【請求項８】
引き輪（３５）が長孔（４３）の中に移動可能に配置されたことを特徴とする請求項７記載のタービン。
【請求項９】
ガスタービン（３）の環状燃焼器（９）の振動減衰方法において、環状燃焼器（９）の外周の周りを延びる締付けリング（２７）に締付け力を与え、締付けリング（２７）の摩擦により、環状燃焼器（９）の振動エネルギの消散を行い、振動を減衰させることを特徴とする方法。
【請求項１０】
締付け力を、支配的な振動周波数に合わせて与えることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、圧縮機と環状燃焼器とタービン部分とを備えたガスタービンに関する。本発明は、更にガスタービンの環状燃焼器の振動減衰方法にも関する。
【０００２】
独国特許出願公開第４３３９０９４号明細書に、ガスタービンの環状燃焼器における熱音響振動を減衰する方法が記載されている。定置ガスタービンや航空機エンジンなどの燃焼器の燃料燃焼時に、燃焼過程に基づき不安定や圧力変動が生じ、このため、不利な状況下では、燃焼振動とも呼ばれる熱音響振動が生ずる。これは望ましくない騒音源となるだけでなく、燃焼器に許容できない大きな機械的負荷をかける。そのような熱音響振動は、燃焼に伴う熱放出変動個所が、流体の注入により制御することで、能動的に減衰させ得る。
【０００３】
本発明の課題は、燃焼振動に対し特に強い、環状燃焼器を備えたガスタービンを提供することにある。また本発明の課題は、ガスタービンの環状燃焼器の振動減衰方法を提供することにある。
【０００４】
ガスタービンに関する課題を、本発明は、圧縮機と環状燃焼器とタービン部分とを備え、環状燃焼器が外側面付き外壁を有するガスタービンにおいて、環状燃焼器の外壁を外側面上で締付けリングで取り囲むことにより解決する。
【０００５】
燃焼振動の作用に対する通常の処置は、全て燃焼振動自体をその振幅に関し能動又は受動的に減少する処置である。ここで能動的処置とは、例えば導入する燃料の逆相変調、即ちスピーカーによる逆相音の発生である。受動的処置とは、燃焼器の音響周辺条件の変更で所定周波数の燃焼振動を減衰させるべく、音響的離調を行うことである。能動的処置は非常に高い設備費を要し、かつ常に有効とは限らない。受動的処置は、通常所定の周波数範囲しか減衰できない。環状燃焼器では、実際上安定した燃焼振動が生ずる音響的共振を考慮・予測し得ない。
【０００６】
本発明のガスタービンは、燃焼振動の作用を減少する全く新規な方法で特徴づけられる。環状燃焼器を、その外壁を締め付ける締付けリングで囲む。該リングにより、環状燃焼器の有害な振動を、振動エネルギを締付けリングに消散することで減衰させる。また締付けリングに所定のバイアスを与えることで、任意の周波数成分を特に効果的に減衰できる。即ち、高周波振動を的確に減衰するには、低周波振動を減衰するためよりも大きな締付け力を与える。むしろ適当な駆動装置で自動的に締付け力を調整することで、ガスタービンの運転中締付け力の設定変更を行い、これにより、環状燃焼器壁にその都度生じている振動モードを、締付けリングの締付け力の設定で、特に効果的に減衰する。
【０００７】
好適には、外壁の外側面は、締付けリングが接する円筒状接触面を有する。この円筒状接触面で、締付けリングの滑り止めを行う。さもないと、締付けリングが半径方向内側に作用し、締付けリング用の傾斜接触設置面が滑る危険がある。円筒状接触面を、円周方向に延びるリブで形成してもよい。
【０００８】
締付けリングを、円周方向に沿う少なくとも２つの締付けリングセグメントで構成してもよい。これは、締付けリングの単純な組立を可能にする。また締付けリングセグメントを引締め装置で接続してもよい。この装置は、締付けリングのバイアスの設定に用い、もって、特に所定の振動モードのエネルギ消散に適した締付け力の設定付与にも使える。
【０００９】
締付けリングが、リブを収容し、少なくとも部分的に包囲してリブに接する凹所を備えてもよい。この結果、締付けリングの設置・保持を一層改善できる。
【００１０】
引締め装置が引き輪に係合するタイロッドを有してもよい。このタイロッドと引き輪との間に、ばねによるバイアス力を与える。また、引き輪を長孔内に移動可能に配置すると有利である。
【００１１】
上述の各実施態様は、互いに任意に組み合わせることができる。
【００１２】
方法に関する課題は、ガスタービンの環状燃焼器の振動減衰方法において、本発明に従い、環状燃焼器の外周の周りを延びる締付けリングに締付け力を与えることで、締付けリングの摩擦により環状燃焼器の振動エネルギの消散、従って振動の減衰を行うことで解決できる。
【００１３】
この方法の利点は、上述したガスタービンの利点に応じて生ずる。
【００１４】
締付け力は、支配的な振動周波数に合わせて設定するとよい。
【００１５】
以下図示の実施例を参照し、本発明を詳細に説明する。各図において同一部分には同一符号を付している。
【００１６】
図１はガスタービン３を縦断面図で略示する。ガスタービン３は軸５に沿って延び、圧縮機７、環状燃焼器９およびタービン部分１１を直列接続してなる。圧縮機７で空気１３を吸い込み、高圧に圧縮して環状燃焼器９に導き、そこで圧縮空気に燃料を加えて燃焼させる。その際生じた高温ガス１５をタービン部分１１に導入する。環状燃焼器９は外壁２３を有し、この壁２３の外側面２５上をリブ２９が円周方向に延びている。リブ２９は半径方向外側端に円筒状接触面２８を備え、該面に環状燃焼器９を取り囲む締付けリング２７が接している。
【００１７】
環状燃焼器９での燃焼中、火炎が不安定になり、この結果環状燃焼器９内に圧力脈動が起る。環状燃焼器壁で反射した圧力脈動は燃焼個所でも反射される。そこで圧力脈動は、正しい位相位置において、帰還系統により安定した燃焼振動を形成する程に、火炎不安定性を増大する。この燃焼振動は、ガスタービン３に有害な振動が発生する程にかなり高い。特に環状燃焼器９はその振動を受ける。該振動はリブ２９にも伝わり、締付けリング２７が円筒状接触面２８で摩擦を生ずる。このため、環状燃焼器９の振動エネルギが熱に変わり、振動が減衰する。また締付けリング２７は外部支持点を必要としない。即ち熱的に条件づけられる相対運動の外部補償は不要である。これは特に、外部支持点も減衰すべき構造物と一時的にしかはっきり異なった温度レベルにならない場合に意味がある。そのような場合、膨張差の補償は是認できる経費で行えない。締付けリング２７のリブ２９との摩擦は、一方ではリブ２９、他方では締付けリング２７の夫々の中央繊維が、異なる直径上に位置していることで生ずる。運転中に振動が生じ、このために外壁２３が例えば楕円形に弾性変形すると、締付けリング２７がその変形に追従する。その際、接触面２８の曲率半径が周期的に変化する。曲率半径が小さくなる際、リブ２９の接触面２８の近くに位置する外側材料繊維は延びる。これに対し、締付けリング２７の接触面２８近傍に位置する縁部繊維は長手方向に縮む。それらの相互作用に伴い相対運動が生じ、この相対運動に接触面２８における摩擦抵抗が対抗して作用する。関連する構成要素の強度が十分に大きいので、摩擦抵抗が打ち負かされ、接触面２８での摩擦によって、その振動系からエネルギを取り除く。この結果、外壁２３の振動を所望通りに減衰できる。
【００１８】
締付けリング２７による減衰は、本来の燃焼振動の抑制方法と異なり、外壁２３における全ての振動モードを減衰させる。また所定の振動モードを、締付けリング２７の円周方向バイアス力の設定付与で、的確に減衰させ得る。次に、締付けリング２７の構造について図を参照して詳述する。
【００１９】
図２は、環状燃焼器９の外壁２３を部分的に示す。外壁２３は、締付けリング２７で取り囲まれている。締付けリング２７は複数の締付けリングセグメント２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅからなる。２つの締付けリングセグメント２７ａ、２７ｂは引締め装置３１で接続されている。引締め装置３１はブリッジ状ベルト３３を備える。２対のタイロッド３７が、ブリッジ状ベルト３３を貫通している。各対のタイロッド３７は各々１対の引き輪３５に係合している。各対のタイロッド３７は、ベルト３３で夫々複数のナット４１と中間に置いた複数の皿ばね３９を経てバイアスを与えることで保持されている。堅固なナット４２が重ね皿ばねを締め付けている。各引き輪３５は長孔４３を有し、該孔４３で、締付けリングセグメント２７ａ、２７ｂに継手ピン３６を経て、円周方向に移動可能に接続されている。引締め装置３１の詳細構造を図７に拡大して示す。
【００２０】
以下、別のセグメント継手を、図を参照して説明する。
【００２１】
図３は締付けリングセグメント２７ｄを示す。該セグメント２７ｄは一端に凹所８１を有し、この凹所８１で、ピン８３を経て隣の締付けリングセグメントに接続される。締付けリングセグメント２７ｄの反対側は、締付けリングセグメント２７ｄの先細部８５と孔８７を経て、隣の締付けリングセグメントに同様に接続される。これら両継手については後で詳述する。締付けリングセグメント２７ｄは係合溝８９を有し、締付けリングセグメント２７ｄの組立時、この係合溝８９が案内部材９１に係合する。該部材９１は、組立時に締付けリングセグメント２７ｄとかみ合い、円周方向に沿って案内する。案内部材９１は組立時、外壁２３の下部で締付けリングセグメント２７ｄが傾いてずれるのを防ぐ。この処置は勿論、外壁２３の下部の他の締付けリングセグメントにも利用している。
【００２２】
図４は、締付けリング２７がリブ２９に接する状況を断面図で示す。締付けリング２７は内周面に凹所３０を持つ。この凹所３０は、締付けリング２７の内周面に、軸方向両側端に位置して円周方向に延びる突出板７１で形成している。これら突出板７１はリブ２９をつかんでいる。リブ２９は円周方向に延び、軸方向に間隔を隔てられた軸方向両端の平縁２９ａで形成され、両平縁２９ａ間に、半径方向外側にずらされ且つ半径方向内側に向いて開いた断面Ｕ状支持部２９ｂが取り付けられている。この支持部２９ｂは、その半径方向外周面に接触面２８を持つ。締付けリング２７は軸方向に約７０ｍｍの幅Ｂを持つ。リブ２９を囲い込む突出板起７１も含めた締付けリング２７の半径方向の高さＨ２は約８０ｍｍ、締付けリング２７の突出板７１なしの半径方向高さＨ１は約６０ｍｍである。
【００２３】
図５は、２つの締付けリングセグメント２７ｄ、２７ｅ間の連結リンク５１として形成したセグメント継手を示す。このリンク５１は２つの細長い矩形の側板１０１を備える。これら側板１０１は、中央ピン１０３で互いに結合している。片側端で両側板１０１間に、締付けリンクセグメント２７ｄの先細部８５をはめ込んでいる。連結ピン１０５が両側板１０１と締付けリングセグメント２７ｄの孔８７を貫通している。連結リンク５１の反対側に、同様にして締付けリングセグメント２７ｅを取り付けてある。連結リンク５１は締付けリングセグメント２７ｄ、２７ｅの相対回転を可能にし、かつその継手個所の簡単な釈放を可能にしている。締付けリング２７の分解の代わりに、環状燃焼器９の開放を可能にするために、連結リンク５１は特に外壁２３の接合に採用される。
【００２４】
図６は、２つの締付けリングセグメント２７ｂ、２７ｄ間の継手を示す。その場合、締付けリングセグメントは円周方向に互いにかみ合い、通し継手ピン１１１で保持されている。
【００２５】
図７は、上述した引締め装置３１を再度より詳細に示す。追加的に、締付けリングセグメント２７ａ、２７ｂを接続する環状燃焼器９を包囲するブリッジ１２１の長孔が存在する。そのブリッジ１２１を図８に詳細に示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ガスタービンの概略構成図。
【図２】
締付けリング付き環状燃焼器外壁の斜視図。
【図３】
引き輪付き締付けリング要素の斜視図。
【図４】
リブ上に置かれた締付けリングの断面図。
【図５】
２つの締付けリングセグメントの継手の斜視図。
【図６】
別の２つの締付けリングセグメントの継手の斜視図。
【図７】
図２における引締め装置の斜視図。
【図８】
図７におけるブリッジの斜視図。
【符号の説明】
３　ガスタービン、７　圧縮機、９　環状燃焼器、１１　タービン部分、
２３　環状燃焼器の外壁、２５　外壁の外側面、２７　締付けリング、
２８　接触面、２９　リブ、３０　凹所、３１　引締め装置、３５　引き輪、
３７　タイロッド
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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